Часть 3: Медицина

Глава 3.1: Физика и медицина

В исследовании, физики частиц ищут наиболее фундаментальные частицы и их силы. Частицы могут быть обнаружены с помощью технологически передовых и специально разработанных измерений для конкретных датчиков. Для исследования свойств мельчайшей строительной материи камней, высокой энергии физиков установлены высокие требования к её экспериментам в устройствах ускорителя частиц. Точность и качество необходимых методов измерения имеют важное значение для изучения энергии, импульса или положения частицы и таким образом идентифицировать их.
Современные технологии исследования – это не только косвенные факторы для исследования фундаментальных научных вопросов. Они также приносят непосредственно применимую пользу для общественности людей. Разработанные в научных устройствах доказательства для физических экспериментов можно также использоваться, например, в медицине, для изображения непосредственно невидимых частей человеческого тела (томография). Использование таких систем визуализации, различные методы, такие как трансмиссионная томография (ТМ) и компьютерная томография (КТ) в диагностической радиологии или однофотонная эмиссионная компьютерная томография (ОФЭКТ) - и позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ)в ядерной медицине применяется для диагностики заболеваний. Заболевшие области тела идентифицируются, таким образом, и делаются заметными. Но лечение опухолевых заболеваний является успешнее терапии тяжелых ионов. Все эти методы основаны на ядерных и физических фундаментальных исследованиях и постоянно совершенствуются в ходе прогресса в науке и технике.
Частицы не заметны невооруженным глазом и могут быть обнаружены только при их взаимодействии с материей. Во время полета из заряженных и нейтральных частиц, например фотонов, различные взаимодействия происходят через вещество. Генерация фотонов происходит при прохождении заряженных частиц материи с помощью фотоэффекта, комптоновского рассеяния или образования пара. Ионизации и возбуждения атомов – это процессы, которые происходят, когда заряжены частицы, такие как электроны. В следующих главах разъясняться взаимодействия обоих видов частицы с материей. После этого объясняются различные методы обнаружения. Наконец связь физического исследования частицы и медицинского использования детекторных систем должна рассматриваться более подробно.
Осуществления в школе:
Целью данного блока является обеспечение внедрения и введения в тему «Медицина и физики». Примеры применения описаны из повседневной жизни, чтобы проиллюстрировать непосредственную пользу для людей. Чтобы вводить эту тематическую область на занятии, можно начать с открытия рентгеновского излучения. Ретроспективный взгляд в 1895 году, когда Вильгельм Конрад Рентген обнаружил случайно названное в его честь излучение и подтвердил, что новое познание приводит не только к научному прогрессу в области физики. Успехи также были видны развитием техники рентгенограммы в медицинской диагностике. Затем рентген получил в 1901 году первую Нобелевскую премию по физике.
Это мотивирующее внедрение должно пробудить интерес учащихся к связи между физикой и медициной. Но всегда были случайными физические открытия, которые были использованы в медицине в качестве основы для непредвиденного прогресса в выявлении и борьбе заболевания. Нужно исходить из того, что рентгеновские снимки, как правило, знакомы ученикам. Физика рентгеновских лучей является идеальным решением в качестве примера введения в тему лечения. На дополнительную справочную информацию о производстве и свойства рентгеновских лучей не будут обсуждаться здесь, потому что они не являются необходимыми для понимания детекторов в физике элементарных частиц и его применение в медицине. Ученики, заинтересованные в теме рентгеновского излучения, могут остановиться на историческом и физическом фоне рентгеновских лучей. В некоторых книгах колледжа упоминается рентгеновское излучение. Однако, их точное происхождение там не обсуждается.
Более подробную информацию и разъяснения, полученные с помощью ссылки на рентгеновское излучение, под которой обработка идет к упрощению вопроса. На страницах немецкого музея Рентгена показали захватывающие рентгенограммы, что, безусловно, приведет к увеличению внимания и интереса учащихся.
Далее актуальное отношение физики должно производиться в медицине. Ученики должны усвоить, что только последние данные современной физики частицы обеспечивают основу для возможных применений в медицине. При этом речь идет о применении физической техники, как в медицинской диагностике, так и в лечении заболеваний.
На этом месте, образные процессы или радиотерапия могут быть выдвинуты в качестве отдельного вопроса. О технических аспектах частицы с детекторами могут дополнительно обсуждаться позже.
Если вы хотите предпочитать физику элементарных частиц в медицинских применениях, однако, желательно, уточнить процедуру детекторов частиц. Одна из возможностей для лечения детекторов частицы, зависит от учения, как описано в темах о ядерной физике и физике частиц. Здесь вы можете использовать стороны идентификации частицы, чтобы объяснить смысл и цель детекторов. Это не является абсолютно необходимым, так как мы можем решить вопрос и без этого.



Теперь вы должны пояснить учащимся, как вообще ведется обнаружение частицы. Ученик должен знать, что частицы не воспринимаются невооруженным глазом. Скорее всего, взаимодействие между частицей и материей используются, чтобы воспринимать путь частицы, как она проходит через материю. Таким образом, необходимо специальное оборудование (детекторы) для исследования частиц. Какие конкретные взаимодействия происходят между материей и частицей, более подробно описаны в следующих двух блоках. Эта ограничивается фотонами и электромагнитными взаимодействиями заряженных частиц, таких как электроны и положительные ионы. Сильные ядерные взаимодействия не упоминаются.

Глава 3.2: Фотоны в материи.

У фотонов есть высокая энергия, они очень хорошо могут проникать в материю, однако, поступают взаимодействия с существующими атомами. Эти процессы могут происходить даже в диапазоне длин волн ультрафиолетового света. Благодаря потере энергии, они получают ослабление и замедляются.
Фотоны непосредственно не могут быть обнаружены, а только через электроны, которые они освобождают энергоотдачей. Один фотон переносит свою энергию на электрон таким образом, что оно поглощается материей. Таким образом, освобождается электрон.
Луч фотонов ослабляется этим поглощением, так как его количество фотонов уменьшается.
Ослабление фотонов не зависит от их начальной энергии. В принципе, луч фотонов ослабляется экспоненциально. Интенсивность I частиц считается:

При этом I0 - это начальная интенсивность и µ - коэффициент поглощения. Один фотон при пересечении с материей не теряет частичной энергии, он либо отдает его полную энергию, либо сохраняет всю энергию. Фотоны не замедляются, ослабляется только луч фотонов. Возможные диапазоны действия отдельных фотонов имеют разные значения, в отличие от заряженных частиц. Фотоэффект, комптоновское рассеяние и образование пары – это 3 эффекта, которые могут произойти, когда фотоны проникают в материю.