Спектр рентгеновского изучения. Первичное действие рентгеновского излучения на ткани организма. Применение рентгеновского излучения в медицине

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 2

Спектр рентгеновского излучения - спектр испускания и поглощения рентгеновского излучения. Рентгеновское излучение:

Регистрация и использование рентгеновского излучения, а также воздействие его на биологические объекты определяются первичными процессами взаимодействия рентгеновского фотона с электронами атомов и молекул вещества.В зависимости от соотношения энергии фотона и энергии ионизации имеют место три главных процесса:

Когерентное (классическое) рассеяние Оно возникает если энергия фотона меньше энергии ионизации. В этом случае энергия фотона рентгеновского излучения и атома не изменяется, и когерентное рассеяние не вызывает биологического действия.

Некогерентное рассеяние (эффект Комптона).Длина волны рассеянного рентгеновского излучения больше, чем падающего. Рассеяние рентгеновского излучения с изменением длины волны называют некогерентным, а само явление - эффектом Комптона. Он возникает, если энергия фотона рентгеновского излучения больше энергии ионизации. Фотоэффект.При фотоэффекте рентгеновское излучение поглощается атомом, в результате чего вылетает электрон, а атом ионизируется (фотоионизация). Если энергия фотона недостаточна для ионизации, то фотоэффект может проявляться в возбуждении атомов без вылета электронов.Процессы, наблюдаемые при действии рентгеновского излучения на вещество.Рентгенолюминесценция – свечение ряда веществ при рентгеновском облучении. Такое свечение платиносинеродистого бария позволило Рентгену открыть лучи. Это явление используют для создания специальных светящихся экранов с целью визуального наблюдения рентгеновского излучения, иногда для усиления действия рентгеновских лучей на фотопластинку.

Известно химическое действие рентгеновского излучения, например образование перекиси водорода в воде. Рентгенологический метод —Рентгеновское излучение, возникшее в аноде рентгеновской трубки, направляют на больного, в теле которого оно частично поглощается и рассеивается, а частично проходит насквозь. Датчик преобразователя изображения улавливает прошедшее излучение, а преобразователь строит видимый световой образ, который воспринимает врач.

Перспективные виды рентгенографии – рентгеновская томография, компьютерная томография.

Билет №8

1)Тео́риявероя́тностей — раздел математики, изучающий закономерности случайных явлений: случайные события, случайные величины, их свойства и операции над ними. Случаное событие-событие, которое может произойти, а может и нет: 1)равносильные, равновозможные кубик Рубика; 2) совместимые события, если во время испытания они могут произойти только одновременно; 3) независимые, несовместимые.Случайные события- величина, которая принимает определенные значения.
В теории вероятностей случайной называется величина, которая в результате опыта может принять то или иное значение, предугадать которое заранее и достоверно невозможно.
Событием в теории вероятностей считается всякий факт, который в результате опыта может произойти, а может и не произойти.
Вероятность случайного события - основная категория в теориивероятностей - положительное число, заключенное между нулем и единицей: 0 <Р(А) < 1, где Р - обозначение вероятности, А - случайное событие.

2.Поляризациясвета-явление особого видоизменения естественных световых лучей, исходящих от обыкновенного источника света, при котором лучи приобретают как бы различные свойства по различным направлениям, перпендикулярным к направлению луча; такое свойство лучей может быть вызвано в самом источнике света, если поставить последний в некоторые определенные условия, но оно может быть искусственно придано и лучам, вышедшим из источника света в естественном их состоянии.
Свет, в котором направления колебаний светового вектора каким-то образом упорядочены, называется поляризованным. Так, если в результате каких-либо внешних воздействий появляется преимущественное направление колебаний вектора Е, то имеем дело с частично поляризованным светом. Свет, в котором вектор Е колеблется только в одном направлении, перпендикулярном лучу, называется плоско поляризованным .
Двойное лучепреломление, представляют собой волокнистые объекты, обладающие единственной оптической осью. Хотя это слишком упрощает положение вещей, при проведении очень многих биологических исследований удобно принять, что длинная ось волокна совпадает с оптической осью структуры.
В поляризационных устройствах - поляризаторах для получения полностью или частично поляризованного света используется одно из трёх физических явлений: поляризация при отражении света или преломлении света на границе раздела двух прозрачных сред; линейный дихроизм; двойное лучепреломление.

3)Основные представления квантовой механики.Волновая функция и её физический смысл.УравнениеШредингера.Диалектическое единство корпускулярных и волновых свойств частиц.Ква́нтоваямеха́ника — раздел теоретической физики, описывающий физические явления, в которых действие сравнимо по величине с постоянной Планка. Предсказания квантовой механики могут существенно отличаться от предсказаний классической механики. Поскольку постоянная Планка является чрезвычайно малой величиной по сравнению с действием повседневных объектов, квантовые эффекты в основном проявляются только в микроскопических масштабах. Волнова́яфу́нкция, или пси-функция — комплекснозначная функция, используемая в квантовой механике для описания чистого состояния системы. Является коэффициентом разложения вектора состояния по базису (обычно координатному):

Где — координатный базисный вектор, а — волновая функция в координатном представлении.Физический смысл волновой функции заключается в том, что согласно копенгагенской интерпретации квантовой механики плотность вероятности нахождения частицы в данной точке пространства в данный момент времени считается равной квадрату абсолютного значения волновой функции этого состояния в координатном представлении.

Уравнение Шредингера…

Корпускуля́рно-волново́йдуали́зм — принцип, согласно которому любой объект может проявлять как волновые, так и корпускулярные свойства. Был введён при разработке квантовой механики для интерпретации явлений, наблюдаемых в микромире, с точки зрения классических концепций. При проявлении у микрообъекта корпускулярных свойств его волновые свойства существуют как потенциальная возможность, способная при определенных условиях перейти в действительность (диалектическое единство корпускулярных и волновых свойств материи).

Задача 4:

Дано:n=1000m=3p=0,003

Р-?Решение:µ=np=3 Ответ: 23%.

Задача 5:

Дано:c=0,004α=30®k=4

ƛ-?Решение: =0,0005 ммОтвет: 0,0005мм

Билет №9

1. Неопределённый интегра́л .

Неопределённый интегра́л для функции f(x) — это совокупность всех первообразных данной функции.

Функция F(x) называется первообразной для функции f(x) на интервале X=(a,b) (конечном или бесконечном), если в каждой точке этого интервала f(x) является производной для F(x), т.е. .

если F(x) - некоторая первообразная функции f(x), то , где C - произвольная постоянная.

Свойства неопределённого интеграла, непосредственно следующие из определения:

2 (или ).

2. Сложная структура крови приводит к тому, что описание ее динамических характеристик несколько отличается от описания традиционных жидкостей. Несмотря на это ученые смело используют некоторые приемы и упрощения из традиционной гидродинамики. Приведем пример. В наиболее простой и общей модели системы кровообращения сердце — это насос, создающий направленное движение крови в «трубах»: артериях, венах и капиллярах. Принято считать, что протекание крови ламинарное (то есть безвихревое), при этом профиль распределения скорости внутри сосудов носит параболический характер (рис. 1). Максимальная скорость течения наблюдается на оси сосуда, посередине, а на его краях жидкость неподвижна (см. также анимацию). Этот простой вид течения известен в физике как течение Пуазейля. В нормальных условиях ток крови почти во всех отделах сосудистого русла ламинарный. Это положение в настоящее время признается большинством исследователей. Ламинарная форма движения жидкости подчиняется закону Пуазейля, который принято выражать следующей:

где, применительно к системе кровообращения, Q — количество крови, протекающей через сосуд за единицу времени; r — радиус сосуда; АР — разница в давлении в начале и в конце исследуемого участка сосудистого

русла; µ — вязкость крови;

— потеря давления, отнесенная к единице длины сосуда, называемая в физике градиентом давления. Для выражения зависимости линейной скорости кровотока от градиента давления и просвета сосудистого русла формула (4) может быть преобразована следующим образом:

где v — линейная скорость кровотока;

— площадь поперечного сечения сосуда.

Выражение

есть не что иное, как проходимость данного участка сосудистой системы — величина, обратная тому общему гидравлическому сопротивлению R, которое данная трубка или система трубок оказывает ламинарному движению жидкостиЧисло, или, правильнее, критерий Рейно́льдса ( ), — безразмерная величина, характеризующая отношение нелинейного и диссипативного членов в уравнении Навье — Стокса^[1]. Число Рейнольдса также считается критерием подобия течения вязкой жидкости.ЧислоРейнольдса определяется следующим соотношением:

где — плотность среды, кг/м³; — характерная скорость, м/с; — характерный размер, м; — динамическая вязкость среды, Н·с/м²; — кинематическая вязкость среды, м²/с( ) ; — объёмная скорость потока; — площадь сечения трубы.

