Транспорт веществ через биологические мембраны

Искусственные источники

ядерные взрывы (всего было 467)

атомная энергетика (аварии)

проф.облучение

источники в медицине

. Рентгеновские лучи представляют собой электромагнитное излучение с очень короткими длинами волн (10-5-102 нм). Со стороны длинных волн рентгеновские лучи перекрываются ультрафиолетовыми лучами, а коротковолновое излучение сливается с гамма-лучами радиоактивных веществ.

Рентгеновские лучи обладают следующими свойствами:

1. не отклоняются в электрическом и магнитном полях, а следовательно, не несут электрического заряда;

2. обладают фотографическим действием;

3. вызывают ионизацию газа;

4. способны вызывать люминесценцию в ряде веществ (сернистый цинк, платиносинеродистый барий) т.е. свечение, видимое глазом. С помощью таких веществ можно визуально обнаружить появление рентгеновских лучей.

5. оптическими свойствами: могут преломляться, отражаться, обладают поляризацией, дают явления интерференции и дифракции. Однако оптические свойства рентгеновских лучей слабо выражены и трудно наблюдаемы. Например, коэффициент преломления лишь незначительно отличается от единицы:

(1-n)=10-5 -10-6, в то время как для видимого света (1-n)=0.5

Для получения рентгеновских лучей служат рентгеновские трубки, представляющие собой стеклянный сосуд с впаянными двумя металлическими электродами, из которого удален воздух (давление менее 4Ч10-6 мм рт. ст.) (рис. 2). Катод в разогретом состоянии является источником свободных электронов.

Рис.2.

В электрическом поле между катодом и анодом (напряжение ~30-60 кВ) электроны движутся со скоростью, соизмеримой со скоростью света, к аноду и тормозятся его веществом. При этом происходит превращение части кинетической энергии электронов в энергию электромагнитного излучения. Однако большая часть энергии электронов превращается в энергию теплового движения частиц анода, что вызывает его сильное нагревание, поэтому анод необходимо охлаждать проточной водой.

В результате процессов торможения электронов возникает излучение, характер которого изменяется в зависимости от режима работы трубки и ее устройства. Различают два вида рентгеновского излучения: тормозное (белое) и характеристическое. Спектр излучения рентгеновской трубки представляет собой наложение тормозного и характеристического рентгеновского спектров.

Рентгеновское излучение бывает 2 видов:

Тормозное РИ. Одним из видов механизмов возбуждения РИ является торможение быстро движущихся электронов эл. полем атомов вещества, через которое они пролетают. Механизм поясняется следующим образом: с движущимся эл. зарядом связано магнитное поле, индукция которого зависит от скорости электронов. При торможении уменьшается магнитная индукция и появляется электромагнитная волна. При торможении электрона лишь некоторая часть энергии идет на создание фотона РИ, другая часть расходуется на нагревание анода. Т.к соотношение между этими частями случайно, то при торможении большого количества электронов образуется непрерывный спектр РИ. В связи с этим тормозное излучение называют также сплошным. Спектр тормозного излучения является сплошным, ограничен со стороны коротких длин волн. Коротковолновые РИ обладают большей проникающей способностью (называются жесткими), чем длинноволновые (мягкие). Если увеличить температуру накала катода, то возрастут эмиссия электронов и сила тока в трубке, это приведет к увеличению числа фотонов РИ, испускаемых каждую сек, спектральный состав не изменится.

Увеличивая напряжение на Р.трубке можно заметить на фоне сплошного спектра появление линейчатого, который соответствует характеристическому РИ. Линейчатый характеристический спектр возникает вследствие того, что ускоренные электроны проникают вглубь атома и из внутренних слоев выбивают электроны. На свободные места переходят электроны с верхних уровней. В результате высвечиваются фотоны характеристического излучения. На фоне сплошного спектра появляются всплески.

Поток рентгеновского излучения - это энергия, излучаемая рентгеновской трубкой в ед. времени. Ф = КIU (в кВ) * Z , где U, I - напряжение и сила тока в рент. трубке, Z - порядковый номер атома вещества анода, К = 10 (в -9 ст) В (в -1 ст) - коэф. пропорциональности.

КПД РИ очень низкий

КПД = Nп/Nз * 100%

Nп = Ф, а Nз = IU, отсюда следует КПД = КIU(в кВ)Z/IU * 100% = КUZ * 100%

Только 3% электронов превращают свою энергию в рентгеновское излучение, а 97% уходит на тепловой эффект, поэтому Р.трубка сильно разогревается.

Чтобы повысить КПД, нужно охлаждать Р.трубку. Способы охлаждения: вращение анода; воздушное масляное охлаждение

Существует 3 основных типа взаимодействия РИ с веществом: рассеяние и фотоэффект. При рассеянии направление движения фотона изменяется, при фотоэффекте фотон поглощается.

1) Когерентное упругое рассеяние происходит тогда, когда энергия Р.фотона недостаточна для внутренней ионизации атома (выбивание электрона с одной из внутренних оболочек). При этом изменяется направление движения фотона, а его энергия и длина волны не изменяются. h ню < A вых

2) Некогерентное (комптоновское) рассеяние происходит тогда, когда энергия фотона намного больше энергии внутренней ионизации. При этом электрон отрывается от атома и приобретает некоторую кинетическую энергию Ек. Направление движения фотона при комптоновском рассеянии изменяется, а его энергия уменьшается.

hню(штрих) = h ню - Аи - Ек, где h ню(штрих) - это энергия вторичного кванта. Комптоновское излучение связано с ионизацией атомов вещества.

3) Фотоэффект имеет место тогда, когда энергия фотона h ню достаточна для ионизации атома. При этом Р.квант поглощается, а его энергия расходуется на ионизацию атома и сообщение Ек выбитому электрону. Ек = h ню - Аи

Комптоновское рассеяние и фотоэффект сопровождаются характеристическим РИ, так как после выбивания внутреннего электрона происходит заполнение вакантных мест электронами внешних оболочек.

