VII. Элементы атомной и ядерной физики.7.1. ≈ 24·10-20 Дж. 7.2. ≈ 6,6·107 м/с. 7.5. 9,64·10-4 Вт. 7.6. 0,0011нм, 0,009 нм. 7.7. ≈ 1,37·10-19 Дж. 7.8. 1,554·107 м/с; 6,4·10-6 нм. 7.9. ≈ 2,75 нм. 7.10. Длина волны фотона зависит от освобождающейся при торможении электрона энергии, которая обусловлена как начальной кинетической энергией электрона, так и интенсивностью торможения. Если сквозь вещество проходит поток электронов даже с одинаковой энергией, то в веществе условия торможения будут различны: одни из них тормозятся на самой поверхности, другие проникают в глубь вещества анода, постепенно теряя свою скорость, и излучают, обладая уже меньшей энергией, поэтому спектр тормозного рентгеновского излучения будет сплошным. При торможении в веществе анода вся кинетическая энергия электрона может перейти в энергию одного кванта рентгеновских лучей. Излучение в этом случае имеет максимальную частоту (минимальную длину волны). Такие кванты и будут определять резкую границу спектра, так как при вполне определенном напряжении U излучение с более короткой длиной волны возникнуть не может. 7.11. Граничная длина волны λ0 спектра тормозного рентгеновского излучения со стороны коротких длин волн соответствует максимально возможной энергии фотона E Ф. max, которая равна энергии, освобождающейся при полном торможении электрона с наибольшей энергией E Э. max, полученной в результате разгона его в электрическом поле.Тогда , откуда , т.е. λ0 ~ U -1. 7.12. Для получения одной из К-линий надо вырвать электрон из К-оболочки, для которой энергия возбуждения 69,3 кэВ. Это и определяет величину порогового напряжения для К-серии характеристического рентгеновского излучения. 7.13. ≈ 2,1·108 м/с. 7.14. 250 кВ; 7,4·10-3 нм. 7.15. Рентгеновское излучение будет более жестким, так как фотоны рентгеновских лучей будут иметь большую энергию. 7.16. ≈ 2,1·10-6 нм. 7.17. Рентгеновское излучение будет возникать, но при данном напряжении оно мягкое и небольшой интенсивности, поэтому защитное стекло его полностью поглощает. 7.18. 0,75%. 7.19. У элементов с малым порядковым номером внутриядерные силы преобладают над кулоновскими силами отталкивания. Это приводит к устойчивости атомного ядра. При увеличении порядкового номера элемента в его ядре возрастает количество нуклонов, причем нейтронов становится больше, чем протонов, устойчивость ядра уменьшается, величина внутриядерных сил приближается к величине кулоновских и при большом преобладании нейтронов, как у , действие внутриядерных сил делается меньше кулоновских, ядро становится неустойчивым и распадается. 7.20. При α-распаде заряд ядра и соответственно порядковый номер элемента уменьшаются на две единицы, следовательно, вторичный элемент сдвигается в таблице Менделеева на два номера влево. При β-распаде (электронном) заряд ядра и соответственно порядковый номер элемента увеличивается на единицу, поэтому вторичный элемент сдвигается на один номер вправо. Если ядро испускает γ-фотон, то изменяется только внутренняя энергия ядра, порядковый номер элемента остается прежним. 7.21. При распаде происходит превращение нейтрона в протон. В результате массовое число не изменяется, а число протонов увеличивается на единицу, что связано с образованием нового химического элемента: . 7.22. . 7.23. . 7.24. Прямые короткие треки были оставлены α-частицами, образовавшимися при распаде ядер радия, а не стронция (90Sr излучает β-частицы). 7.25. β--излучение. 7.26. ; . 7.27. α-излучение. 7.28. Электроны возникают в ядре в момент β--распада в результате превращения нейтрона в протон: . Одновременно с электроном образуется антинейтрино . 7.30. 5,4·10-10 Ки. 7.31. 5,34·10-3 мкКи. 7.32. 1,03·109 кг. 7.33. ≈ 5,8·10. 7.34. ≈ 1,6·10-11 г. 7.35. ≈ 0,3 мл. 7.36. 20,6 суток; 39,9 года; 7,6 года. 7.37. В 2,7 раза. 7.38. 