7. Элементы атомной и ядерной физики.

7.1. Определить энергию электронов, выбиваемых с по­верхности вольфрама ультрафиолетовым светом, если длина волны 180 нм, а максимальная длина волны, при которой возможен фотоэффект на вольфраме, 230 нм.

7.2. На цинковую пластинку направляются рентгенов­ские лучи, длина волны которых 0,1 нм. Определить ско­рость фотоэлектронов. Работой выхода электронов из цинка пренебречь.

7.3. Может ли излучение любого спектрального соста­ва возбудить фотолюминесценцию данного вещества?

7.4. Зависит ли спектральный состав фотолюминес­ценции от спектрального состава возбуждающего излучения?

7.5. При облучении йодистого водорода ультрафиоле­товыми лучами, длина волны которых 270 нм, энергети­ческий выход флуоресценции (отношение мощности ис­пускаемого излучения к мощности поглощенного) оказал­ся равным 0,9. Определить мощность излучения флуорес­ценции, если за 1 с было поглощено 1,46·10¹⁵ квантов.

7.6. В результате ядерной реакции ядро атома никеля из возбужденного состояния переходит в стабильное, по­следовательно испуская два γ-кванта, энергия которых 1,17, и 1,33 МэВ. Каковы длины волн излучения никеля?

7.7. Какой энергией обладает протон, если длина волны де Бройля равна граничной длине волны рентге­новских лучей, возникающих в трубке при разности потенциалов 40 кВ?

7.8. При радиоактивном распаде энергия α-частицы равна 5 МэВ. Найти скорость частицы и длину волны де Бройля.

7.9. Определить разрешающую способность элект­ронного микроскопа с апертурой 0,001, если ускоряющее напряжение 50 кВ. Расчет провести по формуле разреша­ющей способности оптического микроскопа.

7.10. Почему тормозное рентгеновское излучение име­ет сплошной спектр и резкую границу со стороны корот­ких длин волн?

7.11. Почему увеличение напряжения, прикладываемого к рентгеновской трубке, приводит к уменьшению граничной длины волны спектра тормозного рентгенов­ского излучения?

7.12. В сплошном спектре тормозного рентгеновского излучения характеристические линии К-серии для вольф­рама появляются только при напряжении на аноде, при­мерно равном 70 кВ. Чем это обусловлено?

7.13. Определить скорость электронов, падающих на антикатод рентгеновской трубки, если минимальная дли­на волны в сплошном спектре рентгеновских лучей 0,01 нм.

7.14. Энергия фотонов, соответствующая граничной длине волны спектра тормозного рентгеновского излуче­ния, равна 0,25 МэВ. Определить напряжение, приложен­ное к аноду трубки, и длину волны, на которую прихо­дится максимум интенсивности в рентгеновском спектре.

7.15. Какое излучение будет более жестким: рентгенов­ское, возникающее при напряжении 150 кВ, или γ-излучение тулия (Е_γ = = 0,074 МэВ)?

7.16. Определи минимальную длину волны в спект­ре излучения, возникающего в результате торможения на мишени электронов, ускоренных в камере бетатрона до энергии 60 МэВ.

7.17. Электроны в катодном луче телевизионной труб­ки, достигнув экрана, внезапно останавливаются. Возни­кает ли при этом опасность поражения рентгеновскими лучами при просмотре телевизионных передач? Напря­жение, подаваемое на трубку, считать равным 16 кВ.

7.18. Мощность тормозного рентгеновского излуче­ния можно приближенно рассчитать по формуле: , где I – сила тока, мА; U – напряже­ние, кВ; Z – атомный номер вещества анода. Определить коэффициент полезного действия рентгеновской трубки при напряжении 100 кВ, если ее анод изготовлен из вольфрама.

7.19. Почему вес элементы, на­чиная с 84-го порядкового номера периодической системы элементов Менделеева, обладают естественной радиоактивностью?

7.20. Как изменяется положение элементов в периодической системе в результате испускания α-, β- или γ-излучений?

7.21. При радиоактивном распаде изотопа из ядра вылетает электрон . Образуется ли в процессе распада новый элемент или новый изотоп фосфора?

7.22. Радиоактивный изотоп стронция , испустив β-частицу, превращается в изотоп, который имеет не­устойчивое ядро, и в результате повторного β^–-распада пре­вращается в стабильный изотоп. Какой это изотоп?

