История развития радиобиологии
Радиобиология – наука, изуч физ сущность и физико-химические св-ва ИИ, их действ на живые организмы, разрабатывает меры защиты и безопасности при работа с р/в, а также распростр и перемещ Р/в в биосфере. 1895 – Рентген обнаружил Х-лучи. 1896 – Беккерель откр естеств р/а (соли урана). 1898-Мария Склодовская и Пьер Кюри исследование р/а cв-в полония и радия. Пьер облучил свою руку. 1899-Резерфорд А и В изл. 1901-исп для борьбы с раков опух. Исп рентген и флюру, но не было известны дозы и точное действие.1903-Альберс-Шонберг обнар дегенер измен семянного эпителияу кроликов. 1903- Хейнеке описал лучевую анемию, измен клеток костн мозга и л/у.1905-Корнике устан, что тормоз делен клеток. Бергонье и Трибондо – неодинак чувствит клеток к облуч. (чувствит клеток прямопропорц интенс идущ в них процессов клет деления и обратнопропорц степени их диф-ки-Исключ. Нервн кл не дел, но очень чувствит).
1906-Решетило выпуст монографию по защите от радиации. 1925-Надсон и Филиппов влияние на генет аппарат клетки (опыты на дрожжах и плесени), т.е Ии облад мутаг cв-ми. 1927 – это подтверд Мюллер на дрозофилах.1940-1950 –Жолио и Ирен Кюри искусств получ р/в, открытие деление урана и возможн исп энергии ядра атома. 1970- 80 атомн ЭС.
|
Строение атома
В 1911 г. Э. Резерфорд предл планет модель атома, котор развил в 1913 г. Н. Бор.Электр обол – электроны группир вокруг ядра на разл уровнях в завис от энергии, удержив их на орбите. Кол-во слоев разное. Мах 7 - K, L, M, N, O, P, Q.
Э – устойч элемент частица с массой покоя (масса при скорости равной 0) 9,1∙10-28 г. Заряд 4,8·10-10. П – устойч элемент част, 1,6725∙10-24 г. Количество протонов в ядре называется атомн номером(зарядовым числом). Кол-во П=Кол-ву Э. Н – электр нейтр част,. Сам по себе нестабилен. В свободном сост испускает электрон и антинейтрино, превращаясь в протон. Он не отталкивается атомным ядром, не отклоняется под действием магнитного поля, обладает большой проникающей способностью. Массовое число – сумма Н и П в ядре. Изотопы – одинаковое кол-во П, но разное Н –имеют одинак номер в табл М, но разное массов число. Изомеры – одинак массовое число, но ядра наход в разл энергетическом сост. Облад разл периодом П/Р (Т), энергией и видом излучения. (Br8035 Т=18 мин и Br8035 Т=4,4ч.) Изобары - одинак массовое число, но число П и Н в ядре могут отличаться, т.е с разл атомным номером. (Ar4018 Ca4020)
|
Радиобиологическая лаборатория
Закрытые источники-исключают попад р/а в-в в окр среду, они физически фиксированы –слитки, стержни, диски.
Открытые – порошки, жидкости, газы. Наиб опасны. По степени радиотоксичн р/а в-ва, примен в открыт виде дел на 5 групп (Группы радиотоксичности):
1) А – особовысок токсичн. Pb210, Po210, Ra226.
2) Б –высок токсичн. Sr90, J128,Ce144.
3) B –средн токс Na22,P32,S35,Ca45.
4) Г- малая токс C14, Cu64,Fe55. 5) Д – изотоп водорода тритий-3.
Не менее 10кв.м на сотрудника. Помещения:1) Чистая-ведутся расчеты радиации продуктов ветнадзора.2) Условно-чистая- здесь располож приборы для определ радиации.3) Грязная- здесь работают с р/а изотопами.4) Санпропускник.5) Комната отдыха.6) Хранилища. Лаборатория должна располаг на первом этаже или в отд здании.Стены покрыв на 2 метра от пола гладкой плиткой. Потолок красят маслян краской. Пол застил линилеумом так, чтобы он заход на 20 см на стены. Должна быть приточно-вытяжная сист вентил с 3-кратным обменом в час, поток воздуха направл из чистых в грязные комнаты. Уборочн инвентарь в каждом помещ отдельн. В грязной комнате вытяжной шкаф с просвинц стеклом, в кот встроены перчатки из просвинц резины. Вытяжн труба со спец фильтрами (ФПП,ФПА) должна подним на 4 м от крыши. Скорость отсоса возд в шкафу 1,5 м/с. На выходе из грязн комн должен распол прибор типа «ТИСС» для определ степени загрязн.
|
Виды ионизирующего излучения и их характеристика
Альфа-частицы представляют собой ядра атомов гелия и состоят из 2 протонов и 2 нейтронов.Энергия 2-11МэВ Пробег в воздухе – 2-10 см, в тканях организма – несколько микрон. Движутся прямолинейно. Вызыв сильн ионизацию.
