ứng dụng vật lý cho cơ thể sống

ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA SƯ PHẠM BỘ MÔN SƯ PHẠM VẬT LÝ - - ỨNG DỤNG VẬT LÝ CHO CƠ THỂ SỐNG Luận văn tốt nghiệp Ngành: SƯ PHẠM VẬT LÝ - CÔNG NGHỆ Giáo viên hướng dẫn : Sinh viên thực hiện: ThS Hồ Hữu Hậu Lâm Thái Hoàng Diễm Mã số SV: 1117580 Lớp: Sư phạm Vật lý - Công nghệ Khóa: 37 Cần Thơ, năm 2015 LỜI CẢM ƠN Hoàn thành luận văn em xin chân thành cảm ơn quý thầy (cô) Khoa Sư phạm Bộ môn Sư phạm Vật lý cung cấp cho em kiến thức kinh nghiệm quý báu suốt thời gian học tập rèn luyện trường Đặc biệt em gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến thầy Hồ Hữu Hậu tận tình bảo định hướng hướng dẫn em thực thành công đề tài luận văn Và em muốn gửi lời biết ơn đến gia đình, bạn bè người thân động viên, giúp đỡ hoàn thành luận văn Mặc dù có nhiều cố gắng hạn chế thời gian kiến thức nên tránh khỏi thiếu sót Kính mong đóng góp ý kiến quý thầy (cô) bạn Xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực Lâm Thái Hoàng Diễm LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu thực Các số liệu, kết phân tích luận văn hoàn toàn trung thực chưa công bố công trình nghiên cứu trước Mọi tham khảo, trích dẫn rõ nguồn danh mục tài liệu tham khảo luận văn Cần Thơ, ngày 16 tháng 04 năm 2015 Tác giả Lâm Thái Hoàng Diễm MỤC LỤC PHẦN MỘT: MỞ ĐẦU .1 Lý chọn đề tài Mục đích đề tài Giới hạn đề tài Phƣơng pháp phƣơng tiện nghiên cứu Các bƣớc thực đề tài PHẦN HAI: NỘI DUNG .3 CHƢƠNG CƠ HỌC 1.1 Cơ học chất lƣu .3 1.1.1 Đặc điểm học chất lƣu 1.1.2 Tĩnh học chất lƣu 1.1.3 Khái niệm chuyển động chất lƣu lý tƣởng 1.2 Nguyên lý Pascal CHƢƠNG 2: NHIỆT HỌC 2.1 Các khái niệm .6 2.1.1 Thông số trạng thái phƣơng trình trạng thái 2.1.2 Khái niệm áp suất nhiệt độ 2.2 Nguyên lý thứ nhiệt động lực học 2.3 Vật lý phân tử chất khí 2.3.1 Thuyết động học chất khí khí lý tƣởng 2.3.2 Phƣơng trình trạng thái khí lý tƣởng 2.4 Hiện tƣợng khuếch tán 10 2.4.1 Khuếch tán không qua màng 10 2.4.2 Khuếch tán qua màng xốp thấm tự 10 2.5 Hiện tƣợng thẩm thấu .13 2.6 Chuyển động chất lỏng lý tƣởng chất lỏng thực 13 2.6.1 Chuyển động chất lỏng lý tƣởng 13 2.6.2 Chuyển động chất lỏng thực 14 CHƢƠNG ĐIỆN HỌC 16 3.1 Điện trƣờng, điện thế, hiệu điện .16 3.1.1 Điện trƣờng 16 3.1.2 Điện thế, hiệu điện 17 3.2 Điện sinh vật 17 3.2.1 Các loại điện sinh vật 17 3.2.2 Điện nghỉ .18 3.2.3 Điện hoạt động .18 3.3 Cơ chế điện sinh vật 22 3.3.1 Các loại hiệu điện 22 3.3.2 Lý thuyết ion màng tƣợng điện sinh vật 23 3.4 Ghi điện sinh vật .26 3.4.1 Biến đổi tín hiệu không điện thành điện 26 3.4.2 Khuếch đại tín hiệu 26 3.4.3 Một số kỹ thuật ghi điện sinh vật 26 i CHƢƠNG QUANG HỌC 28 4.1 Các định luật quang hình học 28 4.1.1 Định luật truyền thẳng ánh sáng 28 4.1.2 Định luật tác dụng độc lập chùm tia sáng 28 4.1.3 Định luật phản xạ ánh sáng 28 4.1.4 Định luật khúc xạ ánh sáng 28 4.2 Các dụng cụ quang học 29 4.2.1 Gƣơng phẳng 29 4.2.2 Bản mặt song song .29 4.2.3 Lăng kính .30 4.2.4 Thấu kính mỏng 31 CHƢƠNG VẬT LÝ NGUYÊN TỬ VÀ HẠT NHÂN 33 5.1 Cấu tạo nguyên tử hạt nhân 33 5.1.1 Cấu tạo nguyên tử 33 5.1.2 Cấu tạo hạt nhân 34 5.2 Hiện tƣợng phân rã phóng xạ 34 5.2.1 Hiện tƣợng phân rã phóng xạ .34 5.2.2 Định luật phân rã phóng xạ 35 5.2.3 Các dạng phân rã phóng xạ 37 5.3 Liều lƣợng xạ 38 5.3.1 Các khái niệm liều lƣợng xạ 38 5.3.2 Xác định liều lƣợng xạ 40 CHƢƠNG ỨNG DỤNG CƠ ĐIỆN CHO CƠ THỂ SỐNG 41 6.1 Điện tâm đồ .41 6.1.1.Tim 41 6.1.2.Tác dụng dòng điện lên thể sống .42 6.1.3 Điện tâm đồ 43 6.1.4 Cơ chế hình thành tín hiệu điện tim .45 6.1.5 Ứng dụng điện tim đồ 49 6.2 Mạch máu 49 6.2.1 Cấu tạo thành mạch 49 6.2.2 Tác dụng đàn hồi thành động mạch 50 6.2.4 Trƣơng lực mạch máu-huyết áp động mạch 51 6.2.5 Sự thay đổi áp suất tốc độ chảy máu đoạn mạch 52 6.2.6 Máy đo huyết áp bắp tay Beurer BM45 54 CHƢƠNG HÔ HẤP 56 7.1 Hoạt động hô hấp 56 7.1.1 Cơ chế hít vào 56 7.1.2 Cơ chế thở 57 7.1.3 Công hô hấp 57 7.2 Sự vận chuyển khí thể 57 7.2.1 Sự vận chuyển khí hô hấp tuân theo định luật vật lý (chủ yếu định luật khuếch tán) 57 7.2.2 Sự phụ thuộc áp suất riêng phần khí thành phần .58 7.3 Máu trao đổi khí 58 7.3.1.Vai trò máu vận chuyển khí O2 59 7.3.2.Vai trò vận chuyển CO2 máu 59 7.4 Những yếu tố ảnh hƣởng đến trao đổi khí thể .59 ii 7.4.1 Yếu tố bên 59 7.4.2 Yếu tố bên 60 7.5 Phù kế 60 CHƢƠNG ỨNG DỤNG QUANG HỌC CHO CƠ THỂ SỐNG 62 8.1 Sơ lƣợc cấu tạo mắt .62 8.2 Quang hình học mắt 63 8.3 Các tật quang hình mắt cách sửa chữa 64 8.3.1 Cận thị cách sửa 64 8.3.2 Viễn thị cách sửa .64 8.3.3 Loạn thị 65 8.4 Lazer 67 8.4.1 Khái niệm Laser 67 8.4.2 Nguồn gốc tia Laser 68 8.4.3 Nguyên lý cấu tạo hoạt động máy phát tia Laser .69 8.4.4 Lazer chuyên khoa mắt .70 CHƢƠNG Y HỌC PHÓNG XẠ VÀ HẠT NHÂN 71 9.1.Tác dụng phóng xạ lên thể sống 71 9.1.1 Cơ chế tác dụng trực tiếp .71 9.1.2 Cơ chế tác dụng gián tiếp .71 9.1.3 Tổn thƣơng tia phóng xạ tác dụng lên thể sống 71 9.1.4 Các yếu tố ảnh hƣởng đến tác dụng sinh học tia phóng xạ 74 9.2 Các loại đầu dò 76 9.2.1 Ghi đo phóng xạ dựa vào biến đổi hóa học 76 9.2.2 Ghi đo phóng xạ dựa vào đặc tính phát quang tinh thể dung dịch 76 9.2.3 Ghi đo dựa vào ion hóa chất khí .77 9.2.4 Hiện tƣợng ion hóa chất khí 77 PHẦN KẾT LUẬN .80 TÀI LIỆU THAM KHẢO iii Ứng dụng Vật lý cho thể sống GVHD: ThS Hồ Hữu Hậu PHẦN MỞ ĐẦU LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Vật lý ngành khoa học tự nhiên nghiên cứu tính chất, quy luật khái quát giới vật chất Vật lý bao trùm nhiều lĩnh vực Quang Học (tán sắc, khúc xạ, phản xạ…), Điện (điện trường, từ trường ), Cơ học (lực, chuyển động, dao động, ), Vật Lý hạt nhân (phóng xạ, đồng vị phóng xạ ) Ngoài Vật Lý có chuyên ngành khác như: Vật lý lý thuyết, Điện tử sở…Vật lý ứng dụng khoa học đời sống phục vụ trực tiếp nhu cầu người như: giao