2Билет Плазмиды — внехромосомные мобильные генетические структур. 2Билет Плазмиды

• Название: 2Билет Плазмиды
• Дата: 09.04.2018
• Размер: 421.5 Kb.
• Имя файла: 2Билет Плазмиды — внехромосомные мобильные генетические структур.doc
• Тип: Документы; #40746
• страница: 4 из 5

Факторы, влияющие на эффективность амплификации

1. 
   Структура и концентрация праймеров.
   
2. 
   Структура матрицы.
   
3. 
   GC-состав.
   
4. 
   Концентрация магния.
   
5. 
   Активность ДНК-полимеразы.
   
6. 
   Концентрация ДНК искомого инфекционного агента.
   
7. 
   Неэффективный способ обработки биоматериала.
   

Одним из перспективных направлений в модификации амплификационного этапа является разработка систем, реализующих "твердофазную" амплификацию. В таких системах один из олигонуклеотидных праймеров ковалентно иммобилизован на специально модифицированном слое пластика пробирки. Получаемые в ходе ПЦР ампликоны также остаются иммобилизованными на твердой фазе, что исключает риск контаминаций и упрощает последующую процедуру их детекции. В последнее время большое внимание ученых обращено на дизайн амплификационных смесей, благодаря чему стало возможно применение мультипраймерной ПЦР, что увеличивает производительность и дает возможность выявления большего количества патогенных микроорганизмов или иных определяемых признаков, и в перспективе будет иметь большое значение при использовании в современных устройствах регистрации ДНК-биочипах.

Использование «горячего старта» при постановке пцр

Для оптимизации ПЦР, для повышения эффективности прохождения реакций, уменьшения риска образования неспецифических продуктов реакции амплификации используют подход, получивший название «горячий старт» (“Hot-start”). Суть его состоит в предотвращении возможности начала реакции до момента достижения в пробирке условий, обеспечивающих специфический отжиг праймеров. Специфичность получаемого продукта ПЦР в значительной степени определяется температурой отжига праймеров, при которой они взаимодействуют с комплементарными участками ДНК-матрицы, образуя двухцепочечные структуры. Температура отжига определяется длиной праймера и содержанием GC-пар и рассчитывается по следующей формуле: Tm =[(A+T) x 2] + [(G + C) х 4]. В зависимости от GC -состава и размера праймеры имеют определенную температуру плавления (Tm), при которой образование водородных связей нестабильно. Если температура системы превышает Тm, праймер не в состоянии удерживаться на цепи ДНК и денатурирует. При соблюдении оптимальных условий, т.е. температуры отжига, близкой к температуре плавления, праймер образует двухцепочечную молекулу только при условии его полной комплементарности и, таким образом, обеспечивает специфичность реакции. Способ постановки ПЦР с использованием "горячего старта" Чтобы уменьшить риск образования неспецифических продуктов реакции амплификации, используют подход, получивший название "горячий старт" (от англ. "hot-start"). Суть его состоит в предотвращении возможности начала реакции до момента достижения в пробирке условий, обеспечиваю- щих специфический отжиг праймеров. Дело в том, что в зависимости от ГЦ-состава и размера праймеры име- ют определенную температуру плавления (Тm), при которой образование во- дородных связей нестабильно. Если температура системы превышает Тm, праймер не в состоянии удерживаться на цепи ДНК и денатурирует. При со- блюдении оптимальных условий, т.е. температуры отжига, близкой к темпе- ратуре плавления, праймер образует двухцепочечную молекулу только при условии его полной комплементарности и, таким образом, обеспечивает спе- цифичность реакции.

Существуют различные варианты реализации "горячего старта": 1. внесение в реакционную смесь Taq-полимеразы во время первого цикла после прогрева пробирки до температуры денатурации;

2. разделение ингредиентов реакционной смеси прослойкой, например, парафина или воска на части (в нижней - праймеры, в верхней - Taqполимераза и ДНК-мишени), которые смешиваются при достижении температуры плавления материала прослойки (45-85°С) ;

3. использование моноклональных антител к Taq-полимеразе. Фер- мент, связанный моноклональными антителами, становится активным лишь

после стадии первой денатурации, ко- гда моноклональные антитела необратимо денатурируют и освобож- дают активные центры Taq-полимеразы. Во всех перечисленных случаях, даже если неспецифический отжиг произошел до начала температурного циклирования, элонгации не происхо- дит, а при нагревании комплексы праймер-ДНК денатурируют, поэтому не- специфические продукты не образуются. В дальнейшем температура в про- бирке не опускается ниже температуры плавления, что обеспечивает образо- вание специфического продукта амплификации. Приборное обеспечение Важным фактором воспроизводимости реакции амплификации являет- ся приборное обеспечение. Кроме надежности амплификатора и точности поддержания температур следует упомянуть о таком важном качестве при- бора, как использование "активного регулирования", позволяющего доби- ваться достижения нужной температуры реакционной смеси внутри пробир- ки в значительно более короткие сроки, чем при обычном регулировании. Тем самым, сокращается время реакции (в 1,5-2 раза); увеличивается время сохранения активности Taq-полимеразы, что позволяет увеличить количе- ство циклов амплификации, снизить риск неспецифического отжига прайме- ров, а следовательно, повысить чувствительность и специфичность реакции. К приборам такого класса следует отнести модели амплификаторов "PCR - System 2400" или "Model 9600" (Perkin-Elmer, США), "TouchDown" (HyBaid, Великобритания), "РТС 200" (MJ Research, США), "Терцик" (НПФ ДНК-Технология, Россия). При использовании приборов с "активным регу- лированием" следует учитывать тип ПЦР-пробирок и строго придерживаться рекомендаций фирм-изготовителей. Это объясняется тем, что при высоких скоростях изменения температуры минимальные отличия в конфигурации гнезд амплификатора и формы конуса ПЦР-пробирки могут сводить на нет преимущества "активного регулирования" и приводить к снижению чувстви- тельности реакции из-за температурных погрешностей, связанных с ухудше- нием теплового контакта. Амплификация молекул РНК Возможность использования РНК в качестве мишени для ПЦР суще- ственно расширяет спектр применения этого метода. Например, геномы мно- гих вирусов (гепатит С, вирус инфлюэнцы, пикорнавирусы и т.д.) представ- лены именно РНК. В их жизненных циклах отсутствует промежуточная фаза превращения в ДНК. При выявлении РНК необходимо в первую очередь пе- ревести ее в форму ДНК. Для этого используют фермент обратную тран- скриптазу, который выделяют из двух различных вирусов: Avian myeloblastosis virus и Moloney murine leukemia virus. Использование этих ферментов связано с некоторыми трудностями. Прежде всего, они термола- бильны и поэтому могут быть использованы при температуре не выше 42°С. Так как при такой температуре молекулы РНК легко образуют вторичные структуры, то эффективность реакции заметно снижается и по разным оцен- кам приблизительно равна 5%. Предпринимаются попытки обойти этот недо- статок используя в качестве обратной транскриптазы термостабильную по- лимеразу, полученную из термофильного микроорганизма Thermus Thermophilus, проявляющую транскриптазную активность в присутствии Мп2+. Это единственный известный фермент, способный проявлять как по- лимеразную, так и транскриптазную активность. Для проведения реакции обратной трансрипции в реакционной смеси так же, как и в ПЦР, должны присутствовать праймеры в качестве затравки и смесь 4-х дНТФ как "строительный материал". После проведения реакции обратной транскрипции полученные моле- кулы кДНК могут служить мишенью для проведения ПЦР.

Билет 9 Гос надзор

2. Введение рДНК в клетку. Экспрессия. (Что нужно что бы шла экспрессия? Нужно чтобы в трансгене был промотор гена хозяина. Нужно увеличить частоту трансгена, тогда хоть один из нескольких экспрессирует. Еще можно встроить " сильный " промотор. Он увеличивает частоту экспрессии)

РАДИОБИОЛОГИЯ

1) Доза излучения (поглощенная доза) – энергия радиоактивного излучения, поглощенная в единице облучаемого вещества или человеком. С увеличением времени облучения доза растет. При одинаковых условиях облучения она зависит от состава вещества. Поглощенная доза нарушает физиологические процессы в организме и приводит в ряде случаев к лучевой болезни различной степени тяжести. В качестве единицы поглощенной дозы излучения в системе СИ предусмотрена специальная единица – грей (Гр). 1 грей – это такая единица поглощенной дозы, при которой 1 кг. Облучаемого вещества поглощает энергию в 1 джоуль (Дж). Следовательно 1 Гр = 1 Дж/кг.
Поглощенная доза излучения является физической величиной, определяющей степень радиационного воздействия.

