Презентація на тему:
Радіоактивність. Взаємодія іонізуючого випромінювання з біологічними тканинами. Основи дозиметрії.

Радіоактивність. Взаємодія іонізуючого випромінювання з біологічними тканинами. Основи дозиметрії.

Це такий процес, внаслідок якого відбуваються: а) самодовільне перетво рення ядер одного хімічного елемента в ядра іншого елемента, яке супроводжується випромінюванням ядер гелію (α-розпад) або електронів і позитронів (β-розпад); б) самодовільне випромінювання з ядра хімічного елемен та короткохвильового електромагнітного випроміню вання (γ-розпад), яке супроводжує α- і β-розпади.

Види радіоактивності Розрізняють два види радіоактивності: природну і штучну. Природну радіоактивність - перетворення нестійких ізотопів одного елемента в ізотопи інших елементів при α- і β-розпадах або випромінювання ядрами γ-квантів, які відбуваються в природних умовах самодовільно, тобто без зовнішніх впливів. Штучна радіоактивність - розпад штучно отриманих ізотопів хімічних елементів внаслідок різних ядерних реакцій. Штучна радіоактивність була відкрита в 1934 р. подружжям Ірен Кюрі та Фредеріком Жоліо-Кюрі. Обидва види радіо активності - природна і штучна - підпорядковуються одним і тим самим законам.

Альфа-випромінювання Резерфорд, Kюpi та їх співробітники довели, що α частинки становлять ядра гелію Не, тобто мають заряд вдвічі більший за модулем, ніж заряд електрона ( Кл) завдяки двом протонам, та масу, яка в чотири рази більша, ніж маса ядра атома водню ( кг) завдяки двом протонам і двом нейтронам.

Бета-випромінювання Воно буває двох типів: 1) електронне бета-випромінювання, що складається із швидких електронів, які вилітають з ядра атома; 2) позитронного бета-випромінювання. Позитрон, що також вилітає з ядра, є античастинка по відношенню до електрона, яка відрізняється від нього лише знаком заряду і магнітного моменту. Позитрон був відкритий теоретично В. Паулі та П. Дираком в 1930 р. та експериментально Андерсоном в 1932 р. при дослідженні космічних променів в камері Вільсона, що була вміщена у магнітне поле.

Гамма-випромінювання Воно, як і рентгенівське випромінювання, належить до більш широкого класу електромагнітних випромінювань. В основному фізична природа гамма-випромінювання пов'язана з переходами нуклонів ядра з одного стаціонарного енергетичного рівня на інший подібно до того, як перехід між стаціонарними енергетичними рівнями атомів та молекул супроводжується випромінюванням або поглинанням електромагнітного випромінювання радіо -, інфрачервоного, видимого та ультрафіолетового діапазонів. Тому енергія γ-фотона при гамма-випромінюванні може бути знайдена за відомою формулою Бора-Зоммерфельда: hv=∆E

За однакові проміжки часу розпадається однакова частина радіоактивних ядер. Число радіоактивних ядер зменшується за експонентою

З формули випливає важливий висновок: активність А радіоактивного ізотопу (радіонукліду) тим більша, чим більша кількість радіоактивних ядер N в даний момент часу і чим менший період напіврозпаду Т1/2 .

Антуан Анрі Бекерель 1852 – 1908 Лауреат Нобелівської премії (1903 р.) (разом з П. і М. Кюрі ) за відкриття природної радіоактивності Французький вчений , народився в Парижі. Його батько і дід були відомими вченими, професорами фізики в Музеї природної історії в Парижі і членами Французької академії наук. Досліджував лінійно-поляризоване світло, розробив новий метод аналізу спектрів. Після відкриття рентгенівських променів, досліджував солі урану на предмет виявлення таких променів. Він виявив, що тільки уран та його сполуки викликають потемніння фотопластинки, загорнутої в темний папір. Досліджуючи промені Бекереля довів, що до їх складу входять електрони. Учениця Бекереля Марія Кюрі відкрила, що торій також випромінює промені Бекереля. Разом з чоловіком П’єром відкрила два нових радіоактивних елемента – полоній та радій.

Зображення фотопластинки Бекереля, яка була засвічена випромінюванням солей урану. Ясно видно тінь металевого мальтійського хреста, який знаходився між пластинкою і сіллю урану.

П’ЄР КЮРІ І МАРІЯ СКЛОДОВСЬКА-КЮРІ П’єр Кюрі ( 1859-1906) і Марія Склодовська - Кюрі (1867-1934) В 35 – ти річному віці французький фізик П’єр Кюрі був відомим вченим в області кристалографії та магнетизму. Однак на рубежі XIX і XX вв. сфера його наукових інтересів змінилася: разом зі своєю дружиною - випускницею Паризького університету Марією Склодовською - Кюрі (1867-1934) він зайнявся з'ясуванням природи уранового випромінювання і вивченням радіоактивності. Після загибелі свого чоловіка Марія продовжила наукові дослідження в області радіоактивності, очолила в Паризькому університеті кафедру, якою керував раніше П’єр. Марія Склодовська-Кюрі померла в 1934 р. від променевої хвороби. Її лабораторні зошити дотепер зберігають високий рівень радіоактивності.

Проникна та іонізуюча здатність радіоактивного випромінювання Проникна здатність частинок радіоактивного випромінювання характеризується пробігом у повітрі (найбільшою відстанню, на яку проникають у повітрі (при атмосферному тиску) ті чи інші частинки). Іонізуюча дія частинок оцінюється питомою іонізацією – числом пар іонів, утворених частинкою в повітрі протягом 1 см шляху пробігу. В середньому на утворення однієї пари іонів у повітрі витрачається енергія, що дорівнює 34 еВ, і знаючи початкову енергію частики, можна обчислити кількість іонів, яку вона утворить у повітрі на шляху пробігу. Інтенсивність іонізації, яку виконує дана частинка, залежить і від природи речовини. Чим більший атомний номер і більша густина речовини, тим з більш великою кількістю електронів стикнеться частинка на одиничному шляху пробігу, тим більш інтенсивною буде іонізація і меншою глибина проникнення.

- жорстке електромагнітне випромінювання Гамма-фотони відрізняються високою проникаючою здатністю. Пробіг їх у повітрі складає десятки і навіть сотні метрів. У тканинах організму гамма-випромінювання проникає на велику глибину чи проходить наскрізь тіло людини. Первинна іонізуюча здатність гамма-фотонів невисока: на шляху пробігу гамма-фотон утворює від 10 до 250 пар іонів, що складає усього кілька пар іонів на 1 см пробігу. Це пов’язано з відсутністю в них електричного заряду. Однак повний іонізаційний ефект від гама випромінювання з урахуванням іонізуючої дії електронів, які були вибиті з атому при зіткненні з фотоном і отримали при цьому досить високу енергію, може бути дуже значним. Для захисту від гамма-випромінювання застосовують товсті шари землі, бетону і т.п. чи важкі метали, наприклад свинцевий екран товщиною в кілька см.

Радіоактивне випромінювання називають іонізуючим випромінюванням, а радіоактивні частинки іонізуючими частинками. Оскільки людський організм не менше ніж на 70% складається з води, то іонізуюче випромінювання викликає радіоліз води, що призводить до утворення ненасичених (вільних) радикалів які запускають цілу низку послідовних біохімічних реакцій та поступово руйнують клітинні мембрани. Первинні процеси іонізації не викликають великих порушень у тканинах. Токсична дія випромінювання пов'язана із вторинними реакціями, при яких відбувається розрив зв'язків усередині складних органічних молекул внаслідок дії вільних радикалів.

Вплив радіації на живі організми викликає три негативних ефекти: Соматичний (імунний) ефект – це патологічні наслідки опромінення для окремої людини, виявляється тільки після того як отримана доза стане більшою за певну так звану гранично допустиму дозу. Як правило за допустиму дозу вважають 0,3 Бер на тиждень для опромінення всього тіла. Таким чином, людина яка опромінюється в таких дозах до 30 років отримає дозу близько 450 Бер. Але така сама доза, отримана людиною до 30 років при однократному опромінюванні в 50% випадків виявляється смертельною. Генетичний ефект для спадкоємних (статевих) клітин організму, він проявляється тільки в потомстві у вигляді народження дітей з різними відхиленнями від норми. Генетичний ефект для спадкоємного апарату для соматич-них клітин тіла. Він проявляється під час життя конкретної людини у вигляді різних (переважно ракових) захворювань.

Одиниці радіоактивності 1Бк,1Ки. Розрізняють три типи доз. І Доза опромінення (експозиційна доза) визначається кількістю випромінювання, якому піддають біологічний об’єкт. Одиницею дози опромінення є 1 рентген (1Р). 1Р відповідає дозі опромінення, при якій в 1см3 сухого повітря за нормальних умов утворюється пар іонів.

Експозиційна доза визначає величину заряду, що виникає в одиниці маси сухого повітря під дією рентгенівського і γ -випромінювання, тобто Експозиційна доза характеризує міру іонізації повітря рентгенівськими і γ -променями.

ІІ Доза поглинання. Дія радіоактивного випромінювання на біооб’єкти характеризується дозою поглинання. Дозою поглинання називається величина, що показує яка кількість енергії випромінювання поглинається одиницею маси речовини. Одиницями дози поглинання є 1Грей =1Дж/кг, 1 рад=0,01Грей.