7.23. Радиоактивный изотоп кобальта распадает­ся, выбрасывая электрон. В изотоп какого элемента пре­вращается кобальт в результате β^–-распада?

7.24. К эмульсии фотопленки был приложен срез тка­ни почки. После проявления пленки на ней были обна­ружены прямые короткие треки ионизирующих частиц. Какой из изотопов мог оставить такие следы – ⁹⁰Sr или ²²⁶Ra?

7.25. Для определения чувствительности клеток к ра­диоактивному облучению в питательную среду, где они размножаются, вводили радиоактивный фосфор , кото­рый после однократного распада превращался в атом серы . Какому виду облучения подвергались клетки?

7.26. Напишите реакцию превращения стабильных изотопов фосфора и натрия в радиоактивные под влия­нием облучения нейтронами.

7.27. При лечении опухоли головного мозга была при­менена методика нейтронозахватывающей терапии. Боль­ному внутриартериально вводили соединение бора, изби­рательно накапливающееся в опухоли, а затем последнюю облучали нейтронами. При этом возникала наведенная ра­диоактивность в соответствии с реакцией: . Опреде­лить, какое излучение, обозначенное буквой X, воздействовало на опухоль.

7.28. Какие превращения нуклонов в ядре при β^–-рас­паде приводят к образованию электронов, не входящих в состав ядра атома?

7.29. Показать, что активность 1 г примерно равна 3,7·10¹⁰ распадам в секунду.

7.30. В радиоактивном препарате распадается 1200 ядер в 1 мин. Какова его активность, выраженная в Ки?

7.31. В организме человека находится 6·10^-9 г . Определить его активность.

7.32. В 1 см³ морской воды содержится 10^-15 г . Определить, какое количество воды будет иметь активность в 1 мКи.

7.33. В Пятигорских источниках активность радона в воде равна примерно 900 Бк на литр. Определить коли­чество атомов радона в литре воды.

7.34. Для исследования функционального состояния щитовидной железы больному вводят 25 мл 10%-ного раствора глюкозы, содержащего радиоактивный йод. Оп­ределить количество йода (в граммах), содержащегося в растворе, если его удельная активность в момент введе­ния была равна 0,08 мкКи/мл.

7.35. Для определения скорости кровотока в большом круге кровообращения больному в правую локтевую вену необходимо ввести физиологический раствор, содержащий активностью 60 мкКи. Определить, какое количество раствора (в мл) надо ввести, если он был приготовлен с удельной активностью 230 мкКи/мл за 3 ч до введения.

7.36. Средняя продолжительность жизни атомов радиоактивного элемента равна 1,44 Т_½. Рассчитать ее при­ближенно для ³²P; ⁹⁰Sr; ⁶⁰Co.

7.37. Средняя продолжительность жизни τ радиоактивного изотопа равна . Во сколько раз уменьшается начальная активность изотопа по истечении этого промежутка времени?

7.38. Радиоактивный углерод , находящийся в теле человека, дает 2500 распадов в 1 с. Определить его коли­чество в граммах.

7.39. Счетчик Гейгера, установленный вблизи препарата радиоактивного изотопа серебра, при первом изме­рении регистрировал 5200 β-частиц в минуту, а через сут­ки только 300. Определить период полураспада изотопа.

7.40. При измерении периода полураспада короткоживущего радиоактивного вещества использовали счетчик импульсов. В течение 2 мин было зарегистрировано 500 импульсов, а спустя 1 ч после начала первого изме­рения 92 импульса в 1 мин. Определить постоянную рас­пада и период полураспада радиоактивного вещества.

7.41. В ампулу поместили активностью 200 мкКи. Определить активность препарата через двое суток.

7.42. В теле человека массой 70 кг содержится около 6·10^-9 г радия. Определить число распадов радия в минуту в теле человека.

7.43. Почему в процессе взаимодействия нейтронов с поглощающим веществом радиационный захват нейтро­на ядром наблюдается чаще для медленных нейтронов?

7.44. Как объяснить, что при создании защиты от воз­действия быстрых нейтронов используют вещества, со­держащие элементы с малым атомным весом (парафин, воду)?

7.45. Почему нейтроны при взаимодействии с биоло­гической тканью быстро уменьшают свою энергию до уровня энергии тепловых нейтронов?

7.46. Облучение организма человека нейтронами яв­ляется более опасным, чем облучение другими видами излучений. Почему?