Мощность дозы (мощность поглощенной дозы) – приращение дозы в единицу времени. Она характеризуется скоростью накопления дозы и может увеличиваться или уменьшаться во времени. Ее единица в системе Си – грей в секунду. Эта такая мощность поглощенной дозы излучения, при которой за 1 с. в веществе создается доза излучения в 1 Гр. На практике для оценки поглощенной дозы излучения до сих пор широко используют внесистемную единицу мощности поглощенной дозы – рад в час (рад/ч) или рад в секунду (рад/с).

Эквивалентная доза. Это понятие введено для количественного учета неблагоприятного биологического воздействия различных видов излучений. Определяется она по формуле Дэкв=Q*Д, где Д – поглощенная доза данного вида излучения, Q – коэффициент качества излучения, который для различных видов ионизирующих излучений с неизвестным спектральным составом принят для рентгеновского и гамма-излучения-1, для бета-излучения-1, для нейтронов с энергией от 0,1 до 10 МэВ-10, для альфа-излучений с энергией менее 10 МэВ-20. Из приведенных цифр видно, что при одной и той же поглощенной дозе нейтронное и альфа-излучение вызывают, соответственно, в 10 и 20 раз больший поражающий эффект. В системе СИ эквивалентная доза измеряется в зивертах (Зв). Зиверт равен одному грею, деленному на коэффициент качества. Бэр (биологический эквивалент рентгена) – это внесистемная единица эквивалентной дозы, такая поглощенная доза любого излучения, которая вызывает тот же биологический эффект, что и 1 рентген гамма-излучения.. Поскольку коэффициент качества бета и гамма-излучений равен 1, то на местности, загрязненной радиоактивными веществами при внешнем облучении 1 Зв = 1 Гр; 1 бэр = 1 рад; 1 рад »1 Р.
Из этого можно сделать вывод, что эквивалентная, поглощенная и экспозиционные дозы для людей, находящихся в средствах защиты на зараженной местности, практически равны.

Мощность эквивалентной дозы – отношение приращения эквивалентной дозы за какой-то интервал времени. Выражается в зивертах в секунду. Поскольку время пребывания человека в поле излучения при допустимых уровнях измеряется, как правило, часами, предпочтительно выражаясь мощность эквивалентной дозы в микрозивертах в час.
Согласно заключению Международной комиссии по радиационной защите, вредные эфекты у человека могут наступать при эквивалентных дозах не менее 1,5 Зв/год (150 бэр/год), а в случаях кратковременного облучения – при дозах выше 0,5 Зв (50 бэр). Когда облучение превышает некоторый порог, возникает лучевая болезнь. Мощность эквивалентной дозы, создаваемая естественным излучением (земного и космического происхождения), колеблется в пределах 1,5 – 2 мЗв/год и плюс искусственные источники (медицина, радиоактивные осадки) от 0,3 до 0,5 мЗв/год. Вот и выходит, что человек в год получает от 2 до 3 мЗв. Эти цифры примерные и зависят от конкретных условий. По другим источникам, они выше и доходят до 5 мЗв/год.

Экспозиционная доза – мера ионизационного действия фотонного излучения, определяемая по ионизации воздуха в условиях электронного равновесия.
В СИ единицей экспозиционной дозы является один кулон на килограмм (Кл/кг). Внесистемной единицей является рентген (Р), 1Р – 2,58*10-4 Кл/кг. В свою очередь 1 Кл/кг » 3,876*103 Р. Для удобства в работе при перерасчете числовых значений экспозиционной дозы из одной системы единиц в другую обычно пользуются таблицами, имеющимися в справочной литературе. Мощность экспозиционной дозы – приращение экспозиционной дозы в единицу времени. Ее единица в системе СИ - ампер на килограмм (А/кг). Однако в переходный период можно пользоваться внесистемной единицей - рентген в секунду (Р/с). Надо помнить, что после 1 января 1990 г. не рекомендуется вообще пользоваться понятием экспозиционной дозы и ее мощности. Поэтому во время переходного периода эти величины следует указывать не в единицах СИ (Кл/кг, А/кг), а во внесистемных единицах - рентгенах и рентгенах в секунду. мощность дозы излучения – доза излучения, отнесенная к единице времени – рад/час, р/час.

2)Природные источники ИИ Природные источники ионизирующего излучения, определяющие естественный радиационный фон  подразделяют на внешние источники внеземного происхождения (космическое излучение), земного происхождения (радионуклиды, присутствующие в земной коре, воздухе и воде), а также внутренние источники, представленные природными радионуклидами, содержащимися в организме человека. В результате взаимодействия космического излучения с атомами окружающей среды образуются так называемые космогенные радионуклиды (изотопы водорода, бериллия, углерода, натрия и т.д.). Наибольшее значение с точки зрения радиационного воздействия имеет изотоп углерода (14).  В атмосфере содержание его составляет 0,3%, в тропосфере – 1,6; на поверхности Земли – 4,0, в верхних слоях океана – 2,2; в глубинных слоях океана – 92,0; в донных отложения – 0,4.  Естественный углерод поступает в организм человека в основном (99%) с пищей. С вдыхаемым воздухом всего 1%.

Доза, создаваемая космическим излучением на уровне моря, составляет 0,32 мЗв в год. С удалением от Земли доза космического излучения возрастает.

Одним из компонентов естественного радиационного фона является радиация, обусловленная радионуклидами естественного происхождения и присутствующих во всех горных породах Земли, а также в почве, возникшей в результате разрушения этих пород. Эти изотопы представлены нуклидами радиоактивных семейств торона (232) и урана (238), а также др. не входящими в семейства: калий (40), кальций (48).

Вследствие непрерывных процессов разрушения метрологического, гидрологического, геохимического и вулканического характера радионуклиды подвергаются широкому рассеиванию. Важную роль в этом играет вода как универсальный растворитель. Взаимодействуя с материалами пород, вода выносит из недр земной коры на поверхность стабильные и радиоактивные элементы и перемещает их на значительные расстояния.

Поверхностные воды малоактивны и содержат мало космогенных радионуклидов, а также малые количества радионуклидов, поступающих в атмосферу в результате ветровой эрозии.  В водах глубокого залегания и соответственно более минерализованных содержание радионуклидов выше, чем поверхностных.

В открытых водоемах на концентрацию радионуклидов влияет не только химический состав пород, но и климат. Радиоактивность речной воды, в основном обусловлена калием (40) и радием(226). Наиболее активны минеральные воды. Особое значение имеет непрерывное выделение из верхних слоев грунта радиоактивных газов: радона, торона и др. продуктов распада. По разным источникам радон дает от сорока пяти до восьмидесяти процентов дозы от природных источников. В процессе миграции радионуклидов значительное место занимает растительный и животный мир. Радиоактивность растений и животных обусловлена теми же радионуклидами, которые встречаются в природе. Радионуклиды, находясь в смеси со стабильными элементами, поступают в организм по пищевым цепочкам: почва-растения, человек, почва – растения – животные – человек, водоемы – гидробионты – человек. В организме человека в тех или иных количествах содержаться практически все элементы и их естественные радиоизотопы. Важнейшими естественными радионуклидами, формирующими внутренне облучение, является К (40), а также продукты распада урана и торона. Содержание калия в организме составляет около 2г на 1 кг массы тела.