В некоторых веществах электроны и кванты комптоновского рассеяния, а также электроны фотоэффекта вызывают возбуждение молекул, которое сопровождается излучательными переходами в основное состояние, при этом возникает свечение, называемое рентгенолюминесценцией.

Рассеяние Н.лучей и фотоэффект приводят к тому, что по мере проникновения РИ вглубь первичный поток излучения ослабляется. Ослабление носит экспотенциальный характер:

Величина м зависит от поглощающего материала и спектра излучения. Для практических расчетов в качестве характеристики ослабле-

где л - длина волны; Z - атомный номер элемента; k - некоторая константа.

В медицине рентгеновское излучение применяется в диагностических и терапевтических целях.

Рентгенодиагностика - методы получения изображений внутренних органов с использованием рентгеновских лучей.

Физической основой этих методов является закон ослабления рентгеновского излучения в веществе. Однородный по сечению поток рентгеновского излучения после прохождения неоднородной ткани станет неоднородным. Эта неоднородность может быть зафиксирована на фотопленке, флуоресцирующем экране или с помощью матричного фотоприемника. Например, массовые коэффициенты ослабления костной ткани - Са₃(РО₄)₂ - и мягких тканей - в основном Н₂О - различаются в 68 раз. Плотность кости также выше плотности мягких тканей. Поэтому на рентгеновском снимке получается светлое изображение кости на более темном фоне мягких тканей.

Для диагностики используют рентгеновское излучение с энергией фотонов 60-120 кэВ. В медицинской практике используют следующие методы рентгенодиагностики.

1. Рентгеноскопия. Изображение формируется на флуоресцирующем экране. Яркость изображения невелика. Недостаток - большая лучевая нагрузка на больного и врача.

2. Рентгенография. Изображение формируется на специальной пленке, чувствительной к рентгеновскому излучению. Снимки производятся в двух взаимно перпендикулярных проекциях (прямая и боковая). Изображение становится видимым после фотообработки. Готовый высушенный снимок рассматривают в проходящем свете. Достоинствами рентгенографии являются высокое разрешение, малое время облучения и практически полная безопасность для врача. К недостаткам относится статичность изображения (объект нельзя проследить в динамике).

3. Флюорография. При этом обследовании изображение, полученное на экране, фотографируется на чувствительную малоформатную пленку. Флюорография широко используется при массовом обследовании населения.

4. Электрорентгенография. Этот вид обследования отличается от обычной рентгенографии способом фиксации изображения. Вместо пленки используют селеновую пластину, которая электризуется под действием рентгеновских лучей. В результате возникает скрытое изображение из электрических зарядов, которое можно сделать видимым и перенести на бумагу.

5. Ангиография. Этот метод применяется при обследовании кровеносных сосудов. Через катетер в вену вводится контрастное вещество, после чего мощный рентгеновский аппарат выполняет серию снимков, следующих друг за другом через доли секунды.

Рентгеновская компьютерная томография. Этот вид рентгеновского обследования позволяет получить изображение плоского сечения тела толщиной несколько мм. При этом заданное сечение многократно просвечивается под разными углами с фиксацией каждого отдельного изображения в памяти компьютера. Затем осуществляется компьютерная реконструкция, результатом которой является изображение сканируемого слоя.Компьютерная томография позволяет различать элементы с перепадом плотности между ними до 1 %. Обычная рентгенография позволяет уловить минимальную разницу по плотности между соседними участками в 10-20 %.Современный вариант томографии позволяет получать посланные изображения тела на экране электронно-лучевой трубки или на бумаге с деталями менее 2 мм при различии поглощения Х-излучения до 0,1 %. Это позволяет, например, различать серое и белое вещество мозга и видеть очень маленькие опухолевые образования.

20.Альфа-распад состоит в самопроизвольном превращении ядер с испусканием б-частиц (ядра гелия)

Схема б-распада записывается в виде

где Х, Y - символы материнского и дочернего ядер соответственно. При записи б-распада вместо «б« можно писать «Не».

При этом распаде порядковый номер Z элемента уменьшается на 2, а массовое число А - на 4.

При б-распаде дочернее ядро, как правило, образуется в возбужденном состоянии и при переходе в основное состояние испускает г-квант. Общее свойство сложных микрообъектов заключается в том, что они обладают дискретным набором энергетических состояний. Это относится и к ядрам. Поэтому г-излучение возбужденных ядер обладает дискретным спектром. Следовательно, и энергетический спектр б-частиц является дискретным.

Энергия испускаемых б-частиц практически для всех б-активных изотопов лежит в пределах 4-9 МэВ.

Бета распад

Беккерель доказал, что в-лучи являются потоком электронов. в-распад -- это проявление слабого взаимодействия.

Бета-распад состоит в самопроизвольном превращении ядер с испусканием электронов (или позитронов).

Установлено, что в-распад всегда сопровождается испусканием нейтральной частицы - нейтрино (или антинейтрино). Эта частица практически не взаимодействует с веществом, и в дальнейшем рассматриваться не будет. Энергия, выделяющаяся при в-распаде, распределяется между в-частицей и нейтрино случайным образом. Поэтому энергетический спектр в-излучения сплошной

Существует два вида в-распада.

1. Электронный в^--распад заключается в превращении одного ядерного нейтрона в протон и электрон. При этом появляется еще одна частица н' - антинейтрино:



Электрон и антинейтрино вылетают из ядра. Схема электронного в^--распада записывается в виде

При электронном в-распаде порядковый номер Z-элемента увеличивается на 1, массовое число А не изменяется.

Энергия в-частиц лежит в диапазоне 0,002-2,3 МэВ.