thông vận tải, sản xuất công nghiệp, lĩnh vực công nghệ thông tin, truyền thông Một ứng dụng quan trọng Vật lý ứng dụng cho thể sống hay gọi Vật lý sinh học Vật lý sinh học gọi tắt lý sinh môn học nghiên cứu tượng xảy tổ chức thể dựa quan điểm định luật vật lý, từ mức độ điện tử, nguyên tử đến toàn thể hay hệ có nhiều thể sống Lý sinh giúp hiểu nguyên lý trình sinh học đặc biệt chế lý hóa chất vật lý thể sống Với mong muốn đem lại cho học sinh phổ thông nhìn tổng quan Vật lý ứng dụng cho thể sống em chọn đề tài Ứng dụng Vật lý cho thể sống Nội dung đề tài gồm: Phần mở đầu Lý thuyết tổng quan Cơ, Nhiệt, Điện, Quang Vật lý nguyên tử hạt nhân Ứng dụng thể sống MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI Đề tài nghiên cứu vấn đề: a) Lý thuyết tổng quan Cơ, Nhiệt, Điện, Quang Vật lý nguyên tử hạt nhân b) Ứng dụng Cơ, Nhiệt, Điện, Quang Vật lý nguyên tử hạt nhân cho thể sống SVTH: Lâm Thái Hoàng Diễm Trang Ứng dụng Vật lý cho thể sống GVHD: ThS Hồ Hữu Hậu GIỚI HẠN ĐỀ TÀI Do hạn chế tài liệu phương tiện nghiên cứu nên viết mang tính lý thuyết PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU - Phương pháp: phân tích tổng hợp CÁC BƯỚC THỰC HIỆN ĐỀ TÀI Nhận đề tài Tìm hiểu sơ lược để có nhìn tổng quan đề tài từ định hướng nghiên cứu đề tài Thu thập, chọn lọc đề cương chi tiết cho đề tài Tiến hành viết nội dung cụ thể Tiếp thu ý kiến giáo viên để hoàn thành luận văn Viết tóm tắt đề tài Nộp cho giáo viên hướng dẫn giáo viên phản biện đề tài SVTH: Lâm Thái Hoàng Diễm Trang Ứng dụng Vật lý cho thể sống GVHD: ThS Hồ Hữu Hậu PHẦN HAI NỘI DUNG Chƣơng CƠ HỌC 1.1 CƠ HỌC CHẤT LƢU 1.1.1 Đặc điểm học chất lƣu Chất lưu bao gồm chất lỏng chất khí Về mặt học, chất lưu quan niệm môi trường liên tục tạo thành chất điểm liên kết với nội lực tương tác (nói chung lực hút) Các chất lưu có tính chất tổng quát sau: Không có hình dạng định Các chất lưu bao gồm chất lưu dễ nén (chất khí) chất lưu khó nén (chất lỏng) Khi chất lưu chuyển động lớp chất chuyển động với vận tốc khác nhau, nên lớp chất xuất lực nội ma sát Chất lưu lý tưởng chất lưu coi không chịu nén Nó lực nhớt Một chất lưu không lý tưởng gọi chất lưu thực [8] Theo định nghĩa trên, chất lưu chất lưu thực Tuy nhiên chất lưu linh động (không nhớt) tạm gọi chất lưu lý tưởng Ngoài ra, theo lực nội ma sát xuất chất lưu chuyển động Vậy chất lưu trạng thái nằm yên có gắn đầy đủ tính chất chất lưu lý tưởng Trong chương chủ yếu nghiên cứu định luật chuyển động chất lỏng 1.1.2 Tĩnh học chất lƣu 1.1.2.1 Áp suất Xét lòng chất lỏng khối chất lỏng S, gọi dS diện tích vi phân bao quanh điểm M S Thực nghiệm chứng tỏ phần chất lỏng mặt kín S tác dụng lên dS lực dF gọi áp lực (lực nén) [1] Trong trường hợp chất lỏng nằm yên, áp lực dF vuông góc với dS Ta định nghĩa áp suất điểm M Hình 1.1 Áp suất lòng chất lỏng là: chất lỏng [14] dF P (1.1) dS Thực nghiệm chững tỏ với chất lỏng lý tưởng áp suất P điểm M đại lượng xác định (chỉ phụ thuộc vào vị trí điểm M, không phụ thuộc vào hướng dF) Biểu cụ thể áp suất nhúng mỏng vào chất lỏng bề mặt vật xuất lực nén (áp lực) chất lỏng tác dụng, có độ lớn vuông góc với bề mặt mỏng, mỏng định hướng [1] Đơn vị đo: N/m2 (gọi Pascal) pa = 1N/m2 atm = 1,013.105 pa atm = 760 mmHg at = 9,81.104 pa SVTH: Lâm Thái Hoàng Diễm Trang Ứng dụng Vật lý cho thể sống GVHD: ThS Hồ Hữu Hậu 1.1.2.2 Áp suất thủy tĩnh Giả sử có khối chất lỏng không chịu nén trạng thái tĩnh (đứng yên) Hãy xét điện tích S nằm ngang độ sâu h chất lỏng (hình 1.1) Nếu không kể đến áp lực khí mặt thoáng lực tác dụng lên diện tích S trọng lượng cột chất lỏng phía S F = P = m.g = V.D.g = S.h.D.g (1.2) Trong đó: V = S.h (thể tích cột chất lỏng) D: Khối lượng riêng chất lỏng g: Gia tốc trọng trường Áp suất thủy tĩnh: P = P TT = F = D.g.h = D.g.h S (1.3) Động lực học chất lưu lý tưởng 1.1.3 Khái niệm chuyển động chất lƣu lý tƣởng 1.1.3.1 Đƣờng dòng Xét khối chất lỏng chuyển động, phần tử chất lỏng có vận tốc riêng đặc trưng vectơ v Toàn khối lượng chất lỏng gồm tập hợp vô số vectơ v Đó trường vectơ vận tốc Nếu trường vectơ vận tốc có đường cong mà tiếp tuyến đường cong điểm đường cong trùng với vectơ vận tốc v lỏng đường cong gọi đường dòng [14] 1.1.3.2 Ống dòng Tập hợp nhiều đường dòng dựa đường cong kín gọi ống dòng Khái niệm đường dòng ống dòng hình ảnh để mô tả chuyển dộng chất lỏng 1.1.3.3 Chế dộ chảy dừng Là thể tích chất lỏng chảy qua tiết diện đơn vị thời gian Ký hiệu là: L Lưu lượng trung bình: L= V t (1.4) Sau khoảng thời gian Δt, tích ΔV chất lỏng chảy qua tiết diện ΔS Nếu chất lỏng trạng thái chảy dừng lưu lượng trung bình lưu lượng tức thời Gọi tắt lưu lượng [3] Gọi v độ lớn vận tốc chảy chất lỏng qua tiết diện ΔS Ta có: L= V S  h S  v  t   t t t L = ΔS.v ( ΔV = ΔS.v.Δt ) (1.5) Lưu lượng chất lỏng qua tiết diện ΔS tích số diện tích ΔS với độ lớn vận tốc chảy v chất lỏng qua diện tích 1.1.3.4 Định lý liên tục dòng Giả sử có khối chất lỏng lý tưởng trạng thái chảy dừng Ta tưởng tượng tách riêng ống dòng chứa chất lỏng để khảo sát chuyển động chất lỏng qua phần giới hạn vị trí (1) (2) - Ở vị trí ống dòng chất lỏng có vận tốc v1 , tiết diện ống S1 SVTH: Lâm Thái Hoàng Diễm Trang Ứng dụng Vật lý cho thể sống Ta dùng thấu kính hội tụ có độ tụ thích hợp để đưa trường hợp loạn cận đơn không theo quy tắc, sau dùng thấu kính trụ phân kỳ có độ tụ thích hợp, trục thẳng đứng để sửa tật loạn cận đơn Trường hợp dùng thấu kính cầu phân kỳ để đưa loạn viễn đơn, sau dùng thấu kính trụ hội tụ để sửa tật loạn viễn đơn GVHD: ThS Hồ Hữu Hậu Hình 8.11 6.35 Hình 3.10 LoạnH×nh cận đơn theo quy tắc sửa [1] Tất trường hợp loạn hỗn hợp loạn kép dùng thấu kính cầu để đưa loạn đơn sau tiếp tục dùng thấu kính trụ để sửa tiếp tật loạn đơn Thực tế thấu kính cầu trụ ghép chung thành 