4) Формирование дозовой нагрузки

Величина дозовой нагрузки на сельскохозяйственные растения складывается из внешней и внутренней дозы и зависит от конкретной ситуации, в которой растения выращиваются. К наиболее значимым факторам, определяющим величину поглощенной дозы, следует отнести размер и состав радионуклидных загрязнений, время с момента начала загрязнения, характер трофических цепей и т. д.Источниками облучения растений являются: загрязненная почва, радионуклиды, инкорпорированные в сами растения, т.е. поступившие в растения в результате корневого и листового поглощения, соседние растения, также содержащие радиоактивные изотопы. Суммарная дозовая нагрузка включает также облучение от природных источников радиации - космического фона, космогенных и естественных радионуклидов. В условиях радионуклидного загрязнения растения подвергаются, как правило, смешанному - внешнему и внутреннему облучению. При внешнем облучении наиболее актуальным является γ-излучение, тогда как вкладом α-излучения и в большинстве случаев β-излучения можно пренебречь. При внутреннем облучении, наоборот, наибольшую значимость приобретают α- и β-излучения. В реальной сельскохозяйственной практике α-излучатели в составе загрязнений обычно не встречаются. Например, после аварии на ЧАЭС протяженность распространения 239Рu и других радиоактивных изотопов, характеризующихся α-типом распада, не превысила расстояния зоны отчуждения (30 км вокруг аварийного реактора). Основную дозу внутреннего облучения формируют β-активные радионуклиды, такие как 90Sr, 137Сs, 90Y. При свежих выпадениях, содержание α-активных радионуклидов в составе загрязнений может быть существенным и вклад α-излучения в суммарную дозовую нагрузку значительно повышается. В этом случае мощность дозы в верхушечной меристеме Ра (Гр/с) растений можно оценить следующим образом:Pα = 1,6 • 10-13 • C • Eα • KH • KM, где 1,6 • 10-13 - коэффициент, учитывающий размерность единиц, Гркг/МэВ; С - концентрация радионуклида в почве, Бк/кг; Eα - энергия α-излучения, МэВ; KH - коэффициент накопления радионуклида растением, (отн. ед.); KM - относительное содержание радионуклида в верхушечной меристеме по сравнению с растением в целом, (отн. ед.). Радиочувствительность разных органов растений к поглощенной дозе неодинакова. Наиболее чувствительным к ионизирующему излучению органом растений является точка роста или апикальная меристема. При высоких дозовых нагрузках, равномерно распределенных по всему растению, происходит угнетение точки роста, что приводит к последующему увеличению кущения, росту боковых побегов и активизации спящих пазушных почек. Степень облиственности и ярусность растений оказывают влияние на распределение дозы ионизирующих излучений по растению. При свежих выпадениях радионуклиды-загрязнители концентрируются в верхних слоях почвы. Обычно глубина проникновения свежих выпадений не превышает 1-3мм. В этом случае β-излучение (наряду с γ-излучением) имеет большое значение. По мере вторичного перераспределения радионуклидов в компонентах агроэкосистем в результате переноса источников ионизирующих излучений (смывание и сдувание с поверхности листьев, ветровой перенос), ветровой и водной эрозии почвы а так же агротехнических мероприятий, они распределяются по всему пахотному слою почвы (обычно 0-20 см) и за счет экранирующего влияния слоя почвы роль β-активных радионуклидов в формировании дозы внешнего облучения снижается.

При облучении сельскохозяйственных животных в условиях радионуклидного загрязнения дозовая нагрузка формируется иначе. В отличие от растений, локализованных территориально, животные способны перемещаться пространственно по территории, как правило, неоднородной по степени и составу радионуклидного загрязнения. Это создает различные ситуации формирования внешнего и внутреннего их облучения и сложности оценки дозовой нагрузки.При формировании дозы внешнего облучения сельскохозяйственных животных актуальны γ- и β-излучения, причем наибольшая дозовая нагрузка приходится на проникающее γ-излучение. Обладая гораздо меньшей проникающей способностью, β-излучение воздействует только на внешние покровы животных, тогда как γ-излучение внешних источников ионизирующего излучения может формировать дозовые нагрузки на внутренние органы животных. Очевидно, что β-излучение более значимо при максимальном приближении животных к загрязненному приземному слою воздуха или к поверхности загрязненной почвы, поэтому наибольшие дозовые нагрузки при β-облучении животные получают, когда лежат на загрязненной почве (30-60% времени). Дозовая нагрузка внешнего облучения сельскохозяйственных животных формируется также и микрорельефом поверхности, на которой они находятся. Мощность дозы γ-излучения в случае открытой местности на лугу в 1,3 раза, а на пашне с отвалом пласта - в 2 раза меньше по сравнению с гладкой поверхностью с той же плотностью загрязнения. Поглощенные дозы γ-излучения в воздухе и в теле животного различаются. Значения доз в том или ином органе животного зависят от его расположения в теле животного. Максимальные дозы формируются на боковых поверхностях животного и в области головы. По мере увеличения расстояния от кожного покрова внутрь доза, создаваемая γ-излучением, резко снижается. В центре тела доза, формируемая внешним облучением, уменьшается по сравнению с дозой на поверхности в 2-3 раза для овец и в 5-7 раз - для крупного рогатого скота. Дозы, создаваемые γ-излучением при внешнем облучении сельскохозяйственных животных, различаются в зависимости от их содержания - стойлового или пастбищного. Кратность ослабления γ-излучения стенами построек характеризуется коэффициентом защиты (коэффициентом ослабления).Кос - отношение мощности дозы излучения на открытой местности к мощности дозы внутри помещения в его центре. Коэффициент защиты (в первом приближении) для построек и транспортных средств приведены в таблице 6. При внутреннем облучении животных источниками поступления радионуклидов в их организм являются загрязненные компоненты окружающей среды: воздух, растения и частицы почвы. Определяющим фактором является степень загрязненности кормов. Соответственно основные пути переноса радиоизотопов внутрь животных - это ингаляционный и пероральный. Поглощенная доза внутреннего облучения животных определяется скоростью и особенностями включения радионуклидов в метаболические процессы, протекающие в организме животного, интенсивностью их выведения и физическими характеристиками радионуклидов (вид и энергия излучения, длительность периода полураспада). При равном по активности поступлении в организм животного 90Sг, 131I и 137Сs максимальная дозовая нагрузка от излучений 131I приходится на щитовидную железу, от 137Сs - на мышечную ткань, от 90Sr - на костную ткань. Поглощенная доза внутреннего облучения определяется частотой и длительностью поступления радионуклидов в организм животного. При хроническом поступлении доза внутреннего облучения будет гораздо большей: различия могут достигать десятков, сотен и даже тысяч раз в зависимости от времени наблюдения.Накопление радионуклидов в организме животных и в получаемой от них продукции зависит и от других факторов: возраст и физиологическое состояние животных, их продуктивность, тип рациона.Большое значение имеет возраст животного, потребляющего загрязненный радионуклидами корм: молодые животные гораздо активнее накапливают радионуклиды, чем взрослые и старые, что связано с особенностью и интенсивностью обмена веществ в молодом организме.

Суммарная доза облучения человека, проживающего на территории, загрязненной радионуклидами включает следующие воздействия естественных и искусственных источников радиации; Суммарное воздействие ионизирующего излучения складывается из доз внешнего облучения от источников излучения, находящихся вне человека, и внутреннего облучения от источников излучения, попадающих в организм человека с воздухом, водой, пищей или другими путями. Инструментальная оценка суммарной дозы, получаемой человеком, весьма проблематична по техническим причинам. В условиях радионуклидных загрязнений (по истечении нескольких лет после аварии) основные компоненты загрязнения - долгоживущие изотопы. В этой ситуации главным источником внешнего облучения человека является 137Сs, распад которого сопровождается β- и γ-излучениями. В частности, 137Сs является основным загрязнителем территорий, пострадавших в результате чернобыльской катастрофы. Другие долгоживущие радионуклиды - 90Sr и 239Рu - не представляют опасности как источники внешнего излучения по причине невысокой проникающей способности β- и α-излучений. Суммарную дозу часто оценивают по результатам прогностических расчетов. Дозу внешнего облучения рассчитывают, как правило, по эмпирическим формулам.Практически, источник излучения обычно распределен в окружающей среде - почве, растениях, стенах зданий и т. д. В этом случае доза внешнего облучения зависит от целого ряда факторов: вида и энергии излучения радионуклида, количества радионуклида в почве (его активности), распределения радионуклида в слое почвы, времени нахождения человека на открытой территории, наличия защитных сооружений, расстояния от загрязненной поверхности и др. В такой ситуации обычно прибегают к использованию эмпирических, т. е. определяемых из опыта, зависимостей. Эмпирическая зависимость средней годовой дозы внешнего облучения человека (Dвнешн.) от плотности поверхностного загрязнения территории (аs) имеет вид: Dвнешн (мЗв/год) 0,1 • аs(Ки/км2), В ней учитывается, что единственным источником внешнего облучения является гамма-излучение 137Сs, при этом радионуклид равномерно распределен в слое почвы толщиной 20см, учтено также ослабление потока излучения при прохождении этого слоя, учитываются усредненные условия проживания человека. Формула может быть использована для приближенной оценки дозы внешнего излучения. Расчет дозы внутреннего облучения человека основан на использовании дозового коэффициента (KD), установленного Нормами радиационной безопасности (НРБ-99). Дозовый коэффициент КD - величина ожидаемой эффективной дозы облучения человека при поступлении 1Бк данного радионуклида через органы дыхания или пищеварения. Значения дозовых коэффициентов и пределов годового поступления радионуклидов приведены в таблице 8. ак видно из таблицы 8 для каждого радионуклида, а также для различных путей поступления радионуклидов в живой организм дозовый коэффициент, а значит, и ожидаемая доза облучения человека, различны.Это объясняют тем, что для каждого радионуклида характерны свои вид и энергия излучения, период полураспада, физические и химические свойства, место локализации в организме человека, участие в обменных процессах, эффективный период полувыведения из организма. Если известна общая активность радионуклида, поступающего в организм человека, можно рассчитать дозу внутреннего облучения: Двнутр(мкЗв) = А • КD, где А - активность радионуклида, поступающего в организм человека, Бк; КD - дозовый коэффициент, мкЗв/Бк. ПРИМЕР: Предположим условную ситуацию, когда человек ежедневно питается продовольственными продуктами, содержащими 137Сs и 90Sr на уровне значений, разрешенных СанПиН-01 (табл.3). Рассчитаем поступление этих радионуклидов в организм человека за год.Расчет проведем для 12 наименований продуктов питания (табл.9). Величину дозовых коэффициентов для 137Сs и 90Sr возьмем из таблицы 7 (для населения). Используя дозовые коэффициенты, получим дозы внутреннего облучения, соответствующие каждому радионуклиду, и суммарную дозу. ПРОГНОЗ ДОЗЫ ВНУТРЕННЕГО ОБЛУЧЕНИЯ Для прогноза доз внутреннего облучения, получаемых за счет продуктов питания, необходима следующая информация: знание годового потребления (ГП) человеком различных продуктов питания. Знание содержания отдельных радионуклидов в продуктах питания, составляющих рацион. Данную информацию берут или из прогнозных оценок уровней загрязнения продуктов питания, или непосредственно на основании прямых измерений содержания радионуклидов в продуктах питания. Знание значений дозовых коэффициентов КD для радионуклидов, которыми загрязнены продукты питания. ПРОГНОЗ ДОЗЫ ОБЩЕГО ОБЛУЧЕНИЯ Очень важно дать оценку структуры дозовых нагрузок, т. е. оценить вклад в общую нагрузку каждой составляющей: отдельных продуктов питания, воды, внешнего облучения и др.

