II . Виды ионизирующих излучений и единицы измерения ИИ

Северный государственный медицинский университет

Институт гигиены и медицинской экологии сгму

 

ЛЕКЦИЯ

 

Тема «Радиоактивность. Виды ионизирующих излучений и их влияние на организм»

(для студентов IV курса лечебного, педиатрического и стоматологического факультетов)

 

 

Архангельск, 2010

 

1. Тема лекции: «Радиоактивность. Виды ионизирующих излучений и их влияние на организм»

2. Время лекции: 2 часа.

 

3.Учебно-воспитательная цель:

- раскрыть основные понятия (радиоактивность, виды ионизирующих излучений, гипотезы механизма действия ИИ на биологические объекты)

- разъяснить студентам содержание понятий “стохастические и нестохастические” эффекты облучения.

Вопросы лекции:

I. Радиоактивность, история возникновения понятия

II. II. Виды ионизирующих излучений и единицы измерения ИИ

III. Механизм действия ионизирующих излучений на биологические структуры

IV. Понятие “стохастические и нестохастические” эффекты облучения

Список использованной литературы

1. Лисичкин В.А., Шелепин Л.А., Боев Б.В. Закат цивилизации или движение к ноосфере (экология с разных сторон). М.; “ИЦ-Гарант”, 1997. 352 с.
2. Миллер Т. Жизнь в окружающей среде/Пер. с англ. В 3 т. Т.1. М., 1993; Т.2. М., 1994.
3. Небел Б. Наука об окружающей среде: Как устроен мир. В 2 т./Пер. с англ. Т. 2. М., 1993.
4. Пронин М. Бойтесь! Химия и жизнь. 1992. №4. С.58.
5. Ревелль П., Ревелль Ч. Среда нашего обитания. В 4 кн. Кн. 3. Энергетические проблемы человечества/Пер. с англ. М.; Наука, 1995. 296с.
6. Т.Х.Маргулова “Атомная энергетика сегодня и завтра” Москва: Высшая школа, 1996 г.
7. Экологические проблемы: что происходит, кто виноват и что делать?: Учебное пособие/Под ред. проф. В.И. Данилова-Данильяна. М.: Изд-во МНЭПУ, 1997. 332 с.
8. Экология, охрана природы и экологическая безопасность.: Учебное пособие/Под ред. проф. В.И.Данилова-Данильяна. В 2 кн. Кн. 1. М.: Изд-во МНЭПУ, 1997. - 424 с.

I . Радиоактивность, история возникновения понятия

Радиоактивность - отнюдь не новое явление; новизна состоит лишь в том, как люди пытались ее использовать. И радиоактивность, и сопутствующие ей ионизирующие излучения существовали на Земле задолго до зарождения на ней жизни и присутствовали в космосе до возникновения самой Земли.

В книге Парацельса “Uber die Bergsuсht und andere Bergkrankeiten”, изданной в 1567 г., описано загадочное заболевание горняков, позже получившее название “Шнеебергская легочная болезнь”. В середине 19 века его идентифицировали как рак легких. Лишь в наше время удалось выяснить, почему у шахтеров он возникал в десятки раз чаще, чем у остального населения. Заболевание оказалось связанным с воздействием ионизирующих излучений радиоактивного газа радона и короткоживущих продуктов его распада, накапливающихся в воздухе плохо вентилируемых шахт.

Как видно, патогенные свойства ионизирующих излучений проявлялись задолго до открытия Вильгельма Конрада Рентгена. Описание Х-лучей было представлено им в тезисах доклада, переданных 28 декабря 1895 г. в физико-медицинское общество Вюрцбурга, и в вышедшей в начале января 1896 г. брошюре. Чуть позднее в том же 1896 году французский ученый Анри Беккерель положил несколько фотографических пластинок в ящик стола, придавив их кусками какого-то минерала, содержащего уран. Когда он проявил пластинки, то, к своему удивлению, обнаружил на них следы каких-то излучений, которые он приписал урану.

Вскоре этим явлением заинтересовались Мария Кюри (Складовская), молодой химик, полька по происхождению, которая и ввела в обиход слово “радиоактивность”. В 1898 году она и ее муж Пьер Кюри обнаружили, что уран после излучения таинственным образом превращается в другие химические элементы. Один из этих элементов супруги назвали полонием в память о родине Марии Кюри, а еще один – радием, поскольку по-латыни это слово означает “испускающий лучи”.