3) Метод рентгеновской компьютерной томографии основан на реконструкции изображения определенного сечения тела пациента путем регистрации большого количества рентгеновских проекций этого сечения, выполненных под разными углами. Информация от датчиков, регистрирующих эти проекции, поступает в компьютер, который по специальному программе вычисляет распределение плотности образца в исследуемом сечении и отображает его на экране дисплея. Полученное таким образом изображение сечения тела пациента характеризуется прекрасной четкостью и высокой информативностью. Программа позволяет при необходимости увеличитьконтраст изображения вдесятки и даже сотни раз. Это расширяет диагностические возможности метода.3.Компьютерная рентгеновская томография. Оснащенный вычислительной техникой осевой томографический сканер является наиболее современным аппаратом рентгенодиагностики, который позволяет получить четкое изображение любой части человеческого тела, включая мягкие ткани органов.Первое поколение компьютерных томографов (КT) включает специальную рентгеновскую трубку, которая прикреплена к цилиндрической раме. На пациента направляют тонкий пучок рентгеновских лучей. Два детектора рентгеновских лучей прикреплены к противоположной стороне рамы. Пациент находится в центре рамы, которая может вращаться на 180⁰ вокруг его тела.Рентгеновский луч проходит через неподвижный объект. Детекторы получают и записывают показатели поглощения различных тканей. Записи делают 160 раз, пока рентгеновская трубка перемещается линейно вдоль сканируемой плоскости. Затем рама поворачивается на 1⁰, и процедура повторяется. Запись продолжается, пока рама не повернется на 180⁰. Каждый детектор записывает 28800 кадров (180x160) в течение исследования. Информация обрабатывается компьютером, и посредством специальной компьютерной программы формируется изображение выбранного слоя.Второе поколение КT использует несколько пучков рентгеновских лучей и до 30 их детекторов. Это дает возможность ускорить процесс исследования до 18 секунд.В третьем поколении КT используется новый принцип. Широкий пучок рентгеновских лучей в форме веера перекрывает исследуемый объект, и прошедшее сквозь тело рентгеновское излучение записывается несколькими сотнями детекторов. Время, необходимое для исследования, сокращается до 5-6 секунд.КТ имеет множество преимуществ по сравнению с более ранними методами рентгенодиагностики. Она характеризуется высоким разрешением, которое дает возможность различать тонкие изменения мягких тканей. КТ позволяет обнаружить такие патологические процессы, которые не могут быть обнаружены другими методами. Кроме того, использование КT позволяет уменьшить дозу рентгеновского излучения, получаемого в процессе диагностики пациентами. При обработке изображений видеографы позволяют:Получать позитивные и негативные изображения, изображения в псевдоцвете, рельефные изображения.Повышать контраст и увеличивать интересующий фрагмент изображения.Оценивать изменение плотности зубных тканей и костных структур, контролировать однородность заполнения каналов.Вэндодонтии определять длину канала любой кривизны, а в хирургии подбирать размер имплантата с точностью 0,1 мм.Уникальная система Cariesdetector с элементами искусственного интеллекта при анализе снимка позволяет обнаружить кариес в стадии пятна, кариес корня и скрытый кариес.

Билет №10

1) Функция - переменная величина у называется функцией переменной величины х(аргумент или независимая переменная), если каждому допустимому значению х соответствует определенное и единственной значение у: у= f(х). совокупность допустимых значений аргумента х называется областью определения функции. Способы представлений функций:

1) аналитический – в виде уравнения или формулы: у = f(х) При аналитическом задании функции часто не указывают область ее определения, областью ее определения считается наибольшее множество, на котором эта формула имеет смысл

2) Графиком функции называется множество точек плоскости, абсциссами которых служат значение аргумента х, а ординатами – соответствующие им значения функции у. График функции дает наглядное представление о свойствах функции. Задать функцию графически - это значит построить ее график

3) При табличном способе задания функции рядом с числовым значением аргумента выписывается соответствующее значение функции. Непрерывные функции. Непрерывная функция . Функция у= f(х). называется непрерывной при данном значении х=х₀, если бесконечно малому приращению ∆х аргумента х соответствует бесконечно малое приращение функции ∆у, т.е. выполняется условие

2) Оптический и электронный микроскопы.Электронный микроскоп и его отдельные элементы по своему назначению подобны оптическому.В оптическом микроскопе носителем информации о предметеявляется фотон, свет. Источником света обычно служит лампа накаливания. После взаимодействия с предметом (поглощение, рассеяние, дифракция) поток фотонов преобразуется и содержит информацию о предмете. Поток фотонов формируется с помощью оптических устройств, в основном линз: конденсора, объектива, окуляра, Изображение регистрируется глазом (или фотопластинкой, фотолюминесцирующим экраном и т.д.).

3)Диэлектрик (изолятор) — вещество, плохо проводящее электрический ток. Концентрация свободных носителей заряда в диэлектрике не превышает 10⁸ см⁻³. Основное свойство диэлектрика состоит в способности поляризоваться во внешнем электрическом поле. Условно к диэлектрикам относят материалы, у которых ρ > 10⁸Ом·мОсобенностью биологических тканей является их высокая диэлектрическая проницаемость 1 e =(16...64), что приводит к укорочению длины волны в4-8 раз, и наличие больших потерь (150...300 дБ/м). Пьезоэлектри́ческийэффе́кт — эффект возникновения поляризации диэлектрика под действием механических напряжений (прямой пьезоэлектрический эффект). Существует и обратный пьезоэлектрический эффект — возникновение механических деформаций под действием электрического поля. Пьезоэлектрические явления свойственны костной ткани, сухожилиям, коже и мышцам. Установлено, что П. я. связаны с изменениями в структурной организации биологических тканей и могут играть важную роль в их жизнедеятельности. Среди факторов, влияющих на перестройку костной ткани, существенную роль играет ее так называемый пьезоэлектрический эффект.

Билет№11

Преде́лфу́нкции (предельное значение функции) в заданной точке, предельной для области определения функции, — такая величина, к которой стремится значение рассматриваемой функции при стремлении её аргумента к данной точке. Наиболее часто определение предела функции формулируют на языке окрестностей. То, что предел функции рассматривается только в точках, предельных для области определения функции, означает, что в каждой окрестности данной точки есть точки области определения; это позволяет говорить о стремлении аргумента функции (к данной точке). Но предельная точка области определения не обязана принадлежать самой области определения: например, можно рассматривать предел функции на концах открытого интервала, на котором определена функция (сами концы интервала в область определения не входят).Отсутствие предела функции (в данной точке) означает, что для любого заранее заданного значения области значений существует окрестность этого значения такая, что в любой сколь угодно малой окрестности точки, в которой функция принимает заданное значение, существуют точки, значение функции в которых окажется за пределами указанной окрестности. Если в некоторой точке области определения функции существует предел и этот предел равен значению функции в данной точке, то функция оказывается непрерывной(в данной точке).

Предел фу́нкции — одно из основных понятий математического анализа.Теорема о единственности предела.Формулировка:Если функция в точке имеет предел, то этот предел единственный.

2. 2) ДИЭЛЕКТРИКИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ Диэлектриками называют тела, не проводящие электрического тока.. К диэлектрикам относят твердые тела, такие, как эбонит, фарфор, жидкости (например, чистая вода), газы. Условно выделим три класса диэлектриков: 1) с полярными молекулами; 2) с неполярными молекулами; 3) кристаллические.К первому классу принадлежат такие вещества, как вода, нитробензол и др. Ко второму классу диэлектриков относят такие вещества (например, водород, кислород и др.), молекулы которых при отсутствии электрического поля не имеют дипольных моментов. Третий класс - кристаллические диэлектрики (например, NaCl), решетка которых состоит из положительных и отрицательных ионов. Все эти процессы, происходящие в разных диэлектриках, находящихся в электрическом поле, объединяют общим термином поляризация, т.е. приобретение диэлектриком полярности.

Для первого класса диэлектриков характерна ориентационная поляризация, для второго - электронная, т.е. смещение главным образом электронов, для третьего - ионная.

Для оценки состояния поляризации диэлектрика вводят величину, называемую поляризованностъю, среднее значение которой равно отношению суммарного электрического момент элемента диэлектрика к объему этого элемента:Ре = ∑ Pi/V Единицей поляризованности является кулон на квадратный метр(Кл/м2). Диэлектрическая проницаемость среды εравна отношению силы взаимодействия зарядов в вакууме к силе расстояния в среде: F₀/F= ε.Так как напряженность электрического поля Е пропорциональна силе,действующей на заряд,то аналогичное соотношение можно записать и для Е₀и Е. Е₀= εЕ. Различие диэлектрической проницаемости нормальных и патологических тканей и сред как в постоянных,так и в переменных полях можно использовать для диагностических целей.

ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТВ кристаллических диэлектриках поляризация может возникнуть при отсутствии электрического поля при деформации. Это явление получило название пьезоэлектрическою эффекта (пьезоэффекта).Различают поперечный пьезоэффект и продольный Прямой пьезоэффект используют в медицине - в датчиках для регистрации пульса, в технике - в адаптерах, микрофонах и для измерения вибраций, а обратный пьезоэффект - для создания механических

Пьезоэлектрическими свойствами обладают также сухожилия и кожа.

3.МЕМБРАНЫ БИОЛОГИЧЕСКИЕ - функционально активные поверхностные структуры толщиной в несколько молекулярных слоев, ограничивающие цитоплазму и большинство органелл клетки, а также образующие единую внутриклеточную систему канальцев, складок, замкнутых областей. Биологические мембраны имеются во всех клетках. Мембранные структуры клетки представлены поверхностной (клеточной, или плазматической) и внутриклеточными (субклеточными) мембранами. Название внутриклеточных (субклеточных) мембран обычно зависит от названия ограничиваемых или образуемых ими структур. Так, различают митохондриальные, ядерные, лизосомные мембраны, мембраны пластинчатого комплекса аппарата Гольджи, эндоплазматического ретикулума, саркоплазматического ретикулума и др. Толщина биологических мембран — 7—10 нм, но их общая площадь очень велика. Консистенция мембраны зависит от температуры. При физиологической температуре мембрана, как правило, находится в жидкостном состоянии, сохраняя при этом общую упорядоченность структуры, хотя отдельные ее части обладают свободой движения, при понижении температуры подвижность плоской мембраны уменьшается.

Билет 12

1) О п р е д е ле н и е: Производной y ' =f ' (x) данной функции y=f(x) при данном x называется предел отношения приращения функции к приращению аргумента при условии, что приращение аргумента стремится к нулю, если, конечно, этот предел существует, т.е. конечен.

Таким образом, или Процесс нахождения y ' называется дифференцированием.

Геометрический смысл производной. Производная в точке x0 равна угловому коэффициенту касательной к графику функции y=f(x) в этой точке. Физический смысл производной.Если функция y = f(x) и ее аргумент x являются физическими величинами, то производная – скорость изменения переменной y относительно переменной x в точке. Например, если S = S(t) – расстояние, проходимое точкой за время t, то ее производная – скорость в момент времени.

2) Переменный ток – это электрический ток, который изменяется с течением времени по гармоническому закону. Если в цепи переменного тока, содержащей последовательно включенные конденсатор, катушку индуктивности и резистор то сдвиг фаз между током и напряжением обращается в нуль В данном случае полное сопротивление цепи становится минимальным, равным активному сопротивлению цепи, и ток в цепи определяется этим сопротивлением, принимая максимальные значения. При этом падение напряжения на активном сопротивлении равно внешнему напряжению, приложенному к цепи, а падения напряжений на конденсаторе и катушке индуктивности одинаковы по амплитуде и противоположны по фазе. Это явление называется резонансом напряжений (последовательным резонансом). Полное сопротивление (импеданс) тканей организма. Импеданс тканей и органов зависит также и от их физиологического состояния. Так, при кровенаполнении сосудов импеданс изменяется в зависимости от состояния сердечно-сосудистойдея-тельности. Реограф. Оценка жизнеспособности и патологических изменений тканей и органов по частотной зависимости импеданса и углу сдвига фаз между током и напряжением. Физические процессы, происходящие в тканях организма под воздействием высокочастотного тока (дарсонвализация и электрохирургия), переменного магнитного поля высокой частоты (индуктотермия), электрического поля ультровысокой частоты (УВЧ-терапии), электромагнитных волн сверхвысокочастотного (микроволновая терапия и ДЦВ-терапия) и крайневысокочастотного диапазонов (КВЧ-терапии).

При кровенаполнении сосудов импеданс изменяется в зависимости от состояния сердечнососудистой деятельности. Диагностический метод, основанный на регистрации изменения импеданса тканей в процессе сердечной деятельности, называют реографией (импедансплетизмография).С помощью этого метода получают реограммы головного мозга (реоэнцефалограмма), сердца (реокардиограмма), магистральных сосудов, легких, печени и конечностей. Измерения обычно проводят на частотах 20 30 кГц по мостовой схеме.

Реограф- электронное устройство, предназначенное для преобразования колебаний импеданса живой ткани или его составляющих, обусловленных пульсовыми изменениями кровенаполнения в пропорциональный электрический сигнал.Принцип работы реографа заключается в следующем: от генератора высокой частоты реографа с помощью электродов через исследуемый орган пропускается ток высокой частоты. При этом на исследуемом участке (органе) возникает падение напряжения. Изменения кровенаполнения в исследуемом органе приводят к изменениям его импеданса и пропорциональным изменениям амплитуды высокочастотного напряжения. После усиления с помощью детектора и фильтров выделяется низкочастотная составляющая, представляющая собой реографический сигнал (реограмму) Используется переменный ток с частотами 30-300 кГц, величина тока составляет 1-5 мА.

3 Однофотонная эмиссионная компьютерная томография (ОФЭКТ)— разновидность эмиссионной томографии; диагностический метод создания томографическихизображений распределения радионуклидов. В ОФЭКТ применяютсярадиофармпрепараты, меченные радиоизотопами, ядра которых при каждом акте радиоактивного распада испускают только один гамма-квант (фотон) (для сравнения, в ПЭТ используются радиоизотопы, испускающие позитроны).

Позитро́нно-эмиссио́ннаятомогра́фия , она жедвухфотонная эмиссионная томография — радионуклидныйтомографический метод исследования внутренних органов человека или животного. Метод основан на регистрации пары гамма-квантов, возникающих при аннигиляциипозитронов с электронами . Позитроны возникают припозитронном бета-распадерадионуклида, входящего в состав радиофармпрепарата, который вводится в организм перед исследованием.

Билет№13

1.Достаточное условие возрастания функцииЕсли в каждой точке интервала (a, b) f'(x)>0, то функция f(x) возрастает на этом интервале.

Достаточное условие убывания функции.
Если в каждой точке интервала (a, b) f'(x)<0, то функция f(x) убывает на этом интервале.

Определение: x₀ называется критической точкой функции f(x), если 1) x₀ – внутренняя точка области определения f(x) ; 2) f'(x₀)=0 или f'(x₀) не существует.Необходимое условие экстремума: Если x₀– точка экстремума функции f(x), то эта точка является критической точкой данной функции. Достаточное условие экстремума: Если при переходе через точку x₀ производная функции меняет знак, то x₀ – точка экстремума функции f(x). Схема исследования функции.1.Найти область определения функции. 2.Проверить, не является ли функция четной или нечетной; проверить также, не является ли она периодической. 3.Найти, если это возможно, точки пересечения графика функции с осями координат и промежутки знакопостоянства функции. Иногда для уточнения построения графика следует найти две три дополнительные точки. 4.Найти производную функции и ее критические точки. 5.Найти промежутки монотонности и экстремумы функции. 6.Построить график функции, используя полученные результаты исследования. Схема нахождения наибольшего и наименьшего значений функции f(x), непрерывной на отрезке [a; b].1.Найти значения функции в концах отрезка, т.е. f(a) и f(b) ; 2.Найти значения функции в тех критических точках, которые принадлежат интервалу (a,b) ; 3.Из найденных значений выбрать наибольшее и наименьшее

2 Электроника — прикладная отрасль знаний. Одно из распространенных применений электронных устройств связано с диагностикой и лечением заболеваний. Разделы электроники, в которых рассматриваются особенности применения электронных систем для решения медико-биологических задач, а также устройство соответствующей аппаратуры, получили название медицинской электроники.

Медицинская электроника основывается на сведениях из физики, математики, техники, медицины, биологии, физиологии к других наук, она включает в себя биологическую и физиологическую электронику.

Группы электронных медицинских приборов и аппаратов:

1. Устройства для получения (съема), передачи и регистрации медико-биологической информации. Такая информация может быть не только о процессах, происходящих в организме (биологических тканях, органах, системах), но и о состоянии окружающей среды (санитарно-гигиеническое назначение), о процессах, происходящих в протезах, и т. д. Сюда относится большая часть диагностической аппаратуры: баллистокардиографы, фонокардиографы, реографы и др. Для подавляющего большинства этих приборов в радиотехническом отношении характерно наличие усилителей электрических сигналов.

2. Электронные устройства, обеспечивающие дозирующее воздействие на организм различными физическими факторами (ультразвук, электрический ток, электромагнитные поля и др.) с целью лечения: аппараты микроволновой терапии, аппараты для электрохирургии, кардиостимуляторы и др. С физической точки зрения эти устройства являются генераторами различных электрических сигналов.

