Приложение к разделам 2.1.1. и 2.1.2.

Адроны – элементарные частицы, участвующие в сильном взаимодействии: барионы, мезоны, все резонансы.

Барионы (тяжёлый) – «тяжёлые» элементарные частицы с полуцелым спином и массой, не меньшей массы протона; участвуют во всех известных фундаментальных взаимодействиях. К ним относятся: нуклоны, гипероны и резонансы.

Гипероны – нестабильные барионы с массами, большими масс нейтронов, долгоживущие в сравнении с ядерным временем (10 с), обладают странностью, то есть целым квантовым числом. Существуют гипероны: лямбда - l, сигма - S, кси - X и омега - W.

Глюоны – гипотетические частицы с нулевой массой и спином 1, осуществляющие взаимодействие между кварками. В отличие от фотонов они взаимодействуют друг с другом, изменяя силу взаимодействия между кварками, кварками и глюонами при изменении между последними расстояния. Это свойство и определяет короткодействие сил и отсутствие в природе свободных кварков и глюонов.

Квант (сколько) – дискретная величина, описываемая числами.

Квантовая механика – теория, устанавливающая способ описания и законы движения микрочастиц.

Квантовая теория поля – релятивистская теория систем с бесконечным числом степеней свободы (основной аппарат физики элементарных частиц), их взаимодействий и взаимопревращений. Условно подразделяется на квантовую электродинамику и квантовую хромодинамику.

Квантовая хромодинамика – теория сильного взаимодействия кварков, осуществляемого между ними с помощью глюонов.

Квантовая электродинамика – теория слабого электромагнитного взаимодействия (в современной теории как единое целое), осуществляемого между заряженными частицами с помощью фотонов.

Кварки – гипотетические фундаментальные частицы, из которых состоят адроны.

Лептоны (от греческого - лёгкий) – элементарные частицы со спином ½, не участвующие в сильном взаимодействии: электрон; отрицательно заряженные мюон и тяжёлый t(тау)-лептон (масса ≈ около двух протонных масс); υ_е (электронное) и υ_μ (мюонное) нейтрино; нейтрино, связанное с тяжёлым лептоном, и их античастицы.

Магнитное поле – одна из форм электро-магнитного поля. Создаётся электрическими зарядами и спиновыми магнитными моментами атомных носителей магнетизма (протонов, нейтронов и др.), т.е. взаимодействия движущихся заряженных частиц с магнитным моментом (векторная величина, характеризующая вещество как источник магнитного поля).

Магнитное поле – тороидальный вихрь.

Магнитный монополь (Дирака) – гипотетическая частица, обладающая одним магнитным полюсом – магнитным зарядом, аналогичным электрическому заряду. Его существование пока ещё экспериментально не обнаружено, но объяснило бы наблюдаемое в природе «квантование» электрического заряда, т.е. кратность его элементарному электрическому заряду.

Магнитология – раздел биофизики, изучающий влияние магнитных полей на живые организмы, а также магнитные поля, создаваемые в организме.

Момент – движущая сила, толчок, эффект силы, мера движения, в том числе и вращательного.

Мультиплетность – число возможных ориентаций в пространстве спина атома или молекулы, она определяет число подуровней, на которое может расщепляться уровень энергии вследствие спин-орбитального взаимодействия.

Нейтрино (ν) – стабильная незаряженная элементарная частица со спином ½ и нулевой массой, не имеет магнитных свойств, не распадается на другие элементарные частицы. Относится к лептонам, участвует только в слабых и гравитационных взаимодействиях и поэтому чрезвычайно интенсивно взаимодействует с веществом. Различают: электронное - n , выступающее в паре с электроном или позитроном; мюонное - n , выступающее в паре с мюоном, тау - n , связанное с тяжёлым лептоном. Каждый из них имеет свою античастицу: , , , отличающуюся знаком соответствующего лептонного заряда и странностью: нейтрино – левая, то есть спин направлен против движения частицы, антинейтрино – правая, то есть спин направлен по ходу движения частицы. Нейтрино проникает сквозь толщи вещества (плотный уран, ртуть, свинец и др.) в миллиарды километров.

Нейтрон – (англ., лат.: ни тот ни другой) (n): нейтральная элементарная частица со спином ½ и массой, превышающей массу протона на 2,5 электронные массы, относится к барионам. В свободном состоянии не стабилен – время жизни около 16 минут. Вместе с протонами образует ядра атомов, где он стабилен.

Нуклоны – общее название частиц: протонов и нейтронов.

Протон – (греч. protos - первый) (p): элементарная частица со спином ½ и массой в 1836 электронных масс, относится к барионам, является ядром лёгкого изотопа водорода протия, образует все ядра атомов сам или в комбинации с нейтроном.

Резонансы – адроны, распадающиеся за счёт сильного взаимодействия и потому очень короткоживущие (10 - 10 с).

Релятивистский (относительный) – скорость, близкая к скорости света.

Солитон – структурно устойчивая единичная волна, распространяющаяся в нелинейной среде и ведущая себя подобно частицам.

Спин – вращение, собственный момент количества движения микрочастицы как части целого, имеющей квантовую природу. Измеряют в единицах Планка постоянной ħ: целые: 0, 1, 2, … и полуцелые: ½, 3/2, …и т.д.