В последующем изучение свойств рентгеновых лучей и излучений радиоактивных элементов проводилось параллельно.

Едва ли случайно то, что для исследования биологической активности ионизирующих излучений сразу же были применены методы физиологического эксперимента: эксперимент и по сей день остается основным приемом работы в радиобиологии. В 1896 г. профессор кафедры физиологии Военно-медицинской академии И.Р.Тарханов опубликовал полученные им в опытах на лягушках и насекомых данные, свидетельствующие об отчетливом действии ионизирующих излучений на центральную нервную систему и на развитие животных. Им был сделан вывод о том, что “… влияние лучей должно распространяться и на обмен веществ в сложных организмах, а отсюда и на ход всех функций”. И.Р.Тарханов первый сформулировал идею рентгенотерапии: “Х-лучи могут служить не только для фотографирования и для диагноза, как думали до сих пор, но и для воздействия на организм. И мы не удивимся, если в недалеком будущем лучами этими будут пользоваться с лечебной целью”.

Этот прогноз оказался точным. Очень скоро лучевая терапия заняла ведущее положение среди эффективных методов лечения злокачественных новообразований.

Вместе с тем стали появляться сообщения о патогенных свойствах ионизирующих излучений: в 1896 г. – о дерматитах у лиц, подвергавшихся частому облучению, а в 1902 г. – о лучевом раке кожи. Первооткрыватель радиоактивности А. Беккерель получил ожог от ампулы с радием, которую 6 часов носил в жилетном кармане. В 1903 г. сотрудником Санкт- Петербургского Университета Е.С. Лондоном была установлена возможность возникновения летальных исходов у мышей под влиянием воздействия на них ионизирующего излучения. В том же году Г. Хейнеке в Германии обнаружил глубокое опустошение кроветворной ткани у животных, погибших в результате облучения.

По крайней мере, 336 человек, работавших с радиоактивными материалами в то время, умерли в результате облучения.

Несмотря на это, группы талантливых и большей частью молодых ученых направили свои усилия на разгадку одной из самых волнующих загадок всех времен, стремясь проникнуть в самые сокровенные тайны материи. К сожалению, результатам их поисков суждено было, воплотиться в атомную бомбу в 1945 году (6 - Хиросима и 9 августа Нагасаки). В результате варварской бомбардировки Хиросимы и Нагасаки общее число жертв достигло 200 тыс. человек, из которых более 130 тыс. составили санитарные потери.

Первая в мире атомная электростанция была пущена в Советском Союзе в июне 1954 года. В 1956 году была создана первая промышленная атомная электростанция в Колдер Холле (Великобритания). В 1957 году построен ледокол «Ленин». В 1963 году испытана нейтронная бомба.

Авария на Чернобыльской АЭС (26.04.1986 -05.05.1986 г) показала, что и в мирных условиях возможны радиационные инциденты с тяжелыми последствиями: более двухсот человек перенесли острую лучевую болезнь, тридцать семь из которых погибло, выявлено более 20.000 пострадавших, появился целый ряд крупномасштабных проблем, связанных с медицинским обеспечением ликвидации последствий аварии, с радиоактивным загрязнением огромных территорий.

II . Виды ионизирующих излучений и единицы измерения ИИ

Главным объектом исследования ученых был и остается сам атом, вернее - его строение. Атом похож на Солнечную систему в миниатюре: вокруг крошечного ядра движутся по орбитам “планеты” - электроны.

Ядро, как правило, состоит из нескольких более мелких частиц, которые плотно сцеплены друг с другом. Некоторые из этих частиц имеют положительный заряд и называются протонами. Число протонов в ядре и определяет, к какому химическому элементу относится данный атом: ядро атома водорода содержит всего один протон, атома кислорода - 8, урана - 92. В каждом атоме число электронов в точности равно числу протонов в ядре; каждый электрон несет отрицательный заряд, равный по абсолютной величине заряду протона, так что в целом атом нейтрален.

В ядре, как правило, присутствуют и частицы другого типа, называемые нейтронами, поскольку они электрически нейтральны. Ядра атомов одного и того же элемента всегда содержат одно и то же число протонов, но число нейтронов в них может быть разным.

Атомы, имеющие ядра с одинаковым числом протонов, но различающиеся по числу нейтронов, относятся к разновидностям одного и того же химического элемента, и называются изотопами данного элемента.

Чтобы отличить их друг от друга, к символу элемента приписывают число, равное сумме всех частиц в ядре данного изотопа. Так, уран-238 содержит 92 протона и 146 нейтронов; в уране-235 тоже 92 протона, но 143 нейтрона.