1,5·10-8 г. 7.39. ≈ 5,83ч. 7.40. ≈ 2,8·10-4 с-1; 41,6 мин. 7.41. ≈ 168 мкКи. 7.42. 13320. 7.43. Время пролета медленных нейтронов вблизи ядра атома больше, чем быстрых. Это увеличивает вероятность захвата нейтрона ядром. 7.44. В результате каждого взаимодействия быстрого нейтрона с ядрами легких элементов наблюдается упругое рассеяние, сопровождающееся значительной потерей энергии нейтроном и быстрым замедлением его до уровня энергии тепловых нейтронов. При каждом же взаимодействии с ядрами тяжелых элементов (свинец и др.) потери энергии нейтроном будут незначительными, так как при упругом ударе двух тел их энергии распределяются обратно пропорционально массам этих тел. 7.45. В мягкой ткани потеря энергии нейтронами в основном происходит при упругом рассеянии на ядрах водорода, так как в ткани они составляют 2/3 всех ядер. Передача энергии протонам максимальна, что приводит к быстрому замедлению нейтронов. 7.46. Нейтроны не имеют электрического заряда и практически не взаимодействуют с электронными оболочками атомов и сами не производят ионизацию, поэтому проникающая способность их велика. Опасность нейтронов связана с вторичными процессами, вызывающими ионизацию атомов за счет ядер отдачи при упругом рассеянии нейтронов, γ-излучения, испускаемого ядрами при неупругом рассеянии и радиационном захвате, а также излучения, возникающего при ядерных реакциях и распаде атомных ядер, активизированных нейтронами. 7.47. Биологический эффект лучевого воздействия зависит от энергии излучения и его ионизирующей способности, которые у α-частицы являются наибольшими по сравнению с другими видами излучения. 7.48. Для того чтобы началась ядерная реакция, α-частица должна проникнуть внутрь ядра атома, преодолев кулоновские силы отталкивания, которые пропорциональны порядковому номеру элемента. По этой причине энергия α-частиц, полученных от радиоактивных элементов, может оказаться недостаточной для преодоления электростатического барьера ядер тяжелых элементов. 7.49. . 7.50. . 7.51. . 7.52. При взаимодействии быстрых нейтронов с ядрами тяжелых атомов часть энергии, передаваемой при соударении, переводит ядро отдачи в возбужденное состояние. При переходе его в основное состояние испускается один или несколько γ-квантов. 7.53. . 7.54. . 7.55. ≈ 0,02 дел. 7.56. Величина тока насыщения при указанных условиях будет определяться ионизирующей способностью излучения, которая у α-частиц, наибольшая. 7.57. 1 %; 11 %. 7.58. α- и β-частицы, обладающие определенной энергией, проникают через стенки (окошко) счетчика в рабочий объем камеры и, производя ионизацию, вызывают газовый разряд, который фиксируется счетной установкой. Ионизирующая способность γ-лучей значительно меньше, чем α- и β-частиц, поэтому γ-фотоны, взаимодействуя с катодом трубки, выбивают из него отдельные электроны, которые, попав в рабочий объем камеры, вызывают газовый разряд. Эффективность регистрации γ-фотонов зависит от их энергии, материала катода и до некоторой степени от толщины катода. 7.59. 2,88 мР/ч. 7.60. 0,3%. 7.61. 48 имп/мин. 7.62. 14 нейтронов/ (см2·с). 7.63. При облучении дозами, мощность которых значительно превышает предельно допустимую для дозиметра данной конструкции, в рабочем объеме камеры создается большая плотность ионов. Это приводит к их рекомбинация, что и сказывается на результатах измерений. 7.64. 9·10-11 Кл; 0,15 р. 7.65. Атомный состав кости значительно отличается от атомного состава воздуха и мягкой ткани, поэтому в костной ткани поглощается значительно большая часть энергии. 7.66. Мягкие ткани животных и человека воздухоэквивалентны (по эффективному атомному номеру), следовательно, и количество энергии рентгеновских или γ-лучей, поглощенных 1 г мягких тканей, практически эквивалентно количеству энергии, поглощенной 1 г воздуха. 