8.4 LAZER 8.4.1 Khái niệm Laser Laser, phát minh vĩ đại kỷ XX bắt nguồn từ luận thuyết tượng phát xạ cưỡng nhà Vật lý thiên tài Albert Einstein năm 1917 Nhưng tới năm 1954 nhà vật lý Baxốp Prokhôxốp (Liên xô) Savêlốp Taoxơ (Mỹ) đồng thời công bố công trình nguyên lý Laser họ tặng giải thưởng Nobel vật lý 1964 Laser viết tắt gồm chữ đầu cụm từ tiếng Anh: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (sự khuyếch đại ánh sáng phát xạ cưỡng bức) Máy laser Meiman chế tạo năm 1960 laser hồng ngọc (Rubi) Tiếp năm sau người ta tìm hàng loạt chất khác có khả phát tia laser như: hỗn hợp khí Heli-Neon (He-Ne) 1961, bán dẫn Gallium arsen (Ga-as) 1964, tinh thể yurium Alluminium Garnet (YAG) 1964, laser mầu 1966, laser khí Cacbonnic (CO2) 1968 Laser trở thành nhân tố thúc đẩy phát triển nhiều ngành khoa học, đặc biệt công nghiệp quốc phòng [8] Laser ứng dụng y học từ sớm: 1966 laser Argon dùng nhãn khoa thực nghiệm, 1971 Hall xác định hiệu ứng laser CO mô sống Đến nay, laser ứng dụng ngày rộng rãi hai lĩnh vực: - Chẩn đoán: dựa sở nghiên cứu phổ huỳnh quang để đánh giá chức tổ chức khác - Điều trị: dựa hiệu ứng kích thích sinh học (laser công suất thấp), dựa hiệu ứng nhiệt phẫu thuật (laser công suất cao) 8.4.2 Nguồn gốc tia Laser * Mô hình nguyên tử Bohr (1913) Nguyên tử cấu tạo hạt nhân có kích thước nhỏ điện tử quay xung quanh hạt nhân theo quỹ đạo định Mỗi quỹ đạo điện tử tương ứng với lượng xác định, điện tử lớp quỹ đạo có lượng lớn quỹ đạo Mức lượng thấp gọi mức bản, mức lượng mức gọi mức kích thích [1] * Hiện tượng hấp thụ ánh sáng Giả sử hệ có hai mức lượng chiếu chùm ánh sáng đơn sắc Khi photon vào môi trường vật chất, bị điện tử mức lượng thấp E1 hấp thụ điện tử nhảy lên mức lượng cao E2 Hiện tượng gọi tượng hấp thụ (8.12.a) Hấp thụ ánh sáng trình điện tử mức lượng thấp hấp thụ photon để nhảy lên mức nang lượng cao, hấp thụ làm ánh sáng yếu SVTH: Lâm Thái Hoàng Diễm Trang 67 Ứng dụng Vật lý cho thể sống GVHD: ThS Hồ Hữu Hậu * Hiện tượng phát xạ tự Điện tử sau nhảy lên mức kích thích thời gian định (gọi thời gian sống điện tử mức kích thích (  108 s ) lại trở mức Khi trở mức giải phóng phần lượng thừa mà nhận photon truyền cho: - Nếu lượng giải phóng không đủ lớn lượng giải phóng dạng nhiệt (photon) làm cho môi trường nóng lên - Nếu lượng giải phóng đủ lớn lượng giải phóng dạng hạt ánh sáng (photon thứ cấp) (8.1) E  h  E1  E2 Trường hợp phát xạ photon gọi tượng phát xạ tự (8.12.b) thông thường photon sinh phát xạ tự theo hướng * Hiện tượng phát xạ cưỡng Cũng tượng hấp thụ, ta chiếu vào môi trường vật chất chùm ánh sáng đơn sắc với lượng photon = hλ, photon tương tác với điện tử mức có khả cưỡng điện tử rời bỏ mức kích thích sớm thời gian sống (8.12.c) Cùng với dịch chuyển này, nguyên tử phát xạ photon có lượng hλ có cùngcác tính chất với photon gây cưỡng hướng truyền, độ phân cực, pha Trong trường hợp photon gây cưỡng không bị mát tượng hấp thụ mà tồn trì hoàn toàn tính đến mức ta phân biệt đâu photon gây cưỡng bức, đâu photon sinh từ dịch chuyển cưỡng điện tử Hiện tượng phát xạ cưỡng mang tính chất khuyếch đại theo phản ứng dây chuyền: sinh 2, sinh Như xạ cưỡng làm tăng số photon, tác dụng ngược lại với hấp thụ có khả khuyếch đại ánh sáng qua môi trường Sự phóng photon cưỡng nguồn gốc chùm tia laser [8] Hình 8.12 Các tượng quang học: a-hấp thụ; b-phát xạ; cphát xạ cưỡng bức[8] 8.4.3 Nguyên lý cấu tạo hoạt động máy phát tia Laser 8.4.3.1 Cấu trúc điển hình máy phát tia Laser Như chiếu chùm ánh sáng vào môi trường vật chất có tượng quang học xảy ra: hấp thụ, phát xạ tự phát xạ cưỡng Vì thế, muốn tạo chùm tia Laser máy phát tia Laser cần có phận chính: SVTH: Lâm Thái Hoàng Diễm Trang 68 Ứng dụng Vật lý cho thể sống GVHD: ThS Hồ Hữu Hậu Hình 8.13 Cấu trúc điển hình lazer trình hình thành lazer [8] * Môi trường hoạt chất: Bình thường sống hàng ngày hấp thụ ánh sáng dẫn truyền ánh sáng tượng phổ biến, tượng khuyếch đại ánh sáng thấy nguyên tử vật chất chủ yếu trạng thái Nghĩa môi trường trạng thái cân bằng, số điện tử mức thấp (n1) lớn số điện tử mức kích thích (n2) Để có hiệu ứng laser (chùm ánh sáng khuyếch đại) ta phải tạo môi trường đặc biệt mà tượng phát xạ cưỡng phải mạnh tượng hấp thụ Hiệu ứng xảy môi trường mà điện tử mức n2lớn số điện tử mức n1 (n2>n1) Môi trường đặc biệt gọi môi trường đảo ngược độ tích luỹ Môi trường thành phần máy laser, có tên hoạt chất laser [8] * Nguồn kích thích (nguồn nuôi, bơm lượng): Ngoài hoạt chất, laser phải có nguồn nuôi cung cấp lượng, nơi cung cấp lượng cho hoạt chất laser Nhờ lượng mà điện tử di chuyển lên mức kích thích trì đảo ngược độ tích luỹ điện tử hoạt chất laser Bơm lượng phận phát sáng (đèn Xênôn cho laser Rubi), máy phát tần số cao (laser khí), dòng điện có mật độ dòng điện lên đến hàng ngàn A/cm2 (laser bán dẫn) * Buồng cộng hưởng: - Buồng cộng hưởng có chức tăng cường khuyếch đại ánh sáng làm cho ánh sáng phản xạ nhiều lần qua hoạt chất Cấu trúc hình dạng buồng cộng hưởng đa dạng Loại đơn giản gồm hai gương ghép đối diện cho trục quang học chúng trùng hai đầu buồng quang học cho phép chùm ánh sáng qua lại hoạt chất nhiều trước đạt trạng thái ổn định phát tia laser qua gương bán mờ (gương phản xạ 70- 98%).Buồng cộng hưởng có ý nghĩa cho phép ánh sáng có bước sóng λ thoả mãn điều kiện sau: = 2L/m (L: độ dài gương, m: số tự nhiên), laser mang tính đơn sắc [8] 8.4.3.2 Sơ đồ mức lƣợng nguyên lý hoạt động * Tập hợp đường ngang sơ đồ mức lượng việc tạo thành tia laser: SVTH: Lâm Thái Hoàng Diễm Trang 69 Ứng dụng Vật lý cho thể sống GVHD: ThS Hồ Hữu Hậu Hình 8.14 Sơ đồ mức lượng [1] Trong đó: - E1, E2, E3, E4… mức lượng hạt tạo nên môi trường hoạt động (môi trường laser) - Sự chuyển E4  E3  E2 không kèm theo phát quang, theo xu hạt muốn