Рентгеновское излучение

Рентгеновское излучение. 11 класс. Оптика. Рентгеновское излучение. Цель   урока:  формирование   навыков   делового   общения   в   соответствии   с   народной мудростью: «Ум ­ хорошо, а два ­ лучше»; активизирование познавательной деятельности.  Оборудование:  модель рентгеновской трубки (или списанная трубка из рентгеновского кабинета); рентгеновские снимки; скелет из кабинета биологии; диапроектор и набор слайдов с изображениями   Солнца,   звёзд,   а   также   по   искусству;   таблицы   «Рентгеновская   трубка», «Шкала электромагнитных колебаний», «Применение рентгеновских лучей» Урок – конференция. Ход урока. Ведущий.  В  1996  г.  открытию   рентгеновских  лучей   исполнилось   100  лет.  Они  широко вошли  в  жизнь, области   их  применения  многочисленны,  но и по сей день  открываются   все новые.   (Обращается   к   таблице   «Шкала   электромагнитных  колебаний»)   Рентгеновское излучение   –   один   из   видов   электромагнитного   излучения.   В   спектре   электромагнитных   из­ лучений   можно   выделять   диапазоны   по  разным   признакам:   по   частоте   (длине  волны), характеру   воздействия   излучения на вещество, по проникающей  способности и т.п. Резкой границы   между  соседними   диапазонами   нет,   они   взаимно  перекрываются:   инфракрасный   и радиодиапазон,   радио­   и   низкочастотный,   ультрафиолетовый   и   рассматриваемый   сегодня рентгеновский. От длины волны (или  частоты) зависит и характер взаимодействия излучения с веществом. Рентгеновское излучение занимает спектральную область между УФ­ и гамма­диапазоном в пределах длин волн от 10­7 до 10­12 м. Доклады «историков» •   Прежде   всего   хочется   напомнить,   что   конец  XIX  в.   был   ознаменован   рядом замечательных открытий, и сегодня, в начале XXI в., мы рассмотрим одно из них ­ открытие Х­ лучей   Вильгельмом   Конрадом   Рентгеном,   впоследствии   названных   в   честь  ученого рентгеновскими. А чем, собственно, таким уж сверхнеобыкновенным сумел себя прославить Рентген? За что ему такая честь? За то, что первым случайно получил Х­лучи? Во­первых, получил он их далеко не первым, но первым заметил то, что проглядели другие исследователи.   Во­вторых,   получил   в   трубках   не   своей   оригинальной   конструкции,   а   в круксовых трубках, придуманных и введенных в исследовательские лаборатории У. Круксом, ­ они тогда продавались всюду. В­третьих, ни за славой, ни за сенсацией, ни за рекламой он не гнался, открытую же радиацию везде и всегда называл только Х­лучами. Рентгеновскими их назвали   позже,   как   и   трубки   Крукса,   модернизированные   специально   для   получения рентгеновского излучения. Наконец, случайно ли? • Поздно вечером 8 ноября 1895 г. профессор Вюрцбургского университета Конрад Рентген спустился в лабораторию, он часто работал в такое время. Лишь когда настенные часы   пробили   одиннадцать,   Рентген   почувствовал   неодолимую   усталость.  На   сегодня, пожалуй, хватит! Потушил лампу  – и  вдруг... Мираж? По столу разливалось призрачное 11 класс. Оптика. Рентгеновское излучение.   Оно   исходило   от   стеклянной   баночки   с   кристаллами зеленоватое   сияние. латиносинеродистого   бария.  Да,   барий   светится   в   темноте   в   результате   солнечного облучения,   но   буквально   доли   секунды.   А  здесь  почему­то   не   гаснет.   Рентген   в   волнении оглянулся.  Как   он   не   заметил   сразу?   Круксова   трубка   –   под  напряжением;   забыл выключить. Щелчок рубильника ­ и миража как не бывало. Ученый снова включил прибор. И опять   зеленоватое   мерцание.   Неужели   трубка?   Но   она   так   далеко   от   кристаллов   ­   в полутора   метрах.   Да   ещё   под   светонепроницаемым  колпаком   из   картона,   плотным,   без щелей.   Рентген  знает   (это   давно   известно   и   коллегам):   в   трубке  рождаются   катодные лучи, они заставляют светиться её стеклянные стенки. • Однако  профессор  ещё не знал, что эти лучи  ­  поток электронов. Вырываясь  из металлического   катода,   электроны   устремляются   к   аноду,   а   разгоняет   их   в вакууммированной   трубке   поле   высокого       напряжения,   подведённое   извне.   