7.47. Почему при воздействии на организм человека различных видов излучения при одинаковых физических дозах более сильное биологическое воздействие оказы­вает α-излучение?

7.48. Почему α-частицы, получаемые при распаде ра­диоактивных веществ, вызывают ядерные реакции в лег­ких элементах и не могут вызвать реакции в ядрах тяже­лых элементов?

7.49. При облучении азота α-частицами обнаруже­но испускание протона . Какое превращение происхо­дит с ядром атома?

7.50. При облучении бериллия α-частицами возмо­жен захват α-частицы ядром атома бериллия. При этом испускается нейтрон. Какое превращение происходит с ядром бериллия?

7.51. В тканях организма при поглощении ядром атома нейтрона образуется радиоактивный изотоп нат­рия. Написать ядерную реакцию. Какое излучение будет сопровождать эту реакцию?

7.52. Взаимодействие быстрых нейтронов с ядрами тя­желых элементов (неупругое рассеяние) сопровождается γ-излучением. Почему возникает это излучение?

7.53. Значительная часть биологической дозы при об­лучении нейтронами определяется вторичным γ-излучением, возникающим в результате захвата тепловых нейтронов ядрами атомов водорода. Записать эту реакцию.

7.54. Нейтроны, взаимодействуя с ядрами атома , входящими в состав биологических сред, вызывают ядерную реакцию типа (п, р). Записать эту реакцию.

7.55. Чувствительность электрометра 0,2 В/дел, ем­кость между нитью и заземленным электродом 5 пФ. Оп­ределить, на сколько делений отклонится нить, если иони­зация воздуха в электрометре будет вызвана α-частицей энергией 4,5 МэВ и все ионы достигнут электродов. Ра­бота ионизации воздуха 34 эВ.

7.56. Почему в газоразрядном счетчике при одинаковых значениях напряже­ния между электродами ток насыщения, образующийся за счет первичной иониза­ции от α-частиц, будет боль­ше, чем от β-излучения, при таком же количестве частиц, попадающих в рабочий объем камеры?

7.57. Учитывая, что частицы регистрируются газораз­рядным счетчиком только тогда, когда они не попадают в «мертвые» интервалы времени, определить величины ошибок, допускаемых при измерении, если зарегистриро­вано 100 и 1000 частиц в секунду. «Мертвое» время счет­чика 10^-4 с (время восстановления его рабочего состоя­ния).

7.58. Почему эффективность газоразрядных счетчиков (отношение числа частиц, вызвавших газовый разряд и зарегистрированных прибором, к общему числу частиц, попавших в рабочий объем камеры) для регистрации α- и β-частиц, близка к 100 %, а при регистрации γ-квантов для различных типов счетчиков находится в пределах 02-1,6 %?

7.59. Счетчик Гейгера—Мюллера с толстыми латун­ными стенками имеет эффективный объем 100 см³ и в поле излучения регистрирует 1000 отсчетов в минуту. Эф­фективность счетчика при регистрации γ-фотонов со­ставляет 1 %. Определить мощность дозы излучения в мР/ч.

7.60. На 1 см² поверхности газоразрядного счетчика поступает в течение 1 с 1,7·10³ γ-квантов. Определить эф­фективность счетчика для γ-излучения, если на 1 см² его поверхности приходится 300 имп/мин.

7.61. Счетчик в течение 3 мин зарегистрировал 686 импульсов. Определить фон счетчика, если скорость сче­та от препарата равна 181 имп/мин.

7.62. Определить число нейтронов, проходящих за 1 с через площадку в 1 см², расположенную перпендику­лярно направлению их движения на расстоянии 1 м от точечного полоний-бериллиевого источника с выходом 1,8·10⁶ нейтронов в секунду.

7.63. Почему при измерении дозиметрами с иониза­ционной камерой доз больших мощностей результаты по­лучаются заниженными?

7.64. Карманный дозиметр, емкость ионизационной камеры которого 3 пФ, заряжен до напряжения 180 В, ко­торое под влиянием рентгеновского излучения понизи­лось до 150 В. На сколько уменьшился электрический за­ряд дозиметра? Сколько рентген покажет дозиметр, ес­ли до этого он был установлен на нуль? Объем воздуха в камере считать равным 1,8 см³.