chuyển trạng thái có mức lượng thấp - Bước chuyển E2  E1 bước chuyển phát tia laser - Bước chuyển từ E1  E2 , E3 , E4 thực trình cung cấp lượng kích thích môi trường laser (bơm lượng) Các tia laser sinh môi trường laser phản xạ lại môi trường, kích thích môi trường làm phát tia khác Khi đạt trạng thái ổn định tia laser qua gương phản xạ phần tạo thành lối chùm laser Chùm laser phát liên tục phát thành xung [8] 8.4.4 Lazer chuyên khoa mắt Lĩnh vực chuyên khoa mắt lĩnh vực ứng dụng có ý nghĩa lớn laser Công nghệ hàn bong võng mạc chữa bệnh glaucoma giúp cho hàng triệu người khỏi mù lòa [1] - Laser Ecimer với bước sóng vùng cực tím xung quanh 200mm để chỉnh độ cong giác mạc, tạo sở chữa bệnh loạn thị, viễn thị cận thị - Laser He-Ne giúp làm giảm nhanh trình viêm, đẩy nhanh trình biểu mô hoá, phục hồi nhạy cảm giác mạc dùng điều trị bỏng nhiệt, bỏng hoá chất, loét giác mạc mắt Kết luận: chương trình bày nội dung Cấu tạo mắt quang hình học mắt Các tật mắt cách sửa SVTH: Lâm Thái Hoàng Diễm Trang 70 Ứng dụng Vật lý cho thể sống GVHD: ThS Hồ Hữu Hậu Chƣơng Y HỌC PHÓNG XẠ VÀ HẠT NHÂN 9.1 TÁC DỤNG CỦA PHÓNG XẠ LÊN CƠ THỂ SỐNG 9.1.1 Cơ chế tác dụng trực tiếp Năng lượng xạ trực tiếp truyền cho phân tử cấu tạo nên tổ chức sống mà chủ yếu đại phân tử hữu [8] Năng lượng gây nên: + Các trình kích thích ion hoá nguyên tử, phân tử + Các phản ứng hoá học xảy phân tử tạo thành sau bị kích thích ion hoá Hậu phân tử hữu quan trọng tổ chức sống bị tổn thương gây nên tác dụng sinh học tổn thương chức hoạt động, gây đột biến gen, huỷ diệt tế bào Các trình kích thích ion hoá nguyên tử, phân tử, phản ứng hoá học xảy phân tử trước hết gây nên tổn thương sau lan truyền phân tử khác xung quanh 9.1.2 Cơ chế tác dụng gián tiếp Bức xạ ion hoá tác dụng lên phân tử nước gây nên biến đổi tạo sản phẩm hoá học ion dương âm ( H O-, H O+, H O-, H+, OH-) 2 phân tử trạng thái kích thích (H2O*, H*, OH*, HO2 ) [1] Các sản phẩm gây nên phản ứng hoá học với phân tử hữu tổ chức sinh học làm biến đổi chúng Như vậy, lượng chùm tia tác dụng lên phân tử hữu tổ chức sống, gián tiếp thông qua phân tử nước có Hai chế tác dụng trực tiếp tác dụng gián tiếp có giá trị quan trọng lúc, chỗ, chế tồn tuỳ thuộc vào môi trường điều kiện mà có lúc chế có vị trí vai trò lớn chế Hai chế hỗ trợ cho giúp hiểu sâu sắc chất trình phóng xạ sinh học 9.1.3 Tổn thƣơng tia phóng xạ tác dụng lên thể sống 9.1.3.1 Tổn thƣơng mức độ phân tử Biểu tổn thương phân tử chiếu xạ là: - Giảm hàm lượng tập hợp chất hữu định sau chiếu xạ so với trước lúc chiếu xạ Thông thường men sinh học (enzym), protein đặc hiệu, acid nhân, v.v…Hàm lượng hợp chất bị giảm trình tổng hợp sản sinh chúng bị kiềm hãm chúng bị phân hủy trình chiếu xạ mà chủ yếu nhóm chức hóa học gốc amin (NH2), carboxyl (COOH), gốc SH… bị tách lìa khỏi cấu trúc phân tử hữu [1] - Hoạt tính sinh học phân tử hữu bị suy giảm hẳn cấu trúc phân tử bị phá hủy tổn thương Ta biết phân tử hữu có cấu trúc định Cấu trúc định chức hoạt động Bức xạ ion hóa tách rời phá hủy nhóm chức hóa học khỏi cấu trúc phân tử làm cho chúng không hoạt động sinh học đặc biệt - Tăng hàm lượng số chất có sẵn xuất chất lạ có tổ chức sinh học Thông thường chất có hại, độc cho tổ chức sinh học Đó sản phẩm phân hủy phân tử hữu phản ứng hóa học xảy chiếu xạ SVTH: Lâm Thái Hoàng Diễm Trang 71 Ứng dụng Vật lý cho thể sống GVHD: ThS Hồ Hữu Hậu Các phân tử hữu bị tổn thương, ảnh hưởng đến phát triển hoạt động tế bào, giảm khả hoạt động chức số mô Một tổn thương phân tử ảnh hưởng đến chức sinh học quan trọng tổn thương phân tử AND [6] Khi bị chiếu xạ, phân tử ADN bị tổn thương sau đây: - Tổn thương base gốc đường - Gẫy mạch nối đơn cấu trúc ADN - Phá hủy cấu trúc không gian phân tử AND Do phân tử AND bị tổn thương nên ảnh hưởng đến thuộc tính di truyền mà phân tử AND đảm nhiệm việc sản suất hợp chất sinh học cần thiết đảm bảo việc chuyển đặc tính di truyền phân bào Với phân tử protein, tác dụng tia phóng xạ lại phức tạp Nhiều biến đổi cấu trúc phân tử xảy khó phát Có thể xảy biến đổi sau xạ ion hóa: - Đứt gãy mạch làm giảm trọng lượng phân tử protein - Khâu mạch: chấp nối sai lệch mảnh lại với Có hai loại khâu mạch: khâu mạch bên phân tử protein khâu mạch phân tử hệ - Phá hủy cấu trúc thứ cấp, cấu trúc không gian Thông thường cấu trúc trì nhờ lực hoá trị liên kết hidro Bức xạ ion hóa phá vỡ cấu hình 9.1.3.2 Tổn thƣơng mức độ tế bào Dưới tác dụng Bức xạ ion hoá, tế bào lâm vào tình trạng: - Chết tổn thương nặng nhân nguyên sinh chất - Ngừng phân chia tổn thương chất liệu di truyền - Tế bào không phân chia số nhiễm sắc thể tăng lên gấp đôi trở thành tế bào khổng lồ - Tế bào phân chia thành hai tế bào có rối loạn chế di truyền Trong tế bào, thành phần nhạy cảm với xạ ion hoá Màng, ty lạp thể lưới nội nguyên sinh Trên thể, tế bào khác có độ nhạy cảm phóng xạ khác Độ nhạy cảm tế bào thường không cố định mà thay đổi tuỳ thuộc vào nhiều yếu tố Qua nghiên cứu thực nghiệm, hai nhà bác học Bergonir Tribondeau đưa định luật sau:" Độ nhạy cảm tế bào trước xạ tỷ lệ thuận với khả sinh sản tỷ lệ nghịch với mức độ biệt hoá chúng" [1] Như tế bào non trưởng thành (tế bào phôi), tế bào sinh sản nhanh, dễ phân chia (tế bào quan tạo máu, niêm mạc ruột, tinh hoàn, buồng trứng…) thường có độ nhạy cảm phóng xạ cao Tế bào ung thư có khả sinh sản mạnh, tính biệt hoá nên nhạy cảm cao so với tế bào lành xung quanh Tuy nhiên, thể tất tế bào tuân theo định luật trên, có số trường hợp ngoại lệ: tế bào thần kinh thuộc loại không phân chia, phân lập cao nhạy cảm với phóng xạ, tế bào limpho không phân chia, biệt hoá hoàn toàn nhạy cảm cao với phóng xạ 9.1.3.3 Tổn thƣơng mô Sự hư hại nhiều tế bào dẫn đến tổn thương mô Tổn thương mô xạ bị ảnh hưởng nhiều yếu tố mà trước hết độ nháy cảm phóng xạ loại mô khác Có thể chia loại mô có nhạy cảm phóng xạ khác nhau: - Rất nhạy cảm: tủy xương, tổ chức lympho, tổ chức sinh dục, niêm mạc ruột - Nhảy cảm vừa: da niêm mạc tạng - Nhạy cảm trung bình: mô liên kết, mao mạch, sụn xương SVTH: Lâm Thái Hoàng Diễm Trang 72 Ứng dụng Vật lý cho thể sống GVHD: ThS Hồ Hữu Hậu - Nhạy cảm thấp: xương, phủ tạng, tuyến nội tiết - Rất nhạy cảm: bắp, nơtron thần kinh Sau dây tổn thương số quan đặc biệt: * Máu quan tạo máu Hình ảnh tủy đồ sớm thay đổi nhiễm xạ sau thay đổi lượng tế bào máu ngoại vi Ở tủy đồ trước hết người ta quan sát thấy hụt giảm dòng hồng cầu, bạch cầu đa nhân Ở máu ngoại vi, thay đổi lại diễn ngược lại Đầu tiên giảm lượng dòng bạch cầu lymphocyt, bạch cầu đa nhân, tiểu cầu đến hồng cầu Với liều lượng hấp thụ toàn thân Gy có thay đổi dẫn đến tử vong biến chứng Nhiễm liều 2-6 Gy đòi hỏi phải chữa chạy tích cực kể ghép tủy Sự suy giảm tế bào máu gây nên bệnh cảnh suy tủy: giảm tế bào máu, giảm sức đề kháng thể, dẫn đến xung huyết…[2] * Bào thai: yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến mức độ tổn thương mô bào thai tuổi Tùy giai đoạn phát triển bào thai bị chiếu xạ mà loại tổn thương gây khác nhau: bào thai chết, quái thai, dị tật bẩm sinh, ảnh hưởng đến phát triển thai nhi Liều lượng yếu tố quan trọng ảnh hưởn đến lạo tổn thương * Các mô sinh dục: Bức xạ ion hóa tiêu diệt tế bào sản sinh tinh trùng mô sing dục nam Với liều 5-6 Gy dẫn đến chứng vô sinh nam giới Liều nang buồng trứng 0,1 Gy Ngoài việc tiêu diệt tế bào buồng trứng gây vô sinh nữ, tác dụng sinh học tia phóng xạ gây nên rối loạn hormon tế bào buồng trứng biểu rối loạn kinh nguyệt [5] * Da niêm mạc: tổn thương da niêm mạc thường xuất sau thời kỳ tiềm tàng độ 2-3 tuần Hay gặp viêm đỏ da niêm mạc Tiếp theo viêm da khô, da bị teo, bóng, khô tiết mồ hôi biến đổi màu sắc tích nhiều sắc tố bề mặt da Trong viêm ướt, tổ chức da bị loét, bị nhiễm trùng hoại tử tổ chức xuống mô sâu Các tổn thương da phụ tuộc vào liều lượng Liều lượng lần 10 Gy gây viêm đỏ da, liều 15 Gy gây viêm khô 30 Gy gây hoại tử da Tùy vị trí niêm mạc tổn thương mà có triệu chứng khác nhau: niêm mạc dày, ruột, đường hô hấp… Với liều lượng 25-45 Gy gây vết loét dày, ruột đòi hỏi phải điều trị ngoại khoa [8] 9.1.3.4 Tổn thƣơng toàn thân Độ nhạy cảm phóng xạ loài sinh vật khác tùy thuộc vào cấu trúc mối liên hệ với môi trường sống Con người loài sinh vật cấp cao có cấu trúc phức tạp mối liên hệ chặt chẽ với môi trường xung quanh so với loài sinh vật khác Vì độ nhạy cảm phóng xạ người cao Khi thể bị chiếu xạ toàn thân với liều lớn nhiều liều nhỏ liên tiếp, dẫn đến bệnh nhiễm xạ cấp Các triệu chứng lâm sang cấp tính xuất với thể khác Những biểu trước hết phụ thuộc vào hai yếu tố sau đây: - Sự phân bố không gian liều lượng thể, liều hấp thụ tổng cộng suất liều vào thể - Những đặc điểm môi trường thể bị chiếu: tuổi, giới, tình trạng sức khỏe… Biểu toàn thân tổn thương xạ gọi bệnh nhiễm xạ cấp mãn Bệnh nhiễm xạ cấp có nhiều hình thái khác phụ thuộc trước hết vào liều lượng Bảng 9.1 SVTH: Lâm Thái Hoàng Diễm Trang 73 Ứng dụng Vật lý cho thể sống GVHD: ThS Hồ Hữu Hậu Bảng 9.1.Tổn thương xạ theo liều lượng [8] Thể lâm sàng Thể tủy xương nhẹ Liều hấp thụ (Gy) 2,0-4,0 Thể tủy xương nặng 4,0-6,0 Thể tiêu hóa 6,0-10,0 Thể thần kinh 10,0 Triệu chứng Hậu Buồn nôn, nôn Giảm nhẹ Bệnh phát tuần số liều lượng tế bào sau bị chiếu máu Suy giảm tế bào máu Nôn Đòi hỏi điều trị tích mửa, ỉa chảy cực kể ghép tủy xương Nôn mửa, ỉa chảy, xuất Choáng huyết chết sau vài tuần Viêm da cấp Rối loạn định Chết sau vài ngày hướng, choáng Tuy nhiên bệnh nhiễm xạ cấp phát triển than giai đoạn: - Giai đoạn khở phát: thương kéo dài 1-2 ngày đầu - Giai đoạn tiềm ẩn: hệ thần kinh sau bị kích thích chuyển sang trạng thá ức chế Các biểu giai đoạn sau lắng xuống Giai đoạn kéo dài vài tuần - Giai đoạn toàn phát: triệu chứng bộc lộ ạt, đày đủ với thể lâm sàng rõ Nếu không chữa chạy có hậu xấu - Giai đoạn phục hồi: sức đề kháng thể Nếu thể nhẹ điều trị phục hồi hoàn toàn để lại di chứng Bệnh nhiễm xạ mãn biến thành giai đoạn; - Giai đoạn 1: xuất triệu chứng không đặc hiệu mệt mỏi, nhức đầu, yếu, dễ bị kích thích Xét nghiệm máu có thay đổi không nhiều tăng giảm bạch cầu, tăng hồng cầu lưới, giảm tiểu cầu mạch ngoại vi Nếu lúc phát kịp thời, nhừng tiếp xúc phóng xạ nhanh chóng phục hồi sức khỏe - Giai đoạn 2: Các triệu chứng chủ quan thay đổi công thức máu tăng lên Có thể thấy xuất tổn thương da niêm mạc - Giai đoạn 3: Xuất thể lâm sang rõ xuấ máu trắng, đục thể thủy tinh, suy tủy xương, rối loạn kinh nguyệt giảm khả sinh sản, viêm loét da niêm mạc, ung thư 9.1.4 Các yếu tố ảnh hƣởng đến tác dụng sinh học tia phóng xạ 9.1.4.1 Ảnh hƣởng chất lƣợng tia Tác dụng sinh học chùm tia phụ thuộc vào số lượng cặp ion hóa tạo tổ chức sinh học tương tác Khả ion hóa tùy thuộc vào loại tia: tia X, tia gamma, bêta, anpha, vào lượng tia Trong vật lý học, đại lượng truyền lượng tuyến tính LET diễn đạt khả ion hóa tia phóng xạ Giá trị LET lớn số ion hóa tạo nhiều, tác dụng sinh học tia lớn SVTH: Lâm Thái Hoàng Diễm Trang 74 Ứng dụng Vật lý cho thể sống GVHD: ThS Hồ Hữu Hậu Bảng 9.2 Ảnh hưởng chất lượng tia vào tác dụng sinh học [7] Loại tia phóng xạ Giá trị LET Tác dụng sinh học (KeV/µm) 0,3 Thấp Tia gamma từ nguồn 60Co 5,5 Tia bêta 0,6 KeV 45,0 Chum hạt nơtron Cao 110,0 Chum hạt anpha Ngoài ra, loại tia phóng xạ khác lại có khả xuyên sâu qua tổ chức khác 9.1.4.2 Ảnh hƣởng liều lƣợng, suất liều yếu tố thời gian Liều lượng yếu tố quan trọng định tính chất tổn thương sau chiếu xạ Liều lớn, tổn thương nặng xuất sớm Bảng 9.3 Đáp ứng liều-hiệu suất sau chiếu xạ toàn thân [7] Liều 0,1 Gy Hiệu ứng Không có dấu hiệu tổn thương lâm sang Tăng sai lạc