Налетая   с большой скоростью на тонкую стенку трубки, они заставляют её светиться, но вырваться наружу,   заставить  мерцать  барий на расстоянии  полтора метра катодные лучи не могут. Теперь   мы   знаем   и   другое.   Ударяясь   о   металл,   электроны   тормозятся.   При   их взаимодействии с атомами металла генерируется невидимое излучение — рентгеновское. А вот   оно   способно  пройти  и   сквозь  стекло,   и  через  многометровый   слой   воздуха   вызвать свечение   люминофора.   Это   всё   станет   известно   потом,   а   пока...   ещё   даже  не сформулировано   понятие  электрон.  Оно   появится   лишь   через   несколько   лет.   Но   сам Рентген   так   и  не   признает   электрон,   и   своим   ученикам   запретит  употреблять   в   своей лаборатории это слово. Тем поразительнее его догадка. • Сколько умелых рук держало катодную трубку за 40 лет с тех пор, как она была изобретена!  Например, немецкий ученый И.Гитторф наблюдал и описал катодные лучи ещё в 1869 г. Англичанин  Крукс открыл в трубке «тёмное катодное пространство», названное его именем.   С   такой   трубкой   работали   Г.Герц,   Ф.Ленард,   немало   других   учёных.  Многие использовали платиносинеродистый барий,  почти наверняка замечали его свечение вдали от прибора, но не обратили внимания. Не заинтересовались? Не увлеклись? Многое в природе попадается на глаза случайно. Но одно дело ­ смотреть, другое ­ видеть. • Случайно   ли   Рентген   раскрыл   загадку   Х­лучей?   Университетский   профессор, маститый   учёный,  солидный,  педантичный,   пунктуальный,   в   свои   50  лет   по­юношески увлечённо   бросился   в   погоню   за   Х­лучами.   Он   заперся   в   лаборатории,   велел   никого не пускать и занялся исследованиями. Устанавливал экран, покрытый бариевой солью, на разных  расстояниях от трубки. Экран мерцал на расстоянии двух метров, даже трёх! Но если Х­лучам не  мешает ни воздух, ни картонный колпак, то... Ученый ставил на их пути всё,   что   было   под   рукой,   ­  книги,   доску,   оловянную   фольгу...   Все   оптически непрозрачные   материалы   оказывались   прозрачными  для Х­лучей!  Рентген  сложил  стопкой станиолевые   листы:   сначала   в   два,   потом   в   три,   двадцать,  тридцать   слоев...   Экран постепенно темнел, пока  наконец не стал совсем чёрным. А вот книга в тысячу страниц с плотным   переплётом   такого   эффекта   не   давала.  Значит,  многое   зависит   от   состава вещества, а не только от толщины экрана. Рентген просветил Х­лучами ящик с набором гирь. Силуэты гирь, оказалось, были видны гораздо лучше, чем слабая тень деревянного ящика. Но   что   это?   Он  увидел   жуткое   зрелище,   способное   повергнуть   суеверную   душу   в мистический трепет: двигающийся  живой скелет. Да это кости его собственной руки!  Ни один   анатом   в   мире   не   разглядывал   человека  насквозь, не нарушив  прежде  целостность организма. Через несколько дней был готов и первый рентгеновский снимок  ­  рука жены с темными   силуэтами   тонких   костей   кисти,   а   на   одной   из   фаланг   ­  чёрная   полоска обручального   кольца.   Эта   фотография   явилась   первой   рентгенограммой,   она   обошла 11 класс. Оптика. Рентгеновское излучение. все ведущие мировые издания. Уже   в   первые   сутки   своей   работы   Рентген   получил массу интереснейших  данных, он придумывал все новые опыты, тысячекратно проверяя и перепроверяя результаты, и через семь недель, 28 декабря 1895 г., отправил в Физико­медицинское общество Вюрцбургского университета 30­страничиую рукопись «О новом роде лучей». Эта первая работа по Х­лучам оказалась бессмертной: никому не удалось ни опровергнуть ничего, ни добавить! Редкий слу­ чай!   А   займутся   Х­лучами   повсюду:   и   в   Старом,   и   в  Новом   Свете,   ибо   известие   о   них потрясло   мир   в  первые же дни 1896  г. ­ этот год назовут  «рентгеновским». Свою работу Рентген направил и профессору Венского университета Ф.