3.Кибернетические электронные устройства: а) электронные вычислительные машины для переработки, хранения и автоматического анализа медико-биологической информации; б) устройства для управления процессами жизнедеятельности и автоматического регулирования состоянием окружающей человека среды; в) электронные модели биологических процессов и др.

. Некоторые общие указания техники безопасности:

— не касайтесь приборов одновременно двумя обнаженными руками, частями тела;

— не работайте на влажном, сыром полу, на земле;

— не касайтесь труб (газ, вода, отопление), металлических конструкций при работе с электроаппаратурой;

— не касайтесь одновременно металлических частей двух аппаратов (приборов).

Способность изделия не отказывать в работе в заданных условиях эксплуатации и сохранять свою работоспособность в течение заданного интервала времени характеризуют обобщающим термином надежность.

Для медицинской аппаратуры проблема надежности особенно актуальна, так как выход приборов и аппаратов из строя может привести не только к экономическим потерям, но и к гибели пациентов

3. Избирательное поглощение электромагнитных волн определенной частоты веществом в постоянном магнитном поле,обусловленное переориентацией магнитных моментов ядер,называют ядерным магнитным резонансом. ЯМР можно наблюдать при выполнении условия hv=g_яµ_яВ,гдеg_я- ядерный множитель Ланде, µ_я-ядерный магнетон= 5,05 10^-27 А м².лишь для свободных атомных ядер. В спектрах ЯМР различают 2 типа линий по их ширине. Спектры твердых тел имеют большую ширину, и эту область применения ЯМР называют ЯМР широких линий. В жидкостях наблюдают узкие линии, и это называют ЯМР высокого разрешения. Возможности ЯМР для медицины: опр-е параметров спектра ЯМР во многих точках образца. Постепенно,послойно проходя весь образец(сканируя),можно получить полное представление о пространственном распределении молекул,содержащих атомы водорода или фосфора(при магнитном резонансе от протонов или ядер фосфора соответственно). Все это осуществляется без разрушения образца и поэтому можно проводить исследование на живых объектах. Такой метод называют ЯМР-интроскопией или МРТ. Он позволяет различать кости,сосуды,нормальные ткани и ткани со злокачественной патологией. ЯМР-интроскопия позволяет различать изображение мягких тканей,н-р, отличает изображение серого в-ва мозга от белого,опухолевых клеток от здоровых,при этом минимальные размеры патологических включений могут составлять доли миллиметра.

Билет№14

1)Корреляционный анализ и регрессионный анализ. Рассмотрим метод корреляционно-регрессионного анализа, который является основным в изучении взаимосвязей явлений.Данный метод содержит две свои составляющие части — корреляционный анализ и регрессионный анализ. Корреляционный анализ — это количественный метод определения тесноты и направления взаимосвязи между выборочными переменными величинами. Регрессионный анализ — это количественный метод определения вида математической функции в причинно-следственной зависимости между переменными величинами.Корреляционный анализ — метод обработки статистических данных, с помощью которого измеряется теснота связи между двумя или более переменными. Корреляционный анализ тесно связан с регрессионным анализом .

Дифракция света.

Дифракция света - явление отклонения света от прямолинейного распространения или огибание световым лучом преград или препятствий. Можно наблюдать используя дифракционную решетку. Дифракционная решетка — оптическое устройство, представляющее собой совокупность большого числа параллельных, обычно равноотстоящих друг от друга щелей.

Дифракционную решетку можно получить нанесением непрозрачных царапин(штрихов) на стеклянную пластину. Непроцарапанные места—щели—будут пропускать свет; штрихи, соответствующие промежутку между щелями, рассеивают и не пропускают света. Суммарную ширину щели а и промежутка bмежду щелями называют постоянной или периодом дифракционной решетки: с=а+b . Если на решетку падает пучок когерентных волн, то вторичные волны, идущие по всевозможным направлениям, будут интерферировать, формируя дифракционную картину. Если разность хода лучей кратна целому числу длин волн, то при интерференции возникнут главные максимумы, для которых выполняется условие или где k = 0,1,2, ... — порядок главных максимумов. Они расположены симметрично относительно центрального(k — О, а = 0). Это равенство является основной формулой дифракционной решетки. Между главными максимумами образуются минимумы (добавочные), число которых зависит от числа всех щелей решетки. Пусть разность хода вторичных волн, идущих под углом а от соответственных точек соседних щелей, равна т.е. где N — число щелей дифракционной решетки. Этой разности хода 5 отвечает разность фаз ∆φ=2π/N.

При падении на дифракционную решетку белого или иного немонохроматического света каждый главный максимум, кроме центрального, окажется разложенным в спектр. В этом случае kуказывает порядок спектра.

Одна из характеристик — угловая дисперсия — определяет угловую ширину спектра. Она численно равна угловому расстоянию do между двумя линиями спектра, длины волн которых различаются на единицу :

Разрешение спектральных линий количественно оценивается разрешающей способностью, равной отношению длины волны к наименьшему интервалу длин волн, которые еще могут быть разрешены: разрешающая способность дифракционной решетки тем больше, чем больше порядок kспектра и число N штрихов.

3) Теплово́еизлуче́ние или лучеиспускание — передача энергии от одних тел к другим в виде электромагнитных волн за счёт их тепловой энергии. Тепловое излучение в основном приходится на инфракрасный участок спектра, т.е на длины волн от 0,74 мкм до 1000 мкм. Отличительной особенностью лучистого теплообмена является то, что он может осуществляться между телами, находящимися не только в какой-либо среде, но и вакууме.Характеристики теплового излучения- энергетическая светимость- это количество энергии электромагнитного излучения во всем диапазоне длин волн теплового излучения, которое излучается телом во всех направлениях с единицы площади поверхности за единицу времени: R = E/(S·t), [Дж/(м2с)] = [Вт/м2] Энергетическая светимость зависит от природы тела, температуры тела, состояния поверхности тела и длины волны излучения.Количественной характеристикой теплового излучения служит спектральная плотность энергетической светимости (R) — мощность излучения с единицы площади поверхности тела в интервале частот единичной ширины:

- коэффициент поглощения- отношение поглощенной телом энергии к падающей энергии. Так, если на тело падает излучение потока dФпад, то одна его часть отражается от поверхности тела - dФотр , другая часть проходит в тело и частично превращается в теплоту dФпогл, а третья часть после нескольких внутренних отражений - проходит через тело наружу dФпр : α = dФпогл/dФпад.Коэффициент поглощения α зависит от природы поглощающего тела, длины волны поглощаемого излучения, температуры и состояния поверхности тела. - монохроматический коэффициент поглощения - коэффициент поглощения теплового излучения данной длины волны при заданной температуре: αλ,T = f(λ,T)Среди тел есть такие тела, которые могут поглощать все тепловое излучение любых длин волн, которое падает на них. Такие идеально поглощающие тела называются абсолютно черными телами. Для них α =1. Есть также серые тела, для которых α<1, но одинаковый для всех длин волн инфракрасного диапазона.Закон Кирхгофа. Тепловое излучение является равновесным - сколько энергии излучается телом, столь ее им и поглощается. Для трех тел, находящихся в замкнутой полости можно записать:

закон Кирхгофа: отношение спектральной плотности энергетической светимости тела к его монохроматическому коэффициенту поглощения (при определенной температуре и для определенной длины волны) не зависит от природы тела и равно для всех тел спектральной плотности энергетической светимости при тех же самых температуре и длине волны.Закон Стефана-Больцмана.Общая энергетическая светимость во всем диапазоне длин волн пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры тела:

Закон Вина.длина волны λmax, на которую приходится максимум спектральной плотности энергетической светимости АЧТ, обратно пропорционален его абсолютной температуре Т:

λmax = в/t, где в = 2,9*10-3 м·К- постоянная Вина.Формула Планка. Энергия кванта пропорциональна частоте излучения: E = hν = h·c/λ ,где h = 6,63*10-34 Дж·спостоянная Планка.

Билет№15

1)Распределе́ниеСтью́дента в теории вероятностей — это однопараметрическое семейство абсолютно непрерывных распределений Пусть — независимыестандартные нормальныеслучайные величины, такие что . Тогда распределение случайной величины , где

называется распределением Стьюдента с степенями свободы. Пишут . Её распределение абсолютно непрерывно и имеет плотность

где — гамма-функция Эйлера. Свойства распределения Стьюдента Распределение Стьюдента симметрично. В частности если , то .

