Немного истории… 4 «Вышлите мне немного лучей в конверте» Через год после открытия x-лучей Рентген получил письмо от английского моряка «Сэр, со времён войны у меня в груди застряла пуля, но её ни как не могут удалить, поскольку её не видно. И вот я услышал, что вы нашли лучи, через которые мою пулю можно увидеть. Если это возможно, вышлите мне немного лучей в конверте, доктора найдут пулю, и я вышлю вам лучи назад». Ответ Рентгена был следующим: «В данный момент я не располагаю таким количеством лучей. Но если вам не трудно вышлите мне вашу грудную клетку, а я найду пулю и вышлю вашу грудную клетку назад». Содержание.

В теле человека… 5 В теле человека рентгеновские лучи сильнее всего поглощаются в костях, плотность которых относительно высока и в которых много атомов кальция. При прохождение лучей через кости интенсивность излучений уменьшается вдвое через каждые 1,5 см. Кровь, мышцы, жир и желудочно- кишечный тракт гораздо меньше поглощают рентгеновские лучи. Меньше всего задерживает излучение воздух в лёгких. Поэтому кости в рентгеновских лучах отбрасывают тень на фотоплёнку, и в этих местах она остаётся прозрачной. Там же, где лучам удалось засветить плёнку, она делается тёмной, и врачи видят пациента «насквозь ». Содержание

В наше время… 6 В наше время рентгенологические исследования в большинстве случаев проходит без фотоплёнки, а прошедшие через пациента излучение делается видимым с помощью специальных люминофоров. Этот метод, названный флюорография, позволяет в несколько раз снизить интенсивность излучений при обследовании и сделать его безопасным. Содержание

Вред и польза… 8 Вред: Данные многих исследований показывают, что вред от рентгена может быть только у 1% людей из Если же делать его очень часто, то возможны появления опухолей, которые дадут о себе знать через несколько десятков лет. Однако для этого вам придется проходить эту процедуру как минимум несколько раз в неделю много лет подряд.

Вред и польза… 9 Вред: Воздействие рентгена на организм определяется уровнем дозы облучения, и зависит от того, какой орган подвергся облучению. Например, заболевания крови вызываются облучением костного мозга, а генетические заболевания – облучением половых органов. Также возможны временные изменения в составе крови после небольшого облучения и необратимые изменения в ее составе при больших дозах облучения. Содержание

Источники… 10 Источниками рентгеновского излучения является рентгеновская трубка, некоторые радиоактивные изотопы, ускорители (бетатрон – циклически ускоритель электронов) и накопители электронов (синхротронное излучение), лазеры и др. Естественные источники Рентгеновских лучей Солнце и другие космические объекты. Содержание

Применение… 11 Рентгеновские лучи нашли себе много очень важных практических применений. В медицине они применяются для постановки правильного диагноза заболевания, а также для лечения раковых заболеваний. Весьма обширны применения рентгеновских лучей в научных исследованиях. С их помощью можно определить расположения атомов в пространстве - структуру кристаллов, удается расшифровать строение сложнейших органических соединений, включая белки.

Рентгеновская трубка… 15 Схематическое изображение рентгеновской трубки. X рентгеновские лучи, K катод, А анод (иногда называемый антикатодом), С теплоотвод, Uh напряжение накала катода, Ua ускоряющее напряжение, Win впуск водяного охлаждения, Wout выпуск водяного охлаждения.