2. Позитронный в⁺-распад заключается в превращении одного ядерного протона в нейтрон и позитрон. При этом появляется еще одна частица н - нейтрино:

Сам электронный захват не порождает ионизирующих частиц, но он сопровождается рентгеновским излучением. Это излучение возникает, когда место, освободившееся при поглощении внутреннего электрона, заполняется электроном с внешней орбиты.

Бета излучение

Это излучение обладает большей проникающей способностью, чем альфа-излучение. Как и альфа-излучение, оно отклоняется в магнитном и электрическом полях, но в противоположную сторону и на большее расстояние. Это указывает на то, что бета-излучение является потоком отрицательно заряженных частиц малой массы. По отношению e/m Резерфорд идентифицировал бета-частицы как обычные электроны

Гамма-излучение. Гамма-излучение проникает в вещество гораздо глубже, чем альфа- и бета-излучения. Оно не отклоняется в магнитном поле и, следовательно, не имеет электрического заряда. Гамма-лучи были идентифицированы как жесткое (т.е. имеющее очень высокую энергию) электромагнитное излучение. Разделение радиоактивного излучения в магнитном поле на альфа-, бета- и гамма-лучи схематично показано на рисунке..

Радиоактивность - способность некоторых атомных ядер самопроизвольно (спонтанно) превращаться в другие ядра с испусканием частиц.

Радиоактивный распад - явление статистическое. Способность изотопа к распаду характеризуетпостоянная распада л.

Постоянная распада - вероятность того, что ядро данного изотопа распадется за единицу времени.

Вероятность распада ядра за малое время dt находится по формуле

Учитывая формулу (33.1), получим выражение, определяющее количество распавшихся ядер:

Формула (33.3) называется основным законом радиоактивного распада.

Число радиоактивных ядер убывает со временем по экспоненциальному закону.

На практике вместо постоянной распада л часто используют другую величину, называемую периодом полураспада.

Период полураспада (Т) - время, в течение которого распадается половина радиоактивных ядер.

Закон радиоактивного распада с использованием периода полураспада записывается так:

Период полураспада может быть как очень большим, так и очень маленьким (от долей секунды до многих миллиардов лет). В табл. 33.1 представлены периоды полураспада для некоторых элементов.



Рис. 33.1.

Убывание количества ядер исходного вещества при радиоактивном распаде

.Для оценки степени радиоактивности изотопа используют специальную величину, называемую активностью.

Активность - число ядер радиоактивного препарата, распадающихся за единицу времени:

Единица измерения активности в СИ - беккерель (Бк), 1 Бк соответствует одному акту распада в секунду. На практике более употребительна внесистемная единица активности - кюри (Ки), равная активности 1 г ²²⁶Ra: 1 Ки = 3,7х10¹⁰ Бк.

С течением времени активность убывает так же, как убывает количество нераспавшихся ядер:



33.2.

21.Использование радионуклидов в медицине

Радионуклидами называют радиоактивные изотопы химических элементов с малым периодом полураспада. В природе такие изотопы отсутствуют, поэтому их получают искусственно. В современной медицине радионуклиды широко используются в диагностических и терапевтических целях.

Диагностическое применение основано на избирательном накоплении некоторых химических элементов отдельными органами. Йод, например, концентрируется в щитовидной железе, а кальций - в костях.

Введение в организм радиоизотопов этих элементов позволяет обнаруживать области их концентрации по радиоактивному излучению и получать таким образом важную диагностическую информацию. Такой метод диагностики называется методом меченых атомов.

Терапевтическое использование радионуклидов основано на разрушающем действии ионизирующего излучения на клетки опухолей.

.Для оценки степени действия ИИ на объекты живой и неживой природы необходимо измерять степень воздействия излучения на изучаемый объект. Для измерения величины ИИ вводят дозы.

поглощенная

экспозиционная

эквивалентная

эффективная эквивалентная

коллективная эффективная эквивалентная

полная коллективная эффективная эквивалентная

- Поглощенная доза основана на том, что при облучении какого-либо тела ИИ ему передается энергия ИИ и энергия этого тела увеличивается (иначе тело нагревается). Поглощенная доза Дп - величина численно равная энергии ИИ поглощенной единицей массы тела Дп = Е/М.

[Дп] = грей (гр)

Грей - это такая поглощенная доза, при которой в одном килограмме облучаемого тела остается энергия ИИ = 1 Дж.

1 Гр = 1 Дж/кг

Поглощенную дозу чаще всего меряют не прямым методом, а при помощи косвенных методов (хим.люминесценция).

Внесистемной единицей Дп явл. рад.

1 Гр = 100 рад.

- Экспозиционная доза - это количественная характеристика ИИ, основанная на величине ионизации сухого воздуха при атм. давлении. ЭД - величина равная численно величине заряда каждого знака, появляющегося в единице массы сухого воздуха при полной его ионизации. До = Q/M.

[До] = 1 Кл/кг

1 Кл/кг - это такая доза, под воздействием которой при полной ионизации 1 кг сухого воздуха при н.у. образуется суммарный заряд 1 Кл. Часто используется внесистемная единица - рентген.

1 Р - это такая До, при которой в 1 куб.см при н.у. происходит полная ионизация воздуха и образуется 2,1 млрд пар ионов.

Между Дп и До существует соотношение:

Дп = f*До,

f - это коэф. пропорциональности, зависящий от среды, в которой происходит сравнение Дп и До.

Ионизационная камера- это газонаполненный датчик, предназначенный для измерения уровня ИИ. Измерение уровня излучения происходит путем измерения уровня ионизации газа в рабочем объеме камеры, которая находится между двумя электродами. Между электродами создается разность потенциалов. При наличии ионов в газе между электродами возникает ионный ток, который может быть измерен. Ток при прочих равных условиях пропорционален скорости возникновения ионов и соответственно мощности дозы облучения.