6) Ионизационные детекторы излучения представляют собой заполненный газом объём для создания в нём соответствующего электрического поля.

Ядерное излучение, попавшее в объём детектора, производит в нём первичную ионизацию газа либо непосредственно за счёт потери энергии излучением (в случае заряженных частиц), либо через вторичные эффекты взаимодействия с газовой средой (в случае нейтральных частиц или γ-квантов).Электроны или ионы, образовавшиеся в результате ионизации газа, движутся в электрическом поле между электродами, создавая тем самым ионизационный ток. При этом происходит собирание и накопление зарядов на электродах, а также «разряд» источника питания через среду рабочего объёма детектора. Под действием приложенного напряжения, образовавшиеся в результате электроны (ионы) собираются на электродах. Наличие ионизационного тока на нагрузке в виде разности потенциалов, можно зарегистрировать радиометрическим устройством и фиксировать тем самым попадание излучения в объём детектора.

В зависимости от режима работы детектора выходной сигнал с него может поступать в непрерывном или дискретном виде. В первом случае интенсивность излучения, попавшего в объём детектора, определяется средней величиной ионизационного тока (интегральный режим), а во втором случае – числом импульсов в единицу времени (импульсный режим). Энергия излучения определяется по амплитуде выходного сигнала в импульсном режиме.

Сама детектирующая среда может быть газообразной, жидкой или твердой. Наиболее обширную группу детекторов этого типа образуют газонаполненные детекторы.

Газонаполненные ионизационные детекторы (счетчики) благодаря хорошей чувствительности к излучениям разных видов, относительной простоте и дешевизне являются широко распространенными приборами регистрации излучений. Такой детектор представляет собой наполненную газом оболочку, в объем которой введены два или три электрода. В газонаполненных детекторах для регистрации частиц используется ионизация газа.

При измерении излучений необходимо обеспечение пропорциональности между параметрами выходного сигнала (средний ток, или частота следования; амплитуда) и соответствующими параметрами измеряемого излучения. Следует отметить, что на выходной сигнал влияет величина первичной ионизации, т.е. число первичных пар ионов, создаваемых в объёме детектора. Первичная ионизация зависит от удельной величины ионизационных потерь (т.е. от энергии, необходимой для образования одной пары ионов), связанной с типом излучения и свойствами среды. Так, потери энергии заряженной частицы (α- илиβ- частицы) на ионизацию и возбуждение молекул газа зависят от массы, скорости и заряда частицы, а также от плотности и других свойств газа. В случаеγ-квантовпервичная ионизация определяется эффектами взаимодействия их с рабочей средой (фотоэффект, эффект Комптона, образование пар), вероятность возникновения которых зависит от энергииγ-излученияи свойств среды. При регистрации нейтронов первичная ионизация связана с вероятностьюn-р– столкновений в водородсодержащей среде (протоны отдачи), вероятностью реакций захвата нейтрона лёгким ядром (10В) или деления тяжёлых ядер (235U).

Кроме того, на выходной сигнал детектора существенно влияет характер происходящего в нём газового разряда, а также входные электрические параметры последующего регистрирующего устройства.

В соответствии с характером процесса, обеспечивающего регистрацию излучения, различают ионизационные камеры, пропорциональные счетчики, счетчики Гейгера-Мюллера.Наиболее обширную группу детекторов этого типа образуют газонаполненные детекторы. Простейшим из газонаполненных детекторов является ионизационная камера. Она представляет собой систему двух электродов в объеме, заполненном инертным газом (чаще всего аргоном и неоном). Если частица полностью останавливается в объёме камеры, то по величине собранного заряда (количеству электронов, пришедших на анод) легко определить энергию частицы.

Недостатком ионизационной камеры являются очень низкие токи, которые трудно регистрировать. Этот недостаток преодолевается в ионизационных детекторах с газовым усилением. Газовое усиление это увеличение количества свободных зарядов в объёме детектора за счёт того, что первичные электроны на своём пути к аноду в больших электрических полях приобретают энергию достаточную для ударной ионизации нейтральных атомов рабочей среды детектора. Такой режим работы отвечает пропорциональному счётчику. Пропорциональный счётчик способен выполнять функции спектрометра, как и ионизационная камера. Если ещё больше увеличить разность потенциалов между анодом и катодом и довести коэффициент газового усиления до 104-105,то начинает нарушаться пропорциональность между потерянной частицей в детекторе энергией и величиной импульса тока. Прибор переходит в режим ограниченной пропорциональности и уже не может быть использован как спектрометр, а лишь как счётчик частиц.

При дальнейшем увеличении напряжённости электрического поля (и газового усиления) счётчик переходит в такой режим работы, когда достаточно появления в его объёме одного электрона, чтобы он запустил столь мощный лавинообразный процесс, который способен ионизовать всю область вблизи нити-анода. При этом импульс тока достигает предельного значения (насыщается) и не зависит от первичной ионизации. Счётчик, работающий подобным образом, называется счётчиком Гейгера-Мюллера.Если разность потенциалов между анодом и катодом в газонаполненном счетчике превысит некоторое критическое значение, то появление в его объёме свободных носителей зарядов вызовет искровой пробой (разряд). При этом амплитуда электрического сигнала с такого счётчика (называемогоискровым) может достигать сотен вольт.

Детектор включается в электрическую цепь, схема которой показана на Рис.1. ЗдесьC1 - общая емкость счетчика и входа усилителя;R1 - сопротивление нагрузки. На счетчик подают высокое напряжениеV, создающее в газовом объеме счетчика электрическое полеE.

Рис.1. Схема включения счётчика радиоактивных излучений.

Рабочее напряжение, подаваемое на электроды счетчика, зависит от давления газа, которое для различных режимов работы детектора может меняться в широких пределах.

Для выяснения процессов в газовом разряде и выделения характерных областей работы различных типов ионизационных детекторов целесообразно рассмотреть его вольтамперную характеристику в координатах зависимости величины полного заряда q (выражаемого для простоты числом пар ионов) собираемого в результате единичного акта начальной ионизации, от напряжения на электродах U. При этом предполагается: наиболее распространённая геометрия электродов в виде цилиндрического катода и аксиально натянутого тонкого анода; заполнение рабочего объёма инертным газом при нормальных условиях; использование источника ограниченной мощности.