Рентгеновская трубка… 16 Рентгеновские лучи возникают при сильном ускорении заряженных частиц (тормозное излучение), либо при высокоэнергетических переходах в электронных оболочках атомов или молекул. Оба эффекта используются в рентгеновских трубках. Основными конструктивными элементами таких трубок являются металлические катод и анод. Содержание

Биологическое воздействие… 17 Рентгеновское излучение является ионизирующим. Оно воздействует на ткани живых организмов и может быть причиной лучевой болезни, лучевых ожогов и злокачественных опухолей. По причине этого при работе с рентгеновским излучением необходимо соблюдать меры защиты. Считается, что поражение прямо пропорционально поглощённой дозе излучения. Рентгеновское излучение является мутагенным фактором. Содержание

Вильгельм Конрад Рентген ()

Открытие Рентгена Закрыв трубку чехлом из черного картона и, выключив свет, но не выключив индуктор питающий трубку, Рентген заметил свечение экрана из синеродистогобария. Тщательное исследование показало Рентгену, что этот род лучей, заставляющих светится экран (флюоресцировать), не относится ни к инфракрасным, ни к ультрафиолетовым лучам. Для краткости он назвал их X-ЛУЧИ С помощью этих лучей Рентген провел первое рентгеноскопическое исследование человеческого тела

Схематическое изображение рентгеновской трубки. X – рентгеновские лучи, K - катод, А - анод (иногда называемый антикатодом), С - теплоотвод, Uh - напряжение накала катода, Ua - ускоряющее напряжение, Win - впуск водяного охлаждения, Wout - выпуск водяного охлаждения

С в о й с т в а Фотографическое действие Фотографическое действие Интерференция Интерференция Дифракция Дифракция Большая проникающая способность Большая проникающая способность Скорость в вакууме км/с Скорость в вакууме км/с

РЕНТГЕНОГРАММА, зафиксированное на фотопленке изображение объекта, возникающее при взаимодействии рентгеновских лучей (их поглощении, отражении, дифракции) с веществом. РЕНТГЕНОКОНТРАСТНЫЕ СРЕДСТВА, различные химические вещества, которые при введении в организм улучшают изображение исследуемого Объекта (увеличивая или уменьшая поглощение рентгеновских лучей и создавая контрастность рентгеновского изображения). Наряду с «тяжелыми» (сульфат бария, препараты иода) применяются «легкие» рентгеноконтрастные средства (воздух, кислород и др.). РЕНТГЕНОЛОГИЯ, область медицины, изучающая применение рентгеновского излучения для исследования строения и функций органов и систем, рентгенодиагностики заболеваний. РЕНТГЕНОТЕРАПИЯ, применение рентгеновского излучения для лечения опухолевых и других заболеваний; вид лучевой терапии. РЕНТГЕНОГРАФИЯ, метод рентгенодиагностики, заключающийся в получении Фиксированного рентгеновского изображения объекта на фотоматериалы П р и м е н е н и е

12

ВПАКЕНОРАВИДЫТРЛБЬГЮИЗЛУЧЕНИЯЧАВФРИЕТОРГШЬИНФРАКРАСНОЕОТЫЛНШВРГДЖБЖУЛЬТРАФИОЛЕТОВОЕРОКУАВФМОНШТРЕНТРЕНОВСКОЕСЯНГР .

Виды излучений: инфракрасное, ультрафиолетовое, рентгеновское

Урок физики в 11 классе

Учитель: Власова О.В.

НОУ СОШ №47 ОАО «РЖД»

п. Инголь Красноярского края

Видимый спектр

400ТГц 800ТГц

760нм 380нм

История открытия инфракрасного излучения

Английский астроном и физик

Вильям Гершель.

История открытия

За красной полосой видимого температура термометра повышается.

• Атомы и молекулы вещества.
• Все тела при любой температуре.

Источники инфракрасного излучения

Солнце.

Лампы накаливания.

Волновой и частотный диапазон инфракрасного излучения

• Длина волны

λ = 8*10 -7 – 2*10 -3 м.

• Частота

υ= 3*10 11 – 4*10 14 Гц.

Свойства инфракрасного излучения

• Невидимо.
• Производит химическое действие на фотопластинки.
• Вода и водяные пары не прозрачны.
• Поглощаясь веществом, нагревает его.

Биологическое действие

В режиме высоких температур опасно для глаз, может привести к повреждению зрения или слепоте.

Средства защиты:

специальные инфракрасные очки.

