Lassen Sie einen Strahl A auf ein ideales optisches System fallen und daraus ein entsprechender Strahl B austreten. Wenn wir einen neuen einfallenden Strahl in Richtung B senden, erhalten wir einen neuen Strahl, der das System in Richtung A verlässt.

Gesetz der Geradlinigkeit der Lichtausbreitung

In einem homogenen Medium breitet sich Licht geradlinig aus.

Wir nehmen eine Lichtquelle oder ein Objekt wahr, von dem das reflektierte Licht fiel, entlang der Fortsetzung der Strahlen, die in das Auge eindrangen. Dieses Gesetz erklärt die Entstehung geometrischer Schatten und die Fotografie mit einer Lochkamera (einer objektivlosen Kamera mit einem kleinen Loch).

Gesetze der Reflexion

1. Der einfallende Strahl, der senkrecht zur Grenze zweier Medien am Einfallspunkt steht, und der reflektierte Strahl liegen in derselben Ebene. Die Tatsache, dass zwei der aufgelisteten Linien in derselben Ebene liegen, ist kein Gesetz, da zwei beliebige Schnittlinien diese geometrische Position erfüllen. Der physikalische Inhalt des Gesetzes besteht darin, die dritte Gerade und dieselbe Ebene zu finden. Folglich liegen Einfalls- und Reflexionswinkel in der Einfallsebene.

2. Der Einfallswinkel ist gleich dem Reflexionswinkel (durch willkürliche Änderung des Einfallswinkels erhalten wir die gleiche Änderung des Reflexionswinkels): ich = J

Es gibt spiegelnde und diffuse Reflexionen. Spiegelreflexion ist eine Reflexion, bei der ein parallel auf die Oberfläche einfallender Lichtstrahl parallel bleibt (Abb. 2). Bei der diffusen Reflexion handelt es sich um eine Reflexion, bei der ein einfallender paralleler Strahl gestreut wird

Brechungsgesetze

1. Der einfallende Strahl, der senkrecht zur Grenze zweier Medien am Einfallspunkt steht, und der gebrochene Strahl liegen in derselben Ebene (ähnlich dem ersten Reflexionsgesetz bedeutet dieses Gesetz, dass das dritte der aufgelisteten Geraden ist Linien fielen in die Ebene, deren Position durch die ersten beiden bestimmt wird. Dies ist die Einfallsebene.

2. Das Verhältnis des Sinus des Einfallswinkels zum Sinus des Brechungswinkels ist für ein gegebenes Medienpaar ein konstanter Wert (d. h. es ändert sich nicht bei einer willkürlichen Änderung des Einfallswinkels und einem entsprechenden Änderung des Brechungswinkels). Diese Konstante wird Brechungsindex genannt ( N 21) die zweite Umgebung relativ zur ersten:

Linse- ein System aus zwei, meist kugelförmigen, lichtbrechenden Flächen, die einen transparenten Körper begrenzen. Normalerweise bestehen Linsen aus Glas.

Sammel- und Zerstreuungslinsen:

Eine Linse ist ein transparenter Körper, der von zwei sphärischen Oberflächen begrenzt wird. Wenn die Dicke der Linse selbst im Vergleich zu den Krümmungsradien sphärischer Oberflächen klein ist, wird die Linse als dünn bezeichnet.

Linsen sind Bestandteil fast aller optischen Instrumente. Linsen konvergieren oder divergieren. Die Sammellinse ist in der Mitte dicker als an den Rändern, die Zerstreuungslinse hingegen ist im Mittelteil dünner

Mit einer Kamera bezeichnet ein Gerät zum Aufnehmen von Fotos – den ersten Prozess zur Gewinnung eines Bildes mithilfe einer fotografischen Methode.

Hauptteile der Kamera:
1) fotografischer Film;
2) Körper;
3) Verschluss;
4) Linse;
5) Zwerchfell.

Im Normalfall Spiegelgerät Digitalkamera Das Licht gelangt durch die Linse und erreicht dann die Blende, die die Lichtmenge reguliert, die das Licht dann erreicht Spiegel in einer digitalen Spiegelreflexkamera, wird reflektiert und durchläuft das Prisma, um es zum Sucher umzuleiten. Der Informationsbildschirm wird dem Bild hinzugefügt Weitere Informationenüber den Rahmen und die Belichtung.
In dem Moment, in dem fotografiert wird, hebt sich der Spiegel des Kamerageräts (Nummer 6 im Bild) und der Kameraverschluss öffnet sich. In diesem Moment fällt das Licht direkt auf die Kameramatrix und das Bild wird belichtet – es erfolgt das Fotografieren. Dann schließt sich der Verschluss, der Spiegel fährt wieder herunter und die Kamera ist bereit für die nächste Aufnahme. Man muss verstehen, dass dieser gesamte komplexe Prozess im Inneren im Bruchteil einer Sekunde abläuft. Das ist es SLR-Digitalkameragerät.

Licht dringt durch das Loch, wird skaliert und trifft auf das lichtempfindliche Element im Inneren Kamerageräte. Sei es eine Filmkamera oder eine digitale Spiegelreflexkamera.

Das menschliche Auge ist ein komplexes optisches System, das aus der Hornhaut, der Vorderkammer, der Linse und dem Glaskörper besteht. Die Brechkraft des Auges hängt von den Krümmungsradien der Hornhautvorderfläche, der Linsenvorder- und -rückfläche, den Abständen zwischen ihnen und den Brechungsindizes von Hornhaut, Linse, Kammerwasser und Glaskörper ab. Optische Leistung Rückseite Die Hornhaut wird nicht berücksichtigt, da die Brechungsindizes von Hornhautgewebe und Vorderkammerfeuchtigkeit gleich sind.

Ungefähr können wir sagen, dass die Brechungsflächen des Auges sphärisch sind und ihre optischen Achsen zusammenfallen, d. h. das Auge ist ein zentriertes System. In Wirklichkeit weist das optische System des Auges viele Fehler auf. Somit ist die Hornhaut nur in der zentralen Zone sphärisch, der Brechungsindex der äußeren Schichten der Linse ist geringer als der der inneren und der Brechungsgrad der Strahlen in zwei zueinander senkrechten Ebenen ist ungleich. Darüber hinaus variieren die optischen Eigenschaften verschiedener Augen erheblich und sind schwer zu bestimmen. All dies erschwert die Berechnung der optischen Konstanten des Auges.