Экснсру, своему  коллеге,  который оценил рукопись по достоинству, и напечатал её в венской «Нойс фрайе прессе» под заголовком «Сенсационное   открытие».   Рукопись   перевели   на   английский,   французский,   итальянский языки. 31 января 1896 г. брошюру уже продавали в столице России под заглавием «Новый род лучей», причём на титульном листе красовалась рентгенограмма руки, изготовленная 16 января в физической лаборатории Санкт­Петербургского университета. • Хотя   до   Рентгена     американские   исследователи  ещё   в   1890   г.   получили рентгенограмму, спора о  приоритете не возникло. Вот слова профессора Гутспида: «Мы не можем   притязать   на   приоритет,   т.к.  мы   открытия   не   совершали,   а   вот   первый   снимок сделали в физической лаборатории Пенсильванского университета». Российский  академик А.Ф.Иоффе   писал:   «Это   открытие   ­   одно   из   самых   блестящих   проявлений   искусства экспериментатора, и не только по новизне явления, но и по тому, как оно было изучено. В трёх небольших статьях, опубликованных на протяжении полутора лет, новое явление было исследовано настолько всесторонне, что сотни работ ничего не могли добавить». • Рентгеновское излучение казалось настолько  необычным, что представлялось  его первооткрывателю   принципиально   отличным   от   любого   иного.  Так, он ошибочно считал колебания в электромагнитной   волне   Х­лучей   продольными.   Но   уже   в  1904   г.  англичанин Е.Барклэй экспериментально доказал, что Х­лучи, как и световые, являются поперечными волнами, а их свойства похожи на свойства всех электромагнитных волн. Ведущий (обращаясь к «теоретикам»).  Кажется, вы хотите нам представить доброго старого знакомого ­ рентгеновское излучение? «Теоретик».  Коли вы так осведомлены, то, очевидно, ответите без труда: как давно и насколько часто вы имеете дело с рентгеновским излучением? Ведущий.  Уж и не припомню, с каких пор! Как и  большинство людей ­ с того дня, когда впервые проходил в поликлинике рентгеновское обследование. Доклады «теоретиков».  1.   Происхождение,  Рентгеновское   излучение  представляет  собой   электромагнитные волны очень коротких длин волн от 100 до 0,1 А (энергия соответствующих фотонов Е = hv находится  в диапазоне от 0,1 до 100 кэВ). Известны два  главных механизма его генерации: тормозное  излучение   и  характеристическое излучение (характеризующееся линейчатым спектром). (характеризующееся  сплошным  спектром) 11 класс. Оптика. Рентгеновское излучение. а)   Тормозное   излучение  возникает   в   результате   торможения   быстрых   электронов кулоновским полем атомных  ядер. Как следует  из основных уравнений  электромагнитного поля ­ уравнений Максвелла, ­ любой ускоренно движущийся заряд излучает электромагнитные волны. Быстрые электроны способны близко подлететь к ядру атома вещества и резко изменить свою   скорость.  Резкое   изменение   скорости   означает   большое   ускорение.   При   этом   часть энергии   электрона   передаётся   ядру,   а   оставшаяся   часть   переходит   в   излучение.   Главную отличительную   особенность  тормозного   излучения   можно   понять,   воспользовавшись уравнением Эйнштейна для фотоэффекта:  m  2 max 2  hA  Так   как   работа  выхода   А   составляет   для   любых   веществ   величину   порядка  10  эВ,  а энергия  электронов,   о   которых   идёт   речь,   в   сотни   раз  больше,   то  в   формуле   Эйнштейна можно отбросить А, тогда Эту формулу можно «читать» в две стороны. Для обычного фотоэффекта её нужно читать  справа   налево:   фотон   энергией  hv  выбивает  с  поверхности   вещества   катода m  2 max 2   h 2 maxm 2 электроны, максимальная энергия которых равна   . Если  же прочитать эту формулу слева   направо,   то   это  будет   означать,   что   электрон   в   результате   торможения   полностью передаёт свою энергию фотону. Очевидно, что электрон не может передать  фотону больше энергии,   чем   он   имеет.   Поэтому  спектр   тормозного   излучения   имеет  резкую   границу  со стороны коротких длин волн (больших частот). Но электрон может передать фотону любую долю своей кинетической  энергии. Отсюда  вывод:   тормозное   излучение   имеет  сплошной спектр с резкой границей со стороны коротких длин волн. Эта граница совершенно не зависит от вещества. б)  Характеристическое   излучение,  наоборот,   определяется   свойствами   вещества.   