Инфракрасный обогреватель

Тепловизор

Термограмма

Применение инфракрасного излучения

В приборах ночного видения:

• биноклях;
• очках;
• прицелах для стрелкового оружия;
• ночных фото и видеокамерах.

Тепловизор - устройство для наблюдения за распределением температуры исследуемой поверхности.

Применение ИК излучения

Термограмма - изображение в инфракрасных лучах, показывающее картину распределения температурных полей .

Инфракрасное излучение в медицине

Термограммы используют в медицине для диагностики заболеваний.

Применение инфракрасного излучения в тепловизорах

Контроль за тепловым состоянием объектов.

Инфракрасное излучение в строительстве

Проверка качества строительных материалов и утеплителей .

Применение инфракрасного излучения

Дистанционное управление.

Общая протяжённость волоконно-оптических линий связи составляет более 52 тысяч километров.

Применение инфракрасного излучения на железной дороге

Предоставление света в волоконно-оптические системы связи инфракрасными лазерами.

На железнодорожном транспорте применяются

одно-, двух- и трёх кабельные способы организации линий связи. Оптические кабели содержат

4, 8 и 16 волокон.

Волоконное – оптическая система связи

Одновременная передача

10 миллионов телефонных разговоров и

1 миллиона видеосигналов.

Волоконное – оптическая система связи

Время жизни волокна, превышает 25 лет.

Применение инфракрасного излучения на железной дороге

Управление подвижным составом из центра диспетчерского управления перевозками.

История открытия

Немецкий физик Иоганн Вильгельм Риттер.

Английский ученый

У. Волластон.

Источники УФ излучения

• Солнце, звезды.
• Высокотемпературная плазма.
• Твердые тела с

температурой

выше 1000 0 С.

• Все тела нагретые

свыше 3000 0 С.

• Кварцевые лампы.
• Электрическая дуга.

Волновой и частотный диапазон ультрафиолетового излучения

• Длина волны

λ = 10 -8 – 4*10 -7 м.

• Частота

υ= 8*10 14 – 3*10 15 Гц.

Свойства ультрафиолетового излучения

• Невидимо.
• Все свойства электромагнитных волн (отражение, интерференция, дифракция и другие).
• Ионизирует воздух.
• Кварц прозрачен, стекло – нет.

Биологическое действие

• Убивает микроорганизмы.
• В небольших дозах способствует образованию витаминов группы Д, росту и укреплению организма.
• Загар.
• В больших дозах вызывает изменение в развитии клеток и обмене веществ, ожог кожи, поражение глаз.

Способы защиты:

стеклянные очки и крем от загара.

Особенности ультрафиолетового излучения

С увеличением высоты на каждые 1000 м

уровень ультрафиолета

возрастает на 12 %.

Применение Ультрафиолетового излучения

Создание светящихся красок.

Детектор валют.

Загар.

Изготовление печатей.

в медицине

Бактерицидные лампы и облучатели.

Лазерная биомедицина.

Дезинфекция.

В косметологии – солярийные лампы.

в Пищевой промышленности

Стерилизация (обеззараживание) воды, воздуха и различных поверхностей.

Применение Ультрафиолетового излучения в Криминалистике

В приборах для обнаружения следов взрывчатых веществ.

в Полиграфии

Производство печатей и штампов.

Для защиты денежных знаков

• Защита банковских карт и денежных знаков от подделки.
• Детектор валют.

Срок службы лампы накаливания не более 1000часов.

Световая отдача 10-100 лм/Вт.

Применение ультрафиолетового излучения на железной дороге

Срок службы светодиодов

50000 часов

и более.

Световая отдача превышает

120 лм/Вт и постоянно растет.

Применение ультрафиолетового излучения на железной дороге

Излучатель

с малым температурным сдвигом по длине волны и большим сроком жизни.

История открытия

Немецкий физик Вильгельм Рентген.

Удостоен

Нобелевской премии.