Akkommodation des Auges- eine Änderung der Brechkraft des Auges, die seine Fähigkeit gewährleistet, Objekte in unterschiedlichen Entfernungen klar zu sehen. Der physiologische Mechanismus der Akkommodation besteht darin, dass sich der Ziliargürtel, durch den die Linse am Ziliarkörper befestigt ist, entspannt, wenn sich die Fasern des Ziliarmuskels des Auges, die vom Okulomotorik- und Sympathikusnerv innerviert werden, zusammenziehen. Gleichzeitig nimmt die Spannung des Linsenbeutels ab und aufgrund seiner elastischen Eigenschaften wird er konvexer. Die Entspannung des Ziliarmuskels führt zu einer Abflachung der Linse. Die bei Kindern und Jugendlichen gut entwickelte Akkommodationsfähigkeit des Auges nimmt ab dem 40. Lebensjahr aufgrund der Alterung des Ziliarkörpers und der Linse ab. Dies äußert sich in Weitsichtigkeit, Leseschwierigkeiten, Müdigkeit und Schmerzen in den Augen. Ein Rückgang der Akkommodationsfähigkeit kann dann vermutet werden, wenn eine Person Gegenstände in ihrem Blickfeld von sich wegbewegen muss, um sie besser untersuchen zu können.

Anpassung Auge ist der Prozess der Anpassung des Sehvermögens an unterschiedliche Lichtverhältnisse durch Änderung der Lichtempfindlichkeit des visuellen Analysators. Das menschliche Auge verfügt über eine sehr hohe Anpassungsfähigkeit: Nachts sehen wir im Licht der Sterne, tagsüber im Licht der Sonne. Möglich wird dies durch die lichtempfindlichen Zellen der Netzhaut – Stäbchen. Die Stäbchen verfügen über eine sehr hohe Lichtempfindlichkeit und ermöglichen die Wahrnehmung von Objekten in der Dämmerung oder in der Nacht.

Dieser Begriff hat andere Bedeutungen, siehe Strahlung (Bedeutungen).

Ionisierende Strahlung – im allgemeinsten Sinne – Verschiedene Arten Mikropartikel und physikalische Felder, die Materie ionisieren können. Im engeren Sinne umfasst die ionisierende Strahlung nicht die ultraviolette Strahlung und Strahlung im sichtbaren Bereich des Lichts, die in manchen Fällen auch ionisierend sein kann. Strahlung im Mikrowellen- und Radiobereich ist nicht ionisierend, da ihre Energie nicht ausreicht, um Atome und Moleküle im Grundzustand zu ionisieren.

Die Natur ionisierender Strahlung

Die wichtigsten Arten ionisierender Strahlung sind:

Kurzwelle elektromagnetische Strahlung(Fluss hochenergetischer Photonen):

Röntgenstrahlung;

Gammastrahlung.

Partikelströme:

Betateilchen (Elektronen und Positronen);

Alphateilchen (Kerne des Helium-4-Atoms);

Neutronen;

Protonen, andere Ionen, Myonen usw.;

Spaltfragmente (schwere Ionen, die bei der Kernspaltung entstehen).

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Quellen ionisierender Strahlung

Natürliche Quellen ionisierende Strahlung:

Spontaner radioaktiver Zerfall von Radionukliden.

Thermonukleare Reaktionen, zum Beispiel in der Sonne.

Induzierte Kernreaktionen durch den Eintritt energiereicher Elementarteilchen in den Kern oder durch Kernfusion.

Kosmische Strahlung.

Künstliche Quellen ionisierender Strahlung:

Künstliche Radionuklide.

Kernreaktoren.

Teilchenbeschleuniger (erzeugen Ströme geladener Teilchen sowie Bremsstrahlungsphotonenstrahlung).

Ein Röntgengerät erzeugt als eine Art Beschleuniger Bremsstrahlung im Röntgenbereich.

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Induzierte Radioaktivität

Durch die Bestrahlung werden viele stabile Atome induziert Kernreaktion in instabile Isotope verwandeln. Durch eine solche Bestrahlung wird eine stabile Substanz radioaktiv und die Art der sekundären ionisierenden Strahlung unterscheidet sich von der anfänglichen Bestrahlung. Dieser Effekt zeigt sich am deutlichsten nach Neutronenbestrahlung.

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Kette nuklearer Transformationen

Beim Prozess des Kernzerfalls oder der Kernfusion entstehen neue Nuklide, die auch instabil sein können. Infolgedessen kommt es zu einer Kette nuklearer Transformationen. Jede Transformation hat ihre eigene Wahrscheinlichkeit und ihren eigenen Satz ionisierender Strahlung. Infolgedessen können Intensität und Art der Emissionen einer radioaktiven Quelle im Laufe der Zeit erheblich variieren.

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Messung ionisierender Strahlung

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Messmethoden

Siehe auch: Dosimeter

Siehe auch: Partikeldetektor

Auf Geigerzählern basierende Dosimeter werden am häufigsten als Strahlungssensoren im Haushalt und in der Industrie eingesetzt. Ein Geigerzähler ist ein Gasentladungsgerät, bei dem die Ionisierung eines Gases durch Strahlung in einen elektrischen Strom zwischen Elektroden umgewandelt wird. Solche Geräte erfassen in der Regel nur Gammastrahlung korrekt. Einige Geräte sind mit einem speziellen Filter ausgestattet, der Betastrahlung durch Bremsstrahlung in Gammastrahlung umwandelt. Geigerzähler selektieren Strahlung nicht gut nach Energie; dafür verwenden sie einen anderen Typ von Gasentladungszählern, den sogenannten. Proportionalzähler.

Szintillatoren werden in der Wissenschaft häufig eingesetzt. Diese Geräte wandeln Strahlungsenergie in sichtbares Licht um, indem sie Strahlung in einer speziellen Substanz absorbieren. Der Lichtblitz wird von einer Photomultiplierröhre aufgezeichnet. Szintillatoren sind gut darin, Strahlung nach Energie zu trennen.