Регистрация частиц происходит следующим образом. Частица, попадая внутрь счетчика, вызывает ионизацию газа. Электроны, тяжелые положительные и отрицательные ионы, образованные ионизирующей частицей, двигаясь в электрическом поле, испытывают многократные столкновения, упругие и неупругие, с молекулами газа. Средняя скорость направленного движения электронов и ионов пропорциональна напряженности электрического поля и обратно пропорциональна давлению газа.

Возникающий ток обусловлен в основном электронами, так как их подвижность на три порядка выше, чем подвижность тяжелых ионов. Импульс напряжения на сопротивление R1 усиливается и подается на регистрирующую аппаратуру.

На Рис.2 схематически представленывольт-амперныехарактеристики газоразрядного промежуткаq=f(U) для трёх значений начальной ионизации n0: 105 пар ионов отα-частицы,103 отβ-частицыи 10 отγ- излучения. Здесь предполагается, что постоянная времениτ = R1C1 много больше времени собирания заряда в детекторе.

Каждую кривую можно разделить на характерные участки. Вотсутствие электрического поля (U=0) все ионы, созданные начальной ионизацией, полностью рекомбинируют в нейтральный газ.

Вэлектрическом поле ионы приобретают направленное движение к электродам, причём их скорость зависит от напряжённости поля и подвижности ионов.

Рис. 2. Счётная характеристика газового детектора

При малых значениях U (участок I) происходят два конкурирующих процесса: собирание зарядов на электродах и рекомбинация ионов в газовом объеме. При увеличении поля скорость ионов увеличивается, что уменьшает вероятность рекомбинации. Однако здесь число пар ионов, уносимых полем из рабочего объёма на электроды, ещё незначительно по сравнению с числом ионов, которые рекомбинируют в том же объёме или вне его вследствие диффузии ионов в газе. На участке I газ имеет, как и любой проводник со свободными носителями заряда, постоянную электропроводность, т.е. здесь выполняется закон Ома. По мере увеличения напряжения число собираемых ионов возрастает (участок I) до насыщения, при котором все ионы, созданные начальной ионизацией, оказываются полностью собранными на электродах. Рекомбинация при этом практически отсутствует.

Насыщение сохраняется при дальнейшем увеличении U (горизонтальный участок II) Этот участок кривой называют областью насыщения. Именно в этой области работают ионизационные камеры. При дальнейшем увеличении напряжения электроны, созданные в результате первичной ионизации, ускоряются

полем настолько, что становятся способными при столкновении с нейтральными атомами газа ионизировать их, т.е. создавать некоторое число вторичных ионов. Происходит газовое усиление. При этом амплитуда импульса сначала растет пропорционально первичной ионизации - это пропорциональная область (ПО). В этой области III работают так называемые пропорциональные счетчики. Область работы пропорциональных счетчиков затем сменяется областью ограниченной пропорциональности IV (ООП).

Замечание. На участках III и IV образуются лавины электронов и положительных ионов, а возникший при этом разряд называется лавинным или таусендовским. Форма разряда, соответствующая начальной части вольтамперной характеристики, включая и область насыщения (участки I и II), называются тихим разрядом. Тихий и лавинный разряды прекращаются по достижении «первичными» электронами (ионами) или их лавиной поверхности электродов, поэтому они относятся к категории несамостоятельного разряда. Лавинный разряд сопровождается явлением газового усиления, которое связано с процессами вторичной ионизации и сопровождается увеличением заряда, собираемого на электродах, по сравнению с зарядом «первичных» пар ионов. Коэффициент газового усиления, выражающий отношение этих зарядов, равен единице в области насыщения (участок II). Пройдя затем через переходную область сравнительно медленного подъёма (начало участка III), коэффициент газового усиления растёт далее с увеличением напряжения экспоненциально (участок III), а при больших напряжениях ещё быстрееиз-запоявления вторичных лавин от дополнительных электронов вследствие фотоэффекта на катоде и частично в газе, сопровождающего с определённой вероятностью процесс возбуждения атомов и молекул газа (участок IV). На участке напряжений III каждая лавина развивается независимо от других лавин, так что величина начальной ионизации не влияет на коэффициент газового усиления, который является здесь действительно пропорциональной константой, а сама область носит название пропорциональной области. На участке IV наиболее сильного роста газового усиления с напряжением уже сказывается влияние пространственного заряда положительных ионов и соседних лавин, мешающих взаимному развитию. В этом случае величина начальной ионизации влияет на коэффициент газового усиления таким образом, что его возможный рост ограничивается при сильной первичной ионизации по сравнению с наиболее быстрым увеличением при слабой ионизации. Процессы тихого и лавинного несамостоятельного разрядов наблюдаются практически при любой геометрии электродов и не требуют большой мощности источника напряжения.

На участке V газовое усиление возрастает настолько, что собираемый заряд не зависит от первичной ионизации. Это так называемая область Гейгера. Однако разряд, как и в предыдущих областях, остается вынужденным, т. е. начинается после прохождения ионизирующей частицы. Это область работы счётчиков Гейгера-Мюллера.Замечание.Из-забольшой концентрации зарядов и недостатка нейтрального газа в местах образования лавин разряд за счёт фотоионизации начинает распространяться в область большого градиента поля (вдоль нити анода) и из несамостоятельного переходит в самостоятельный. Характер перехода и тип возникающего самостоятельного разряда зависят от геометрии электродов, характера питающего напряжения и мощности его источника, а также от природы и состояния наполняющего газа. Из существующих видов самостоятельного разряда для регистрации излучений широко используется коронный разряд (счётчикиГейгера-Мюллераи коронные счётчики). Коронный разряд возникает при сравнительно больших давлениях газа во всех тех случаях, когда поле в разрядном промежутке очень неравномерно изза малого радиуса кривизны поверхности одного или обоих электродов и достаточного расстояния между ними. Ионизация, а также свечение газа происходит лишь около электрода с малым радиусом кривизны в тонком слое, называемом короной. Коронирующий слой занимает область пробега электронных лавин, оставляющих позади себя положительные пространственные заряды большой плотности. Во внешней области коронного разряда, так называемой «тёмной», свободных электронов нет, ионизация столкновения первого рода не происходит, и ток осуществляется движением ионов. Характерной особенностью коронного разряда является то, что сила тока в нём обусловлена не сопротивлением внешней цепи, а ограниченной проводимостью внешней области разряда, которая зависит от геометрии электродов, напряжения между ними, а также от природы и состояния газа.

Коронный разряд возникает на участке напряжений V и прекращается после каждого единичного акта начальной ионизации принудительно: либо добавкой к наполняющему рабочий объём инертному газу одного из галогенов или органических молекул, ликвидирующих опасность вторичных лавин; либо резким ограничением мощности источника напряжения путём последовательного включения высокоомного сопротивления (109 ом), которое на время движения положительных ионов к катоду сохраняет напряжение на электродах ниже порога зажигания самостоятельного коронного разряда, уменьшенного за счёт накопления отрицательного заряда на аноде в процессе разряда.Дальнейшее увеличение напряжения приводит к непрерывному разряду (область VI), поэтому эта область для регистрации частиц не используется.Замечание. Ширина области существования прерываемой короны (участок напряжений V), после которой начинается непрерывный самостоятельный разряд (участок VI), пропорциональна величине сопротивления, включаемого последовательно с детектором для снятия выходного сигнала.Газонаполненные детекторы имеют два недостатка. Во-первых,плотность газа низка и энергия, теряемая частицей в объёме детектора мала, что не позволяет эффективно регистрировать высокоэнергичные и слабоионизирующие частицы.Во-вторых,энергия, необходимая для рождения парыэлектрон-ионв газе велика(30-40эВ), что увеличивает относительные флуктуации числа зарядов и ухудшает энергетическое разрешение.

7) Ионизационные камеры и счетчики применяются для обнаружения и счета элементарных частиц, а также для измерения интенсивности рентгеновского и гамма-излучения. Действие этих приборов основано на использовании несамостоятельного газового разряда. Принципиальные схемы ионизационной камеры и счетчика одинаковы (рис. 82.1). Отличаются они только режимом работы и конструктивными особенностями. Счетчик (рис. 82.1, б) состоит из цилиндрического корпуса по оси которого натянута укрепления на изоляторах тонкая нить (анод). Катодом служит корпус счетчика. Схема ионизационной камерыЛ(рис. 1-84, а) сходна со схемой, изображенной на рис. 186. Роль С играет меж­электродная емкость, показанная на рисунке пункти­ром. Чем больше сопротивление R, тем сильнее будет повышаться напряжение точки / при данной силе тока и тем, следовательно, легче обнаружить импульс. По­этому сопротивление R стремятся сделать как можно больше. Вместе с тем для того, чтобы камера могла раздельно регистрировать импульсы тока, порождаемые быстро следующими друг за другом частицами, постоян­

ная времени должна быть невелика. Поэтому при вы­боре величины R для импульсных камер приходится идти на компромисс. Обычно берут R порядка ом. Тогда при С = 10и ф постоянная времени составит 103 сек.