nhiễm sắc thể phát Gy Xuất bệnh nhiễm xạ số 5-7% cá thể sau chiếu xạ 2-3 Gy Rụng lông, tóc, đục thủy tinh thể, giảm bạch cầu, xuất ban đỏ da Bệnh nhiễm xạ gặp hầu hết đối tượng bị chiếu tử vong 10-30% số cá thể sau chiếu xạ 3-5 Gy Giảm bạch cầu nghiêm trọng, ban xuất huyết, xuất huyết, nhiễm khuẩn, rụng lông, tóc Tử vong 50% số cá thể sau chiếu xạ Gy Vô sinh lâu dài nam nữ Tử vong 50% số cá thể bị chiếu, chí trường hợp điều trị tốt Tuy vậy, phối hợp với ảnh hưởng liều lượng, yếu tố thời gian có vai trò quan trọng 9.1.4.3 Ảnh hƣởng môi trƣờng chiếu a Diện tích chiếu Mức độ tổn thương sau chiếu xạ phụ thuộc nhiều vào diện tích chiếu, chiếu phần hay toàn thể Liều tử vong chiếu xạ toàn thân thương thấp nhiều so với chiếu xạ cục Ví dụ: Liều Gy làm đỏ da chiếu cục bộ, liều LD 50/30 (liều gây tử vong 50 số cá thể bị chiếu vòng 30 ngày đầu sau chiếu xạ) [6] b Hiệu ứng nhiệt độ Giảm nhiệt độ làm giảm tác dụng xạ ion hóa Hiện tượng giải thích nhiệt độ xuống thấp, tốc độ vận chuyển gốc tự (được tạo nên phân tử nước) tới phân tử sinh học giảm xuống, dẫn đến giảm số phân tử sinh học bị tổn thương chiếu xạ c Hiệu ứng oxy Độ nhạy cảm phóng xạ sinh vật tăng theo nồng độ oxy, giảm oxy giảm Khi tăng nồng độ oxy, lượng HO2, H2O tạo nhiều dã làm tăng số phân tử sinh học bị tổn thương chiếu xạ Hiệu ứng oxy tăng dần đến giá trị 21% oxy điều kiện bình thường sau có tăng cao hiệu ứng không tác dụng [6] Hiệu ứng oxy thể rõ nét SVTH: Lâm Thái Hoàng Diễm Trang 75 Ứng dụng Vật lý cho thể sống GVHD: ThS Hồ Hữu Hậu xạ có khả oxy hóa thấp, với xạ có khả ion hóa cao α, proton hiệu ứng biểu it không biêu d Hàm lượng nước Hàm lượng nước lớn gốc tự tạo nhiều, số gốc tự tác động lên phân tử sinh học tăng hiệu ứng sinh học tăng lên e Các chất bảo vệ Qua nghiên cứu người ta thấy có số chất đưa vòa thể có tác dụng làm giảm hiệu ứng xạ ion hóa Năm 1942 Deili người nhận thấy thioure có tác dụng chóng phóng xạ Sau số chất khác như: cystein, MEA chứng minh có tác dụng chống phóng xạ Ngày người ta tìm nhiều chất có nguồn gốc từ thực vật, động vật có tác dụng Tuy nhiên chế tác dụng chúng chư giải thích đầy đủ 9.2 CÁC LOẠI ĐẦU DÕ 9.2.1 Ghi đo phóng xạ dựa vào biến đổi hóa học Đặc tính số hóa chất bị biến đổi chịu tác dụng xạ ion hóa Hiện tượng áp dụng rộng rãi thực tế tia phóng xạ gây biến đổi tinh thể muối Halogen bạc nhũ tương Cấu tạo phim nhũ tương ảnh bao gồm tinh thể muối Halogen bạc phân bố nhũ tương Độ nhạy phim phụ thuộc vào mật độ kích thước tinh thể muối bề dày nhũ tương: - Phim ảnh có lớp nhũ tương dày khoảng 10µm, kích thước tinh thể khoảng 0,53µm Mật độ tinh thể khoảng  109 / cm3 Phim thương dùng để ghi đo tia X, tia gamma [1] - Nhũ tương hạt nhân có lớp độ dày 10µm, kích thước tinh thể muối 0,1-0,4 m mật độ 1013 / cm3 Nhũ tương có hiệu suất tương tác lớn với xạ alpha, bêta gamma mềm [1] Khi tia phóng xạ tương tác vào nhũ tương, điện tử bị khỏi nguyên tử cấu tạo Các điện tử có xu hướng tập trung điểm mạng tinh thể muối bac Sau ion Ag+ bị lôi điểm nhận điện tử để trở thành nguyên tử bạc Ag Số lượng nguyên tử Ag điểm phụ thuộc vào số điện tử có mặt tức phụ thuộc vào cường độ chùm tia Các nguyên tử Ag có khả xúc tác cho tinh thể dễ bị khử Vì nhúng nhũ tương vào dung dịch khử mạnh hydroquinol, metol tinh thể có nguyên tử Ag bị khử tinh thể khác không Tốc độ khử phụ thuộc vào số lượng nguyên tử Ag có tinh thể Như sau tráng rửa, quan sát trình dụng cụ đo mật độ quang học Ngày nay, người ta dùng loại phim nhũ tương để ghi đo phóng xạ công việc đo liều hấp thụ cá nhân test-phim, kỹ thuật phóng xạ tự chụp, v.v… 9.2.2 Ghi đo phóng xạ dựa vào đặc tính phát quang tinh thể dung dịch Khi hấp thụ lượng chum tia phóng xạ, số tinh thể có khả phát quang Mật độ lượng xạ phát phụ thuộc vào lượng hấp thụ Do đo lượng chùm tia truyền cho tinh thể cách đo lượng chùm tia thứ phát ta từ tinh thể Hiện tinh thể có đặc tính phát quang thường gặp là: - Tinh thể muối ZnS phát quang tác dụng tia X, tia gamma - Tinh thể Antraxen phat quang hấp thụ lượng từ chum tia bêta - Dung dịch hỗn hợp PPO (2,5 diphenil oxazol) POPOP (2,5 phenyloxazolbenzel) hòa tan dung môi toluene hau dioxin, phát quang hấp thụ lượng SVTH: Lâm Thái Hoàng Diễm Trang 76 Ứng dụng Vật lý cho thể sống GVHD: ThS Hồ Hữu Hậu yếu tia bêta phát từ H 14C Dung dịch thành phần kỹ thuật ghi đo đặc biệt gọi kỹ thuật nhấp nháy lỏng, thường dùng nghiêm cứu y sinh học [14] - Tuy nhiên quang trọng thiết bị dựa vào đặc tính phát quang ống nhấp nháy Năm 1940 phát thấy tinh thể Iodua Natri (NaI) có trộn lẫn lượng nhỏ Tali (Tl) hoăc tinh thể KI (Tl); CsI (Tl); LiI v.v…có khả phát photon thứ cấp (phát quang) xạ gamma tác dụng vào Hiện nhiều chất nhấp nháy khác chất dẻo, nhấp nháy nước nhấp nháy khí Quang trọng loại tinh thể muối NaI hoạt hóa Tl phát quang tác dụng tia gamma Các tinh thể dùng để tạo đầu dò Vì lượng chùm tia phát quang yếu nên phải khuếch đại ống nhân quang Kỹ thuật ghi đo tinh thể phát quang có hiệu suất lớn, ngày sử dụng rộng rãi Số lượng photon phát quang (thứ cấp) tỉ lệ với lượng tinh thể nhấp nháy hấp thụ từ tia tới Trung bình 30-50 eV lượng hấp thụ tạo photon phát quang thứ cấp Như vậy, tua gamma có lượng khoảng 0,5MeV hấp thụ tạo khoảng 104 photon thứ cấp tinh thể Nếu photon huỳnh quang tiếp xúc với photocatod tạo chùm điện tử [1] Bộ phận ống nhấp nháy ống nhân quang Ống nhân quang cấu tạo nhiều điện cực có điện tăng dần để khuếch đại bước vận tốc điện tử lên 106 đến 109 lần xung điện yếu cần phải khuếch đại ghi đo Ống đếm nhấp nháy ghi đo cường độ xạ mà cho phép ghi đo phổ lượng chất phóng xạ Muốn đo phổ lượng cần có thêm máy phân tích biên độ 9.2.3 Ghi đo dựa vào ion hóa chất khí Đây kỹ thuật ghi đo quan trọng Có thiết bị sau đây: - Buồng ion hóa dùng để đo liều cá