Zur Untersuchung von Elementarteilchen werden viele andere Methoden verwendet, mit denen sie ihre Eigenschaften genauer untersuchen können, beispielsweise eine Blasenkammer oder eine Wolkenkammer.

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Einheiten

Die Wirksamkeit der Wechselwirkung ionisierender Strahlung mit Materie hängt von der Art der Strahlung, der Energie der Teilchen und dem Wechselwirkungsquerschnitt der bestrahlten Substanz ab. Wichtige Indikatoren für die Wechselwirkung ionisierender Strahlung mit Materie:

Linearer Energietransfer (LET), der angibt, wie viel Energiestrahlung pro Weglängeneinheit bei Einheitsdichte der Materie auf das Medium übertragen wird.

Die absorbierte Strahlungsdosis gibt an, wie viel Strahlungsenergie pro Masseneinheit einer Substanz absorbiert wird.

IN Internationales System SI-Einheiten Die Einheit der absorbierten Dosis ist Gray (Gy, Englisch Gray, Gy), numerisch gleich der absorbierten Energie von 1 J pro 1 kg Masse der Substanz. Manchmal gibt es eine veraltete nichtsystemische Einheit Rad (englisch rad): eine Dosis, die der absorbierten Energie von 100 Erg pro 1 Gramm Substanz entspricht. 1 rad = 0,01 Gy.

Weit verbreitet ist auch das veraltete Konzept der Strahlungsdosis – ein Wert, der angibt, welche Ladung Photonenstrahlung (Gamma- oder Röntgenstrahlung) in einer Luftvolumeneinheit erzeugt. Zu diesem Zweck wird üblicherweise eine nicht systemische Einheit der Belichtungsdosis verwendet: die Röntgenstrahlung (P, englisch roentgen, R): die Dosis der Photonenstrahlung, die Ionen mit einer Ladung von 1 Einheit bildet. Ladung SGSE ((1/3)·10−9 Coulomb) in 1 cm³ Luft. Das SI-System verwendet die Einheit Coulomb pro Kilogramm (C/kg, englisch C/kg): 1 C/kg = 3876 R; 1 P = 2,57976·10−4 C/kg.

Die Aktivität einer radioaktiven Quelle ionisierender Strahlung ist definiert als die durchschnittliche Anzahl nuklearer Zerfälle pro Zeiteinheit. Die entsprechende SI-Einheit Becquerel (Bq) gibt die Anzahl der Zerfälle pro Sekunde an. Es wird auch die nichtsystemische Einheit Curie (Ci, englisch Ci) verwendet. 1 Ci = 3,7·1010 Bq. Die ursprüngliche Definition dieser Einheit entsprach der Aktivität von 1 g Radium-226.

Auch korpuskulare ionisierende Strahlung wird charakterisiert kinetische Energie Partikel. Zur Messung dieses Parameters ist Elektronvolt (eV) die gebräuchlichste Nichtsystemeinheit. Typischerweise erzeugt eine radioaktive Quelle Partikel mit einem bestimmten Energiespektrum. Strahlungssensoren weisen außerdem eine ungleichmäßige Empfindlichkeit gegenüber Teilchenenergie auf.

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Physikalische Eigenschaften ionisierende Strahlung

Alphastrahlung ist ein Strom von Alphateilchen – Helium-4-Kernen. Alphateilchen produziert von radioaktiver Zerfall, lässt sich ganz einfach mit einem Stück Papier stoppen. Betastrahlung ist der Elektronenfluss, der durch Betazerfall entsteht; Zum Schutz vor Betateilchen mit Energien bis zu 1 MeV genügt eine wenige Millimeter dicke Aluminiumplatte. Gammastrahlen sind viel durchdringender, da sie aus hochenergetischen Photonen bestehen, die keine Ladung haben; Schwere Elemente (Blei usw.), die MeV-Photonen in einer mehrere Zentimeter dicken Schicht absorbieren, sind wirksam zum Schutz. Die Durchdringungsfähigkeit aller Arten ionisierender Strahlung hängt von der Energie ab.

Nach dem Mechanismus der Wechselwirkung mit Materie unterscheiden sie direkte Ströme geladener Teilchen und indirekt ionisierende Strahlung (Ströme neutraler Elementarteilchen – Photonen und Neutronen). Nach dem Entstehungsmechanismus gibt es primäre (in der Quelle entstehende) und sekundäre (durch die Wechselwirkung von Strahlung eines anderen Typs mit Materie entstehende) ionisierende Strahlung.

Die Energie ionisierender Strahlungsteilchen reicht von mehreren hundert Elektronenvolt (Röntgenstrahlung, Betastrahlung einiger Radionuklide) bis zu 1015 – 1020 und höheren Elektronenvolt (kosmische Strahlungsprotonen, für die keine Obergrenze für die Energie gefunden wurde).

Die Weglänge und die Durchdringungskraft variieren stark – von Mikrometern in kondensierter Materie (Alphastrahlung von Radionukliden, Spaltfragmenten) bis zu vielen Kilometern (hochenergetische Myonen der kosmischen Strahlung).

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Biologische Wirkungen ionisierender Strahlung

Einheiten

Verschiedene Typen Ionisierende Strahlung hat unterschiedliche zerstörerische Wirkungen und auf veschiedenen Wegen Auswirkungen auf biologische Gewebe. Dementsprechend entspricht die gleiche absorbierte Dosis unterschiedlichen biologischen Wirkungsgraden der Strahlung. Um die Auswirkungen von Strahlung auf lebende Organismen zu beschreiben, wird daher das Konzept der relativen biologischen Wirksamkeit von Strahlung eingeführt, die anhand des Qualitätsfaktors gemessen wird. Für Röntgen-, Gamma- und Betastrahlung wird der Qualitätsfaktor mit 1 angenommen. Alphastrahlung und Kernfragmente haben einen Qualitätsfaktor von 10...20. Neutronen – 3…20 je nach Energie. Bei geladenen Teilchen steht die biologische Wirksamkeit in direktem Zusammenhang mit der linearen Energieübertragung eines bestimmten Teilchentyps (dem durchschnittlichen Energieverlust eines Teilchens pro Weglängeneinheit des Teilchens im Gewebe).