Фермионы – частицы или квазичастицы с полуцелым спином: электрон, протон, нейтрон и др., а также кварки.

Фотон – система линейных вихрей с саморазгоном; квант (дискретная величина) электромагнитного поля, нейтральная элементарная частица с нулевой массой и спином 1; переносчик электромагнитного взаимодействия между заряженными частицами. Обладает энергией и импульсом.

Электрическое поле – разомкнутый вихрь, частная форма проявления электромагнитного поля. Создаётся электрическими зарядами или переменным магнитным полем и характеризуется напряжённостью.

Теория солитонов – структурно устойчивых уединённых волн, распространяющихся в нелинейных средах. Разработана математическая теория солитонов – новый раздел математической физики (1965-1967 г.г. – основные работы).

Теория В. Гейзенберга – солитонная модель элементарных частиц. Английский физик-теоретик Тони Скирм, изучая взаимодействия мезонных и обобщённых максвелловских полей, обнаружил, что они образуют солитоны, которые гипотетически отождествил с протонами и нейтронами. По Скирму барионный заряд – это сохраняющийся солитонный заряд. По единой теории взаимодействия предсказан солитон, который несёт на себе магнитный заряд – магнитный монополь. Магнитный заряд монополя g равен целому кратному величины hc/4πl. Элементарный заряд равен /2π. По Дираку электрические заряды поэтому квантуются и кратные элементарному электрическому заряду. Под воздействием монополя по В.А. Рубакову протон быстро распадается, но это пока ещё никем не наблюдалось.

В 1912 г. немецкий физик Густав Ми нашёл замечательное обобщение теории Максвелла, в котором обычные электромагнитные волны нелинейны, а электрон появляется как солитоноподобная частица малого, но конечного размера, в которой запасена конечная электромагнитная энергия.

Теория струны – между кварками трубка, т.е. струна, а в ней поле глюонов. В многомерных пространствах (5-10-15 и более) времени струны замкнутые, свёрнутые, обвивающие в зависимости от квантового числа. Она позволила подойти к построению квантовой теории гравитации и, возможно, общей теории взаимодействий.

Топология – изучает свойства фигур, сохраняющихся при их непрерывных деформациях.

Всё видимое, т.е. излучающее фотоны, вещество Вселенной состоит из нуклонов – протонов и нейтронов. Протоны представлены ядрами водорода, а нейтроны упакованы в лёгкие ядра – дейтерий и гелий. Другие элементы имеются лишь в малом количестве. Вещество собрано в звёзды, звёзды образуют галактики, Вселенная – скопления и сверхскопления галактик, расстояния между которыми гораздо более их размеров. Во всей Вселенной на 1м³ в среднем приходится 1 протон и 1 электрон.

Открытие реликтового излучения доказало, что Вселенная ещё заполнена и квантами света – фотонами, число которых около 500 на 1см³. Столько же и реликтовых нейтрино. Мир заполнен светом!

Первая необходимая реакция термоядерной цепочки – слияние двух протонов с образованием ядер дейтерия и рождением нейтрино: p + p → D + e + ν.

2.2. Взаимодействие ионизирующих излучений с веществом

В основе взаимодействия ионизирующих излучений с веществом лежит передача последнему энергии. Это приводит к возбуждению и ионизации.

Возбуждение атома – его неустойчивое состояние при получении избытка энергии электроном, расположенным на стационарной орбите и в результате переходящим на более высокую орбиту. При возвращении электрона на стационарную орбиту в зависимости от количества энергии атомом высвечивается квант рентгеновского излучения или видимого света.

Ионизация – процесс образования заряженных частиц, т.е. ионов из атомов и молекул. Из атомов - путём выбивания электронов с их орбит, а из молекул – при разрыве межатомарных ковалентных связей.

В зависимости от вида носителя и величины энергии излучений механизм их взаимодействия с веществом различен.

Ионизирующая способность или, иначе, линейная потеря энергии (ЛПЭ) пропорциональна массе, энергии (в 2-5 степени в зависимости от её величины) и обратно пропрорциональна скорости носителя этой энергии:

где - масса, - энергия, - скорость.

На величине поглощённой энергии также сказывается прямо пропорционально толщина и плотность облучаемого объекта, т.е. живого организма, его тканей, органов и систем.

Следовательно, плотность ионизации для тяжелых частиц очень большая с пробегом в тканях до нескольких десятков (30-50-70) мкм, для легких частиц - умеренная с пробегом в тканях от 2-3 и до 20 мм, фотонов - рыхлая с пробегом в тканях на десятки см.

Таким образом, биологический эффект при воздействии ионизирующего излучения зависит не только от поглощенной дозы, но и от распределения энергии излучения в микрообъеме, что напрямую связано с плотностью ионизации и возрастает по мере увеличения последней.

В конечном итоге это приводит к ионизации облучаемого вещества, а для биологического объекта - к деструкции или частичному изменению структуры с полной или частичной потерей ее функции, а также извращению последней.

Установлено, что на одну ионизацию составляющих воздуха в среднем затрачивается около 35 эВ, а различных биологических структур - от 50 до 90 электронвольт.