Бета-излучение представляет собой поток частиц (электроны или позитроны), испускаемых ядрами при бета-распаде. Обладают различным запасом энергии (0,015-0,05 МэВ – мягкое, 3-12 - жесткое). Пробег в воздухе может составлять до 25 м, в биологических тканях до 1 см. Движутся извилисто, т.к легко измен направл движ под возд электр поля других атомов.
Гамма-излучение – это поток электромагнитных волн. Рентгеновское излучение: тормозное – при торможении быстрых электронов в электрическом поле ядра атома и характеристическое – при перестройке электронных оболочек атомов при ионизации и возбуждении атомов и молекул. Энергия гамма-излучения 2-3 МэВ, редко 5-6, нет заряда и массы покоя. Вызывает слабое ионизирующее действие, но обладает большой проникающей способностью. Путь пробега в воздухе составляет 100-150 м. Чем меньше длина волны и больше частота, тем жестче излучение.
|
Типы ядерных превращений
Альфа-распад - Сопровождается испусканием альфа-частицы, представляющей собой ядро атома гелия. При вылете альфа-частицы ядро теряет 2 протона и 2 нейтрона и превращается в другое ядро, в котором число протонов (заряд ядра) уменьшено на 2, а число частиц (массовое число) на 4. Дочерний элемент смещается на 2 клетки периодической таблицы элементов влево. Это распр. ядерн превращ тяжелых ядер.
Бета-распад – это распад с испусканием электорона или позитрона. С испуск позитрона распад только искусств эл-ты. Элетрон могут испуск и ествеств и искусств эл-ты.Если в ядре нейтрнов больше, то испуск Э и антинейтрино (превращ изотопа калия в кальций). Если больше П, то испуск позитрон и нейтрино (превращ фосфора в кремний). При этом позитрон взаимод с Э оболочки или своб Э и образ пара позитрон-Э, которая моментально аннигилирует с образ 2-х Г-квантов.
Электронный захват – один из П захват Э из оболочек атома (чаще с К-слоя). П превращ в Н. Освобод место заполн Э из более отдал слоев. Избыт энергии испуск в виде характеристического рентг излуч. Наблюд у некотор искусствен р/а эл-ов.
Внутренняя конверсия – когда ядро передает свою энергию близко располож Э (К или L слои). При этом Э покидает пределы атома. Если энергия возбужд превосход 1,022МэВ, то переход ядра в норм сост может сопровожд образ пары Э-позитрон с их послед аннигиляцией. После конверсии освобод место заним Э из более отдал слоя. При этом испуск рентг излуч.
|
Взаимодействие гамма-излучения с веществом
Взаимод происход за счет 3 эффектов: 1) Фотоэлектр поглощ (фотоэффект) – г-квант, сталкиваясь с прочно связанным Э (чаще К-слоя), полн отдает ему свою энергию, сам исчез, а Э приобретает его кинет энерг и покид пределы атома. На его место встает другой Э с L-слоя и излуч характерист рентг излуч. 2) Комптоновский эффект – г-квант, сталкиваясь с Э, перед им не всю энергию, а только часть ее, а после соударения изменяют свое направление движения, т. е. рассеиваются. Кванты взаимодействуют с внешними электронами (валентными). Также это возможно на свободных Э.
3) Образование пар – преобразование гамма-квантов в частицы вещества (пара Э-позитрон) под действ сильн электр поля вблизи ядра атома. Образовавшаяся пара аннигилирует, превращаясь в 2 вторичных г-кванта. Вторичные способны вызывать лишь фото- или комптонэффект.
Пучок г-квантов поглощается непрерывно с увеличением толщины поглотителя. Его интенсивностьне обращ в ноль ни при каких толщинах поглотителя. Т.е его можно только ослабить.
|
Искусствен превращение атомных ядер. Реакция активации и ее практическое значение
Искусств превращ ядра атома впервые совершил Резерфорд в 1919 г- превратил стабильн изотоп N в изотоп О. 1934 – Жолио и Ирен Кюри алюминий и бор при бомбардировке А-частицами полония станов р/а.
Так была откр искусств р/а.
Реакция активации (реакция радиационного захвата) – происходит захват нейтрона, причем ядро теряет часть избыточной энергии в форме γ-кванта. Реакция активации возник при столкнов потока медлен Н со стабильн ядрами, кот захват их и превращаются в собствен р/а изотоп. Именно такая реакция наблюдается у стабильных элементов крови и других тканей при нейтронном облучении животных, вызывая наведенную радиоактивность организма.