Um die biologische Wirkung der absorbierten Dosis zu berücksichtigen, wurde eine äquivalente absorbierte Dosis ionisierender Strahlung eingeführt, die numerisch dem Produkt aus der absorbierten Dosis und dem biologischen Wirksamkeitskoeffizienten entspricht. Im SI-System wird die effektive und äquivalente Energiedosis in Sievert (Sv, engl. Sievert, Sv) gemessen.

Zuvor war die Maßeinheit Äquivalentdosis rem (Biologisches Röntgenäquivalent für Gammastrahlung, englisch rem) weit verbreitet. Eine Äquivalentdosis von 1 Rem entspricht einer Bestrahlung mit Gammastrahlen mit einer absorbierten Dosis von 1 Röntgen. Die äquivalente Energiedosis reduziert sich auf die Energiedosis der Gammastrahlung, da Massenmessgeräte hauptsächlich Gammastrahlung erfassen und dieser Wert am besten mit den Messmöglichkeiten übereinstimmt. Für Röntgen- und Gammastrahlung gilt jeweils 1 rem = 0,01 Sv, es wird angenommen, dass 1 Röntgen = 0,01 Sv.

Neben der biologischen Wirksamkeit ist auch die Durchdringungsfähigkeit der Strahlung zu berücksichtigen. Schwere Atomkerne und Alphateilchen haben beispielsweise in jeder dichten Materie eine extrem kurze Reichweite, sodass radioaktive Alphaquellen gefährlich sind, wenn sie in den Körper gelangen. Im Gegenteil, Gammastrahlung hat eine erhebliche Durchdringungskraft.

Einige radioaktive Isotope können sich in den Stoffwechsel eines lebenden Organismus integrieren und inaktive Elemente ersetzen. Dies führt zur Retention und Anreicherung radioaktiver Stoffe direkt im lebenden Gewebe, was die Kontaktgefahr deutlich erhöht. Beispielsweise sind Jod-131, Isotope von Strontium, Plutonium usw. weithin bekannt. Zur Charakterisierung dieses Phänomens wird das Konzept der Halbwertszeit eines Isotops aus dem Körper verwendet.

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Mechanismen biologischer Wirkung

Siehe auch: Strahlenbiologie und Dosisschwelle

Die durch Strahlung in Zellen erzeugte Ionisierung führt zur Bildung freier Radikale. Freie Radikale zerstören die Integrität von Makromolekülketten (Proteine ​​und Nukleinsäuren), was sowohl zu massivem Zelltod als auch zu Karzinogenese und Mutagenese führen kann. Am anfälligsten für die Einwirkung ionisierender Strahlung sind teilungsaktive (Epithel-, Stamm- und auch embryonale) Zellen.

Nach Strahlenexposition am Körper können je nach Dosis deterministische und stochastische radiobiologische Effekte auftreten. Beispielsweise liegt die Schwelle für das Auftreten von Symptomen einer akuten Strahlenkrankheit beim Menschen bei 1-2 Sv für den gesamten Körper.

Im Gegensatz zu deterministischen Effekten gibt es für stochastische Effekte keinen klaren Dosisschwellenwert für die Manifestation. Mit zunehmender Strahlendosis nimmt nur die Häufigkeit des Auftretens dieser Effekte zu. Sie können sowohl viele Jahre nach der Bestrahlung (bösartige Neubildungen) als auch in nachfolgenden Generationen (Mutationen) auftreten.

Die wichtigste Informationsquelle über die stochastische Wirkung ionisierender Strahlung sind Beobachtungsdaten über den Gesundheitszustand von Menschen, die die Atombombenabwürfe auf Hiroshima und Nagasaki überlebt haben. Japanische Spezialisten im Laufe der Jahre danach Atombombenabwurf Zwei Städte beobachteten die 87.500 Menschen, die es überlebten. Ihre durchschnittliche Strahlendosis betrug 240 Millisievert. Gleichzeitig betrug der Anstieg der Krebserkrankungen in den Folgejahren 9 %. Bei Dosen von weniger als 100 Millisievert hat niemand auf der Welt Unterschiede zwischen den erwarteten und den in der Realität beobachteten Morbiditätsraten festgestellt.

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Hygienische Standardisierung ionisierender Strahlung

Die Rationierung erfolgt gemäß den Hygienevorschriften und -vorschriften SanPin 2.6.1.2523-09 „Strahlungssicherheitsstandards (NRB-99/2009)“. Für folgende Personengruppen werden Dosisgrenzwerte für die Äquivalentdosis festgelegt:

Personal – Personen, die mit künstlichen Strahlungsquellen arbeiten (Gruppe A) oder die sich aufgrund der Arbeitsbedingungen in deren Einflussbereich befinden (Gruppe B);

die gesamte Bevölkerung, einschließlich des Personals, außerhalb des Umfangs und der Bedingungen ihrer Produktionstätigkeit.

Die wichtigsten Dosisgrenzwerte und zulässigen Expositionswerte für Personal der Gruppe B entsprechen einem Viertel der Werte für Personal der Gruppe A.

Die wirksame Dosis für das Personal sollte über einen Zeitraum von nicht überschritten werden Arbeitstätigkeit(50 Jahre) 1000 mSv und für die allgemeine Bevölkerung im Laufe eines Lebens - 70 mSv. Eine geplante erhöhte Belastung ist Männern über 30 Jahren nur mit deren freiwilliger schriftlicher Einwilligung und Aufklärung über die möglichen Strahlendosen und Gesundheitsrisiken gestattet.

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Anwendung ionisierender Strahlung

Ionisierende Strahlung wird in verschiedenen Branchen eingesetzt:

Introskopie.

Sterilisation von medizinischen Instrumenten, Verbrauchsmaterialien und Lebensmitteln.

In der Medizin (Radiographie, Fluoroskopie, Strahlentherapie, einige Arten von Tomographie).

Lichtquellen.

Feuer-(Rauch-)Sensoren.

Sensoren und Artikelzähler.