Оно возникает в результате переходов электронов тяжёлых атомов или ионов с самых верхних на нижние уровни энергии. Для этого на нижних уровнях должно быть незаполненное место, куда мог бы перейти электрон. Это место создаётся, когда налетающий электрон (или другая частица) выбивает   электрон   с   внутренней   оболочки.   После   этого   происходят   переходы   с   верхних уровней на нижний. Энергия испускаемого кванта излучения удовлетворяет уравнению hv = Е2 – E1 где E1 ­ энергия нижнего уровня (не забудем, что она отрицательна), а Е2 ­ энергия верхнего уровня. Например, при переходе электрона в атоме кислорода с внешнего на самый внутренний уровень испускается фотон энергией 0,5 кэВ, аналогичный переход в атоме железа даст фотон энергией 6,5 кэВ. В целом линейчатый спектр содержит очень много линий, отвечающих многим возможным переходам (разница только в том, что разные переходы осуществляются с разной вероятностью, поэтому интенсивности линий различны). 2. Генерация рентгеновского излучения в лабораторных  условиях.  В  рентгеновской трубке  электроны вырываются из катода в результате термо­ или автоэлектронной эмиссии. Затем   они   ускоряются   приложенным   сильным   электрическим   полем   и   бомбардируют металлический   анод.   При   этом  атомы   возбуждаются   электронным   ударом,   с   их  нижних оболочек   выбиваются   электроны,   после  чего   начинаются   переходы   с   верхних   уровней   на нижний. Так возникает характеристический спектр рентгеновского излучения. Одновременно вклад   в  полное   излучение   дает   и   тормозное   излучение.   Рентгеновское   излучение  т.е.   способностью   проходить   через   различные   вещества. характеризуется  жёсткостью, 11 класс. Оптика. Рентгеновское излучение. Жёсткость связана с энергией фотонов: чем больше энергия  (чем короче  длина  волны), тем жёстче излучение. 3. Генерация рентгеновского излучения при астрофизических явлениях. Последние 50 лет  стали   годами   неслыханных   успехов   наблюдательной   астрономии.   Прежде   всего   это объясняется  тем,   что   она   стала   всеволновой.   Если   до   этого   в   течение   многих   тысяч   лет, начиная с эпохи Древнего Вавилона, учёные могли наблюдать за небесными явлениями только в необычайно узком диапазоне видимого света (от 400 до 750 им), то с появлением радаров и спутников человек смог  увидеть   на   небе   мириады   доселе   невиданных  объектов   с   весьма удивительными свойствами. Ближайшая   к   нам   звезда,   наше   Солнце,   конечно,   испускает   рентгеновское   излучение. Однако  наблюдать   его   на   поверхности   Земли   невозможно,   т.к.   оно   задерживается   земной атмосферой на высоте от 100 до 30 км. Поэтому первые данные о рентгеновском излучении Солнца были получены в 50­е гг. прошлого века с помощью геофизических ракет. Теоретический расчёт интенсивности и спектрального состава рентгеновского излучения  основан на теории горячей   солнечной   короны   (температура   порядка   106  К),   представляющей   собой   горячую водородно­гелиевую плазму. Хотя общий поток рентгеновской] излучения Солнца не превышает 10­6  от полного потока (так называемая  солнечная постоянная,  равная 1,37 Вт/м2),  тем не менее, если бы не защитный слой атмосферы, на поверхности Земли была бы невозможна жизнь в известных нам формах. Рентгеновская   астрономия   зародилась,   в   определённом   смысле,   случайно.   В   1962   г. группа американских исследователей во главе с Б.Росси намеревалась с помощью запущенного на   ракете  детектора   исследовать   рентгеновское   излучение   поверхности   Луны,   вызываемое падением   на   неё   потоков   космического   излучения.   Случайно   детектор   обнаружил   сильный точечный источник рентгеновского излучения в созвездии Скорпиона. Так был открыт первый рентгеновский   источник   в   нашей   Галактике.   Через   15   лет   стало   известно   более  чем   200 источников.   