Для ИИ биологическое действие обычно тем больше, чем больше доза излучения, но различные излучения даже при одной и той же поглощающей дозе будут оказывать различное действие. В дозиметрии принято сравнивать биологические эффекты различных излучений с соответствующими эффектами, вызванными рентгеновским и гамма-излучением. Коэффициент К, показывающий, во сколько раз эффективность биологического действия данного вида излучения больше чем рентгеновского или гамма-излучения при одинаковой дозе излучения в тканях является коэффициент качества, также его называют коэффициентом относительной биологической эффективности. ОБЭ показывает, во сколько раз данный вид излучений оказывает более сильное биологическое действие, чем рентгеновское или гамма-излучение при одинаковой поглощенности в 1 гр. ткани. Коэф. качества устанавливают на основе опытных данных. Он зависит не только от вида частица, но и от ее энергии. Поглощенная доза совместно с коэф. качества дает представление о биологическом действии ИИ, поэтому произведение Дп на К используют как единую меру этого действия и называют эквивалентной дозой. Так как К является безразмерным коэф, то эквивалентная доза излучения имеет ту же размерность, что и поглощенная доза излучения, но называется зивертом. Внесистемная единица Дэ - это БЭР (биологический эквивалент рада). 1 бэр = 10 (в -2 ст) зиверт.

Дэ доза в БЭРах равна дозе излучения в радах * К.

Дэ = К*Дп.

Эффективная эквивалентная доза (Дээ). Она характеризует суммарный эффект, который оказывает ИИ на организм человека в целом. Учитывая, что различный органы имеют различную чувствительность ИИ. Сильнее всего поражаются красный костный мозг и половые железы, а нервная ткань весьма устойчивая. Дээ = сумма (КРР * Дэ), где КРР - коэф. радиац. риска. Например, красный костный мозг - 0,12, легкие - 0,12, млечная железа - 0,15, половые железы - 0,25, щитовидная железа - 0, 03, организм в целом- 1. Таким образом, если известно, какие органы и какими дозами облучены (это особенно важно при поступлении радиоактивности с пищей, водой, вдыхаемого воздуха с последующим накоплением в определенных органах) и определены коэффициенты риска, можно вычислить Дээ, полученную человеком. Дээ измеряется в зивертах и бэрах. Коллективная эффективная эквивалентная доза (Дкээ) - объективная оценка масштаба радиационного поражения. Дкээ = Дээ1 +Дээ2 +…+Дээn.Дкээ характеризует повреждающий эффект на популяцию в целом. Единицей измерения является человеко-зиверт. Дпкээ характеризует повреждающий эффект, который получит поколение популяции людей, живущих в зоне излучения за все последующие годы жизни. Если какое-то количество людей продолжает жить в условиях длительного хронического облучения и известны закономерности изменения радиационного воздействия, рассчитывают ожидаемую Дкээ на определенный предстоящий период времени. Нужна для прогнозирования и мед.проф. мероприятий по их предотвращению

Мощность дозы облучения - это физическая величина, равная дозе облучения, полученной в единице массы тела в единицу времени. Р = Д/Т

[Р] = Вт/кг или рад/сек

Мощность экспозиционной дозы измеряется в А/кг. Для измерения мощности дозы применяются различные типы рентгенометра.

Индикатор радиоактивности РАДЕКС РД 1503 - это измеритель мощности дозы, предназначен для измерения уровней гамма- и бета-радиаций и радиоактивной зараженности различных предметов.

Принцип работы прибора: Дозиметр используют счетчик Мюллера-Гейгера, с помощью которого в течение 40 сек максимально точно подсчитывает количество бета и гамма-частиц, затем он осуществляет индуцирование полученных данных в единицу измерения, характерные для мощности Дэ мкЗв/ч или мкР/ч. Обработанная информация выводится на дисплей. Регистрация каждой отдельной частицы во время работы сопровождается отчетливым звуковым сигналом.

Определение воздушного слоя половинного и полного поглощения бета-излучения источника:

измерить мощность дозы непосредственно около источника радиации

измерить мощность дозы на расстоянии 10, 20, 30 см от источника радиации. Данные занести в таблицу, построить график зависимости и по графику определить толщину слоя воздуха половинного и полного поглощения.

Определение процентного соотношения бета и гамма-излучения в источнике:

Найти значение мощности дозы источника (присутствует только гамма-изхлучение), которая не зависит от расстояния (остается неизменным при увеличении расстояния)

рассчитать какой процент это значение мощности дозы составляет от начального значения, когда присутствуют бета и гамма-излучения (при R = 0). Значение мощности дозы при R=0 принять за 100%

Классификация методов физиотерапии. Современная физиотерапия располагает большим набором различных по виду используемой энергии, физиологическому и лечебному действию методов, что требует их классификации. Наиболее распространенной является классификация, основанная на учете физической природы действующего в методе фактора.

1. Методы, основанные на использовании электрических токов различных параметров (постоянный, переменный импульсный): гальванизация, лекарственный электрофорез, электросон, трансцеребральная и короткоимпульснаяэлектроанальгезия, диадинамотерапия, амплипульстерапия, интерференцтерапия, электростимуляция, флюктуоризация, местная дарсонвализация, ультратонотерапия).

2. Методы, основанные на использовании электрических полей: франклинизация, ультравысокочастотная терапия, инфитатерапия.

3. Методы, основанные на использовании разнообразных магнитных полей: магнитотерапия, индуктотермия.

4. Методы, основанные на использовании электромагнитных полей сверхвысокой частоты: дециметровая и сантиметровая терапия, крайневысокочастотная терапия, терагерцовая терапия.

5. Методы, основанные на использовании электромагнитных колебаний оптического диапазона: лечебное применение инфракрасного, видимого, УФ- и лазерного излучения.

Колебательный контур-источник электромагнитных колебаний. Состоит из конденсатора и катушки индуктивности. В идеальном колебательном контуре активное сопротивление=0.