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In Behandlung

Siehe auch: Nuklearmedizin, Strahlentherapie und Radiochirurgie

Zur Behandlung von Tumoren und anderen pathologischen Herden wird die Bestrahlung mit Gammaquanten, Röntgenstrahlen, Elektronen, schweren Kernteilchen wie Protonen, schweren Ionen, negativen π-Mesonen und Neutronen unterschiedlicher Energie eingesetzt. Die Einführung von Radiopharmaka in den Körper wird sowohl zu therapeutischen als auch zu diagnostischen Zwecken eingesetzt.

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Strahlengefahrenschild

Neues Schild Strahlengefahr

International Symbol Strahlungsgefahr („Kleeblatt“, „Fächer“) hat die Form von drei Sektoren mit einer Breite von 60° und einem Abstand von 120° zueinander, mit einem kleinen Kreis in der Mitte. In Schwarz auf gelbem Hintergrund gehalten.

In der Unicode-Zeichentabelle gibt es ein Symbol für das Strahlengefahrenzeichen – ☢ (U+2622).

Im Jahr 2007 wurde ein neues Strahlengefahrenzeichen eingeführt, bei dem das „Kleeblatt“ durch die Zeichen „tödlich“ („Totenkopf mit gekreuzten Knochen“) und „Geh weg!“ ergänzt wurde. (Silhouette eines laufenden Mannes und eines zeigenden Pfeils). Das neue Zeichen soll es für diejenigen verständlicher machen, die mit der Bedeutung des traditionellen „Kleeblatts“ nicht vertraut sind.

LEKTION 19/ III-2 Lichtreflexion. Gesetze der Reflexion.

Reflexion von Licht. Gesetze der Lichtreflexion.

Erläuterung des neuen Materials

Dank der Lichtreflexion können alle Lebewesen umliegende Objekte sehen. Wir sehen schwarze Flächen aufgrund der Tatsache, dass diese Flächen alle auf diese Fläche fallenden Strahlen absorbieren, rote Flächen reflektieren rote Strahlen und absorbieren den Rest.

Wissenschaftler interessieren sich schon seit langem für die Art und Weise, wie Licht reflektiert wird, und die Gesetze der Reflexion wurden schon vor langer Zeit entdeckt.

Führen wir das folgende Experiment durch. (Demonstriert die Reflexion eines Planspiegels mithilfe einer optischen Platte.) Als Ergebnis sollten die Schüler zu dem Schluss kommen, dass der einfallende Strahl, der vom Spiegel reflektiert wird, in dasselbe Medium zurückkehrt. Dieses Phänomen wird als Lichtreflexion bezeichnet.

Die Gesetze der Lichtreflexion werden experimentell ermittelt.

Das erste Gesetz der Lichtreflexion

Ein Lichtstrahl wird so auf die Spiegeloberfläche gerichtet, dass der Strahl in der Spiegelebene liegt. Durch das Abdecken des Viertels der Scheibe, durch das der Lichtstrahl verläuft, mit einem Blatt dickem Papier wird sichergestellt, dass der reflektierte Strahl nur dann sichtbar ist, wenn das Papier fest gegen die Scheibe gedrückt wird und die Papierebene mit der Ebene der Scheibe übereinstimmt die Scheibe. Als Ergebnis der Beobachtung müssen die Schüler sicherstellen, dass der einfallende und der reflektierte Strahl in derselben Ebene liegen, mit einer Senkrechten zur Reflexionsfläche, die vom Einfallspunkt des Strahls ausgeht.

Zweites Gesetz der Lichtreflexion

Durch Bewegen der Lichtquelle entlang des Scheibenrandes wird die Richtung des einfallenden Strahls verändert. In diesem Fall ändert sich jedes Mal die Richtung des reflektierten Strahls. Es ist zu beachten, dass die Einfalls- und Reflexionswinkel immer gleich bleiben. Um den Zusammenhang zwischen einfallenden und reflektierten Strahlen herzustellen, zeichnen die Schüler in ihren Heften ein Diagramm des Experiments und notieren die Definitionen der einfallenden und reflektierten Strahlen sowie deren Gleichheit untereinander.

Reversibilität von Lichtstrahlen

Aus den Gesetzen der Lichtreflexion folgt, dass einfallende und reflektierte Strahlen reversibel sind. Wenn als Ergebnis von Experimenten mit einer optischen Platte der Lichtstrahl entlang der geraden Linie fällt, entlang der sich der einfallende Strahl ausbreitete, breitet er sich nach der Reflexion entlang der geraden Linie aus, entlang derer der einfallende Strahl verläuft.

Diese Eigenschaft wird Reversibilität der Lichtstrahlen genannt.

Konstruieren eines Bildes in einem Planspiegel

Ein Spiegel ist im Leben eines jeden Menschen sehr verbreitet. Ein flacher Spiegel wird im menschlichen Leben am häufigsten verwendet.

Ein Spiegel, dessen Oberfläche flach ist, wird Planspiegel genannt.

Wenn Sie einen Gegenstand, zum Beispiel eine Kerze, vor einen flachen Spiegel stellen, scheint es, dass sich hinter dem Spiegel derselbe Gegenstand befindet, den wir als Bild in einem flachen Spiegel bezeichnen.

Es ist bekannt, dass ein Mensch einen leuchtenden Punkt sieht, wenn die von ihm ausgehenden Strahlen direkt auf das Auge treffen. Lichtstrahlen (von einem Spiegel reflektiert, siehe Abb.) fallen nicht direkt in das menschliche Auge. Gleichzeitig,

12-D. Reflexion von Licht

Machen wir ein Experiment. Legen Sie ein halb aufgeschlagenes Buch auf den Spiegel, der auf dem Tisch liegt. Richten wir einen Lichtstrahl von oben so, dass er vom Spiegel reflektiert wird, aber nicht auf das Buch trifft. Im Dunkeln sehen wir einfallende und reflektierte Lichtstrahlen. Nun decken wir den Spiegel mit Papier ab. In diesem Fall sehen wir den einfallenden Strahl, es gibt jedoch keinen reflektierten Strahl. Es stellt sich heraus, dass das Licht nicht vom Papier reflektiert wird?