2)Элементы геометрической оптики.При построении изображений в геометрической оптике исходят из следующих приближений:1. Свет в однородной "среде распространяется прямолинейно (т. е. явлениями дифракции пренебрегают).2.Отдельные лучи распространяются независимо друг от друга (т. е. интерференцией лучей пренебрегают).3. При переходе луча из среды с показателем преломления п в среду с показателем преломления п' на границе раздела выполняется соотношение tisin i = п' sin т между углом падения i и углом преломления г. Отражение рассматривается как частный случай преломления обратно в первую среду и ход лучей определяется простой подстановкой в полученные из валокна преломления. Частичное отражение лучей при преломлении и частичное поглощение их при отражении не учитываются.4. Для простоты расчет ведется лишь для лучей, падающих и отражающихся под столь малыми углами, что для них можно пользоваться приближенными соотношениями:sin а « tg а » а.
Центрированной оптической системой называется система, центры всех поверхностей которой располагаются на одной прямой. Эта прямая носит название оптической оси системы. Рассмотрим преломление параксиальных лучей (т. е. лучей, проходящих бесконечно близко около оптической оси) одной сферической поверхностью. В случае, когда имеется одна сферическая поверхность, оптической осью может быть любая прямая, проходящая.
Оптические волокна широко используются для освещения. Они используются как световоды в медицинских и других целях, где яркий свет необходимо доставить в труднодоступную зону через центр поверхности.
Эндоско́п — группа оптических приборов различного назначения. Различают медицинские и технические эндоскопы. Технические эндоскопы используются для осмотра труднодоступных полостей машин и оборудования при техническом обслуживании и оценке работоспособности (лопатки турбин, цилиндры двигателей внутреннего сгорания, оценка состояния трубопроводов и так далее), кроме того, технические эндоскопы используются в системах безопасности для досмотра скрытых полостей (в том числе для досмотра бензобаков на таможне). Медицинские эндоскопы используются в медицине для исследования и лечения полых внутренних органов человека (пищевод, желудок, бронхи, мочеиспускательный канал, мочевой пузырь, женские репродуктивные органы, почки, органы слуха), а также брюшной и других полостей тела.

3)Я́дерныймагни́тныйрезона́нс (ЯМР) - это неинвазивныйнерентгеновский метод исследования органов и тканей человека; резонансное поглощение или излучение электромагнитной энергии веществом, содержащим ядра с ненулевым спином(моментом количества движения и обусловленным им постоянным магнитным моментом) во внешнем магнитном поле, на частоте ν (называемой частотой ЯМР), обусловленное переориентацией магнитных моментов ядер. Изучение спектров (-сигналы ядер атомов, входящих в определенные функциональные группы, лежат в строго определенных участках спектра )ЯМР позволяет сделать вывод о химической и пространственной структуре различных веществ без проведения химического анализа. В медицине: метод ЯМР обеспечивает высокую контрастность разных мягких тканей на изображении, что крайне важно для выявления больных клеток на фоне здоровых, ЯМР- изображения позволяют с высокой достоверностью обнаружить такие патологические процессы, как эдема, инфекции, злокачественные опухоли и перерождения ткани. Особенно высокую

чувствительность к мозговой эдеме дают сигналы спинового эха. Главный недостаток ЯМР-интроскопии в том , что на ЯМР-изображениях нет информации о структуре костей.

Билет16

1) Определенный интеграл численно равен площади части графика функции, от которой он берется, в определённых пределах, т. е. равен площади криволинейной трапеции. Причем площади на интервале интегрирования. Определенным интегралом от функции y=f(x) на отрезке [a,b] называется пределинтегральной суммы (1), когда число участков разбиения стремится к бесконечности, а

длина каждого из них стремится к нулю: = a_i)∆x_iГде a и b называются пределами интегрирования, причем а – нижний предел

интегрирования, а b – верхний предел интегрирования. Ньютона-Лейбница теорема выражает связь между определенным и неопределенным интегралами от интегрируемой функции f(x): если F(x) – любая первообразная для функции f(x), то имеет место формула Ньютона-Лейбница
.
Иногда полезно применять эту теорему несколько в иной форме, еще более ярко показывающей связь операций интегрирования и дифференцирования.
Если у = f(x) – непрерывно дифференцируемая функция, то
. Приложения определённого интеграла:Вычисление площадей плоских фигур, Вычисление объёмов, Вычисление длины дуги кривой

2.Волновое движение- это движение, которое описывается волновым уравнением. Волновое уравнение— линейное в частных производных второго порядка уравнение с постоянными коэффициентами, описывающее распространение в среде возмущений с постоянной скоростью. При выводе В. у. из уравнений газовой динамики пренебрегают вязкостью и объёмными силами, значения и градиенты средних и пульсационных скоростей считаются малыми, а средний значения давления и плотности принимаются не зависящими от времени t. Тогда условия малости возмущений и отсутствия теплообмена позволяют считать движение безвихревым и ввести потенциал скорости (φ), и В. у. принимает вид:
д2(φ)/дt2-a2(Δφ) = 0, где (Δ) — оператор Лапласа (в декартовой системе координат
(Δ) = д2/дx2 + д2/дy2 + д2/дz2),
а — скорость распространения возмущения (скорость звука).
Давление p и скорость v распространения возмущений определяются через (φ):
p = (ρ)0д(φ)/дt, v = -grad(φ),
где (ρ)0 — плотность невозмущённой среды.

средняя объемная плотность энергии волн:

где А — амплитуда колебаний точек среды, r— плотность.

плотность потока энергии упругих волн пропорциональна плотности среды, квадрату амплитуды колебаний частиц, квадрату частоты колебаний и скорости распространения волны.

3.Биофизические основы действия ионизирующего излученияСложная биологическая реакция организма на действие различных видов излучения ( частиц и квантов, жесткого рентгеновского излучения, а также протонов и нейтронов) имеет много общего и называется лучевой болезнью.

Начальной стадией в развитии лучевой болезни является первичное действие всех видов излучения на ткани организма – ионизация атомов и молекул, из которых ткани состоят.

Обладая высокой энергией, и рентгеновское излучения выбивают электроны не только с внешних оболочек атома, но и с внутренних, глубинных оболочек. Это вызывает характеристическое излучение, которое поглощается внутри вещества. Выбитые электроны, электроны отдачи, также обладают высокой энергией и также ионизируют атомы и молекулы или возбуждают их. При торможении частиц и вторичных электронов может возникать и тормозное рентгеновское излучение, которое также может поглощаться в самом веществе.

Отдельные частицы могут взаимодействовать с ядрами атомов тканей организма. Если энергия частиц высока, то ядра атомов могут возбуждаться, могут наблюдаться ядерный фотоэффект (выбрасывание из ядра протонов и нейтронов) и ядерные реакции.

Действие ионизирующих излучений может вызвать также нарушение структуры молекул вещества. При этом возможны взаимодействия молекул воды с органическими соединениями, в частности реакция радиолиза. При радиолизе воды молекула воды сначала ионизируется

Ионы и имеют ненасыщенные валентности, поэтому химически очень активны и вступают в реакции, продукты которых опасны для организма. Напримеp,

Возникающие в результате радиолиза воды химически активные радикалы и взаимодействуют с остальными молекулами биосистемы, что приводит к разрушению мембран, клеток и функций всего организма.

Ионизирующее излучение действует на сам биологический объект, а также на последующие поколения через наследственный аппарат клеток.

Для биологического действия ионизирующего излучения характерен скрытый (латентный) период. Разные части клеток по разному реагируют на одни и те же дозы излучения. Наиболее чувствительны к радиоактивному излучению ядра клеток. Особенно уязвимы растущие клетки, т.е. детские организмы, включая и период утробного развития в чреве матери. Более всего подвержены влиянию радиоактивного излучения клетки, которые периодически делятся: слизистые оболочки желудка и кишечника, кроветворная, ткань, половые клетки и т.д.

Билет№17

1)Условной вероятностью Р(А/В) события А называется вероятность события А, вычисленная при условии, что событие В произошло. Аналогично через Р(В/А) обозначается условная вероятность события В при условии, что событие А наступило.
Событие А называется зависимым от события В , если вероятность события А меняется в зависимости от того, произошло событие В или нет.
Теорема умножения вероятностей зависимых событий P(АВ)=Р(А)Р(В/А)=Р(В)Р(А/В), где Р(А/В)-вероятность событий В при условии, что произошло событие А.

2)гидравлическоесопротивление— безвозвратные потери удельной энергии (переход её в теплоту) на участках гидравлических систем обусловленные наличием вязкого трения.Хотя потеря полной энергии — существенно положительная величина, разность полных энергий на концах участка течения может быть и отрицательной). Потери энергии можно наблюдать на коротких. В одних случаях потери напора распределяются по длине трубопровода - это линейные потери; в других - они сосредоточены на очень коротких участках, длиной которых можно пренебречь, - на так называемых местных гидравлических сопротивлениях: вентили, всевозможные закругления, сужения, расширения и т.д.,. Источником потерь во всех случаях является вязкость жидкости.Гидравлические потери принято разделять на два вида:
потери на трение по длине — возникают при равномерном течении, в чистом виде — в прямых трубах постоянного сечения, они пропорциональны длине трубы;
местные гидравлические потери — обусловлены т. н. местными гидравлическими сопротивлениями — изменениями формы и размера канала, деформирующими поток. Примером внезапное расширение трубы, Гидравлические потери выражают либо в потерях напора дельта h в линейных единицах столба среды, либо в единицах давления :( дельта) P: дельта h=дельта Р деленный на ро умноженный g , где (ро) — плотность среды, g — ускорение свободного падения.