Другим типом ионизационных камер являются' так называемые интегрирующие камеры. В них берут R по­рядка 1015 ом. При С — Ю-11 ф постоянная времени бу­дет равна 104 сек. В этом случае импульсы тока, по­рождаемые отдельными ионизирующими частицами, сливаются и по сопротивлению течет постоянный ток, величина которого характеризует суммарный заряд ио­нов, возникающих в камере в единицу времени.

Таким образом, ионизационные камеры обоих типов различаются лишь величиной постоянной времени RC.

Пропорциональные счетчики.. Импульсы, вызываемые отдельными частицами, могут быть значительно усилены (до' 103-т-Т04 раз), если напряжение между электро­дами попадает в область III (рис. 185). Прибор, рабо­тающий в таком режиме, называется пропорцио­нальным счетчиком. Внутренний электрод счет­чика делается в виде нити диаметром в несколько сотых миллиметра. Этот электрод служит анодом. Напряжен­ность поля между электродами изменяется по закону -j

[см. формулу (8.8)]; поэтому вблизи нити она достигает особенно больших значений. При достаточно большом напряжении между электродами электроны, возникаю* щие вблизи нити, приобретают под действием поля энер­гию, достаточную для того, чтобы вызвать ионизацию молекул ударом. В результате происходит «размноже­ние» ионов. Размеры объема, в пределах которого про­исходит размножение, увеличиваются с ростом напря­жения. В соответствии с этим растет и коэффициент га­зового усиления:

Количество первичных ионов зависит от природы и энергии частицы, вызвавшей импульс. Поэтому по вели­чине импульсов на выходе пропорционального счетчика можно различить частицы разной природы, а также про­извести сортировку частиц одной и той же природы по их энергиям.

Пропорциональные счетчики могут применяться и для счета нейтронов. В этом случае счетчик наполняют

газообразным трехфтористым бором (BF3). Нейтроны вступают в ядерную реакцию с изотопом бора с массо­вым числом 10 (В10), причем возникают а-частицы, ко­торые и вызывают первичную ионизацию.

Счетчики Гейгера — Мюллера. Еще большего усиле­ния импульса (до 108) можно достигнуть, заставив ра­ботать счетчик в области Гейгера (область Уна рис. 185). Счетчик, работающий в этом режиме, называется счет­чиком Гейгера — Мюллера (сокращенно счет­чиком Гейгера). Как уже отмечалось, разряд в этой области переходит в самостоятельный, первичные ионы, создаваемые ионизирующей частицей, лишь «за­пускают» разряд. Поэтому величина импульса не зави­сит от первоначальной ионизации. Для того, чтобы по­лучать от отдельных частиц раздельные импульсы, не­обходимо возникший разряд быстро прервать (погасить). Это достигается либо с помощью внешнего сопро­тивления R (в несамогасящихся счетчиках), либо за счет процессов, возникающих в самом счетчике. В последнем случае счетчик называется самогася­щимся.

Гашение разряда с помощью внешнего сопротивле­ния объясняется тем, что при протекании по сопротивле­нию разрядного тока на нем возникает большое падение напряжения. В результате на межэлектродный проме­жуток приходится только часть приложенного напря­жения, которая оказывается недостаточной для поддер­жания разряда.

Прекращение разряда в самогасящихся счетчиках обусловлено следующими причинами. Электроны обла­дают гораздо большей (примерно в 1000 раз) подвиж­ностью, чем положительные ионы. Поэтому за то время, за которое электроны достигают нити, положительные ионы почти не сдвигаются со своих мест. Эти ионы со­здают положительный пространственный заряд, ослаб­ляющий поле вблизи нити, и разряд прекращается. Га­шению разряда в этом случае препятствуют дополни­тельные процессы, которых мы не будем рассматривать. Для их подавления к газу, заполняющему счетчик (обыч­но аргону), добавляется примесь многоатомного органи­ческого газа (например, паров спирта). Такой счетчик разделяет импульсы от частиц, следующих друг за дру­гом с интервалами порядка 104 сек.

8) Сцинтилляционный счетчик (рис. 88) имеет два основных элемента: сцинтиллятор, реаги­рующий на ядерное излучение вспышки света, и фотоэлектрон­ный умножитель (ФЭУ), преобразующий эти слабые вспышки света в электрические импульсы и усиливающий последние в миллионы раз.

Сцинтилляторы (люминофоры) работают следующим образом. Гамма-квант, попадая в сцинтиллятор, взаимодей­ствует с его атомами (фотоэффект и комптонэффект, образова­ние электронно-позитронных пар), что приводит к возникно­вению свободных зарядов (электронов и позитронов). Этим зарядам передается либо вся энергия кванта (фотоэффект), либо часть ее (комптонэффект, образование пар). Энергия сво­бодных зарядов расходуется на ионизацию и возбуждение ато­мов сцинтиллятора. При переходе из возбужденного состояния в основное атомы сцинтиллятора теряют энергию, полученную при возбуждении, в виде электромагнитных колебаний (свето­вых фотонов) — люминесценции.

Образовавшиеся фотоны света в результате взаимодействия ядерных частиц или гамма-квантов со сцинтиллятором разлета­ются во все стороны, частично поглощаясь в толще кристалла сцинтиллятора. В связи с этим только часть фотонов попадает на фотоумножитель, и форма спектра световых фотонов, выхо­дящих из сцинтиллятора, отличается от формы спектра обра­зующих фотонов. Для увеличения числа фотонов, достигающих катода, стенки сцинтиллятора, кроме той, которая контакти­рует с фотокатодом, покрываются фотоотражающим слоем.

Из многочисленных сцинтилляторов наиболее часто применяются монокристаллы йодистого натрия Nа1 (Т1), которые характеризуются наиболее высо­кой эффективностью счета. Их основной недостаток — высокая гигроскопичность. В случае попадания в кристалл влаги он мутнеет и, следовательно, его эксплуатационные характеристики снижаются. Фотоэлектрический умножитель — устройство (см. рис. 88), соединяющее в себе фотоэлемент и электронный усилитель, действие которого основано на явлении вторичной электронной эмиссии. Фотоны из сцинтиллятора попадают на фотокатод ФЭУ.

Электроны, вылетающие из фотокатода, ускоряются элек­трическим полем и через диафрагму устремляются на первый электрод (динод) умножителя. Вследствие вторичной эмиссии каждый упавший электрон выбивает из диода несколько вто­ричных электронов, число которых зависит от приложенной между электродами разности потенциалов. Эти электроны, на­ходясь в поле притяжения второго динода, также ускоряются и вызывают вторичную электронную эмиссию на следующем диноде. Таким образом, происходит скачкообразное увеличение числа электронов на каждом диноде фотоэлектрического умно­жителя. Последним электродом в этой цепи служит анод, ко­торый для устранения ненужной теперь вторичной эмиссии электронов иногда выполняется в виде сетки и окружается эк­раном, соединенным с предпоследним электродом. Число динодов определяет полное усиление электронов фотоумножителя и у современных фотоумножителей колеблется от 8 до 14. Основные преимущества сцинтилляционных счетчиков:1) высокая чувствительность (эффективность), в том числе к гамма-лучам; 2) большая разрешающая способность ; 3) способность различать частицы по их энергии и из­мерять ее, т. е. проводить спектрометрию радиоактивных излу­чений. Таким образом, сцинтилляционные счетчики, соединяя в себе положительные качества пропорционального счетчика и счетчика Гейгера — Мюллера, обладают более высокой эф­фективностью и разрешающей способностью. Достоинства сцинтилляционного счётчика: высокая эффективность регистрации различных частиц; быстродействие; возможность изготовления сцинтилляторов разных размеров и конфигураций; высокая надёжность и относительно невысокая стоимость. Благодаря этим качествам сцинтилляционные счётчики широко применяется в ядерной физике (например, для измерения времени жизни возбуждённых состояний ядер, измерение сечения деления, регистрация осколков деления газовыми сцинтилляционными счётчиками), физике элементарных частиц и космических лучей (например, экспериментальное обнаружение нейтрино), в промышленности(гамма-дефектоскопия,радиационный контроль), дозиметрии (измерение потоковγ- излучений, испускаемых человеком и другими живыми организмами), радиометрии, геологии, медицине и т. д. Недостатки сцинтилляционного счётчика: малая чувствительность к частицам низких энергий (1кэВ), невысокая разрешающая способность по энергии.