Schauen wir uns die Zeichnungen genauer an. Beachten Sie, dass der Text des Buches aufgrund der schlechten Beleuchtung kaum zu lesen ist, wenn das Licht auf den Spiegel fällt. Wenn aber Licht auf ein Blatt Papier fällt, wird der Text des Buches vor allem im unteren Teil deutlich deutlicher sichtbar. Dadurch wird das Buch stärker beleuchtet. Aber was bringt es zum Leuchten?

Wenn Licht auf unterschiedliche Oberflächen fällt, sind zwei Möglichkeiten möglich. Erste. Ein auf eine Oberfläche fallender Lichtstrahl wird von dieser ebenfalls in Form eines Strahls reflektiert. Diese Lichtreflexion wird Spiegelreflexion genannt. Zweite. Ein auf eine Oberfläche fallender Lichtstrahl wird von dieser in alle Richtungen reflektiert. Diese Lichtreflexion wird diffuse Reflexion oder einfach Lichtstreuung genannt.

Spiegelreflexionen treten auf sehr glatten (polierten) Oberflächen auf. Wenn die Oberfläche rau ist, wird das Licht sicherlich gestreut. Genau das haben wir beobachtet, als wir den Spiegel mit einem Blatt Papier abgedeckt haben. Es reflektierte das Licht, streute es in alle möglichen Richtungen, auch auf das Buch, und beleuchtete es.

reflektierende Fläche am Strahlknickpunkt (Winkel b).

Wenn Licht reflektiert wird, erfüllen sich immer zwei Muster: Erstens. Der einfallende Strahl, der reflektierte Strahl und die Senkrechte zur reflektierenden Oberfläche am Biegepunkt des Strahls liegen immer in derselben Ebene. Zweite. Der Einfallswinkel ist gleich dem Reflexionswinkel. Diese beiden Aussagen bringen die Essenz des Gesetzes der Lichtreflexion zum Ausdruck.

In der linken Abbildung liegen die Strahlen und die Senkrechte zum Spiegel nicht in derselben Ebene. Auf dem rechten Bild Reflexionswinkel nicht gleich dem Einfallswinkel. Daher kann eine solche Strahlenreflexion experimentell nicht erhalten werden.

Das Reflexionsgesetz gilt sowohl für den Fall der spiegelnden als auch der diffusen Reflexion des Lichts. Schauen wir uns noch einmal die Zeichnungen auf der vorherigen Seite an. Trotz der scheinbaren Zufälligkeit bei der Reflexion der Strahlen in der rechten Zeichnung sind sie alle so angeordnet, dass die Reflexionswinkel gleich den Einfallswinkeln sind. Schauen Sie mal, wir haben die raue Oberfläche der rechten Zeichnung in einzelne Elemente „zerschnitten“ und an den Bruchstellen der Strahlen Senkrechte gezeichnet:

Qualitätsprobleme lösen

Der Winkel zwischen dem einfallenden Strahl und der Spiegeloberfläche beträgt 50 0 . Warum Winkel ist gleich Einfallswinkel, Reflexionswinkel, Winkel zwischen einfallenden und reflektierten Strahlen. Wie oft ist der Winkel zwischen einfallenden und reflektierten Strahlen größer als der Einfallswinkel? (Antwort: 40 0, 40 0, 80 0, zweimal).

Wie groß ist der Einfallswinkel, wenn der Lichtstrahl senkrecht auf die Spiegeloberfläche fällt? (Antwort: 0 0).

Der Einfallswinkel vergrößerte sich um 20 0 . Wie stark vergrößert sich der Winkel zwischen einfallenden und reflektierten Strahlen? (Antwort: 40 0).

Der Einfallswinkel ist doppelt so groß wie der Winkel zwischen dem reflektierten Strahl und der Spiegeloberfläche. Wie groß ist der Einfallswinkel? (Antwort: 30 0).

TESTEN SIE SICH - Konsolidieren Sie neues Material

Formulieren Sie das Gesetz der Lichtreflexion.

Was ist das Gesetz des Phänomens der Lichtreflexion?

Welcher Winkel wird als Einfallswinkel bezeichnet? Reflexionen?

Welche Eigenschaft eines einfallenden und reflektierten Strahls wird als reversibel bezeichnet?

Warum erscheinen uns die Fenster von Häusern tagsüber manchmal dunkel und manchmal hell?

Wie dunkel oder hell sehen wir die Straße und die Pfützen darauf, wenn wir nachts ohne Außenbeleuchtung die Scheinwerfer des Autos einschalten?

REFLEXION DES LICHTS. ( schreibe es in dein Notizbuch)