3)Дозиметрия ионизирующих излучений — раздел прикладной ядерной физики, в котором рассматриваются свойства ионизирующих излучений, физические величины, характеризующие поле излучения и взаимодействие излучения с веществом. Важнейший признак дозиметрических величин — их связь с радиационно-индуцированными эффектами, возникающими при облучении объектов живой и неживой природы. Под радиационно-индуцированными эффектами в общем смысле понимают любые изменения в облучаемом объекте, вызванные воздействием ионизирующих излучений. Основной дозиметрической величиной является доза ионизирующего излучения и ее модификации. Задача Д. и. и. — описание дозного поля, сформированного в живом организме в реальных условиях облучения. Экспозиционная доза определяет ионизирующую способностьрентгеновских и гамма-лучей и выражает энергию излучения, преобразованную в кинетическую энергиюзаряженных частиц в единице массыатмосферного воздуха. Экспозиционная доза — это отношение суммарного заряда всех ионов одного знака в элементарномобъёмевоздуха к массевоздуха в этом объёме.В системе СИединицей измерения экспозиционной дозы является кулон, деленный на килограмм (Кл/кг). Внесистемная единица — рентген (Р). 1 Кл/кг = 3876 Р.Поглощенная доза показывает, какое количество энергииизлучения поглощено в единице массы любого облучаемого вещества и определяется отношением поглощенной энергииионизирующего излучения на массувещества.Заединицу измерения поглощенной дозы в системе СИ принят грэйГр.Мощность дозы (интенсивность облучения) — приращение соответствующей дозы под воздействием данного излучения за единицу времени. Имеет размерность соответствующей дозы (поглощенной, экспозиционной и т. п.), делённую на единицу времени. Допускается использование различных специальных единиц (например, Зв/час, бэр/мин, сЗв/год и др.)

Билет№18

1) Математическая статистика-Математическая статистика – это наука, изучающая случайные явления посредством обработки и анализа результатов наблюдений и измерений.

Первая задача математической статистики – указать способы получения, группировки и обработки статистических данных, собранных в результате наблюдений, специально поставленных опытов или произведённых измерений.

Вторая задача математической статистики – разработка методов анализа статистических сведений в зависимости от целей исследования. В выборочном наблюдении используются понятия «генеральная совокупность» — изучаемая совокупность единиц, подлежащая изучению по интересующим исследователя признакам, и «выборочная совокупность» — случайно выбранная из генеральной совокупности некоторая ее часть. К данной выборке предъявляется требование репрезентативности, т.е. при изучении лишь части генеральной совокупности полученные выводы можно применять ко всей совокупности.

Характеристиками генеральной и выборочной совокупностей могут служить средние значения изучаемых признаков, их дисперсии и средние квадратические отклонения, мода и медиана и др. Исследователя могут интересовать и распределение единиц по изучаемым признакам в генеральной и выборочной совокупностях. В этом случае частоты называются соответственно генеральными и выборочными.

2)Интерференция света — перераспределение интенсивности света в результате наложения (суперпозиции) нескольких когерентных световых волн. Это явление сопровождается чередующимися в пространстве максимумами и минимумами интенсивности. Её распределение называется интерференционной картиной. ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ света, проявляется в нарушении правила сложения интенсивностей при встрече двух пучков, выходящих из одной и той же светящейся точки. Два световых пучка, распространяющихся от разных светящихся точек, при встрече всегда усиливают друг друга, их интенсивности складываются (принцип суперпозиции интейсивностей). Наоборот, если заставить пересечься (при помощи зеркал, призм, линз и пр.) два луча, выходящие по разным направлениям из одной светящейся точки, то при встрече в некоторых местах лучи будут взаимно ослабляться, а в соседних ненормально усиливаться. Если пересекаются лучи одинаковой интенсивности, то в одних точках они полностью тушат друг друга, а в соседних создают интенсивность вчетверо большую, чем интенсивность каждого из слагаемых лучей. Лучи, способные интерферировать, называются ко герентными. Произведение геометрической длины sпути световой волны в данной среде на показатель n преломления этой среды называется оптической длиной пути L, aD = L₂ – L₁ - разность оптических длин проходимых волнами путей - называется оптической разностью хода. Если оптическая разность хода равна целому числу длин волн в вакууме то d= ±2pm, и колебания, возбуждаемые в точке М обеими волнами, будут происходить в одинаковой фазе. Следовательно, (172.2) является условием интерференционного максимума.Если оптическая разность хода то d = ±(2m + 1)p, и колебания, возбуждаемые в точке М обеими волнами, будут происходить в противофазе. Следовательно, (172.3) является условием интерференционного минимума.

3) Радиоактивностью называют самопроизвольный распад неустойчивых ядер с испусканием других ядер или элементарных частиц. Число радиоактивных ядер,к-е еще не распались,убывает со временем по экспоненциальному закону. В указанном выше математическом выражении — постоянная распада, которая характеризует вероятность радиоактивного распада за единицу времени и имеющая размерность с⁻¹. Знак минус указывает на убыль числа радиоактивных ядер со временем.

где — начальное число атомов, то есть число атомов для

Активность A - среднее количество ядер распадающихся в единицу времени

A(t) = λN(t).

(5)

Активность измеряется в кюри (Ки) и беккерелях (Бк)

1 Ки = 3.7·1010 распадов/c,
1 Бк = 1 распад/c.

Распад, сопровождающийся испусканием альфа-частиц, назвали альфа-распадом; распад, сопровождающийся испусканием бета-частиц, был назван бета-распадом (в настоящее время известно, что существуют типы бета-распада без испускания бета-частиц, однако бета-распад всегда сопровождается испусканием нейтрино или антинейтрино). Термин «гамма-распад» применяется редко; испускание ядром гамма-квантов называют обычно изомерным переходом. Гамма-излучение часто сопровождает другие типы распада.

В результате α-распада атом смещается на 2 клетки к началу таблицы Менделеева (то есть заряд ядра Z уменьшается на 2), массовое число дочернего ядра уменьшается на 4.

Электронный или β^- распад проявляется в вылете из ядра β^- частицы(электрона) и антинейтрино(с очень малой массой)

Позитронный илиβ+ распад ядро испускает позитрон и нейтрино

Радиоакти́вныйраспа́д (от лат. radius «луч» и āctīvus «действенный») — спонтанное изменение состава нестабильных атомных ядер (заряда Z,массового числа A) путём испускания элементарных частиц или ядерных фрагментов^[1]. Процесс радиоактивного распада также называютрадиоакти́вностью, а соответствующие элементы радиоактивными. Радиоактивными называют также вещества, содержащие радиоактивные ядра.

Установлено, что радиоактивны все химические элементы с порядковым номером, большим 82 (то есть начиная с висмута), и некоторые более лёгкие элементы (прометий и технеций не имеют стабильных изотопов, а у некоторых элементов, например индия, калия или кальция, одни природные изотопы стабильны, другие же радиоактивны).

Естественная радиоактивность — самопроизвольный распад ядер элементов, встречающихся в природе.

Искусственная радиоактивность — самопроизвольный распад ядер элементов, полученных искусственным путем через соответствующиеядерные реакции.

Энергетические спектры α-частиц и γ-квантов, излучаемых радиоактивными ядрами, прерывистые («дискретные»), а спектр β-частиц — непрерывный.

В настоящее время, кроме альфа-, бета- и гамма-распадов, обнаружены распады с эмиссией нейтрона, протона (а также двух протонов),кластерная радиоактивность, спонтанное деление. Электронный захват, позитронный распад (или -распад), а также двойной бета-распад (и его виды) обычно считаются различными типами бета-распада

Билет 19

1) МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОЖИДАНИЕ-Среднее значение)-случайной величины есть сумма произведений всех возможных ее значений на вероятности этих значений.

Дисперсией случайной величины называют математическое ожидание квадрата отклонения случайной величины от ее математического ожидания

Среднеквадратическое отклонениеиспользуют при расчёте стандартной ошибки среднего арифметического, при построении доверительных интервалов, при статистической проверке гипотез, при измерении линейной взаимосвязи между случайными величинами.