1) В начальный момент конденсатор заряжается, между обкладками возникает поле, ток не проходит. I=0, Еэл= сu² /2 (с-электроемкость, u-напряжение)Ем= 0

2) t=1\4T конденсатор разряжается, ток максимален. Еэл=0, Ем=LI² /2, L-индуктивность катушки, I- сила тока.

3) t=1\2T ток начинает убывать, происходит перезарядка конденсатора. Еэл= - сu² /2 , Ем=0

4) t=3\4T . Еэл=0, Ем= - LI² /2

5) t=T конденсатор заряжается, I=0, Еэл= сu² /2 Ем= 0.

Формула Томсона названа в честь английского физика Уильяма Томсона, который вывел её 1853 году, и связывает период собственных электрических колебаний в контуре с его ёмкостью и индуктивностью.

Формула Томсона выглядит следующим образом :

.

Электромагнитная волна - электромагнитные колебания, распространяющиеся в пространстве и переносящие энергию.

Особенности электромагнитных волн, законы их возбуждения и распространения описываются уравнениями Максвелла (которые в данном курсе не рассматриваются). Если в какой-то области пространства существуют электрические заряды и токи, то изменение их со временем приводит к излучению электромагнитных волн. Описание их распространения аналогично описанию механических волн.

Если среда однородна и волна распространяется вдоль оси Х со скоростью v, то электрическая (Е) и магнитная (В) составляющие

поля в каждой точке среды изменяются по гармоническому закону с одинаковой круговой частотой (щ) и в одинаковой фазе (уравнение плоской волны):



где х - координата точки, а t - время.

Векторы В и Е взаимно перпендикулярны, и каждый из них перпендикулярен направлению распространения волны (ось Х). Поэтому электромагнитные волны являются поперечными (рис. 16.1).

Скорость распространения электромагнитных волн в вакууме равна скорости распространения света (это послужило основанием для создания Максвеллом электромагнитной теории света).

Учитывая, что абсолютный показатель преломления среды равен n = c/v, можно установить связь между з,е, м:

Свойства электромагнитных волн:

* поперечные;

* скорость распространения в вакууме не зависит от частоты;

* частичное поглощение волн диэлектриком;

* практически полное отражение волн от металлов;

* преломление волн на границе диэлектриков;

* интерференция, дифракция волн.

Генератор незатухающих колебаний, который составляет основу аппарата, представляет собой автоколебательную систему, в которой вырабатываются незатухающие электромагнитные колебания за счет энергии источника постоянного напряжения. Ламповый генератор содержит колебательный контур, состоящий из катушки индуктивности L и конденсатора емкости С. Чтобы колебания не затухали, необходим источник питания - батарея. Энергия от источника должна поступать в колебательный контур не непрерывно, а в такт с собственными колебаниями. Для регуляции поступления энергии от батареи в контур необходим клапан, функцию которого выполняет лампа-триод Л. Лампа поочередно открывается, закрывается. Это сопровождается автоматической сменой знака заряда на пластинах конденсатора (электродах терапевтического контура ТК). В пространстве между электродами возникает эл. Поле меняющейся полярности - переменное электрическое поле ВЧ. Колебания в контуре управляют потенциалом сетки через катушку обратной связи К.Т.к в самом генераторе кроме ВЧ колебаний действует также относительно высокое напряжение, питающее лампу, то для того, чтобы больной ни при каких условиях не мог подвернуться действию этого напряжения, электроды ЭП, с которыми больной соприкасается, включаются в отдельный колебательный контур (терапевтический), индуктивно связанный с контуром генератора. В связи с тем, что в ТК включаются объекты, имеющие различные эл. Параметры, этот контур должен подстраиваться в резонанс при каждой процедуре. Для этого конденсатор в нем имеет переменную емкость.

53.Благодаря высокой частоте колебаний в каждой серии импульсов, явления перемещения внутриклеточных и внутритканевых ионов в определенном направлении сменяются здесь короткими толчками ионов в прямом и обратном направлении. Это приводит к значительной, но весьма кратковременной концентрации ионов у клеточных мембран и как результат этого -- к возбуждению клетки. Кроме того, быстрые колебательные перемещения ионов и целых молекул ведут к взаимному их трению и образованию вследствие этого внутриклеточного и внутритканевого тепла. Эти специфические особенности физического фактора и действия его на организм сопровождаются и соответствующими ответными реакциями со стороны целостного организма. Возбужденные клетки периферических нервных окончаний в коже или слизистых, куда направлено воздействие, передают в центральную нервную систему своеобразные, часто следующие одно за другим раздражения, в ответ на которые следуют выраженные вазомоторные реакции, значительное усиление процессов трофики в тканях, снижение болевых ощущений и спастических явлений, если таковые имеются как проявление болезненного состояния организма.Под влиянием электрического тока более высокой, чем при дарсонвализации, частоты его колебаний, следующих при этом непрерывно одно за другим, при большой силе тока и значительно меньшем, чем при дарсонвализации, напряжении (метод терапевтической диатермии) физические процессы в тканях тела человека по существу остаются теми же, что и при дарсонвализации. Однако вследствие еще более быстрых колебательных перемещений ионов и молекул в тканях и более сильного взаимного их трения образование тепла внутри тканей становится более выраженным и в ряде случаев является ведущим фактором. Так называемый осцилляторный эффект, определяемый колебательными движениями ионов и молекул в клетках и концентрацией их у клеточных мембран, проявляется в том же возбужденном состоянии клетки. Процесс этот сопровождается обратимым при относительно небольшой интенсивности или необратимым при чрезмерной интенсивности тока укрупнением структуры клеточных коллоидов с последующим их выпадением.Эти физические процессы в клетках и тканях приводят к ответным физиологическим реакциям, выражающимся расслаблением скелетной и гладкой мускулатуры, глубокой гиперемией, усилением кровоснабжения и трофики, подвергаемых действию тока участков тела, снижением имеющихся болевых ощущений, усилением процессов фагоцитоза, общим повышением иммунных процессов в организме. В зависимости от дозы и продолжительности воздействия этот физический фактор, как и другие, может быть использован как слабый раздражитель центральной нервной системы, в первую очередь ее вегетативного отдела, а также как мощный фактор возбуждения, способный привести к явлениям запредельного торможения в центральной нервной системе как в тех ее отделах, периферические концы анализаторов которых подвергаются воздействию тока, так и по индукции в других отделах.Еще более высокой частоты электромагнитные колебания используют в методе ультравысокочастотной терапии (УВЧ-терапии). Применяемое здесь электрическое поле действует преимущественно на плохие проводники, ткани, содержащие жир, клетки соединительной ткани, кости. За счет некоторой ионной проводимости, а в основном за счет колебаний дипольных молекул, в указанных тканях возникает как осцилляторный, так и тепловой эффект. В зависимости от интенсивности поля тепловой эффект может либо преобладать, либо отступать на второй план в физиологических реакциях организма на действие данного раздражителя. Как при диатермии и при индуктотермии, поступающие в центральную нервную систему импульсы в зависимости от их интенсивности приводят к ответным реакциям, выражающимся в более энергичных проявлениях деятельности защитных механизмов -- иммунобиологической активности, фагоцитоза, в усилении трофики тканей, процессов обмена, деятельности эндокринной системы, изменении нервно-сосудистых реакций с явлениями интенсивного расширения периферических сосудов, изменений физико-химических процессов в тканях при их воспалении.