До   1970   г.   исследования   продолжались   на   ракетах,   затем   стали   запускать специальные спутники с рентгеновскими телескопами. Наиболее   изученными   источниками   рентгеновского   излучения   на   небе   являются рентгеновские   пульсары,  которые   представляют   гобой  быстровращающиеся  нейтронные звёзды,  входящие   как   компонент   в   двойные   звёздные   системы.   У   пульсаров   имеется колоссальное   магнитное   поле,   достигающее   на   поверхности   величины   1011  ­1014  Гс. Причиной   излучения   является  аккреция  (падение   вещества   на   поверхность   пульсара),   в результате которой падающее вещество ускоряется и излучает. Многочисленным   классом   рентгеновских   источников   являются  пульсары  ­  остатки вспышек  сверхновых звёзд.  Особенностью этого класса является то, что источник виден не только в рентгеновском   диапазоне,   но  и  в   оптическом.   Самый  замечательный   ­   тройной   ­ пульсар   был   обнаружен  ещё   в  1054  г.,  когда   произошёл  взрыв  сверхновой   в   Крабовидной туманности. Этот  пульсар  излучает   сразу   в   рентгеновском,   радиоволновом  и оптическом диапазонах. Необычайно   интересен   класс  двойных   звёзд,  одним   из   компонентов   которых   является чёрная   дыра.   Саму   по   себе   чёрную   дыру   увидеть   нельзя,   она   ничего   не   излучает. Гравитационное поле этого объекта так сильно, что любой фотон, излучённый с его поверхности, заворачивает назад. Тем не менее убедиться в существовании   чёрной   дыры   можно   по   двум признакам. Первый признак ­ наблюдение траектории  обращения второго (видимого и более легкого компонента) вокруг невидимого центра (т.е. чёрной дыры). Здесь действуют обычные законы механики, так что, измерив скорость вращения видимого партнёра, можно оценить массу невидимого компонента. Если эта масса превышает определённый предел (три массы Солнца), то, как   утверждает   теория,   объект   есть   чёрная   дыра.   Второй   признак   ­наличие   аккреции. Невидимый   компонент   «насасывает»   на   себя   межзвездный   газ,   который   начинает   сильно светиться, образуя аккреционный диск, испускающий рентгеновские лучи. 11 класс. Оптика. Рентгеновское излучение. Ведущий.  С   изменением   длины   волны   (частоты)   изменяются   свойства   излучения. Рассмотрим свойства рентгеновского излучения. Учитель (ведёт фронтальную беседу). Вспомним свойства рентгеновского излучения. Сначала  перечислим   те,   которые   есть   и   у   излучений   видимого,   ультрафиолетового, инфракрасного и других диапазонов: прямолинейность распространения в однородной среде; способность   отражаться   и   преломляться,   испытывать   интерференцию,   дифракцию,   обладать поляризацией, поглощаться средой. К   особенностям   рентгеновского   излучения   следует   отнести:   высокую   проникающую способность,  сильное   воздействие   на   фотопленку   (как   и   у   видимого   излучения),   высокую ионизационную   способность,   способность   вызывать   свечение   ряда   веществ  (как   и   у ультрафиолетового излучения), оказывать  сильное бактерицидное действие, быть катализато­ ром в химических процессах, не отклоняться в магнитном и электрическом полях. Все   свойства   мы   просто   не   сможем   рассмотреть.  Остановимся   только   на   дифракции рентгеновского излучения. (Демонстрирует получение дифракционного спектра излучения видимого диапазона с  помощью дифракционной решётки.)  Для рентгеновского излучения эта дифракционная решётка не подходит. Почему? Да из­за слишком малой длины волны. Доклады «экспериментаторов».  Мюнхен,   1912   г.  В   кафе   «Хофгартен»   ежедневно   встречаются   физики,   химики, кристаллографы. Это своеобразный  клуб, возникший по инициативе Л.Ф.Иоффе и Вагнера, учеников и сотрудников Рентгена. Среди его  членов   ­   М.Лауэ,   В.Фридрах,   П.Книптшнг. Лауэ  выдвигает     идею: нельзя ли Х­лучами исследовать внутреннее строение кристаллов? Идея не находи подтверждения в опытах Рентгена, но Лауэ не сдаётся. Он предполагает, что кристалл имеет регулярную, правильную структуру с расстоянием между атомами того же порядка, что и длина волны рентгеновского излучения. Значит, на кристаллах рентгеновское излучение   должно   дифрагировать,   ведь  промежутки   между   атомами   можно   уподобить щелям.   