1. Was passiert, wenn Lichtstrahlen auf die Grenzfläche zwischen zwei Medien treffen?
Trifft Licht auf die Grenzfläche zwischen zwei Medien, kehrt es teilweise in das erste Medium zurück (d. h. es wird reflektiert) und dringt teilweise in das zweite Medium ein, wobei es seine Ausbreitungsrichtung ändert (d. h. gebrochen wird).
2.Was nennt man Reflexion?
Das Phänomen, bei dem Licht, das auf die Grenzfläche zwischen zwei Medien trifft, zum ersten Medium zurückkehrt, wird als Reflexion bezeichnet.   ist der Einfallswinkel, d.h. der Winkel zwischen dem einfallenden Strahl und der am Einfallspunkt des Strahls wiederhergestellten Senkrechten.  ist der Reflexionswinkel, d.h. der Winkel zwischen der am Einfallspunkt des Strahls rekonstruierten Senkrechten und dem reflektierten Strahl.		Grafische Darstellung des Phänomens Reflexionen: aufrecht Vorfall reflektiert Strahl   Strahl Schnittstelle zwischen zwei Medien
3. Gesetze der Reflexion.
1.Die einfallenden und reflektierten Strahlen liegen in eine Ebene mit einer Senkrechten zum Einfallspunkt des Strahls. Dieses Gesetz ermöglicht es Ihnen, Bilder zu erstellen unter Verwendung von Lichtstrahlen in der Blattebene. 2.Der Einfallswinkel des Strahls ist gleich dem Winkel Reflexionen. Dieses Gesetz weist darauf hin Lichtstrahlen sind reversibel.
4. Arten der Reflexion.
1.z Spiegel- d.h. Reflexion von einer Oberfläche, deren Rauheitsmaße kleiner als die Lichtwellenlänge sind. Wird Licht an einer Spiegelfläche reflektiert, so bleiben die parallel einfallenden Strahlen bei der Reflexion parallel. Es gibt viele Spiegeloberflächen – die ruhige Oberfläche eines Sees, Glas, polierte Möbel usw. Die bekanntesten und am weitesten verbreiteten Spiegeloberflächen sind Spiegel.
2. diffuse (gestreute) Reflexion, d.h. Reflexion von der Oberfläche, Abmessungen deren Rauheit mit der Wellenlänge der Lichtquelle vergleichbar ist. Wird Licht von einer rauen Oberfläche reflektiert, so sind die parallel einfallenden Strahlen bei der Reflexion schmaler wird nicht parallel sein. Durch die diffuse Reflexion wirkt jeder Oberflächenbereich wie ein Punktstrahler; wir können beleuchtete Körper aus jedem Winkel sehen. Darüber hinaus gibt uns reflektiertes Licht Aufschluss über die Körperoberfläche. uns Informationen über die Oberfläche des Körpers.
5.Konstruieren eines Bildes eines leuchtenden Punktes in einem Planspiegel.
Ein Planspiegel ist eine flache reflektierende Oberfläche. Um ein Bild eines leuchtenden Punktes in einem flachen Spiegel zu konstruieren, werden normalerweise nur zwei von den vielen von ihm ausgehenden Strahlen isoliert. 1) Dies ist ein Strahl senkrecht zum Spiegel (er wird reflektiert). umgekehrte Richtung), Und 2) ein Strahl, der in einem Winkel einfällt (er wird im gleichen Winkel reflektiert). Die Fortsetzungen der reflektierten Strahlen (dargestellt durch die gestrichelte Linie) schneiden sich im Punkt S | , das ein Bild eines leuchtenden Punktes S ist. Finden Sie daher das Bild der LichtquelleSEs reicht aus, eine Senkrechte auf den Spiegel oder seine Verlängerung vom Punkt, an dem sich die Lichtquelle befindet, abzusenken und in einiger Entfernung fortzusetzenBetriebssystem= Betriebssystem 1 hinter dem Spiegel.
6.Konstruieren eines Bildes eines Objekts in einem Planspiegel
Um ein Bild von Objekten in einem flachen Spiegel zu konstruieren, werden dieselben Techniken verwendet, nur dass sie Bilder der Extrempunkte des Objekts erstellen (siehe Abbildung). Es muss beachtet werden, dass ein Planspiegel ein imaginäres, direktes und gleich großes Bild liefert, das sich im gleichen Abstand vom Spiegel befindet wie das Objekt, d.h. Das Bild ist symmetrisch zum Objekt selbst.
Hinweis: Wenn zwei flache Spiegel in einem Winkel zueinander angeordnet, dann die Zahl Bilder von Objekten (nennen wir sie N) hängen vom Winkel zwischen ihnen ab. Menge Bilder werden mit der Formel gefunden: N = , wobei φ der Winkel zwischen den Spiegeln ist.
7. Eine typische Aufgabe der Konstruktion und Analyse eines Bildes eines Objekts in einem Planspiegel.
Zeichnen Sie das Bild und beantworten Sie die folgenden Fragen: 1. In welcher Entfernung befindet es sich? Auge? Maßstab: 1 Zelle – 10 cm. 2. Konstruieren Sie ein Bild des Objekts (Pfeile) in einem Planspiegel. 3.Zeigen Sie den Sichtbereich in diesem Spiegel. 4.Was ist der sichtbare Teil des Bildes? Führen Sie dazu den Strahl durch das Auge des Betrachters und den Rand des Spiegels. Malen Sie den sichtbaren Teil rot. 5. Wo sollte das Auge des Betrachters positioniert sein, damit das Bild des Pfeils vollständig sichtbar ist?

HAUSAUFGABEN

REFLEXION DES LICHTS

(erledige Aufgaben:

von 1 bis 16 schreibe nur die Antwort auf,

In den vorherigen Absätzen haben wir das Phänomen der Lichtreflexion untersucht. Machen wir uns nun mit dem zweiten Phänomen vertraut, bei dem die Strahlen die Richtung ihrer Ausbreitung ändern. Dieses Phänomen ist Lichtbrechung an der Grenzfläche zwischen zwei Medien. Schauen Sie sich die Zeichnungen mit Rochen und einem Aquarium in § 14-b an. Der aus dem Laser austretende Strahl war gerade, aber als er die Glaswand des Aquariums erreichte, änderte der Strahl seine Richtung – gebrochen.

Durch Lichtbrechung bezeichnet eine Richtungsänderung eines Strahls an der Grenzfläche zwischen zwei Medien, an der Licht in das zweite Medium gelangt(vergleiche mit Reflexion). In der Abbildung haben wir beispielsweise Beispiele für die Brechung dargestellt Lichtstrahl an den Grenzen von Luft und Wasser, Luft und Glas, Wasser und Glas.

Aus einem Vergleich der linken Zeichnungen ergibt sich, dass ein Luft-Glas-Medienpaar das Licht stärker bricht als ein Luft-Wasser-Medienpaar. Aus einem Vergleich der Zeichnungen rechts ist ersichtlich, dass das Licht beim Übergang von Luft zu Glas stärker gebrochen wird als beim Übergang von Wasser zu Glas. Also, Paare von Medien, die für optische Strahlung transparent sind, haben unterschiedliche Brechkräfte, gekennzeichnet durch relativer Brechungsindex. Sie wird mit der auf der nächsten Seite angegebenen Formel berechnet und kann daher experimentell gemessen werden. Wählt man Vakuum als erstes Medium, ergeben sich folgende Werte:

Vakuum	1		Wasser	1,33
Luft	1,0003		Glycerin	1,47
Eis	1,31		Glas	1,5 – 2,0

Diese Werte werden bei 20 °C für gelbes Licht gemessen. Bei einer anderen Temperatur oder einer anderen Lichtfarbe sind die Indikatoren unterschiedlich (siehe § 14-h). Bei einem qualitativen Blick auf die Tabelle stellen wir fest: Je stärker der Brechungsindex von Eins abweicht, desto größer ist der Winkel, um den der Strahl beim Übergang vom Vakuum zum Medium abgelenkt wird. Da der Brechungsindex von Luft nahezu eins ist, ist der Einfluss von Luft auf die Lichtausbreitung praktisch nicht wahrnehmbar.