Принцип работы:УВЧ-терапия, наиболее распространенный электролечебный метод, представляет собой воздействие на ткани тела больного электрическим полем ультравысокой частотыЭлектрическое поле создается с помощью двух конденсаторных электродов, соединенных проводами с генератором УВЧ колебаний. Подвергаемая воздействию часть тела помещается между электродами или при внутриполостных воздействиях один из электродов вводится в соответствующую полость организма, а второй - располагается около поверхности тела.Распределение тепла между поверхностными и глубоко расположенными тканями тела больного при УВЧ-терапии значительно более благоприятно, чем при диатермии. В связи с увеличением в десятки раз частоты колебаний уменьшается емкостное сопротивление тканей и соответственно увеличивается реактивная (емкостная) часть проходящего через них высокочастотного тока.Этим объясняется относительное уменьшение нагрева поверхностных слоев тканей, имеющих меньшую проводимость, чем глубоко расположенные. Увеличение доли емкостной составляющей тока, которая проходит через подкожный жировой слой, не нагревал его, приводит к уменьшению активной составляющей тока, вызывающей нагрев ткани.Важным преимуществом УВЧ-терапии по сравнению с диатермией является возможность проводить процедуры с зазорами между электродом и поверхностью тела.

23.Физические процессы, происходящие в тканях организма под воздействием постоянного тока. Гальванизация и электрофорез. Блок-схема аппарата

Гальванизация - применение постоянного непрерывного электрического тока низкого напряжения (30-80В) и небольшой силы (до 50 мА), подводимого к телу больного через контактно наложенные электроды, с лечебной целью. Под действием постоянного тока в тканях протекают следующие процессы:

перемещаются заряженные частицы, в основном ионы тканевых электролитов: положительно заряженные ионы движутся к катоду, отрицательно заряженные - к аноду. В результате обычная концентрация ионов меняется. В клетках изменяется протекание биофизических, электрохимических и биохимических процессов. Вследствие изменяющегося состава и концентрации катионов уменьшается возбудимость тканей под анодом и возрастает их возбудимость под катодом. При пропускании через живые ткани сразу же после наложения разности потенциалов сила тока начинает непрерывно падать и устанавливается на низком уровне. Это обусловлено поляризацией. Т.е. различного рода полупроницаемые мембраны, содержащиеся в тканях, имеют большое удельное сопротивление, и при прохождении постоянного тока по обе стороны этих мембран накапливаются противоположно заряженные ионы. Между такими скоплениями ионов возникает внутритканевый поляризационный ток обратного направления, создающий дополнительное сопротивление действующему току. Кроме того, на такие участки внутри тканей ток действует наиболее активно.

Лекарственный электрофорез - сложный лечебный комплекс сочетанного влияния на организм постоянного тока и частиц лекарственных веществ, введенных через неповрежденную кожу или слизистые оболочки. Лечебное действие электрофореза основано на взаимодействии тока с тканями и на специальных реакциях организма, сочетанного с фармакологическим действием лекарственного вещества. Наряду с увеличением ионной концентрации и повышенной активности ионов в проводящих тканях увеличивается количество несвязанных форм биологически активных веществ: ферментов, гормонов. витаминов, медиаторов. Изменения, возникающие в организме под влиянием постоянного тока, создают фон, благодаря которому действие вводимых лекарственных средств имеет преимущества:

- в ионной форме лекарства проявляют максимальную активность

- возможно создание кожного депо ионов, с их последующим медленным поступлением в организм

- возможно создание макс. концентрации лекарственного вещества непосредственно в пат. очаге.

Для проведения процедур гальванизации и лечебного электрофореза необходим источник постоянного напряжения (40 - 60 В), снабженный потенциометром для регулировки силы тока при различных процедурах и измерительным прибором. В качестве такого источника, как правило, используется электронно-ламповый или полупроводниковый выпрямитель переменного тока осветительной сети. Например, аппарат АГН-2 содержит трансформатор 3, выпрямитель 4 на двух диодах, сглаживающий фильтр из двух резисторов 6 и трех конденсаторов 5, регулировочный потенциометр 7 и миллиамперметр 8 с шунтом 9 и переключателем 10 для измерения тока в цепи больного. К выходным клеммам 11 присоединяются провода от электродов, накладываемых на больного. Переключатель 2 позволяет подключить аппарат к напряжению 127 или 220 В. Лампочка 12 сигнализирует включенное состояние аппарата.