И   вот   на   пути   рентгеновского   излучения   поставили   монокристалл,   а   за   ним   ­ фотопластинку ­ и на пластинке получился симметричный узор из тёмных пятен. Так в 1912 г.   родился   рентгеноструктурный   анализ.   Такой   снимок   с  лауэграммой  —  дифракционной картиной от монокристалла  (например,  драгоценного  камня) несет  информацию  о строении этого   кристалла,   позволяет   обнаружить   дефекты   кристаллической   решётки,   внутреннее напряжение   в   ней.  В   1916   г.   П.Дебай   и   П.Шерер   приспособили   метод  Лауэ   для   изучения поликристаллических материалов. Эти   рентгенограммы   получили   название  дебаеграмм,  по   ним   определяют   состав   и кристаллическое строение образца. Постепенно выяснилось, что исследовать можно и жидкости, и газы, и аморфные тела, а это заложило основу молекулярной биологии. 11 класс. Оптика. Рентгеновское излучение. Ведущий.  А   теперь   послушаем  о  применении   рентгеновского   излучения.  (Выступают  «археологи», «медики»,   «прибористы», «музейщики». Остальные конспектируют новую информацию в тетрадь.)   «машиностроители»,   «металлурги», Медицина и биология • Рентгеновское излучение и полезно, и вредно для человека, смотря, в каких целях и   какими   дозами   применять.     Вспомним,   что   именно   рентген   сделал  общедоступными антибиотики,  избавившие стольких людей от неминуемой гибели. Гордость фармацевтики XX в. ­ антибиотик пенициллин – был  получен в начале 40­х гг. и был тогда дороже золота. Удешевить этот препарат, сделать его общедоступным лекарством позволило рентгеновское излучение. Именно оно повысило продуктивность грибка пенициллиниум  в несколько  раз, что обычными методами сделать не удавалось. • Х­лучи позволяют выявить особенности внутреннего строения живого организма, что существенно для профилактики заболеваний, для терапии и хирургии. Уже в марте 1896 г. Х­ лучи  стали  использовать  в  Петербургском  институте  усовершенствования врачей  и   тогда   же И.В.Тарханов первым обнаружил биологическое действие рентгеновской радиации. В 1906 г. в России вышла монография по лучевой терапии. В  начале  XX  в. в России появились первые центры рентгенологии в Петербурге, Москве, Одессе и Харькове, а врач Кравченко оборудовал рентген­кабинет даже на крейсере «Аврора» в ходе русско­японской кампании 1903­1904 гг. и в   сражении   под   Цусимой   обследовал   раненых   матросов,   быстро   обнаруживая   и   извлекая осколки. В 1916 г. состоялся Первый российский съезд рентгенологов.  • В   1928   г.   в   Лондоне   воздвигнут   обелиск,   на  котором   высечены   136   имен:   это отдавшие свои жизни рентгенологи, радиологи всех наций, врачи и физики, химики, техники, лаборанты,   сестры   милосердия,  героически   прокладывавшие   путь   к   эффективному   и безопасному применению рентгеновского излучения в биологии и медицине. Сам Рентген был осторожен   при  работе   с  Х­лучами;   во  время  опытов   он  прятался  в   оцинкованный   шкаф. Прожив   78   лет,   он   успел  увидеть   своё   детище   в   развитии,   а   в   1901     г.   был  удостоен первой Нобелевской премии ­ по физике. • В 1937 г. английский  биохимик  Перуц разобрался в «архитектуре» гемоглобина. Уотсон   и   Крик  использовали   дифракционные   картины   ДНК,   полученные   Уилкинсом,   для объяснения молекулярной природы наследственности. Все эти учёные в 1962 г. тоже получили Нобелевскую премию по биологии, а ведь только Уотсон ­ биолог, остальные ­ физики. • Чувствительность к Х­лучам у разных представителей флоры и фауны различная. Для   человека  смертельной   является   доза   600     Р,     для     мышей     ­  650   Р,   для   змей   ­ 8000...20   000   Р,   амёбы   выдерживают   100   кР,   инфузории   ­   более   300   кР.   Семена лилии погибают при 2000 Р, а капуста выдерживает 64 кР. Некоторые микробы выдерживают сотни тысяч рентген, такая доза охрупчивает пластмассу. Однако большинство их гибнет при значительно   меньшей   дозе.   