Ядра всех изотопов химических элементов образуют группу “нуклидов”.

Некоторые нуклиды стабильны, т.е. в отсутствие внешнего воздействия никогда не претерпевают никаких превращений.

Большинство же нуклидов нестабильны, они все время превращаются в другие нуклиды. При каждом таком акте распада высвобождается энергия, которая и передается дальше в виде излучения.

Число распадов в секунду в радиоактивном образце называется его активностью.

Единицу измерения активности (в системе СИ) назвали беккерелем (Бк) в честь ученого, открывшего явление радиоактивности;

1 Бк (беккерель) - единица СИ, соответствует такому количеству радиоактивного вещества, в котором за 1 с совершается 1 распад. Распространена и внесистемная единица - кюри (Ки). Она равна 3,7× 10¹⁰ Бк и соответствует активности 1 г ²²⁶Ra.

Время, за которое распадается в среднем половина всех радионуклидов данного типа в любом радиоактивном источнике, называется периодом полураспада соответствующего изотопа.

 

Ионизирующие излучения - это излучения, вызывающие при взаимодействии с веществом ионизацию его атомов и молекул.

Важной особенностью большинства видов ионизирующих излучений является их высокая проникающая способность, а отсюда способность взаимодействовать с атомами вещества в глубине объекта.

По физической природе выделяют:

1) Электромагнитное излучение высоких энергий:

- рентгеновы лучи,

- g-лучи.

2) Корпускулярное излучение - частицы, обладающие запасом кинетической энергии и с высокой скоростью перемещающиеся в пространстве:

- протоны (ядра водорода),

-ά-частицы (ядра гелия),

- ядра более тяжелых элементов,

- β-частицы (отрицательно заряженные электроны и положительно заряженные позитроны ),

- нейтроны и другие частицы, получаемые, главным образом, искусственным путем.

Более удобно разделение ионизирующих излучений по особенностям их взаимодействия с веществом. В этом случае различают электрически нейтральное излучение (Rg рентгеновы, g - лучи и ή нейтроны) и ускоренные заряженные частицы (все остальные, помимо нейтронов, разновидности корпускулярного излучения).

Нейтроны не несут электрического заряда и поэтому могут беспрепятственно проникать вглубь атомов. При столкновении с ядрами атомов нейтроны либо отталкиваются от них (упругое или неупругое рассеяние), либо поглощаются ими. Биологические объекты проникает насквозь, вызывая интенсивную ионизацию атомов и молекул среды.

Образующиеся при взаимодействии нейтронов с веществом ускоренные заряженные частицы - протоны и другие ядра отдачи являются основным источником ионизации и возбуждения атомов и молекул. Таким образом, нейтроны, относятся к косвенно ионизирующим видам излучения.

В зависимости от энергии нейтроны могут быть разделены на следующие группы: - сверхбыстрые (релятивистские); - очень больших энергий Е = 10 – 10⁵ МэВ; - быстрые Е = 0,1 - 10 МэВ; - промежуточные Е = 0,5 - 100 кэВ; - медленные Е = 0,1 эВ - 0,5 кэВ; - тепловые Е < 0,1 эВ

Имеются и другие варианты классификации нейтронов по их энергии.

Наиболее важны в практическом отношении быстрые нейтроны, но и нейтроны других типов, образуясь при замедлении в тканях быстрых, принимают участие в передаче энергии веществу.

Альфа-излучение, представляет собой ядра атомов гелия, состоящие из нейтронов и протонов, задерживается, например, листом бумаги и практически не способно проникнуть через наружный слой кожи, образованный отмершими клетками. Поэтому оно не представляет опасности до тех пор, пока радиоактивные вещества, испускающие a-частицы, не попадут внутрь организма через открытую рану, с пищей или с вдыхаемым воздухом; тогда они становятся чрезвычайно опасными.

Бета-излучение обладает большей проникающей способностью: оно проходит в ткани организма на глубину один-два сантиметра. Защитным материалом служит легкий металл (медь, алюминий) – толщиной фольги.

Проникающая и ионизирующая способность гамма-излучения, которое распространяется со скоростью света, очень велика: его может задержать лишь толстая свинцовая (слой половинного ослабления = 2 см) или бетонная плита (30 см).