ІІІ Біологічна доза. При тій самій дозі поглинання біологічна дія різних типів випромінювання залежить від виду випромінювання, розміру опроміненої поверхні, відносної чутливості органів, які зазнали опромінення, індивідуальних особливостей організму. Крім того, біологічний ефект залежить від локальної густини іонізації. Таким чином, біологічний ефект для тієї самої дози поглинання у випадку важких радіоактивних частинок є значно більшим, ніж ефект, який створюють рентгенівські промені, гамма-промені чи бета -частинки. Відносна біологічна ефективність випромінювання – це показник, за допомогою якого визначають, у скільки разів біологічна дія іонізуючих випромінювань даного типу (наприклад альфа-, бета-промені, нейтрони і т.і.) більша (або менша) за дію на той самий біологічний об'єкт стандартного випромінювання (жорсткі рентгенівські та гамма-промені). Одиницями біологічної дози є 1Бер, 1 Рем та 1 Зіверт. В той час, як у радах і греях вимірюють накопичення енергії в тканинах, Бери, реми і зіверти вимірюють біологічну дію. Dекв =kDn

Потужність еквівалентної дози Потужність еквівалентної дози Рб, визначається величиною еквівалентної дози Dб,, віднесеної до одиниці часу, тобто

Одиниці СІ доз іонізуючого випромінювання Найменування величини Одиниці Назва Познач. Визначення Експозиційна доза опромінення Кулон на кілограм дорівнює експозиційній дозі рентгенівського та гамма-випромінювання, при якій у одному кілограмі сухого атмосферного повітря утворюються іони, електричний заряд кожного знаку яких дорівнює 1Кл Потужність експозиційної дози Ампер на кілограм дорівнює потужності експозиційної дози рентгенівського та гамма-випромінювання, при якій за час 1с сухому атмосферному повітрю передається експозиційна доза опромінення Поглинена доза опромінення Грей Гр дорівнює поглиненій дозі опромінення, при якій опроміненій речовині масою 1 кг передається енергія іоніз. випромінювання 1 Дж Потужність поглиненої дози Грей за секунду дорівнює потужності поглиненої дози опромінення при якій за час 1с опроміненою речовиною поглинається доза опромінення 1 Гр Еквівалентна доза опромінення Зіверт Зв дорівнює еквівалентній дозі опромінення, при якій поглинута доза дорівнює 1Гр і коефіцієнт ВБЕ дорівнює одиниці Потужність еквівалентної дози Зіверт за секунду дорівнює потужності еквівалентної дози опромінення , при якій за час 1с опроміненою речовиною поглинається доза еквів. доза 1 Зв

Зв'язок одиниць дози опромінення СІ з позасистемними одиницями 1 рентген = Біологічний еквівалент рентгена (бер) Експозиційній дозі 1Р рентгенівського та гамма-випромінювання відповідає еквівалентна доза

1 Бер (біологічний еквівалент рентгена) або 1 Рем (радіаційний еквівалент людини, від англ): одиниця вимірювання еквівалентної (біологічної) дози радіації, що враховує різні шляхи передачі енергії від іонізуючої радіації тканинам людського організму Граничні дози складають 2 рем/рік для персоналу та 500 мілірем/рік для населення. Зіверт: одиниця вимірювання еквівалентної дози 1Зв=100Рем=100Бер Людино- зіверт: доза для населення, що визначає-ться як сума індивідуальних доз населення.

Гранично допустима доза – це біологічна доза опромінення, що призводить до патологічних наслідків у вигляді соматичних ефектів. За гранично допустиму дозу вважають 0,3 Бер на тиждень для опромінення всього тіла. Таким чином, людина яка опромінюється в таких дозах до 30 років отримає дозу близько 450 Бер. Але така сама доза, отримана людиною при однократному опромінюванні в 50% випадків виявляється смертельною. Для генетичних ефектів, які проявляються в різних аномаліях або відхиленнях від правильного розвитку потомства (мутації) не існує граничної дози. Вважається, що підсумкова доза радіації на одну людину не має перевищувати до 30- річного віку 10 Бер.

Небезпечні дози однократного загального опромінення Загибель окремих клітин крові та полових клітин 0,1 - 0,5 Зв (10 – 50 бер) Порушення у роботі кровотворної системи 0,5 - 1 Зв (50 – 100 бер) Гостра променева хвороба (50% смертельних випадків) 3 - 5 Зв (300 – 500 бер) Гранично допустимі еквівалентні дози опромінення Для професіоналів за рік 50 мЗв (5 бер) Для населення за рік 5 мЗв (0,5 бер)