7.93M

Categories:

medicine

physics

Медицинская физика

1.

Медицинская физика
• Истоки медицинской физики
• Предмет мед.физики и ее связь с другими
науками
• Основные направления мед.физики
• О медицинском физике
• Медиц. Радиционная физика
• Генерация ионизирующих излучений
• Радиоактивный распад
• Нерадиоактиная генерация фотонного
излучения

2.

Открытие X-лучей (1895)
Wilhelm Conrad Roentgen

3.

Открытие естественной радиоактивности (1896)
α
Antoine Henri Becquerel

4.

Радиоактивность
Открытие - 1896 год
Радиоактивность
явление
самопроизвольного
превращения
неустойчивых
ядер
в
устойчивые,
сопровождающееся испусканием частиц и излучением
энергии.
4

5.

Исследования
радиоактивности
1898 год –
открыты полоний и радий
5

6.

Получение полония и радия (1898)
Marie Curie

7.

Диплом лауреатов Нобелевской премии,
врученный Пьеру и Марии Кюри
В 1903 году за
открытия в области
радиоактивности
супругам Кюри и
А.Беккерелю была
присуждена
Нобелевская премия
по физике.

8.

После открытия радиоактивных элементов началось
исследование физической природы их излучения. Кроме
Беккереля и супругов Кюри, этим занялся Резерфорд.
В 1898 г. Резерфорд
приступил к изучению
явления радиоактивности.
Первым его
фундаментальным
открытием в этой области
было обнаружение
неоднородности излучения,
испускаемого радием.

9.

Этапы развития радиобиологии
Первый – с 1895 г. по 1922 г. – описательный этап
• Открытие Х-лучей (В. Рентген, 1895), явления
радиоактивности (А. Беккерель 1896) и синтез
радионуклидов (М. Кюри, 1898)
• Применение X-лучей для оценки роста скелета (В. Тонков,
1896)
• Описание биологического действия X-лучей (И. Тарханов,
1896)
Радиобиологический (энергетический) парадокс - энергия ионизирующих излучений
при ее выражении в тепловом эквиваленте оказывается несопоставимо малой по
сравнению с тем биологическим эффектом, который она вызывает

10.

Что такое ионизирующие излучения?
ионизирующие
излучения
Косми
ческое
Гамма
Рентген
Увеличение частоты
Уменьшение длины волны
Ультрафиолет
Видимый
свет
Инфракрасный
Микро- Радио
волны
Уменьшение частоты
Увеличение длины волны

11.

Какова природа
ионизирующих излучений ?
Энергия испускается
из атома в виде
волны или частицы

12.

Типы и виды
ионизирующих излучений
Корпускулярные излучения
электроны и позитроны (β-частицы),
мезоны, протоны, дейтроны, ядра гелия (αчастицы), тяжелые ионы – ускоренные
заряженные частицы, имеющие массу и
большую кинетическую энергию
нейтроны – электрически нейтральные
частицы с большой кинетической энергией
Квантовое излучения
рентгеновское и гамма-излучение – энергия
электромагнитного
поля,
которая
распространяется
в
пространстве
со
скоростью света

13.

ЕСТЕСТВЕННЫЕ ИСТОЧНИКИ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ
1. Космические лучи
2. Земная радиация
3. Внутреннее облучение от естественных радионуклидов
4. Радон
5. Другие естественные источники радиации

14.

ИСКУССТВЕННЫЕ ИСТОЧНИКИ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ
1.
ИИИ использующиеся в медицине
2.
Атомная энергетика
3.
Ядерное оружие
4.
ИИИ в профессиональной деятельности
5.
Другие ИИИ

15.

ЕДИНИЦЫ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН,
ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ДЛЯ ВЫРАЖЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА
РАДИОАКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ
Физическа
я величина
Единицы измерения
Внесистемные
СИ
Активност
ь
кюри (Ки; Ci)
беккерель
(Бк; Вq)
Удельная
активность
кюри на килограмм
(Ки/кг; Ci/kg)
беккерель на
килограмм
(Бк/кг; Bq/kg)
Плотность
поверхностного
заражения
кюри на квадратный
метр
2
(Ки/см ; Ки/м2; Ки/км2),
беккерель на
квадратный
метр
(Бк/м2)
Соотношение
единиц
1 Ки =
3,7 1010 Бк
_
_

16.

Доза поглощенная
Поглощенная доза (D) – это количество энергии, переданной излучением
единичной массе вещества:
D = dE / dm, dm 0
Если поглощенная доза распределяется в каком-то одном участке тела –
локальное (или местном) облучение.
Если облучению подвергается все тело или большая его часть – тотальное
(или общее) облучение.
Вариантами тотального облучения являются равномерное
(неравномерность по дозе на отдельные части тела не превышает 10 %) и
неравномерное облучение

17.

Радиоктивный распад
Радиоактивный распад –
радиоактивное (самопроизвольное)
превращение исходного (материнского) ядра
в новые (дочерние) ядра.
Для каждого радиоактивного вещества
существует определенный интервал
времени, на протяжении которого
активность убывает в два раза.

18.

Закон радиактивного распада
Период полураспада Т – это
время, в течение которого
распадается половина
наличного числа
радиоактивных атомов.
N0 – число радиоактивных атомов в
начальный момент времени.
N – число нераспавшихся атомов в
любой момент времени.

19.