Уже к 1906 г. накопилось достаточно данных для фундаментального научного обобщения, сделанного французскими учеными И.Бергонье и Л.Трибондо и сохранившего значение до сих пор: радиочуствительность клеток находится в прямой зависимости от уровня их пролиферативной активности и обратной – от степени их дифференцировки (“правило Бергонье и Трибондо”). Таким образом, зародилось понятие клеточной радиочуствительности, имеющее в свете современных представлений следующий смысл: это интегральная характеристика клетки, определяющая вероятность ее гибели после радиационного воздействия. Синонимом радиочувствительности является радиопоражаемость . Термин радиочувствительность применяется также и по отношению к тканям, органам, организму в целом, биологическим видам и др.

При равной радиочувствительности биологических объектов степень их поражения определяется, прежде всего, дозой излучения. Наиболее простой критерий оценки дозы основан на измерении суммарного заряда ионов одного знака, образовавшихся в определенном объеме или определенной массе воздуха. Такая доза называется экспозиционной, ее единицей в системе СИ является кулон на килограмм (Кл/кг), а внесистемной единицей – рентген (Р). 1 Кл/кг = 3876 Р.

Точнее прогнозировать биологический эффект можно, если определять дозу излучения по количеству поглощенной энергии на единицу массы. Такая доза так и называется поглощенной; в единицах СИ она выражается в джоулях на килограмм – эта единица получила специальное название “грей” (Гр). Внесистемной единицей поглощенной дозы служит рад (аббревиатура слов “radiation absorbed dose”). 1 Гр = 100 рад.

При одинаковых значениях поглощенной дозы различные ионизирующие излучения по-разному действуют на один и тот же биообъект. Чтобы учесть качественные различия излучений, их биологическая эффективность сравнивается с биологической эффективностью рентгеновского излучения, имеющего энергию кванта 250 КэВ. В качестве показателя относительной биологической эффективности (ОБЭ) излучения принимается отношение поглощенной дозы рентгеновского излучения к равноэффективной поглощенной дозе данного излучения. Умножая поглощенную дозу излучения на величину его ОБЭ, получаем эквивалентную дозу данного излучения. К сожалению, единого значения коэффициента ОБЭ, пригодного для разных уровней доз и оценок по разным эффектам, не существует. (для Rg, γ, β ОБЭ =1; для η =10; для α при инкорпорации ОБЭ=25)

В системе СИ единицей эквивалентной дозы является зиверт (Зв); внесистемная единица – “биологический эквивалент рада” (бэр).

1 Зв = 100 бэр.

Следует учитывать также, что одни части тела (органы, ткани) более чувствительны, чем другие: например, при одинаковой эквивалентной дозе облучения возникновение рака в легких более вероятно, чем в щитовидной железе, а облучение половых желез особенно опасно из-за риска генетических повреждений. Поэтому дозы облучения органов и тканей также следует учитывать с разными коэффициентами. Умножив эквивалентные дозы на соответствующие коэффициенты и просуммировав по всем органам и тканям, получим эффективную эквивалентную дозу, отражающую суммарный эффект облучения для организма; она также измеряется в зивертах .

Эти три понятия описывают только индивидуально получаемые дозы. Просуммировав индивидуальные эффективные эквивалентные дозы, полученные группой людей, мы придем к коллективной эффективной эквивалентной дозе, которая измеряется в человеко-зивертах (чел-Зв).

Следует ввести, однако, еще одно определение, поскольку многие радионуклиды распадаются очень медленно и останутся радиоактивными и в отдаленном будущем. Коллективную эффективную эквивалентную дозу, которую получат многие поколения людей от какого-либо радиоактивного источника за все время его дальнейшего существования, называют ожидаемой (полной) коллективной эффективной эквивалентной дозой.

Такая иерархия понятий на первый взгляд может показаться слишком сложной, но, тем не менее, она представляет собой логически последовательную систему и позволяет рассчитывать согласующиеся или сопоставимые друг с другом дозы облучения.

Сравнение радиочувствительности биообъектов, при сопоставлении дозы излучения, вызывающей в них равные по величине эффекты, было использовано для оценки способности некоторых веществ (“радиомодификаторов”) изменять радиочувствительность биологических объектов. В качестве основного показателя радиомодифицирующей эффективности вещества приняли отношение доз излучения, вызывающих один и тот же эффект в биообъекте в присутствии и в отсутствии радиомодификатора. Такой показатель получил название фактора изменения дозы (сокращенно – ФИД).

---

Дата добавления: 2019-09-13; просмотров: 458; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!