Среднеквадратическое отклонение:

2) Инфразвук (от лат. infra — ниже, под) — упругие волны, аналогичные звуковым, но имеющие частоту ниже воспринимаемой человеческим ухом. За верхнюю границу частотного диапазона инфразвука обычно принимают 16—25 Гц. Нижняя же граница инфразвукового диапазона условно определена как 0,001 Гц. Практический интерес могут представлять колебания от десятых и даже сотых долей герц, то есть с периодами в десяток секунд. Источники инфразвукаЕстественныеисточникиВозникает при землетрясениях, во время бурь и ураганов, цунами. При помощи достаточно сильных инфразвуков (более 60 дБ) общаются между собой киты.ТехногенныеисточникиК основным техногенным источникам инфразвука относится мощное оборудование — станки, котельные, транспорт, подводные и подземные взрывы. Кроме того, инфразвук излучают в качестве приемника использовали резонатор Гельмгольца. Для этого в узкое горлышко латунной закрытой трубы помещали преобразователь инфразвуковых колебаний в электрический ток. Приемники для регистрации инфразвуковых волн устанавливаются не только на береговых станциях, но и на кораблях. Если далеко в океане или море возникает шторм, то инфразвуковые волны, намного опередив его движение, будут приняты береговыми постами или кораблями. Это позволит своевременно оповестить моряков и жителей прибрежных районов об опасности. Инфразвуковые приемники предупреждают не только о шторме, но и о более грозной опасности — цунами

3) Со́лнечная излучение (радиа́ция) —электромагнитное и корпускулярное излучение Солнца. Спектральный диапазон электромагнитного излучения Солнца очень широк — от радиоволн до рентгеновских лучей — однако максимум его интенсивности приходится на видимую (жёлто-зелёную) часть спектра. Солнечное излучение дошедшее до Земли проходит строжайшую чистку в слоях земной атмосферы. Атмосфера Земли начинает уничтожать жесткие ультрафиолетовые и рентгеновские лучи на высоте 350 км. На такой же высоте отражаются длинные радиоволны. Мягкое ультрафиолетовое излучение поглощается на высоте 30-35 км., где происходит образование озона. Остаточное излучение дошедшее до поверхности земельного покрова поглощается морями и океанами, а также сушей.Солнечная постоянная – это количество солнечной энергии, приходящейся на поверхность площадью в квадратный метр и развернутую перпендикулярно солнечным лучам на границе земной атмосферы.Инфракра́сноеизлуче́ние — электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между красным концом видимого света (с длиной волны λ = 0,74 мкм) и микроволновым излучением (λ ~ 1—2 мм). Инфракрасное излучение также называют «тепловым» излучением, так как инфракрасное излучение от нагретых предметов воспринимается кожей человека как ощущение тепла. Инфракрасные лучи применяются в физиотерапии. Проникновение инфракрасных волн в глубину тела (до 7 см) прогревает ткани, органы, мышцы, кости и суставы и ускоряет поток крови и лимфы. Инфракрасное излучение также позволяет ослабить действие ядохимикатов, g-излучения, способствуя повышению неспецифического иммунитета. ИК-лучи подсушивают кожу, а потому могут использоваться для лечения некоторых кожных заболеваний или ожогов. Ультрафиоле́товоеизлуче́ние — электромагнитное излучение, занимающее диапазон между фиолетовой границей видимого излучения и рентгеновским излучением (380 — 10 нм, 7,9·1014 — 3·1016 Герц). Свойства: Высокая химическая активность, невидимо, большая проникающая способность, убивает микроорганизмы, в небольших дозах благотворно влияет на организм человека (загар), но в больших дозах оказывает отрицательное биологическое воздействие: изменения в развитии клеток и обмене веществ, действие на глаза. Применение ультрафиолетового излучения в медицине связано с тем, что оно обладает бактерицидным, мутагенным, терапевтическим (лечебным), антимитотическим и профилактическим действиями, дезинфекция; лазерная биомедицина. Дефицит ультрафиолетовых лучей ведет к авитаминозу, снижению иммунитета, слабой работе нервной системы, появлению психической неустойчивости.Ультрафиолетовое излучение оказывает существенное воздействие нафосфорно-кальциевый обмен, стимулирует образование витамина D и улучшает все метаболические процессы в организме.

Билет№20

1)Погрешность измерения — оценка отклонения измеренного значения величины от её истинного значения. Погрешность измерения является характеристикой (мерой) точности измерения. По форме представления: Абсолютная погрешность — является оценкой абсолютной ошибки измерения. Величина этой погрешности зависит от способа её вычисления, который, в свою очередь, определяется распределением случайной величины . При этом неравенство: , где — истинное значение, а — измеренное значение, должно выполняться с некоторой вероятностью, близкой к 1. Если случайная величина распределена по нормальному закону, то обычно за абсолютную погрешность принимают её среднеквадратичное отклонение. Абсолютная погрешность измеряется в тех же единицах измерения, что и сама величина. Вид записи: 9,930±0,005 с. Или 1,380 6488×10−23±0,000 0013×10−23 Дж/К. Относительная погрешность — погрешность измерения, выраженная отношением абсолютной погрешности измерения к действительному или измеренному значению измеряемой величины (РМГ 29-99): , . Относительная погрешность является безразмерной величиной, либо измеряется в процентах. Приведённая погрешность — погрешность, выраженная отношением абсолютной погрешности средства измерений к условно принятому значению величины, постоянному во всем диапазоне измерений или в части диапазона. Вычисляется по формуле , где — нормирующее значение, которое зависит от типа шкалы измерительного прибора и определяется по его градуировке:1)если шкала прибора односторонняя, то есть нижний предел измерений равен нулю, то определяется равным верхнему пределу измерений; 2)если шкала прибора двухсторонняя, то нормирующее значение равно ширине диапазона измерений прибора. Приведённая погрешность является безразмерной величиной, либо измеряется в процентах. По причине возникновения: Инструментальные / приборные погрешности — погрешности, которые определяются погрешностями применяемых средств измерений и вызываются несовершенством принципа действия, неточностью градуировки шкалы, ненаглядностью прибора. Методические погрешности — погрешности, обусловленные несовершенством метода, а также упрощениями, положенными в основу методики.Субъективные / операторные / личные погрешности — погрешности, обусловленные степенью внимательности, сосредоточенности, подготовленности и другими качествами оператора.По характеру проявления Случайная погрешность — составляющая погрешности измерения, изменяющаяся случайным образом в серии повторных измерений одной и той же величины, проведенных в одних и тех же условиях. В появлении таких погрешностей не наблюдается какой-либо закономерности, они обнаруживаются при повторных измерениях одной и той же величин Систематическая погрешность — погрешность, изменяющаяся во времени по определённому закону (частным случаем является постоянная погрешность, не изменяющаяся с течением времени). Систематические погрешности могут быть связаны с ошибками приборов (неправильная шкала, калибровка и т. п.), неучтёнными экспериментатором. Систематическую ошибку нельзя устранить повторными измерениями. С.о. устраняют либо с помощью поправок или «улучшением» эксперимента. Прогрессирующая (дрейфовая) погрешность — непредсказуемая погрешность, медленно меняющаяся во времени. Она представляет собой нестационарный случайный процесс. Грубая погрешность (промах) — погрешность, возникшая вследствие недосмотра экспериментатора или неисправности аппаратуры (например, если экспериментатор неправильно прочёл номер деления на шкале прибора или если произошло замыкание в электрической цепи).

2) Разрешающая способность оптических приборов, характеризует способность давать раздельные изображения двух близких друг к другу точек объекта. Наименьшее линейное или угловое расстояние между двумя точками, начиная с которого их изображения сливаются, называется линейным или угловым пределом разрешения. Всякая система имеет ограниченное отверстие, которое огибается сферической волной, исходящей из объекта, вызывая дифракцию. Вследствие дифракции света на краях оптических деталей даже в идеальной оптической системе изображение точки есть не точка, а кружок с центральным светлым пятном, окруженным кольцами (попеременно тёмными и светлыми в монохроматическом свете, радужно окрашенными — в белом свете). Центральный максимум отделен абсолютным минимумом от других, менее интенсивных, максимумов. Эти максимумы более высоких порядков не оказывают существенного влияния на дифракционную картину. Качество изображения оптической системы зависит от ширины этого максимума, т. е. от расстояния, на котором находится первый абсолютный минимум от центра дифракционной фигуры. Чем меньше площадь максимума, тем лучше качество изображения. Ширина центрального максимума является функцией апертурного угла со стороны изображения и длины волны света. Чем меньше апертурный угол и чем больше длина волны, тем максимум шире.