7.67. 320 рад. 7.68. 4·10-5 Гр/ч. 7.69. 3,6 мР. Это значительно меньше предельно допустимой недельной дозы (100 мР). 7.70. Если вся поглощенная энергия полностью превратится в тепло, то температура всего тела поднимается примерно на 0,002 °С, что не сможет повлиять на течение жизненных процессов. Значит, тепловой фактор не является определяющим. 7.71. 2,8 Р. 7.72. Не более 13,5 мКи. 7.73. ≈ 9,76м. 7.74. 43 мКи. 7.75. В 1,78 раза. 7.76. 16,8 Р/ч. 7.77. ≈ 8·10-4 Р. Меньше предельно допустимой дозы в 125 раз. 7.78. При применении рентгеновских лучей учитывается, что поглощение их данной средой не только ослабляет поток излучения, но и изменяет его энергетический состав. Мягкие лучи, т.е. лучи с большой длиной волны, поглощаются сравнительно тонким поверхностным слоем и не проникают глубоко в тело. Поэтому для глубинных облучений необходимо применять более жесткие лучи, чем при лечении поверхностных кожных заболеваний, а время облучения для создания необходимой глубинной дозы увеличивать в несколько раз. При таких условиях для избежания поражения поверхности тела мягким рентгеновским излучением, сопровождающим жесткое, и ставятся фильтры. 7.79. Поток излучения квантов с большой энергией будет ослаблен фильтром меньше, чем поток излучения квантов с малой энергией. 7.80. 14,7 см. 7.81. 0,14 см-1; ≈ 4,95 см. 7.82. ≈ 14 раз. 7.83. 6,64 см. СПРАВОЧНЫЕ ТАБЛИЦЫ 1. ОСНОВНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ ПОСТОЯННЫЕ
2. ПЛОТНОСТЬ ТВЕРДЫХ ТЕЛ
3. ПЛОТНОСТЬ ЖИДКОСТЕЙ
4. ПЛОТНОСТЬ БИОЛОГИЧЕСКИХ СУБСТАНЦИЙ
5. ПЛОТНОСТЬ ГАЗОВ И НАСЫЩЕННЫХ ПАРОВ ПРИ НОРМАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ
6. МОДУЛЬ УПРУГОСТИ МАТЕРИАЛОВ
7. ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ НА ГРАНИЦЕ «ЖИДКОСТЬ-ВОЗДУХ» при 20○С
8. СКОРОСТЬ ЗВУКА В РАЗНЫХ ВЕЩЕСТВАХ
9. ДИНАМИЧЕСКАЯ ВЯЗКОСТЬ НЕКОТОРЫХ ВЕЩЕСТВ
10. УДЕЛЬНЫЕ ТЕПЛОЕМКОСТИ ВЕЩЕСТВ В ИНТЕРВАЛЕ ТЕМПЕРАТУР 0-100○С
11. УДЕЛЬНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ПРИ 20○С
12. ОТНОСИТЕЛЬНЫЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРОНИЦАЕМОСТИ ВЕЩЕСТВ
13. ЭНЕРГИЯ ИОНИЗАЦИИ
14. ПОДВИЖНОСТЬ ИОНОВ В ГАЗАХ
15. ПОКАЗАТЕЛЬ ПРЕЛОМЛЕНИЯ
16. ПРЕДЕЛЬНЫЕ УГЛЫ ВНУТРЕННЕГО ОТРАЖЕНИЯ
17. МАССЫ НЕКОТОРЫХ ИЗОТОПОВ
18. МАССЫ И ЭНЕРГИИ ПОКОЯ НЕКОТОРЫХ ЧАСТИЦ
19. ПЕРИОДЫ ПОЛУРАСПАДА
20. ТАБЛИЦА ЗНАЧЕНИЙ СИНУСОВ И ТАНГЕНСОВ ДЛЯ УГЛОВ 0 – 90 °
ЛИТЕРАТУРА
1. Антонов В.Ф. и др. Биофизика. – М: Владос, 2000. 2. Баранов А.П., Клименок М.Ф. Курс лекций по медицинской и биологической физике. – Витебск: ВГМУ, 2002. 3. Баранов А.П., Рогачёв Г.М. Сборник задач и вопросов по медицинской и биологической физике, 1982. 4. Белановский Ю.А. Основы биофизики в ветеринарии. – М: Агропромиздат, 1989. 5. Биологический энциклопедический словарь. – М: Советская энциклопедия, 1989. 6. Волькенштейн М.В. Биофизика. – М: Наука, 1988. 7. Владимиров Ю.А. и др. Биофизика. – М: Медицина, 1983. 8. Губанов Н.И., Утенбергенов А.А. Медицинская биофизика. – М: Высшая школа, 1980. 9. Грабовский Р.И. Курс физики. – М: Высшая школа, 1980. 10. Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика. – М: Высшая школа, 1987. 11. Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика. – М: Высшая школа, 1996. 12. Ремизов А.Н., Исакова Н.Х., Максина А.Г. Сборник задач по медицинской и биологической физике. – М: Высшая школа, 1987. 13. Сена Л.А. Единицы физических величин и их размерности. – М: Наука, 1977. 14. Савельев И.В. Курс физики. – М: Наука, 1989 – Т.1-3. 15. Трофимова Т.И. Курс физики. – М: Высшая школа, 1990. 16. Тарьян И. Физика для врачей и биологов. – Будапешт: Akademiani Kiado, 1969. 17. Физическая энциклопедия. – М: Советская энциклопедия, 1990. Учебное издание Баранов Александр Петрович, Клименок Михаил Федотович
|