Источники рентгеновского излучения

• Свободные электроны движущиеся с большим ускорением.
• Электроны внутренних оболочек атомов, изменяющие свои состояния.
• Звезды и галактики.
• Радиоактивный распад ядер.

• Лазер .

• Рентгеновская трубка.

Волновой и частотный диапазон рентгеновского излучения

• Длина волны

λ = 10 -8 – 10 -12 м.

• Частота

υ= 3 . 10 16 – 3 . 10 20 Гц.

Свойства рентгеновского излучения

• Невидимо.
• Все свойства электромагнитных волн (отражение, интерференция, дифракция и другие).
• Большая проникающая способность.
• Сильное биологическое действие.
• Высокая химическая активность.
• Вызывает у некоторых веществ свечение – флюоресценцию.

Биологическое действие

• Является ионизирующим.
• Вызывает лучевую болезнь, лучевой ожог и злокачественные опухоли.

В медицине

Диагностика

Рентгенотерапия

• Дефектоскопия.
• Рентгеноструктурный анализ.

ОБЩИЕ

• Все ЭМВ одной физической природы.
• Возникают при ускоренном движении электрических зарядов.

Всем ЭМВ присущи свойства: интерференция, дифракция, отражение, поляризация, преломление, поглощение.

Распространяются в вакууме со скоростью 300 000 км/с.

СВОЙСТВА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ

РАЗЛИЧИЯ

С увеличением частоты происходит:

• Уменьшение длины волны.

Увеличение энергии излучения.

Более слабое поглощение веществом.

Увеличение проникающей способности.

Более сильное проявление квантовых свойств.

Усиление вредного влияния на живые организмы.

Ультрафиолетовое

излучение

излучение

Инфракрасное

излучение

Радиоволны

Гамма-излучение

Ускоренно движущийся

Слайд 2

Рентге́новскоеизлуче́ние- электромагнитные волны, энергия фотонов которых лежит на шкале электромагнитных волн между ультрафиолетовым излучением и гамма-излучением Энергетические диапазоны рентгеновского излучения и гамма-излучения перекрываются в широкой области энергий. Оба типа излучения являются электромагнитным излучением и при одинаковой энергии фотонов - эквивалентны. Терминологическое различие лежит в способе возникновения - рентгеновские лучи испускаются при участии электронов в то время как гамма-излучение испускается в процессах девозбуждения атомных ядер

Слайд 3

Рентгеновские трубки Рентгеновские лучи возникают при сильном ускорении заряженных частиц, либо при высокоэнергетических переходах в электронных оболочках атомов или молекул. Оба эффекта используются в рентгеновских трубках

Слайд 4

Основными конструктивными элементами таких трубок являются металлические катод и анод. В рентгеновских трубках электроны, испущенные катодом, ускоряются под действием разности электрических потенциалов между анодом и катодом и ударяются об анод, где происходит их резкое торможение. При этом за счёт тормозного излучения происходит генерация излучения рентгеновского диапазона, и одновременно выбиваются электроны из внутренних электронных оболочек атомов анода. Пустые места в оболочках занимаются другими электронами атома. В настоящее время аноды изготавливаются главным образом из керамики, причём та их часть, куда ударяют электроны, - из молибдена или меди. В процессе ускорения-торможения лишь около 1% кинетической энергии электрона идёт на рентгеновское излучение, 99% энергии превращается в тепло.