Трансформатор в аппарате для гальванизации дает напряжение, необходимое для работы выпрямителя, кроме того, его наличие обязательно для безопасности больного. Индуктивная связь между первичной и вторичной обмотками трансформатора исключает возможность непосредственного соединения между цепью, содержащей электроды, наложенные на тело больного, и сетью переменного напряжения, к которой подключен аппарат.

Эволюция представлений о строении атомов

Открытие сложного строения атома - важнейший этап становления современной физики. В процессе создания количественной теории строения атома, позволившей объяснить атомные системы, были сформированы новые представления о свойствах микрочастиц, которые описываются квантовой механикой.

Представление об атомах как неделимых мельчайших частицах веществ, как уже отмечалось выше, возникло еще в античные времена (Демокрит, Эпикур, Лукреций). В средние века учение об атомах, будучи материалистическим, не получило признания. К началу XVIII в. атомистическая теория приобретает все большую популярность. К этому времени работами французского химика А. Лавуазье (1743-1794), великого русского ученого М.В. Ломоносова и английского химика и физика Д. Дальтона (1766-1844) была доказана реальность существования атомов. Однако в это время вопрос о внутреннем строении атомов даже не возникал, так как атомы считались неделимыми.

Большую роль в развитии атомистической теории сыграл выдающийся русский химик Д.И. Менделеев, разработавший в 1869 г. периодическую систему элементов, в которой впервые на научной основе был поставлен вопрос о единой природе атомов. Во второй половине XIX в. было экспериментально доказано, что электрон является одной из основных частей любого вещества. Эти выводы, а также многочисленные экспериментальные данные привели к тому, что в начале XX в. серьезно встал вопрос о строении атома.

Существование закономерной связи между всеми химическими элементами, ярко выраженное в периодической системе Менделеева, наталкивает на мысль о том, что в основе строения всех атомов лежит общее свойство: все они находятся в близком родстве друг с другом.

Однако до конца XIX в. в химии господствовало метафизическое убеждение, что атом есть наименьшая частица простого вещества, последний предел делимости материи. При всех химических превращениях разрушаются и вновь создаются только молекулы, атомы же остаются неизменными и не могут дробиться на более мелкие части.

Различные предположения о строении атома долгое время не подтверждались какими-либо экспериментальными данными. Лишь в конце XIX в. были сделаны открытия, показавшие сложность строения атома и возможность превращения при определенных условиях одних атомов в другие. На основе этих открытий начало быстро развиваться учение о строении атома.

Первые косвенные подтверждения о сложной структуре атомов были получены при изучении катодных лучей, возникающих при электрическом разряде в сильно разреженных газах. Изучение свойств этих лучей привело к заключению, что они представляют собой поток мельчайших частиц, несущих отрицательный электрический заряд и летящих со скоростью, близкой к скорости света. Особыми приемами удалось определить массу катодных частиц и величину их заряда, выяснить, что они не зависят ни от природы газа, остающегося в трубке, ни от вещества, из которого сделаны электроды, ни от прочих условий опыта. Кроме того, катодные частицы известны только в заряженном состоянии и не могут быть лишены своих зарядов и превращены в электронейтральные частицы: электрический заряд составляет сущность их природы. Эти частицы, получившие название электронов, были открыты в 1897 г. английским физиком Дж. Томсоном.

Изучение строения атома практически началось в 1897-1898 гг., после того как была окончательно установлена природа катодных лучей как потока электронов и были определены величина заряда и масса электрона. Томсон предложил первую модель атома, представив атом как сгусток материи, обладающий положительным электрическим зарядом, в который вкраплено столько электронов, что превращает его в электрически нейтральное образование. В этой модели предполагалось, что под влиянием внешних воздействий электроны могли совершать колебания, т. е. двигаться ускоренно. Казалось бы, это позволяло ответить на вопросы об излучении света атомами вещества и гамма-лучей атомами радиоактивных веществ.

Положительно заряженных частиц внутри атома модель атома Томсона не предполагала. Но как же тогда объяснить испускание положительно заряженных альфа-частиц радиоактивными веществами? Модель атома Томсона не давала ответа и на некоторые другие вопросы.

В 1911 г. английским физиком Э. Резерфордом при исследовании движения альфа-частиц в газах и других веществах была обнаружена положительно заряженная часть атома. Дальнейшие более тщательные исследования показали, что при прохождении пучка параллельных лучей сквозь слои газа или тонкую металлическую пластинку выходят уже не параллельные лучи, а несколько расходящиеся: происходит рассеяние альфа-частиц, т. е. отклонение их от первоначального пути. Углы отклонения невелики, но всегда имеется небольшое число частиц (примерно одна из нескольких тысяч), которые отклоняются очень сильно. Некоторые частицы отбрасываются назад, как если бы на пути встретилась непроницаемая преграда. Это не электроны - их масса гораздо меньше массы альфа-частиц. Отклонение может происходить при столкновении с положительными частицами, масса которых того же порядка, что и масса альфа-частиц. Исходя из этих соображений, Резерфорд предложил следующую схему строения атома.

В центре атома находится положительно заряженное ядро, вокруг которого по разным орбитам вращаются электроны. Возникающая при их вращении центробежная сила уравновешивается притяжением между ядром и электронами, вследствие чего они остаются на определенных расстояниях от ядра. Поскольку масса электрона ничтожна мала, то почти вся масса атома сосредоточена в его ядре. На долю ядра и электронов, число которых сравнительно невелико, приходится лишь ничтожная часть всего пространства, занятого атомной системой.

Предложенная Резерфордом схема строения атома или, как обыкновенно говорят, планетарная модель атома, легко объясняет явления отклонения альфа-частиц. Действительно, размеры ядра и электронов чрезвычайно малы по сравнению с размерами всего атома, которые определяются орбитами наиболее удаленных от ядра электронов, поэтому большинство альфа-частиц пролетает через атомы без заметного отклонения. Только в тех случаях, когда альфа-частица очень близко подходит к ядру, электрическое отталкивание вызывает резкое отклонение ее от первоначального пути. Таким образом, изучение рассеяния альфа-частиц положило начало ядерной теории атома.