в   качестве средства   холодной   стерилизации   медицинских   изделии   из   полимерных   материалов,   не выдерживающих   высоких   температур,   перевязочных   средств, хирургических инструментов, лекарственных препаратов, вакцин.   Отсюда   новое   применение     шовного   материала, ­ • Металлургия и химия. Одной   из   важных   прикладных   областей   рентгеновского   излучения   является рентгеноспектральный   анализ,   основанный   на   изучении   спектров   испускания   и  поглощения 11 класс. Оптика. Рентгеновское излучение. рентгеновской радиации образцом. Изучая такие спектры, можно судить о природе химической связи в веществе образца, определять заряд ионов даже в отдельных молекулах, получать данные о составе и количестве примесей, осуществлять  быстрый  неразрушающий контроль химического состава материалов на горно­обогатительных фабриках, металлургических и цементных заводах, судить о составе геологических образцов, сравнивая рентгеновскую «визитную карточку» земных, лунных, марсианских пород с уже известными. На химических заводах рентгеновское излучение используют   как   катализатор   для   стимулирования   химических   реакций.   По   дифракционным картинам (лауэ­ и дебаеграммам) специалисты определяют тин кристаллической решётки моно­ и поликристаллов, рассчитывают её параметры. • Машиностроение Широкое   распространение   получила   рентгеновская  дефектоскопия.   Просвечивая рентгеновским излучением изделия (толщиной до 250 мм), отбраковывают негодные, с изъянами. Можно привести такой пример: в 1943 г. на американских верфях, чтобы ускорить строительство кораблей, клёпку заменили сваркой. Время технологического процесса сократилось, но результат оказался плачевным: 20 судов переломились от борта до борта, причем два ­ еще на верфи. При просвечивании дефектоскопом только на одном сваренном судне обнаружилось 570 трещин! Сегодня   рентгеновские   дефектоскопы  используют для обследования широкого спектра материалов: ОТ железобетона и металлокерамики до пластмасс. При этом исследуемые изделия не   повреждаются,   что  важно   при   работе   автоматических   линий,   а   также   в  производстве полупроводников, полимеров. Приборостроение • В рентгеновских телескопах с зеркалами косого падения достигается практически полное отражение  от   отполированной   металлической   поверхности,   что  приводит   к   значительному уменьшению поглощения рентгеновского излучения в телескопе. Такой же принцип используют и в рентгеновских микроскопах,  дающих  увеличение в 100 тысяч раз и позволяющих  «разглядеть» детали размером до 10­8 м. Электронный микроскоп, конечно, даёт ещё большее увеличение, но электронный луч разрушает живое, а рентгеновский ­ нет. В  XX  в. два родившихся в один год изобретения ­ рентгенография и кино ­ объединились, породив рентгенокинематографию. Это смогло   произойти   благодаря   увеличению   мощности   рентгеновских   трубок   и   повышению чувствительности   пленки,   что   позволило   уменьшить   время  экспозиции  и   соответственно снизить   радиационную   опасность.  В   результате   стало   возможным   видеть   рентгенограммы   в динамике.   Однако   с   появлением   электронно­оптических   усилителей   и   устройств   магнитной записи   изображения  кинематографию  быстро   вытеснило  телевидение.   Использование   средств телевидения для  рентгенодиагностики было запатентовано ещё в 1915 г.  французом Довилье, но осуществлено лишь через 40 лет. Этот способ позволяет рассматривать «картинку» в светлом кабинете,   притом   сразу   целой   аудиторией,   передавать   на   любые   расстояния.   Кроме   того, повысить разрешающую способность и снизить лучевую нагрузку на организм пациента, менять контрастность   изображения,   рассматривать   позитивный   и   негативный   варианты.   Наконец, магнитную ленту легче хранить, что позволяет решить проблему рентгеновских архивов, да и серебро экономится. (Рассказ о работе рентгеновской трубки с демонстрацией таблицы и образца трубки.) • Музейное дело История   искусства   знает   бесчисленное   количество  подделок,   Жизнь   искусствоведам облегчает   наука.  