Слайд 5

Ускорители частиц Рентгеновское излучение можно получать также и на ускорителях заряженных частиц. Так называемое синхротронное излучение возникает при отклонении пучка частиц в магнитном поле, в результате чего они испытывают ускорение в направлении, перпендикулярном их движению. Синхротронное излучение имеет сплошной спектр с верхней границей. При соответствующим образом выбранных параметрах в спектре синхротронного излучения можно получить и рентгеновские лучи

Слайд 6

Взаимодействие с веществом Длина волны рентгеновских лучей сравнима с размерами атомов, поэтому не существует материала, из которого можно было бы изготовить линзу для рентгеновских лучей. Кроме того, при перпендикулярном падении на поверхность рентгеновские лучи почти не отражаются. Несмотря на это, в рентгеновской оптике были найдены способы построения оптических элементов для рентгеновских лучей. В частности выяснилось, что их хорошо отражает алмаз

Слайд 7

Рентгеновские лучи могут проникать сквозь вещество, причём различные вещества по-разному их поглощают. Поглощение рентгеновских лучей является важнейшим их свойством в рентгеновской съёмке. Интенсивность рентгеновских лучей экспоненциально убывает в зависимости от пройденного пути в поглощающем слое (I = I0e-kd, где d - толщина слоя, коэффициент k пропорционален Z³λ³, Z - атомный номер элемента, λ - длина волны).

Слайд 8

Поглощение происходит в результате фотопоглощения (фотоэффекта) и комптоновского рассеяния:

Слайд 9

Рентгеновское излучение является ионизирующим. Оно воздействует на ткани живых организмов и может быть причиной лучевой болезни, лучевых ожогов и злокачественных опухолей. По причине этого при работе с рентгеновским излучением необходимо соблюдать меры защиты. Считается, что поражение прямо пропорционально поглощённой дозе излучения. Рентгеновское излучение является мутагенным фактором. Биологическое воздействие

Cлайд 1

РЕНТГЕНОВСКИЕ ЛУЧИ Учитель физики Трифоева Наталия Борисовна Школа № 489 Московского р-на Санкт-Петербурга

Cлайд 2

Открытие рентгеновских лучей В конце XIX века всеобщее внимание физиков привлек газовый разряд при малом давлении. При этих условиях в газоразрядной трубке создавались потоки очень быстрых электронов. В то время их называли катодными лучами. Природа этих лучей еще не была с достоверностью установлена. Известно было лишь, что эти лучи берут начало на катоде трубки. Рентген Вильгельм (1845-1923) - немецкий физик, отрывший в 1895 г. коротковолновое электромагнитное излучение - рентгеновские лучи.

Cлайд 3

Открытие рентгеновских лучей Занявшись исследованием катодных лучей, Рентген заметил, что фотопластинка вблизи разрядной трубки оказывалась засвеченной даже в том случае, когда она была завернута в черную бумагу. После этого ему удалось наблюдать еще одно очень поразившее его явление. Бумажный экран, смоченный раствором платиносинеродистого бария, начинал светиться, если им обертывалась разрядная трубка. Причем когда Рентген держал руку между трубкой и экраном, то на экране были видны темные тени костей на фоне более светлых очертаний всей кисти руки. Ученый понял, что при работе разрядной трубки возникает какое-то неизвестное ранее сильно проникающее излучение. Он назвал его Х-лучами. Впоследствии за этим излучением прочно укрепился термин «рентгеновские лучи». Рентген обнаружил, что новое излучение появлялось в том месте, где катодные лучи (потоки быстрых электронов) сталкивались со стеклянной стенкой трубки. В этом месте стекло светилось зеленоватым светом. Последующие опыты показали, что Х-лучи возникают при торможении быстрых электронов любым препятствием, в частности металлическими электродами.

Cлайд 4

Свойства рентгеновских лучей Лучи, открытые Рентгеном, действовали на фотопластинку, вызывали ионизацию воздуха, но заметным образом не отражались от каких-либо веществ и не испытывали преломления. Электромагнитное поле не оказывало никакого влияния на направление их распространения. Сразу же возникло предположение, что рентгеновские лучи – это электромагнитные волны, которые излучаются при резком торможении электронов. В отличие от световых лучей видимого участка спектра и ультрафиолетовых лучей рентгеновские лучи имеют гораздо меньшую длину волны. Их длина волны тем меньше, чем больше энергия электронов, сталкивающихся с препятствием. Большая проникающая способность рентгеновских лучей и прочие их особенности связывались именно с малой длиной волны. Но эта гипотеза нуждалась в доказательствах, и доказательства были получены спустя 15 лет после смерти Рентгена.