Для регистрации заряженных частиц сцинтилляционными счётчиком пригодны почти все фосфоры. Более удобны твёрдые фосфоры типа органических монокристаллов или пластиков. Основная трудность, возникающая при регистрации заряженных частиц и особенно тяжёлых, обеспечение ввода частиц в фосфор. Фосфор, как правило, упаковывают в металлический контейнер, сквозь стенки которого частицы могут не пройти. Поэтому тяжёлые частицы обычно регистрируют более простыми детекторами – ионизационной камерой или пропорциональным счётчиком. Электроны регистрируют сцинтилляционными счётчиками в тех случаях, когда требуется хорошее разрешающее время. Основными фосфорами обычно являются органические монокристаллы антрацена, стильбена или пластики. Эффективность регистрации заряженных частиц сцинтилляционным счётчиком близка к 100%.

Сцинтилляционные счётчики используют особенно широко для регистрации γ-излучения.Кроме хорошего разрешающего времени такой детектор обладает значительно большей, чем счётчик ГейгераМюллера, эффективностью кγ-квантам.В некоторых случаях удаётся обеспечить почти100%-нуюрегистрациюγ-излучения.Эффективность сцинтилляционного счётчика кγ-квантамзависит от материала и толщины фосфора. Взаимодействиеγ-квантовс веществом фосфора определяется плотностью электронов и энергиейγ-квантов.Поэтому наиболее эффективноγ-излучениерегистрируется сцинтилляционными счётчиками с фосфорами, имеющими большую плотность и высокий средний порядковый номер Z. К таким фосфорам относятся неорганические монокристаллы NaI(Tl), CsI(Tl), KI(Tl). С меньшей эффективностьюγ- излучение регистрируется жидкими фосфорами и пластиками.

Недостатки сцинтилляционных счетчиков: 1) высокая чув­ствительность к изменению температуры окружающей среды;2) повышенные требования к стабильности питающего напря­жения; 3) большой разброс параметров фотоумножителей и из­менение характеристик и параметров фотоумножителей в про­цессе их работы

9) Газонаполненные детекторы имеют два недостатка. Во-первых, плотность газа низка и энергия, теряемая частицей в объёме детектора мала, что не позволяет эффективно регистрировать высокоэнергичные и слабоионизующие частицы. Во-вторых, энергия, необходимая для рождения пары электрон-ион в газе велика (30-40 эВ), что увеличивает относительные флуктуации числа зарядов и ухудшает энергетическое разрешение. Значительно более удобными в этом плане являются детекторы с твёрдотельной рабочей средой. Наибольшее распространение получили полупроводниковые детекторы из кристаллов кремния (плотность 2.3 г/см³) и германия (5.3 г/см³). В полупроводниковом детекторе определенным образом создается чувствительная область, в которой нет свободных носителей заряда. Попав в эту область, заряженная частица вызывает ионизацию, соответственно в зоне проводимости появляются электроны, а в валентной зоне - дырки. Под действием напряжения, приложенного к напылённым на поверхность чувствительной зоны электродам, возникает движение электронов и дырок, формируется импульс тока. К полупроводниковому кристаллу прикладывается напряжение до нескольких кВ, что обеспечивает сбор всех зарядов, образованных частицей в объёме детектора. Энергия, необходимая для рождения одной пары электрон-дырка в кремнии равна 3.62 эВ при температуре T = 300 K и 3.72 эВ при T = 80 K, германии она равна 2.95 эВ при T = 80 K. Это при использовании полупроводникового счётчика в качестве спектрометра позволяет в несколько раз улучшить энергетическое разрешение по сравнению с газонаполненными счётчиками, такими как ионизационная камера и пропорциональный счётчик.
    Для регистрации заряженных частиц используют кремниевые детекторы и детекторы из сверхчистого германия (HpGe). Толщина чувствительной области кремниевых детекторов не превышает 5 мм, что соответствует пробегу протонов с энергией 30 МэВ и α-частиц с энергией 120 МэВ. Для германия толщина 5 мм соответствует пробегам протонов и α-частиц с энергиями 40 МэВ и 160 МэВ соответственно. Более того, германиевые детекторы могут быть изготовлены с гораздо более толстой чувствительной областью.
    Кремниевые детекторы часто используют при комнатной температуре. Германиевые детекторы всегда охлаждают до азотных температур.
    Большие преимущества даёт применение полупроводниковых детекторов в спектрометрах γ-квантов. В этом случае применяются специально выращенные кристаллы сверхчистого германия объёмом до нескольких сотен см³. Германий имеет довольно высокий атомный номер Z = 32 и поэтому эффективное сечение взаимодействия   γ-квантов велико (вероятность фотоэффекта пропорциональна Z⁵, Комптон-эффекта – Z, рождения пар – Z²). Чтобы добиться наилучшего энергетического разрешения германиевые кристаллы во время эксперимента охлаждают до температуры жидкого азота (77^о К). Энергетическое разрешение германиевых детекторов при регистрации γ-квантов достигает 0.1%, что в десятки раз выше, чем у сцинтилляционных детекторов. Временнoе разрешение лучших полупроводниковых детекторов 10^-8-10^-9 с.
11) Максимальное лучевое воздействие на опухолевую ткань, минимальное – на здоровую ткань.

1. 
   Эффективность лучевого лечения в решающей степени зависит от стадии заболевания, поэтому облучение следует начинать как можно раньше.
   
2. 
   Для достижения благоприятного конечного результата важно добиваться максимальной радикальности первого курса лучевого лечения, что достигается обязательным облучением всей опухоли в необходимой дозе и в оптимальные сроки.
   
3. 
   Под необходимой дозой понимают такую, которая достаточна для получения запланированного эффекта при учете величины опухоли, характера ее роста (преобладание экспансивного или инфильтративного роста), радиочувствительности опухолевой ткани и некоторых других факторов. Необходимая суммарная очаговая доза при лечении по радикальной программе 60-80 Гр должна быть получена всем опухолевым узлом, тогда как на пути лимфооттока и на зоны регионарного метастазирования достаточной является доза, составляющая около 80% очаговой (при отсутствии в них метастазов).
   
4. 
   Под оптимальными сроками облучения понимают такую общую продолжительность лечения и распределения дозы во времени (т.е. способы фракционирования), при которых достигается существенное подавление опухолевого роста при сохранении достаточной степени регенераторных способностей окружающих опухоль здоровых тканей. Таким образом, облучение в оптимальные сроки является одним из важных условий поддержания максимальной величины радиотерапевтического интервала (различие в радиопоражаемости опухоли и окружающих здоровых тканей), что, в свою очередь, в значительной степени определяет результаты лечения.
   
5. 
   Сохранению и увеличению радиотерапевтического интервала способствуют, помимо распределения дозы во времени, воздействие на радиочувствительность опухолевой ткани путем применения радиопротекторов и радиосенсибилизаторов, а также использование таких видов излучений и таких методик облучения, которые обеспечивают наилучшее распределение дозы.
   
6. 
   Эффективность лучевого лечения в значительной степени зависит от своевременности применения патогенетически обоснованного сопутствующего лечения, направленного на дезинтоксикацию и нормализацию функций организма облученного пациента, снятие воспалительного процесса в зоне облучения и предупреждение возникновения лучевых реакций и повреждений. Сопутствующее лечение включает психологическую подготовку, режим питания с использованием радиопротекторных свойств пищи, витаминотерапию, гемотрансфузию, лекарственное лечение, лечебную физкультуру, уход за кожей.
   