Вспомним   А.С.Пушкина:   «Художник­варвар   кистью   сонной   картину   гения чернит».   Такое   случается   нередко,   хотя   и   называется   реставрацией.   Отличить  написанное мастером от «добавлений» и «поправок» помогает рентгеновское излучение. Свинцовые белила, 11 класс. Оптика. Рентгеновское излучение. например, поглощает излучение сильнее, чем цинковые, которыми стали пользоваться позднее. В Эрмитаже   и   Третьяковской   галерее,   Лувре,   Прадо,   Британском   музее,   Старой   мюнхенской пинакотеке   и   других   сокровищницах   мира   давно   работают   рентгеновские   лаборатории   или кабинеты. Инспекции подвергаются и прочие произведения искусства: скульптуры, керамика, драгоценности.   Рентгеновское   излучение   легко   отличит   истинный   алмаз   от   имитации.  Им зондируют   также   старинную   мебель,   музыкальные   инструменты,   переплёты   известных фолиантов,  наталкиваясь   порой   на   интересные   находки.  (Демонстрируются   слайды   с фотографиями икон Феофана Грека 1378 и 1405 гг., по которым видно их состояние до и после реставрации.) Таможня и аэропорты • Любой   багаж,   ручная   кладь,   а   иногда   и   сами  путешественники   подвергаются рентгеновскому контролю. Это помогает ответить на ряд вопросов, не прибегая к разрушению целостности упаковки. Металлы при просвечивании  всегда видны, что позволяет  сократить или   полностью   предотвратить   провоз  оружия. Особому контролю подвергают  животных,  в организме   которых   нарушители   пытаются  провозить   наркотики.   Сегодня   досмотр   стал поголовным и более строгим во избежание повторения трагедии 11 сентября 2001 г. в США. • Криминалистика Известно, что порой и при самом тщательном наружном осмотре не удаётся установить личность  погибшего.   И   тут   выручает   рентгеновский   снимок,  по   которому   совмещают равновеликие изображения черепа и лица с фотографии. Прочитать залитый чернилами текст, текст   письма,   след   которого  остался   продавленным   на   чистой   странице,   «увидеть» изображение под слоем краски ­ всё это возможно в рентгеновских лучах. Археология • Человеческая   кость   ­   это   живая   активно   функционирующая   ткань.   Структура   кости меняется с возрастом в соответствии с профессиональными и бытовыми привычками, а также в связи с различными физиологическими и патологическими сдвигами в организме. Кость можно рассматривать   как  своеобразное   хранилище   информации   о   жизни   человека.,   его   развитии, трудовой   деятельности.   Просвечивание   останков   позволяет   извлечь   массу   информации:   об облике   человека,   даже   о   типе   высшей   нервной   деятельности,   его   характере,   привычках, профессии, болезнях и т.д. С хорошей точностью определяются возраст и дата смерти. Напри­ мер, составленная археологами демографическая  статистика утверждает, что в первобытных племенах стариков не было. А исследования врачей совместно с археологами по находкам от палеолита до нашего времени позволили ответить на вопрос, чем болели древние люди. Ведущий.  Пожалуй,   пора   подвести   итоги   нашей   конференции.   Рассмотрим   шкалу электромагнитных  колебаний   и   ещё   раз   выделим   на   ней   рентгеновское  излучение.   Скажем главное: изменение длины волны (и частоты волны) приводит к появлению новых качеств. Это пример проявления одного из важнейших законов диалектики ­ закона перехода количественных изменений в качественные и обратно. Например, у рентгеновского излучения выше проникающая способность, чем у ультрафиолетового. XVI­XVII вв.: механика земных и небесных тел, математика; XIX в. ­ химия, физика, биология; XX в. ­ физика, химия, биология, кибернетика и информатика, космология. В заключение отметим, как со временем менялись лидирующие области естествознания: • • • Кто будет возглавлять этот список в XXI в.? (Урок заканчивается «экскурсией» по свойствам рентгеновского излучения и его месте на шкале электромагнитных колебаний.) Механика. 40.9. Закон сохранения энергии..