Факторы разрешающей способности глаза можно разделить на «нервные», к которым относятся способы' переработки сигнала в сетчатке и лежащих выше отделах зрительного анализатора, и на «оптические». Это в первую очередь дифракция на радужке, собственные аберрации глаза, рассеяние света на поверхностях глазных сред, влияние неровностей роговицы, децентрированности оптической системы глаза, неправильной фокусировки, контрастность объектов. При разных условиях зрительной работы эти факторы влияют различно. Так, при дневном зрении вследствие малого размера зрачка увеличивается влияние дифракции, аберрации же сказываются меньше, и совсем не влияет на сетчаточное изображение отклонение периферической зоны роговицы от правильной формы. При ночном зрении, когда зрачок расширен и работает не только центральная, но и периферическая зона роговицы, основное снижение качества изображения и разрешающей способности обусловлено неправильной формой роговицы и рассеянием света на глазных средах.

Образование изображения на сетчатке с точки зрения волновой природы света.

В глазу, так же как в большинстве других оптических систем, падающая от объекта сферическая волна ограничивается круглой апертурной диафрагмой — зрачком глаза, от диаметра которой и зависит ширина центрального максимума. Дифракционная фигура от круглого отверстия представляет собой дифракционный кружок. Центральный максимум, который воспринимается как «изображение» точки, имеет в этом случае радиус:

Так как этот радиус зависит от длины волны, то величина центрального максимума и радиус бокового максимума неодинаковы для различных цветов. Поэтому изображение точки в белом свете бывает окрашенным. Наличие в оптической системе глаза довольно больших аберраций приводит к перераспределению освещенности в дифракционной фигуре — освещенность в центральном максимуме уменьшается, а в дифракционных кольцах возрастает. Диаметр центрального максимума при этом остается прежним, а в боковых в большей или меньшей степени изменяется. Человеческий глаз представляет собой биологическую оптическую систему, характеризующуюся определённым разрешением, т. е. наименьшим расстоянием между элементами наблюдаемого объекта (воспринимаемыми как точки или линии), при котором они ещё могут быть отличены один от другого. Для нормального глаза при удалении от объекта на т. н. расстояние наилучшего видения (D = 250 мм), среднестатистическое нормальное разрешение составляет 0,176 мм.

3) Электронный парамагнитный резонанс (ЭПР), резонансное поглощение электромагнитной энергии в сантиметровом или миллиметровом диапазоне длин волн веществами, содержащими парамагнитные частицы. ЭПР — один из методов радиоспектроскопии. Парамагнитными частицами могут быть атомы и молекулы, как правило, с нечётным числом электронов (например, атомы азота и водорода, молекулы NO); радикалы свободные (например, CH3); ионы с частично заполненными внутренними электронными оболочками (например, ноны переходных элементов); центры окраски в кристаллах; примесные атомы (например, доноры в полупроводниках); электроны проводимости в металлах и полупроводниках. : во внешнем постоянном магнитном поле Н вектор магнитного момента m прецессирует вокруг направления магнитного поля Н с частотой v, определяемой соотношением 2pv = gН. Здесь g — гиромагнитное отношение.Метод ЭПР даёт уникальную информацию о парамагнитных центрах. Он однозначно различает примесные ионы, изоморфно входящие в решётку от микровключений. При этом получается полная информация о данном ионе в кристалле: валентность, координация, локальная симметрия, гибридизация электронов, сколько и в какие структурные положения электронов входит, ориентирование осей кристаллического поля в месте расположения этого иона, полная характеристика кристаллического поля и детальные сведения о химической связи. И, что очень важно, метод позволяет определить концентрацию парамагнитных центров в областях кристалла с разной структурой.Магнитное поле в таких ЭПР спектрометрах создается электромагнитом. Возможности метода существенно расширяются при переходе в более высокочастотные диапазоны СВЧ. Можно отметить следующие преимущества миллиметровой ЭПР спектроскопии:Основным преимуществом ЭПР спектроскопии миллиметрового диапазона является высокое спектральное разрешение по g-фактору, пропорциональное частоте регистрации ν или напряженности внешнего магнитного поля B0 (см. верхнюю иллюстрацию).При ν > 35 ГГц насыщение парамагнитных центров достигается при меньшем значении СВЧ поляризующего поля из-за экспоненциальной зависимости числа возбужденных спинов от частоты регистрации. Этот эффект успешно используется при исследовании релаксации и динамики парамагнитных центров.В высоких магнитных полях существенно уменьшается кросс-релаксацияпарамагнитных центров, что позволяет получать более полную и точную информацию об исследуемой системе.В миллиметровых диапазонах ЭПР увеличивается чувствительность метода к ориентации разупорядоченных систем в магнитном поле.

Билет№21

1. Нормальное распределение,[1][2] также называемое распределениемГаусса — распределение вероятностей, которое в одномерном случае задается функцией плотности вероятности, совпадающей с функцией Гаусса:

где параметр μ — математическое ожидание (среднее значение), медиана и мода распределения, а параметр σ — среднеквадратическое отклонение(σ ² — дисперсия) распределения.

Стандартным нормальным распределением называется нормальное распределение с математическим ожиданием μ = 0 и стандартным отклонением σ =1.

2. Действие гамма- и рентгеновского излучений на биологические ткани обусловлено в основном образующимися свободными электронами. Нейтроны, проходя через вещество, производят в нем наиболее сильные изменения по сравнению с другими ионизирующими излучениями.[ ...]

Биологическое действие электромагнитных полей зависит от длины волны (или частоты) излучения, режима генерации, условий воздействия и пр. Профессиональные заболевания выражаются в появлении головных болей, развитии атеросклероза, ишемической болезни сердца и др

Действие ионизирующего излучения на организм человека может быть острым (лучевая болезнь) либо проявляться в форме увеличения риска отдаленных последствий, как правило, онкологических и генетических. Острое действие ионизирующего излучения относят к детерминированным эффектам излучения — биологическим эффектам излучения, в отношении которых предполагается существование порога, выше которого тяжесть эффекта зависит от дозы. Отдаленные последствия относят к стохастическим последствиям излучения — вредным биологическим эффектам излучения, не имеющим дозового порога. Предполагается, что вероятность возникновения этих эффектов пропорциональна дозе, а тяжесть их проявления не зависит от дозы.

3. Атом и молекула могут находиться в стационарных энергетических состояниях. В этих состояниях они не излучают и не поглощают энергии. Энергетические состояния схематически изображают в виде уровней (см., например, рис. 28.13). Самый нижний уровень энергии - основной - соответствует основному состоянию.

При квантовых переходах атомы и молекулы скачкообразно переходят из одного стационарного состояния в другое, с одного энергетического уровня на другой.

Изменение состояния атомов связано с энергетическими переходами электронов. В молекулах энергия может изменяться не только в результате электронных переходов, но и вследствие изменения колебания атомов и переходов между вращательными уровнями.

При переходе с более высоких энергетических уровней на нижние атом или молекула отдает энергию, при обратных переходах - поглощает. Атом в основном состоянии способен только поглощать энергию.

Различают два типа квантовых переходов:

1) без излучения или поглощения электромагнитной энергии атомом или молекулой. Такой безызлучательный переход происходит при взаимодействии атома или молекулы с другими частица-

ми, например в процессе столкновения. Различают неупругое столкновение, при котором изменяется внутреннее состояние атома и осуществляется безызлучательный переход, и упругое - с изменением кинетической энергии атома или молекулы, но с сохранением внутреннего состояния; 2) с излучением или поглощением фотона.

Энергия фотона равна разности энергий начального и конечного стационарных состояний атома или молекулы:

Формула (29.1) выражает закон сохранения энергии.

В зависимости от причины, вызывающей квантовый переход с испусканием фотона, различают два вида излучения. Если эта причина внутренняя и возбужденная частица самопроизвольно переходит на нижний энергетический уровень, такое излучение называют спонтанным (рис. 29.1, а). Оно случайно и хаотично по времени, частоте (могут быть переходы между разными подуровнями), по направлению распространения и поляризации. Обычные источники света испускают в основном спонтанное излучение. Другое излучение вынужденное, илииндуцированное (рис. 29.1, б). Оно возникает при взаимодействии фотона с возбужденной частицей, если энергия фотона равна разности уровней энергий. В результате вынужденного квантового перехода от частицы будут распространяться в одном направлении два одинаковых фотона: один - первичный, вынуждающий, а другой - вторичный, испущенный.

Излучаемая атомами или молекулами энергия формирует спектр испускания, а поглощаемая - спектр поглощения.

Интенсивность спектральных линий определяется числом одинаковых переходов, происходящих в секунду, и поэтому зависит от количества излучающих (поглощающих) атомов и вероятности соответствующего перехода.

Квантовые переходы осуществляются не между любыми энергетическими уровнями. Установлены правила отбора, или запрета, формулирующие условия, при которых переходы возможны и невозможны или маловероятны.

Дата добавления: 2018-04-04; просмотров: 570; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 12

Мы поможем в написании ваших работ!