Cлайд 5

Дифракция рентгеновских лучей Если рентгеновское излучение представляет собой электромагнитные волны, то оно должно обнаруживать дифракцию – явление, присущее всем видам волн. Сначала пропускали рентгеновские лучи через очень узкие щели в свинцовых пластинках, но ничего похожего на дифракцию обнаружить не удавалось. Немецкий физик Макс Лауэ предположил, что длина волны рентгеновских лучей слишком мала для того, чтобы можно было обнаружить дифракцию этих волн на искусственно созданных препятствиях. Ведь нельзя сделать щели размером 10-8 см, поскольку таков размер самих атомов. А что если рентгеновские лучи имеют примерно такую же длину волны? Тогда остается единственная возможность - использовать кристаллы. Они представляют собой упорядоченные структуры, в которых расстояния между отдельными атомами по порядку величины равны размеру самих атомов, т. е. 10-8 см. Кристалл с его периодической структурой и есть то естественное устройство, которое неизбежно должно вызвать заметную дифракцию волн, если длина их близка к размерам атомов.

Cлайд 6

Дифракция рентгеновских лучей Узкий пучок рентгеновских лучей был направлен на кристалл, за которым была расположена фотопластинка. Результат полностью согласовался с самыми оптимистическими ожиданиями. Наряду с большим центральным пятном, которое давали лучи, распространяющиеся по прямой, возникли регулярно расположенные небольшие пятнышки вокруг центрального пятна (рис.1). Появление этих пятнышек можно было объяснить только дифракцией рентгеновских лучей на упорядоченной структуре кристалла. Исследование дифракционной картины позволило определить длину волны рентгеновских лучей. Она оказалась меньше длины волны ультрафиолетового излучения и по порядку величины была равна размерам атома (10-8 см). Рис.1

Cлайд 7

Применение рентгеновских лучей Рентгеновские лучи нашли себе много очень важных практических применений. В медицине они применяются для постановки правильного диагноза заболевания, а также для лечения раковых заболеваний. Весьма обширны применения рентгеновских лучей в научных исследованиях. По дифракционной картине, даваемой рентгеновскими лучами при их прохождении сквозь кристаллы, удается установить порядок расположения атомов в пространстве - структуру кристаллов. С помощью рентгеноструктурного анализа удается расшифровать строение сложнейших органических соединений, включая белки. В частности, была определена структура молекулы гемоглобина, содержащей десятки тысяч атомов. Эти достижения стали возможными благодаря тому, что длина волны рентгеновских лучей очень мала, - именно поэтому удалось «увидеть» молекулярные структуры. Из других применений рентгеновских лучей отметим рентгеновскую дефектоскопию - метод обнаружения раковин в отливках, трещин в рельсах, проверки качества сварных швов и т. д. Рентгеновская дефектоскопия, основана на изменении поглощения рентгеновских лучей в изделии при наличии в нем полости или инородных включений.

Cлайд 8

Устройство рентгеновской трубки В настоящее время для получения рентгеновских лучей разработаны весьма совершенные устройства, называемые рентгеновскими трубками. На рис. 2 изображена упрощенная схема электронной рентгеновской трубки. Катод 1 представляет собой вольфрамовую спираль, испускающую электроны за счет термоэлектронной эмиссии. Цилиндр 3 фокусирует поток электронов, которые затем соударяются с металлическим электродом (анодом) 2. При этом рождаются рентгеновские лучи. Напряжение между анодом и катодом достигает нескольких десятков киловольт. В трубке создается глубокий вакуум; давление газа в ней не превышает 10-5 мм рт. ст. В мощных рентгеновских трубках анод охлаждается проточной водой, так как при торможении электронов выделяется большое количество теплоты. В полезное излучение превращается лишь около 3% энергии электронов. Рис.2