7.65. Поглощенная доза в мягких тканях человека, выраженная в радах, и доза на таком же расстоянии от источника в воздухе, выраженная в рентгенах, в цифровом выражении почти равны. Почему поглощенная доза в костной ткани значительно отличается от экспозицион­ной дозы в рентгенах?

7.66. Почему по дозе, измеренной в воздухе, для рент­геновского или γ-излучения можно примерно судить об энергии, поглощенной тканями организма?

7.67. 2 г живой ткани поглотили 10¹⁰ протонов с энергией 4 МэВ. Выразить поглощенную энергию в радах.

7.68. Для лиц, работающих непосредственно с источ­никами ионизирующих излучений (категория А), уста­новлена предельно допустимая доза 0,001 Гр в неделю. Определить предельную мощность дозы рентгеновского или γ-излучения (Гр/ч) при 25-часовой рабочей неделе.

7.69. Средняя мощность дозы в палате, где находятся больные, получившие лечебные дозы радиоактивных ве­ществ, равна 5 мкР/мин. Врач в течение 5-дневной рабо­чей недели ежедневно находится в палате в среднем 2 ч. Определить недельную дозу облучения врача, сравнить ее с предельно допустимой дозой, равной 0,1 Р.

7.70. Для человека смертельная доза при облучении всего тела рентгеновскими или γ-лучами равна 600 рад. Явля­ется ли определяющим фактором в прекращении жизнен­ных процессов в организме тепловое действие излучения? Удельную теплоемкость тела в среднем считать равной 3,33 кДж/(кг·К).

7.71. Какую дозу создает препарат активностью 10 Ки за 20 мин на расстоянии 1 м? k_γ = 8,4 Р·см²/(ч·мКи).

7.72. Рабочий в течение 6 ч находится в 2 м от источника γ-излучения. Какова должна быть активность ис­точника излучения, чтобы можно было работать без за­щитного экрана? k_γ = = 8,4 Р·см²/(ч·мКи). Допустимая доза 0,017 Р.

7.73. На каком расстоянии от препарата актив­ностью 200 мКи необходимо находиться, чтобы доза за 6-часовой рабочий день не превышала допустимую? Иони­зационная постоянная кобальта 13,5 Р·см²/(ч·мКи).

7.74. Определить активность радиоактивного препа­рата , если дозиметр, расположенный на расстоянии 40 см от него, в течение 30 мин показал дозу 0,25 Р. Ионизационная постоянная натрия 18,6 Р·см²/(ч·мКи).

7.75. Определить, во сколько раз увеличилась доза на поверхности поля облучения при рентгенотерапии, ес­ли облучение ошибочно производилось с расстояния 30 см вместо расчетного 40 см.

7.76. Определить мощность дозы γ-излучения, созда­ваемую точечным источником активностью 800 мКи радия на расстоянии 20 см. k_γ = 8,4 Р·см²/(ч·мКи).

7.77. Ионизация, создаваемая космическими лучами на уровне моря на 50° северной широты, 2,74 пар ионов/(см³·с). Определить дозу облучения (Р) за неде­лю. Сравнить эту дозу с предельно допустимой, равной 0,1 Р.

7.78. Почему при глубинных облучениях организма на пути рентгеновских лучей ставят фильтры?

7.79. Одинаково ли будет ослаблено по всему диапазону длин волн неоднородное (немонохроматическое) рентгеновское излучение, прошедшее через металличе­скую пластинку?

7.80. Вычислить толщину слоя половинного ослабления параллельного пучка γ-лучей для воды, если линей­ный коэффициент ослабления равен 0,047 см^-1.

7.81. Бетонная плита толщиной 20 см уменьшает интенсивность узкого пучка γ-лучей кобальта в 16,5 ра­за. Определить линейный коэффициент ослабления и толщину слоя половинного ослабления для бетона.

7.82. Передняя стенка сейфа типа ССП, предназна­ченного для хранения γ-активных веществ, имеет толщи­ну защитной свинцовой плиты 50 мм. Определить, во сколько раз ослабляется γ-излучение с энергией фото­нов 1,8 МэВ после прохождения этой свинцовой плиты.

7.83. Определить толщину свинцового экрана, необ­ходимого для защиты лаборанта, работающего с источни­ком активностью 400 мКи, если расстояние от источника 1 м, а время работы 4 ч. Энергию γ-излучения кобальта считать равной 1,2 МэВ; k_γ = = 13,5 Р·см²/(ч·мКи).