Радиоактивный распад
Для естественных (природных) радионуклидов основными
видами радиоактивного распада являются альфа- и бета-минусраспад.
Для искусственных (техногенных) радионуклидов, кроме
этого, характерны также нейтронный, протонный, позитронный
(бета-плюс) и более редкие виды распада и ядерных превращений
(мезонный,
К-захват, изомерный переход и др.).
19

20.

Альфа- распад
M
Z
X
M 4
Z 2
Y He
4
2
+n
n +
Альфа-частица имеет массу 4 единицы, заряд +2 и является ядром атома гелия
(4He).
γ - квант
n+ +n+
+
n
+ n ++ +n +n n ++ n +
+ n + n +n n+++nn n ++ n
n +n
+ n+ ++nnnn++ + nn n+
+ n + n +n+nn+n + n n +n+n
n ++ nn + nn ++ n+
n + n+ +
n
n + n n ++ n n +
+
U-238
+
α - частица
+n
n +
γ - квант
Th-234
20

21.

Бета- распад
M
Z
X Y e
M
Z 1
0
1
Бета-минус распад - это испускание из ядра бета-минус частицы - электрона,
который образовался в результате самопроизвольного превращения одного из
нейтронов в протон и электрон.
При этом бета-частица со скоростью до 270 тыс. км/сек (9/10 скорости света)
вылетает из ядра. И так как протонов в ядре стало на один больше, то ядро данного
элемента превращается в ядро соседнего элемента справа - с большим номером.
К-40
+nnnn+ +
+n + + n +
+ n + n +n
n ++ n+ n +
n +n +
γ - квант
β- частица
_
Са-40
При бета-минус распаде радиоактивный калий-40 превращается в стабильный
кальций-40 (стоящий в соседней клетке справа). А радиоактивный кальций-47 - в
стоящий справа от него скандий-47 (тоже радиоактивный), который, в свою очередь,
также путём бета-минус распада превращается в стабильный титан-47.
21

22.

Бета- распад
Бета-плюс распад - испускание из ядра бета-плюс частицы - позитрона
(положительно заряженного «электрона»), который образовался в результате
самопроизвольного превращения одного из протонов в нейтрон и позитрон.
В результате этого (так как протонов стало меньше) данный элемент
превращается в соседний слева в таблице Менделеева.
+nnnn+ +
+n + + n +
+ n + n +n
n ++ n+ n +
n +n +
Mg-23
γ - квант
+
p+- позитрон
Nа-23
Например, при бета-плюс распаде радиоактивный изотоп магния магний-23
превращается в стабильный изотоп натрия (стоящего слева) - натрий-23, а
радиоактивный изотоп европия – европий-150 превращается в стабильный изотоп
самария - самарий-150.
22

23.

Нейтронный распад
Нейтронный распад - испускание из ядра атома нейтрона. Характерен для
нуклидов искусственного происхождения.
При испускании нейтрона один изотоп данного химического элемента
превращается в другой, с меньшим весом. Так, например, при нейтронном распаде
радиоактивный изотоп лития - литий-9 превращается в литий-8, радиоактивный
гелий-5 - в стабильный гелий-4.
γ - квант
I-127
+nnnn+ +
+n + + n +
+ n + n +n
n ++ n+ n +
n +n +
γ - квант
n
нейтрон
I-126
Если стабильный изотоп йода - йод-127 облучать гамма-квантами, то он становится
радиоактивным, выбрасывает нейтрон и превращается в другой, тоже радиоактивный
изотоп - йод-126. Это пример искусственного нейтронного распада.
23

24.

– излучение не сопровождается
изменением заряда; масса же ядра меняется
ничтожно мало.
M
Z
X Y
M
Z
0
0

25.

Характеристики радиоактивных
превращений
Кратность ослабления n- и гамма-излучений.
Наиболее проникающими видами излучения являются нейтронное и
гамма-излучение. Их пробег в воздухе может достигать десятков и сотен
метров (также в зависимости от энергии), но при меньшей
ионизирующей способности.
В качестве защиты от n- и гамма-излучения применяют толстые слои из бетона,
свинца, стали и т. п. и речь ведут уже о кратности ослабления.
25

26.

Проникающая способность
радиоактивного излучения.
По отношению к изотопу кобальта-60 (Е = 1,17 и 1,33 Мэв) для 10-кратного
ослабления гамма-излучения требуется защита из:
• свинца толщиной порядка 5 см;
• бетона около 33 см;
• воды - 70 см
Для 100-кратного ослабления гамма-излучения требуется защита из
свинца толщиной 9,5 см; бетона - 55 см; воды - 115 см.
26

27.

Облучение клетки
Основной молекулярной мишенью действия ИИ в клетке
является ДНК.
изменений нет
излучение
попало в
клетку
Поражение ДНК

28.

Основные стадии в действии излучений на биологические
системы
Стадия
Процессы
Продолжительность
стадии
Физическая
Поглощение энергии излучения; образование
ионизированных и возбужденных атомов и
молекул.
10–16 - 10-15 с
Физикохимическая
Перераспределение поглощенной энергии внутри
молекул и между ними, образование свободных
радикалов.
10-14 - 10-11 с
Реакции между свободными радикалами и между
ними и исходными молекулами. Образование
Химическая
широкого спектра молекул с измененными
структурой и функциональными свойствами.
10-6 - 10-3 с
Последовательное развитие поражения на всех
уровнях биологической организации от
Биологическая субклеточного до организменного; развитие
процессов биологического усиления и процессов
восстановления.
Секунды - годы