Warning
This page is located in archive.

Cvičení 13 : Příklady

Rentgenové záření

Popis fotonu (spolu s jeho fyzikální charakteristikou) a Rentgenové záření naleznete v přednáškách.

Užitečné vzorce:

  • energie photonu $E = hf = h \frac{c}{\lambda} \, ,$
  • polotlouštka $\frac{1}{2} = \textrm{e}^{-\mu d}$

Enegie fotonu I.

Foton o vlnové délce 100nm má energii cca 12eV, Určete energii fotonu o vlnové délce 2nm.

Enegie fotonu II.

V rentgence vzniká při dopadu elektronů o kinetické energii 10keV Rentgenovo záření. Určete vlnovou délku Rentgenova záření, vzniklého při dopadu těchto elektronů, pokud víme že pouze 1% energie se přemění na záření.

Stínění záření I.

Rentgenové záření s intenzitou $10\,\text{W/cm}^2$ prochází 10cm tkání s polotloušťkou 2cm. Určete intenzitu záření po průchodu tkání. Jaká je densita tkáně v Hounsfieldových jednotkách? O jakou tkáň se pravděpodobně jedná?

Stínění záření II.

Monochromatické Rentgenovo záření prochází materiálem typu A s měrnou polotloušťkou 10cm. Určete lineární koeficient útlumu a intenzitu záření po průchodu 30cm tohoto materiálem. Jaká bude intenzita záření pokud za tento materiál přidáme ještě materiál B o síle 10cm a polotloušťkou 3cm.


Další příklady na procvičení

Následuje soubor příkladů k optice, ultrazvuku a dalším tematickým okruhům. Jednotlivé rovnice jsou k dispozici u předchozích cvičení na toto téma, případně v přednáškách.

Čočka I.

Do jaké vzdálenosti dokáže lidské oko rozlišovat dva body od sebe vzdálené 1mm?

Čočka II.

Vzdálenost svíčky od stěny je 1m. V jaké vzdálenosti od svíčky (mezi svíčku a stěnu) je třeba umístnit spojnou čočku s ohniskem 9cm, aby na stěně vznikl ostrý obraz?

Čočka III.

Sklenená spojná čočka má ve vzduchu ohniskovou vzdálenosť 20 cm. Jaká je ohnisková vzdálenost čočky ve vodě?

Mikroskop

Mikroskop má zvětšení 320 a ohniskovou vzdálenost objektívu 5mm a okuláru 2,5cm. Určite vzdálenost mezi objektivem a okulárem a délku tubusu.

Šíření ve vodě

Na hladině moře jsou dva čluny ve vzájemné vzdálenosti 11,6 km. První vyšle zvukový signál po vodě a současně světelný signál nad vodou. Druhý člun zachytí oba signály, zvukový o 8s později jako světelný. Určetě rychlost zvuku v mořské vodě.

Měření propasti

Pozorovatel, který stojí na okraji propasti Macocha, spustil do ní kámen a slyšel jeho náraz na dno za 5,6 s. Určetě hloubku propasti!

Dopplerův efekt I.

Mějme ultrazvuk s nosnou frekvencí 3MHz a pomocí Dopplerova efektu měříme rychlost proudění krve, která proudí ve zkoumaném místě rychlostí 2cm/s. Určete Dopplerův rozsah frekvencí (rozdíl mezi vyšší a nižší), které budeme z tohoto zkoumaného místa přijímat. Rychlost šíření ultrazvukových vln uvažujeme 1540 m/s.

Dopplerův efekt II.

Honza stojí u dálnice po níž přijíždí sanitka rychlostí 20 ms-1. Siréna sanitky vysílá stálý tón frekvence 1000Hz. Jakou frekvenci registruje Honza, pokud se sanitka přibližuje a následně pak i vzdaluje?

Enegie fotonu

Rentgenka pracuje s napětím U = 20 kV, proudem I = 10 mA a účinností 0,2%. Vypočítejte a) krátkovlnnou hranici spojitého spektra, b) výkon vyzářený ve formě rentgenového záření, c) teplo odevzdané antikatodě za jednu sekundu. Co se stane, zvýší-li se napětí na $40kV$?

Radioaktivita

Vypočtěte kolikrát se zmenší hmota radioaktivního izotopu za dobu 3 roky, jestliže za 1 rok klesne 4 krát.

Rozpad prvků

Počáteční rychlost rozpadu (tzv. aktivita) radia $Ra_{88}^{226}$ o hmotnosti 1g je 1Bq. Vypočtěte poločas rozpadu uvedeného izotopu. Molární hmotnost izotopu radia je $226 \cdot 10^{-3}$ kg/mol.

PET

Předpokládejte, že v PET skeneru je v kruhu o průměru $r=1\,\text{m}$ rovnoměrně rozmístěno $N$ detektorů (kde $N=200$). Přesně uprostřed kruhu je umístěna radioaktivní látka. Nechť v čase $T=0$ všechny detektory dohromady registrují aktivitu $A=10^6\,\text{Bq}$ (rozpadů za sekundu). Byl-li rozpad zachycen, jaké jsou pravděpodobnosti zachycení rozpadukonkrétními dvojicemi detektorů? Pojak dlouhé době od rozpadu je rozpad zachycen detektory? Je-li fyzikální poločas rozpadu $\tau_1=10\,\text{min}$ a biologický poločas vyloučení $\tau_2=10\,\text{min}$, jaká je očekávaná aktivita v čase$T=10\,\text{min}$? Jaký je očekávaný počet rozpadů zachycený až do času $T$ všemi detektory dohromady a každou jednotlivou dvojicí?

Efektivní dávka

Mějme přístroj, který generuje Rentgenové záření s váhovým koeficientem 0.9 při použitém proudu 48mA anodou a napětí 65kV. Používaná anoda je tvořena z wolframu. Pacient byl během skiagrafického vyšetření plic o velikosti $230 \times 190 \times 260$mm a hmotnosti 780g po dobu 150ms vystaven Rentgenovu záření. Vzdálenost pacienta od rentgenky je 1400mm. Tkáňový váhový koeficient plic je 0.12. Určete efektivní dávku absorbovanou pacientem.

Výkon rentgenky

Pacient během skiagrafickému vyšetření plic o velikosti $230 \times 190 \times 260$mm a hmotnosti 780g po dobu 150ms absorboval efektivní dávku 0.5mSv. Určete výkon rentgenky, která generuje Rentgenovo záření s koeficientem záření 0.95, je-li pacienta od rentgenky vzdálen 1400mm. Tkáňový váhový koeficient plic je 0.12.

Doba rozpadu

Mějme radiofarmakum používané v PET s poločasem rozpadu 45min. Určete za jak dlouho se rozpadne 65\% všech izotopů tohoto radiofarmaka.

Aktivita radiofarmaka

Mějme radiofarmakum běžně používané pro PET zobrazení s poločasem rozpadu 130min a poločasem vyloučení z těla pacienta 35min. Určete aktivitu $4\cdot 10^{-12}$ molu radiofarmaka v době podání 30min po vyrobení a na konci měření, 15min po podání pacientovi.

Magnetické pole - solenoid

Máme danou cívku s 50000 závity a délkou 10cm, určete velikost proudu tak aby magnetická indukce byla 5T. Uvažujte že se cívka nalézá ve vzduchu s relativní permeabilitou 1 a permeabilitou vakua $1.26 \mu$H/m.

courses/a6m33zsl/lab13_exercises.txt · Last modified: 2018/05/21 14:53 by herinjan