nhân, chuẩn liều báo hiệu phóng xạ - Ống đếm tỉ lệ - Ống đếm Geiger-Muller Để hiểu rõ chế hoạt động chức loại khảo sát tượng ion hóa chất khí 9.2.4 Hiện tƣợng ion hóa chất khí Hình 9.1.Hiện tượng ion hóa chất khí [8] Qua hệ thống tụ điện trở kháng C-R người ta cung cấp chi điện cực hiệu điện U định Các chất khí điều kiện bình thường cách điện Khi xạ ion hóa qua đi, nguyên tử phân tử khí bị ion hóa Dưới ảnh hưởng điện trương SVTH: Lâm Thái Hoàng Diễm Trang 77 Ứng dụng Vật lý cho thể sống GVHD: ThS Hồ Hữu Hậu điện cực, ion chuyển động điện cực: ion âm cực dương ngược lại Do tạo dòng điện ion hóa Hình 9.2 Điện hoạt động cho loại óng đếm khí [8] Sau vài dụng cụ ghi đo phóng xạ thường dùng: * Buồng ion hóa Các buồng ion hóa có cấu tạo hình 9.1 Điện cung cấp pin, acquy điện lưới có giá trị đoạn II hình 9.2 Trong bình chứa không khí khô áp suất bình thường Buồng ion hóa thường dùng để đo liều lượng tĩnh điện kế có bảng thể kết R/h mR/s Mỗi loại buồng ion hóa đo phạm vi liều lượng khác chế tạo với nhiều dạng khác nhau: loại lớn đặt phòng thí nghiệm, loại xách tay dã ngoại, loại bút chì để đo liều cá nhân… Một dụng cụ đo quan trọng thuộc loại buồng chuẩn liều Đó buồng ion hóa có điện kế xác phận chứa đựng ống nghiệm cần xác định liều lượng phóng xạ * Ống đếm tỉ lệ Cấu tạo ống đếm tỉ lệ hình 9.3 Có nhiều loại ống đếm tỉ lệ thường dùng để đo tia alpha bêta Độ lớn xung tỉ lệ với lượng số xạ tới Loại đơn giản gồm vỏ thủy tinh, có sợi dây vonfram làm cực dương, lớp kim loại tráng mặt ống làm cực âm Sau rút hết không khí bên ống, người ta nạp khí metan (CH ) với áp suất khoảng 10 cmHg Ống đếm tỉ lệ để đo nơtron chậm thường nạp khí BF3 Khí nơtron va chạm với nguyên tử Bor gây phản ứng sau: Hình 9.3 M cực âm 10 B  n Li   E cực dương Hạt α gây ion hóa để ghi đo S thành thủy tinh AB cửa sổ mỏng [1] * Ống đếm G.M Ống đếm G.M dụng cụ ghi đo phóng xạ sử dụng rộng rãi Có nhiều loại ống đếm G.M với công dụng tính chất khác Có hai loại thông dụng ống đếm khí hữu ống đếm khí Halogen SVTH: Lâm Thái Hoàng Diễm Trang 78 Ứng dụng Vật lý cho thể sống GVHD: ThS Hồ Hữu Hậu - Ống đếm khí hữu cơ: Vỏ ống đếm khí hữu thường thủy tinh, hình vuông, đường kính khoảng 20mm Chính có cực dương làm sợi vonfram mảnh với đường kính khoảng 0,1mm Cực âm đồng cuộn lòng ống thủy tinh nối với sợi vonfram Đáy ống làm đá mica mỏng thường gọi cửa sổ bắc xạ bêta yếu lọt qua Sau rút hết không khí bên trong, người ta nạp khí hữu (hơi rượu Etylic, Benzen, Isopentan…) với áp suất khoảng mmHg khí trơ (thường Argon) với áp suất khoảng mmHg [14] - Ống Halogen: Cực dương ống đếm G.M loại Halogen sợi dây vonfram Cực âm ống thép không gỉ cuộn bên dùng kỹ thuật phun muối SnCl2 vào mặt ống Các khí halogen Brom, Clo… bơm vào ống thay cho khí hữu loại Loại ống đếm Halogen để đo tia bêta gamma Các khí hữu Halogen có tác dụng hấp thụ bớt lượng sản sinh trình ion hóa để dập tắt nó, tạo xung điện ngắn Một yếu tố quan trọng ống đếm G.M thời gian chết Nó có ý nghĩa sau: Khi xạ lọt vào ống đếm, gây nên ion hóa phân tử khí Cường độ điện trường tác dụng lên ion mạnh gây nên ion hóa thứ cấp số lượng ion sản sinh nhiều lên Tuy vậy, điện tử (ion âm) có khối lượng nhỏ dịch chuyển nhanh cực dương ion dương có khối lượng lớn dịch chuyển chậm cực âm Trong thời gian định đó, ion dương tạo chắn xung quanh cực dương làm cho cường độ điện trường bị giảm Lúc có tia khác lọt vào ống đếm không ghi nhận Mãi đến lớp ion dương hoàn toàn bị hút cực âm, điện trường hồi phục lại cũ ống đếm mơi ghi nhận tia Thời gian hai lần ống đếm ghi nhận gọi thời gian chết ống đếm Độ dài khoảng 100-300 µs ống đếm G.M [1] Một đặc trưng ống đếm G.M hiệu suất đếm Đó xác suất để xạ lọt ống ghi nhận Hiệu suất tia bêta 100% tia gamma khoảng 1% Sỡ dĩ ion hóa trực tiếp phân tử tia gamma nhỏ [1] Đó nguyên tắc chung ghi đo phóng xạ Trong y tế thường có trang bị đặc biệt mà kết đo thể số, đồ thị, hình ảnh phân bố mật độ phóng xạ mô, phủ tạng hệ thống hoạt động chức thể Các kỹ thuật giúp xác định có mặt (định tính) biến đổi liều lượng mật độ phóng xạ (định lượng) Trên sở thông số người ta suy đoán hoạt động chức sinh lý bệnh lý tế bào, mô, phủ tạng thể Kết luận: chương trình bày nội dung Tác dụng phóng xạ lên thể sống Các loại đầu dò SVTH: Lâm Thái Hoàng Diễm Trang 79 Ứng dụng Vật lý cho thể sống GVHD: ThS Hồ Hữ Hậu PHẦN KẾT LUẬN Đề tài đáp ứng tương đối đầy đủ mục tiêu đề ra, trình bày nội dung sau: Lý thuyết tổng quan Cơ, Nhiệt, Điện, Quang Vật lý nguyên tử hạt nhân Ứng dụng Cơ, Nhiệt, Điện, Quang Vật lý nguyên tử hạt nhân cho thể sống Đề tài nghiên cứu tượng xảy tổ chức thể dựa quan điểm định luật vật lý, từ mức độ điện tử, nguyên tử đến toàn thể hay hệ có nhiều thể sống, giúp hiểu nguyên lý trình sinh học đặc biệt chế lý hóa chất vật lý thể sống Vì kiến thức chuyên ngành kiến thức liên quan đến y học nhiều hạn chế nên đề tài dừng lại mức độ tìm hiểu chưa sâu Tuy nhiên đề tài hay, gần gũi thiết thực đời sống xã hội Trong thời gian tới, có điều kiện tiếp tục nghiên cứu để hoàn thiện đề tài Sau thực đề tài biết thêm nhiều kiến thức ứng dụng Vật lý y học sở phục vụ cho việc học cao chuyên ngành Lý Sinh việc giảng dạy tương lai SVTH: Lâm Thái Hoàng Diễm Trang 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phan Sỹ An (Chủ biên): Lý sinh y học, NXB Y học, 2005 [2] Phan Sỹ An, Y học hạt nhân, Đại học Y Hà Nội, 2005 [3] Phan Sỹ An-Nguyễn Văn Thiện (Chủ biên), Vật lý - Lý sinh y học, NXB Y học, 2006 [4] Lương Duyên Bình, Vật lý đại cương (http://websrv1.ctu.edu.vn/coursewares/khoahoc/vatlydaicuong_b/chuong5.htm) [5] Thái Khắc Định, Giáo trình Vật lý nguyên tử hạt nhân, Đại học Sư phạm tp.Hồ Chí Minh, 2003 (http://timtailieu.vn/tai-lieu/giao-trinh-vat-ly-nguyen-tu-hat-nhan-thai-khac-dinh-11554/) [6] Trương