12) Опухоли, которые имеют высокую радиочувствительность: Семинома яичка. Медулобластома мозжечка. опухоль Вилмса в почке. Лимфосаркома, лимфогранулематоз. Ретикулярная саркома. Гигантоклеточная фолликулярная лимфома. Солитарная плазмоцитома. Опухоли, которые имеют умеренную радиочувствительность: Плоскоклеточный рак кожи, слизистой полости рта, придаточных полостей носа, среднего уха, глотки , гортани, бронхов, пищевода, шейки матки, и заднего прохода. Аденокарцинома тела матки. Рак молочной железы. Некоторые опухоли яичников. Эпидермальная карцинома мочевого пузыря и канала шейки матки. Опухоли, которые имеют низкую радиочувствительность: Соединительнотканные саркомы (остео-, хондро-, миксо-, фибро-, нейро-, липо- и миосаркомы, а также смешанные типы сарком). Хондрома. Аденокарцинома пищеварительного тракта (от желудка до прямой кишки включительно). Опухоли печени, почек и поджелудочной железы. Особо злокачественные меланомы.
13) Лучевая терапия показана в случаях, когда имеется резистентность к другим видам лечения или же она имеет явные преимущества перед другими видами лечения ( хороший косметический эффект при заживлении, лёгкая переносимость, локальность воздействия ). А также при её назначении необходимо исследовать больного на наличие противопоказаний к лучевой терапии неопухолевых заболеваний:абсолютные и относительные.Абсолютные: - тяжелое общее состояние больного с резким осложнением защитных сил организма;- тяжелые сопутствующие заболевания сердечно-сосудистой и дыхательной систем, печени и почек в стадии компенсации;- лейкопения, тромбоцитопения, выраженная анемия;- лучевая болезнь и лучевые повреждения, даже перенесенные в прошлом;Относительные: - острые септические и инфекционные заболевания; - беременность; - детский возраст; - выраженные и распространенные кожные воспалительные и др изменения, вызванные недавно перенесенными общими заболеваниями или различными физическими и атлетическими агентами(в том числе физиопроцедурами.
14) Острые лучевые реакции могут быть местными и общими.

Общие лучевые реакции - реакции всего организма на воздействия ИИ - проявляются повышением температуры, нарушением функции желудочно-кишечного тракта, сердечно-сосудистой, кроветворной, эндокринной и нервной систем.

Местные лучевые реакции характеризуются развитием изменений непосредственно в зоне облучения.

Изменения кожи:

· Эритема - гиперемия кожи в зоне облучения, сопровождается отечностью, зудом. В дальнейшем переходит в пигментацию, через 2-3 недели выпадают волосы. Спустя некоторое время все клинические проявления исчезают. Различные участки кожи имеют разную чувствительность к ИИ. Наибольшей радиочувствительностью обладает кожа подмышечных впадин, локтевого сгиба, паховых складок, век.

· Сухой эпидермит - мелкое шелушение эпидермиса на фоне гиперемии с умеренным отеком кожи. Обычно развивается после облучения до СОД 40-50 Гр.

· Влажный очаговый эпидермит - образование мелких пузырьков с серозным и серозно-гнойным содержимым на фоне гиперемии и отечности облученной кожи. После вскрытия пузырьков и отторжения эпидермиса остается мокнущая красная поверхность с небольшим количеством отделяемого.

Поздние лучевые повреждения проявляют себя только нарастающей локальной симптоматикой в зоне облучения. Эти повреждения обусловлены повреждением микроциркуляторного русла и носят неуклонно прогрессирующий характер. Резервы лечения этих состояний очень ограничены, однако в ряде случаев удается добиться ощутимых положительных сдвигов. Важно помнить, что поздние лучевые повреждения часто развиваются под маской локального рецидива опухоли и при ошибочной диагностике, не подкрепленной результатами цитологического и/или гистологического исследования, может быть назначено неправильное лечение.

При современной технике лучевой терапии и использовании рациональных методик облучения кожные реакции обычно ограничиваются эритемой и сухим эпидермитом. Основной причиной развития поздних лучевых повреждений кожи является погрешность в планировании и проведении облучения, когда применяются суммарные поглощенные дозы, превышающие толерантность тканей.

· Атрофические и гипертрофические дерматозы - истончение и сухость кожи, появление островков гиперкератоза, трещин, поверхностных эрозий, телеангиоэктазий.

· Лучевой фиброз кожи и подкожной жировой клетчатки - возникает через 4-6 месяцев после облучения.

· Поздняя лучевая язва - образуется в центре атрофического или гипертрофического дерматита. Имеет торпидное течение с вялой воспалительной реакцией. Период экссудации продолжается в течение многих месяцев, развитие грануляционной ткани и эпителизация выражены слабо и продолжаются годами.

Лечение поздних лучевых повреждений кожи строится с учетом клинической формы повреждения. Применяются стероидные и витаминизированные масла при аллергическом дерматите. При лечении лучевого фиброза применяют рассасывающие препараты: диметилсульфоксид, лидазу, глюкокортикоиды. Основным методом лечения таких повреждений следует считать радикальное иссечение поврежденных тканей с последующим кожно-пластическим замещением дефекта.

Лучевые реакции слизистых оболочек (мукозиты, лучевые эпителииты) развиваются при облучении полых органов (гортань, полость рта, пищевод, кишечник, мочевой пузырь). Острый радиоэпителиит - это прогрессирующий процесс, проходящий в своем развитии следующие стадии: 1-я стадия - легкая гиперемия, отек слизистой оболочки; 2-я стадия - десквамация эпителия, очаговый пленочный эпителиит, затем отторжение ороговевшего эпителия и слияние одиночных эрозий; 3-я стадия - эпителизация эрозий с остаточными проявлениями отечности и гиперемии.

Лучевые реакции слизистых оболочек почти всегда сопровождаются болевыми ощущениями. При облучении полости рта возникает болезненность при приеме пищи, при облучении глотки и пищевода возникает дисфагия, при облучении гортани наблюдается осиплость голоса. При развитии лучевого цистита (очаговая доза 40 Гр) больные жалуются на болезненное и частое мочеиспускание, в ряде случаев оно сопровождается гематурией. Реакции слизистой прямой кишки выражаются в виде ректита. Первые симптомы могут возникать при облучении в суммарной очаговой дозе 60 Гр и проявляться тенезмами, болями при дефекации, увеличением количества слизистого секрета. В лечении лучевых эпителиитов используют противовоспалительную терапию и препараты, поддерживающие стимуляцию репаративных процессов.

Лучевая терапия до высоких доз, как правило, с радикальной целью, может приводить в отдаленном периоде к развитию поздних лучевых повреждений - лучевых язв кишечника, которые часто являются причиной профузных кровотечений. Наиболее тяжелым и, к счастью, очень редким отсроченным повреждением кишечной стенки является ее отсроченный некроз с нарушением целостности и развитием перитонита. После облучения опухолей полости рта в результате повреждения слюнных желез возникает ксеростомия – хроническая сухость во рту. Это состояние часто сопровождается присоединением микробного воспаления, требующего антибактериальной терапии. Больные должны часто полоскать рот антисептиками, смазывать полость рта растительными маслами.

Лучевые лимфостазы и слоновость конечностей развиваются в результате облучения регионарных лимфатических коллекторов особенно если лучевое лечение проводится в комбинации с хирургическим (когда удаляются регионарные лимфатические коллекторы). Лечение заключается в восстановлении путей лимфооттока с помощью микрохирургического лимфовенозного шунтирования.

Поздние лучевые повреждения костей наблюдаются довольно часто при облучении костных опухолей. По степени тяжести различают 3 стадии повреждений костей: 1) остеопороз и наличие нечетких границ кортикального слоя; 2) остеонекроз, патологические переломы; 3) тяжелые деструктивные изменения, остеомиелит, секвестрация, переломы без тенденции к заживлению. Наиболее часто встречаются лучевые повреждения нижней челюсти после ЛТ опухолей полости рта. Эти повреждения нередко заканчиваются лучевым остеомиелитом и патологическими переломами. Более часто развитие некрозов нижней челюсти обусловлено присоединением инфекции из кариозных зубов, особенно после их удаления.

В лечении лучевых пневмонитов и пневмосклерозов наиболее эффективным является применение ингаляций 15-20%-го раствора диметилсульфоксида. Лечение лучевых повреждений сердца - симптоматическое.

Реакции организма на облучение весьма разнообразны и определяются как действующим фактором - излучением, так и свойствами самого организма. Биологический эффект зависит от поглощенной дозы излучения (с нарастанием дозы эффект усиливается). Эффект облучения также связан с распределением дозы во времени, т. е. со скоростью поглощения энергии. Разделение одной и той же суммарной дозы на отдельные фракции и проведение облучения с перерывами ведут к уменьшению тяжести отсроченного лучевого поражения, так как процессы восстановления, начинающиеся сразу после облучения, способны частично компенсировать возникшие нарушения. Наибольший поражающий эффект возникает при облучении всего организма (общее облучение). Меньшие изменения вызывают воздействие той же дозы на отдельные участки организма (локальное облучение). При этом самые большие последствия дает облучение живота, а наименьшие - конечностей.

16)