1. ZU in diesem Moment Optik kennenlernen...
2. Was haben die Phänomene der Reflexion und Brechung von Licht gemeinsam?
3. Wie lautet der vollständige Name des Phänomens, das wir untersuchen?
4. Schematische Zeichnungen mit Rochen und einem Aquarium in § 14-b ermöglichen uns die Beobachtung:
5. Über Brechung kann man nur sprechen, wenn...
6. Die linke Seite der Abbildung veranschaulicht das Phänomen...
7. Im mittleren Bild wird der gebrochene Strahl stärker abgelenkt als im linken. Welche Schlussfolgerung ziehen wir?
8. Im rechten Bild wird der gebrochene Strahl weniger abgelenkt als im mittleren. Was ist der Grund dafür?
9. Wenn wir Experimente durchführen oder Zeichnungen vergleichen, kommen wir zu einer Verallgemeinerung: ...
10. Um die Brechkraft eines Medienpaares zu charakterisieren, verwenden sie ...
11. Der Brechungsindex kann nur indirekt gemessen werden, weil...
12. Welche Schlussfolgerung ziehen wir aus dem Vergleich der Tabellenwerte der Brechungsindizes?
13. Wir behaupten, dass Luft fast keinen Einfluss auf die Lichtbrechung hat, ...

1.8. PRINZIP DER REVERSIBILITÄT DER LICHTSTRAHLEN (GESETZ DER REZIPROZITÄT)

Dieser Grundsatz ist eine der wichtigen Bestimmungen geometrische Optik. Bei der Brechung an der Grenze zweier Medien bleiben die Strahlen gegenseitig, d.h. wenn die Richtung der Lichtstrahlen umgekehrt wird gegenseitige Übereinkunftändert sich nicht. Eine ähnliche Situation ergibt sich, wenn Licht reflektiert wird. Das Prinzip der Umkehrbarkeit des Lichtstrahlengangs ist für beliebig viele Reflexionen oder Brechungen erfüllt, da es für jede von ihnen eingehalten wird.

Gesetze der geometrischen Optik haben sehr wichtig. Erstens stellen sie fest, dass Strahlen beim Durchgang durch ein optisches System immer in der Einfallsebene liegen (die durch den einfallenden Strahl und die Normale gebildet wird). Zweitens stellen sie numerische Abhängigkeiten der Koordinaten der Strahlen beim Übergang von einer Oberfläche zur anderen fest, d.h. ermöglichen es Ihnen, den Weg des Strahls durch ein komplexes optisches System zu berechnen. Drittens weisen sie auf die Möglichkeit einer Analyse hin optische Systeme im umgekehrten Strahlenverlauf.

Die geometrische Optik ist die theoretische Grundlage optischer Instrumente. Die technologische Grundlage für die Montage und Ausrichtung optischer Instrumente basiert hauptsächlich auf den Positionen geometrischer Optiken. Die Gesetze der geometrischen Optik werden bei der Messung permanenter optischer Systeme und Teile, bei der Untersuchung der optischen Eigenschaften von Geräten und der Untersuchung ihrer Fehler verwendet.

Die Natur hat den Menschen mit einem hervorragenden optischen Instrument ausgestattet – dem Auge, dessen Fähigkeiten jedoch begrenzt sind. Vom Menschen geschaffene optische Instrumente haben die Möglichkeiten des Sehens erheblich erweitert. Beispielsweise kann das bloße Auge Objekte mit einer Größe von etwa 0,1 mm unterscheiden; Durch die Verwendung einer Lupe wurde diese Fähigkeit auf 0,01 mm erhöht, und mit Hilfe eines Mikroskops wurde es möglich, Objekte mit einer Größe von bis zu 0,15 Mikrometern usw. zu unterscheiden.

Optische Geräte sind inzwischen so weit verbreitet und entwickelt, dass die Notwendigkeit besteht, separate Gruppen von Geräten zu identifizieren, die durch gemeinsame optische Eigenschaften vereint und auf die Lösung homogener Probleme spezialisiert sind.

Es gibt fünf Haupttypen optischer Instrumente:

• Teleskopsysteme (Spektive);
• Mikroskope;
• fotografische optische Systeme;
• Projektionsgeräte;
• Beleuchtungsgeräte.

Die Klassifizierung optischer Instrumente kann zunächst auf zwei Klassen basieren – bildgebende und nicht bildgebende. Ersteres lässt sich nach dem Vergrößerungswert einteilen, letzteres nach Energie und dem Prinzip der Bildung der beleuchteten Fläche. Beachten Sie, dass moderne optische Instrumente gleichzeitig die Eigenschaften von zwei oder mehr Gerätetypen kombinieren können. Beispielsweise kann ein metallografisches Mikroskop sowohl als normales Mikroskop als auch als fotografisches Instrument usw. dienen. Darüber hinaus gibt es Spiegel-, Linsen- und Spiegel-Linsen-Systeme. Spiegel-Linsen-Systeme enthalten Spiegel- und Linsenoptikelemente. Sie werden in Scheinwerfern, Scheinwerfern, Teleskopen, Mikroskopen und Teleobjektiven eingesetzt. Objektive enthalten ausschließlich sphärische oder asphärische Linsen. Beispiele für ihre Verwendung sind Kondensatoren – Beleuchtungssysteme. Optische Teleskope (Reflektoren), die verwenden konkave Spiegel Sowohl sphärische als auch asphärische Formen werden als Spiegelgeräte klassifiziert. Als Elemente optischer Systeme können Rastersysteme, optische Teile mit einer abgestuften Oberfläche mit komplexem Profil (z. B. Fresnel-Linsen), Lichtleiter und optische Fasern verwendet werden.