Модель Бора

Представьте, что электроны в атоме движутся по определенным электронным орбитам - по аналогии с движениями планет Солнечной системы. Каждая планета движется по своей орбите, так и электроны вращаются вокруг ядра атома. Каждая такая орбита для электрона получила название "уровень энергии". Энергия электронов в атоме может изменяться только скачкообразно. Т.е. электрон может перескакивать с одной орбиты на другую и обратно (но не может занимать положение между орбитами). Говорят, что энергетические состояния электронов в атоме квантованы.

Энергия электрона зависит от радиуса его орбиты. Минимальная энергия у электрона, который находится на ближайшей к ядру орбите. При поглощении кванта энергии электрон переходит на орбиту с более высокой энергией (возбужденное состояние). И наоборот, при переходе с высокого энергетического уровня на более низкий - электрон отдает (излучает) квант энергии.

Кроме того, Бор указал, что разные энергетические уровни содержат разное количество электронов: первый уровень - до 2 электронов; второй уровень - до 8 электронов…

Первый постулат Бора (постулат стационарных состояний): в атоме существуют стационарные (не изменяющиеся со временем) состояния, в которых он не излучает энергии. Стационарным состояниям атома соответствуют стационарные орбиты, по которым движутся электроны. Движение электронов по стационарным орбитам не сопровождается излучением электромагнитных волн.

Этот постулат находится в противоречии с классической теорией. В стационарном состоянии атома электрон, двигаясь по круговой орбите, должен иметь дискретные квантовые значения момента импульса.

Второй постулат Бора (правило частот): при переходе электрона с одной стационарной орбиты на другую излучается (поглощается) один фотон с энергией

h = En - Em

равной разности энергий соответствующих стационарных состояний (Еn и Еm - соответственно энергии стационарных состояний атома до и после излучения/поглощения).

Переходу электрона со стационарной орбиты под номером m на стационарную орбиту под номером n соответствует переход атома из состояния с энергией Еm в состояние с энергией Еn

При Еn > Еm происходит излучение фотона (переход атома из состояния с большей энергией в состояние с меньшей энергией, т. е. переход электрона с более удаленной от ядра орбиты на более близлежащую), при Еn < Еm - его поглощение (переход атома в состояние с большей энергией, т. е, переход электрона на более удаленную от ядра орбиту). Набор возможных дискретных частот



квантовых переходов и определяет линейчатый спектр атома.

Квантовые числа электронов

Главное квантовое число n определяет общую энергию электрона на данной орбитали. Оно может принимать любые целые значения, начиная с единицы (n = 1,2,3, ...). Под главным квантовым числом, равным ?, подразумевают, что электрону сообщена энергия, достаточная для его полного отделения от ядра (ионизация атома).

Существование различий в энергетическом состоянии электронов, принадлежащих к различным подуровням данного энергетического уровня, отражается побочным (иногда его называют орбитальным) квантовым числом l. Это квантовое число может принимать целочисленные значения от 0 до n - 1 (l = 0,1, ..., n - 1). Обычно численные значения l принято обозначать следующими буквенными символами:

Значение l 0 1 2 3 4

Буквенное обозначение s p d f g

Орбиталь -- совокупность положений электрона в атоме, т.е. область пространства, в которой наиболее вероятно нахождение электрона.

Побочное (орбитальное) квантовое число l характеризует различное энергетическое состояние электронов на данном уровне, определяет форму электронного облака, а также орбитальный момент р -- момент импульса электрона при его вращении вокруг ядра (отсюда и второе название этого квантового числа -- орбитальное)

Движение электрона по замкнутой орбите вызывает появление магнитного поля. Состояние электрона, обусловленное орбитальным магнитным моментом электрона (в результате его движения по орбите), характеризуется третьим квантовым числом -- магнитным m₁. Это квантовое число характеризует ориентацию орбитали в пространстве, выражая проекцию орбитального момента импульса на направление магнитного поля.

Соответственно ориентации орбитали относительно направления вектора напряженности внешнего магнитного поля, магнитное квантовое число m₁ может принимать значения любых целых чисел, как положительных, так и отрицательных, от -l до +l, включая 0, т.е. всего (2l + 1) значений.

Таким образом, m₁ характеризует величину проекции вектора орбитального момента количества движения на выделенное направление. Например, р-орбиталь («гантель») в магнитном поле может ориентироваться в пространстве в трех различных положениях, так как в случае l = 1 магнитное квантовое число может иметь три значения: -1, 0, +1. Поэтому электронные облака вытянуты по осям х, y и z, причем ось каждого из них перпендикулярна двум другим .

Для объяснения всех свойств атома в 1925 г. была выдвинута гипотеза о наличии у электрона так называемого спина (сначала -- для наглядности -- считалось, что это явление аналогично вращению Земли вокруг своей оси при движении ее по орбите вокруг Солнца). На самом деле, спин -- это чисто квантовое свойство электрона, не имеющее классических аналогов. Строго говоря, спин -- это собственный момент импульса электрона, не связанный с движением в пространстве. Для всех электронов абсолютное значение спина всегда равно s = 1/2. Проекция спина на ось = (магнитное спиновое число m_s) может иметь лишь два значения: m_s = 1/2 или m_s = -1/2 .

Поскольку спин электрона s является величиной постоянной, его обычно не включают в набор квантовых чисел, характеризующих движение электрона в атоме, и говорят о четырех квантовых числах.

Примнцип Памули

в пределах одной квантовой системы в данном квантовом состоянии может находиться только одна частица, состояние другой должно отличаться хотя бы одним квантовым числом.

...