Trường Sơn: Giáo trình An toàn xạ (http://d3.violet.vn/uploads/previews/481/198927/preview.swf) [7] Lê Văn Tâm: Phù kế (http://voer.edu.vn/m/phu-ke/1fac404c) [8] Bùi Văn Thiện, Giáo trình Vật lý-Lý sinh y học, Đại học Thái Nguyên, 2011 http://www.slideshare.net/trananh94/giao-trinhvatlylysinhhoc [9] Lê Văn Trọng, Giáo trình lý sinh học, NXB Đại học Huế, 2001 (http://doc.edu.vn/tai-lieu/giao-trinh-ly-sinh-hoc-61045) [11] Trần Đỗ Trinh; Trần Văn Đồng : Hướng dẫn đọc điện tim , 2002 (http://tailieu.vn/doc/y-hoc-hat-nhan-pgs-tskh-phan-sy-an-545389.html) [12] Trần Đỗ Trinh; Trần Văn Đồng : Điện tâm đồ lâm sàng (http://thuvienykhoa.vn/chi-tiet-tai-lieu/huong-dan-doc-dien-tim-gs-ts-do-tran-trinh/5763.yhoc) [13] Nguyễn Trần Trác, Giáo trình Quang học, Đại học Sư phạm Hồ Chí Minh (http://timtailieu.vn/tai-lieu/giao-trinh-quang-hoc-nguyen-tran-trac-25972/) [14] Trần Văn Tuẩn, Giáo trình Vật lý-sinh học (http://www.slideshare.net/trananh94/giao-trinh-ly-sinh) [...]... đoạn ống Kết luận: ở chương này đã trình bày được một số nội dung cơ bản của nhiệt học, các hiện tượng khuếch tán, thẩm thấu, sự chuyển động của chất lỏng lý tưởng và chất lỏng thực Nắm được các nội dung này sẽ giúp chúng ta hiểu rõ hơn ứng dụng của nhiệt học cho cơ thể sống SVTH: Lâm Thái Hoàng Diễm Trang 15 Ứng dụng Vật lý cho cơ thể sống GVHD: ThS Hồ Hữu Hậu Chƣơng 3 ĐIỆN HỌC 3.1 ĐIỆN TRƢỜNG, ĐIỆN... (*) viết cho 1 kilômol thể tích V0 ta có: P V0 = R.T (2.9) Trong đó R là hằng số khí đúng với mọi chất khí Trong điều kiện cùng áp suất và nhiệt độ, thể tích chất khí tỷ lệ với khối lượng khí Do đó nếu gọi V là thể tích ứng với khối lượng MKg, V0 là thể tích ứng với khối lượng  Kg = 1 Kmol thì ta có: V M V  (2.10)   V0  V0  M SVTH: Lâm Thái Hoàng Diễm Trang 9 Ứng dụng Vật lý cho cơ thể sống GVHD:... Diễm Trang 5 Ứng dụng Vật lý cho cơ thể sống GVHD: ThS Hồ Hữu Hậu Chƣơng 2 NHIỆT HỌC 2.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 2.1.1 Thông số trạng thái và phƣơng trình trạng thái Khi nghiên cứu một vật nếu tính chất của nó thay đổi ta nói trạng thái của vật đã thay đổi Như vậy các tính chất của một vật biểu hiện trạng thái của vật đó và ta có thể dùng một tập hợp các tính chất để xác định trạng của một vật Mỗi tính... Leyden đối với động vật và con người Walch (1773) đã chứng minh tính đồng nhất của những tác dụng kể trên đồng thời SVTH: Lâm Thái Hoàng Diễm Trang 17 Ứng dụng Vật lý cho cơ thể sống GVHD: ThS Hồ Hữu Hậu cho thấy sự phóng điện của loại cá điện, cũng như bình Leyden được truyền theo dây dẫn và bị ngắt bởi vật cách điện [1] Khởi đầu cho những nghiên cứu về dòng điện sinh học (dòng điện sống) là thí nghiệm... thường và bện lý [14] Kết luận: ở chương này đã trình bày được các nội dung cơ bản của điện học: 1 Điện trường, điện thế, hiệu điện thế 2 Điện sinh vật cơ bản 3 Cơ chế điện sinh vật 4 Ghi điện sinh vật SVTH: Lâm Thái Hoàng Diễm Trang 27 Ứng dụng Vật lý cho cơ thể sống GVHD: ThS Hồ Hữu Hậu Chƣơng 4 QUANG HỌC 4.1 CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN CỦA QUANG HÌNH HỌC 4.1.1 Định luật về sự truyền thẳng của ánh sáng Định... truyền nguyên vẹn cho mọi điểm của chất lỏng và thành bình [4] Biểu thức: p=png+ρgh (1.7) png là áp suất từ bên ngoài nén lên mặt chất lỏng Kết luận: ở chương này đã trình bày được các lý thuyết cơ bản của cơ học chất lưu về đặc điểm, sự chuyển động của chất lưu và nguyên lý Pascal Nắm vững những lý thuyết cơ bản trên sẽ giúp ta dễ dàng tìm hiểu các ứng dụng của cơ học cho cơ thể sống SVTH: Lâm Thái... Thái Hoàng Diễm Trang 7 Ứng dụng Vật lý cho cơ thể sống GVHD: ThS Hồ Hữu Hậu Chú ý rằng mọi chất khí ở cùng nhiệt độ, áp suất và thể tích đều chứa cùng một số phân tử Nếu ký hiệu N là số phân tử chứa trong một vật thì số mol n sẽ là: n = N/ N A (2.5) b Khí lý tƣởng, các định luật thực nghiệm Để biểu diễn trạng thái vật chất như ta đã biết cần ba thông số chính đó là áp suất, thể tích và nhiệt độ Các... sẽ khảo sát một số vấn đề cơ bản của hiện tượng điện sinh vật, tác dụng của dòng điện lên cơ thể sống và ứng dụng của chúng Ý tưởng về mối liên hệ chặt chẽ giữa dòng điện và các hoạt động sống được lan truyền từ khoảng những năm 1731 khi Gray (Anh) và Nollet (Pháp) khẳng định sự tồn tại các điện tích ở thực vật, động vật Tiếp theo đó vào năm 1751 Adanson đã nhận thấy tác dụng điện của các giống cá... tốc độ của các vị trí tương ứng) Vậy sự biến thiên năng lượng cơ học của khối chất lỏng giữa hai vị trí (2,2’) và (1,1’) là: SVTH: Lâm Thái Hoàng Diễm Trang 12 Ứng dụng Vật lý cho cơ thể sống GVHD: ThS Hồ Hữu Hậu 1 1     dE   mgh2  mv22    mgh1  mv12  2 2     Theo định luật bảo toàn cơ năng thì công thực hiện do áp suất chất lỏng bằng độ biến thiên năng lượng cơ học, nên ta có: dA=dE ... Trang 24 Ứng dụng Vật lý cho cơ thể sống GVHD: ThS Hồ Hữu Hậu 3.3.2.3 Hạn chế của thuyết ion màng về hiện tƣợng điện sinh vật - Trong hoạt động điện của cơ và thần kinh, lý thuyết ion màng chưa giải thích được vai trò của ion hóa trị 2 và hóa trị 3, mặc dù có nhiều kết quả thực nghiệm khẳng định vai trò của ion Ca2+ trong quá trình hình thành điện thế hoạt động - Thuyết ion màng đã thiếu sót khi cho ràng ... thông Một ứng dụng quan trọng Vật lý ứng dụng cho thể sống hay gọi Vật lý sinh học Vật lý sinh học gọi tắt lý sinh môn học nghiên cứu tượng xảy tổ chức thể dựa quan điểm định luật vật lý, từ mức... ứng dụng cho thể sống em chọn đề tài Ứng dụng Vật lý cho thể sống Nội dung đề tài gồm: Phần mở đầu Lý thuyết tổng quan Cơ, Nhiệt, Điện, Quang Vật lý nguyên tử hạt nhân Ứng dụng thể sống MỤC ĐÍCH... toàn thể hay hệ có nhiều thể sống Lý sinh giúp hiểu nguyên lý trình sinh học đặc biệt chế lý hóa chất vật lý thể sống Với mong muốn đem lại cho học sinh phổ thông nhìn tổng quan Vật lý ứng dụng cho