Создание ускорителей, а также использование нейтронов в ядерных реакторах расширили возможности получения искусственных радиоактивных изотопов, которые нашли широкое применение в биологии, медицине, ветеринарии, а также в других отраслях науки и практики.
|
Закон радиоактивного распада. Период п/р
Кол-во любого р/в со временем уменьш в рез-те р/а распада (превращ ядер). Скорость распада опредл строением ядра, поэтому нельзя повлиять на этот процесс никакими физич или химич способами, не изменив сост атомн ядра. Постоянная р,а распада (λ) для определен изотопа показ, какая доля ядер распад в единицу времени. Средняя продолж жизни ядра – величина, обратн постоян распада. Основн закон р/а распада -  , где Nt – количество р/а ядер, оставшихся по прошествии времени t, N0 – исходное количество ядер в момент времени, е – основание натуральных логарифмов (2,72), λ – постоянная радиоактивного распада, t – промежуток времени, равный (t-t0). По этой формуле можно посчит кол-во нераспавш р/а атомов в данный момент времени.
Для хар-ки скорости распада использ период п/р –время, в теч кот распад половина кол-ва р/а ядер. Выраж в ед времени. Его зная от долей секунды до млн лет. Распад ядер происходит неравномерно – то большими, то малыми порциями.
|
Понятие о дозиметрии и радиометрии.
Дозиметрия - это раздел ядерной физики и измерительной техники, в котором изучают величины, характеризующие действие ИИ на вещества, а также методы и приборы для его качественного и количественного определения.
Радиометрия – раздел прикладной ядерной физики, кот разраб теорию и практику измер р/а и идентификацию радиоизотопов. Она позволяет проводить определение степени загрязнения радиоактивными вещества продуктов питания, сырья животного и растительного происхождения, кормов, почвы, воды и т. д. На основании данных радиометрии дается заключение, в котором указывается степень радиоактивной загрязненности объектов, возможность и порядок использования продуктов питания, кормов, воды и т. д.
Активность и единицы радиоактивности
Количество р/в измер его активностью – это количество распадов атомов в единицу времени. По системе СИ за единицу активности принят Беккерель (Бк). Внесистемной единицей активности является Кюри (Ки).1 Кюри – это такое количество любого р/в, в котором происходит 3,7∙1010 распадов ядер атомов в секунду= р/а 1г радия. Р/а в-ва хар-ся величиной удельной активности (концентрации) – т.е активностью, приходящейся на единицу массы(или объема). Единицами уд.акт явл Ки/мл, Ки/г и их производные.
|
Доза излучения и ее мощность.
Для измерения кол-ва поглощ энергии исп Доза излучения – величина энергии, поглощенной в единице объема(массы) облучаемого вещества.
Различ дозу в воздухе, на поверхн, в глубине объекта (глубин доза), общая поглощ доза.
Экспозиционная доза (D0) – хар-ет ионизир способн излуч в воздухе. С помощью коэф ее переводят в дозу, поглощ в объекте. За единицу D в сист СИ принят кулон на кг. На практике примен внесист ед Рентген.-это такая доза рентгеновских или гамма-лучей, которая в 1 куб. см воздуха (0,001293 г) при 0 град. и 760 мм рт. ст. создает в воздухе ионы зарядом в 1 электростатическую единицу электричества для ионов каждого знака.1 Р=2,58∙10-4 Кл/кг.
Поглощенная доза излучения – количество ИИ любого вида, поглощенное в единице массы облучаемого вещества. Внесистемная единица (рад/кг), при которой в 1 г облучаемого вещества поглощается 100 эргов энергии любого вида излучения. Сист единица Дж/кг (грей). 1 рад=10-2 Дж/кг. 1 Гр=100 рад.
Мощность дозы облучения (Р) – количество энергии, которое получил организм за единицу времени.
Эквивалентная доза – количество поглощенной энергии любого вида ИИ с учетом биологического эффекта, характерного для каждого вида излучений. Единица эквивалентной дозы – БЭР (биол. эквив.рентг) – доза любого ИИ, при кот в биолог среде созд такой же эффект как при дозе излуч в 1Рентг.
|
Методы обнаружения и регистрации ИИ
ИИ не восприним органами чувств, но они могут быть обнаруж при помощи приборов, работа кот основ на физико-хим эффектах, возник взаимод излуч с вещ-вом. На практике примен приборы, кот основаны на измер первичных эффектов взаимод ИИ с вещ-вом - ионизация газов среды (ионизац камеры, пропорц счетчики и счетчики Гейгера-Мюллера). Другие методы основ на измер вторичных эффетов, вызван ИИ – фотографич, люминисцентн, химич, калориметрич.
Ионизацион камеры-примен для обнар всех типов ИИ. Есть миниатюрные в футляре в виде авторучки (КИД-1). Пропорц счетчики – отлич от ИК тем, что начальн усил. первичн ионизации происход внутри самого счетчика. Изгот в виде цилиндра или торцовые. Внутри по оси натянута нить –анод(+) Заполн воздухом или аргоном. Счетчики Гейгера-Мюллера-мало отлич отлич от ПС – заполн инертным газом при пониж давл. и работают в области Гейгера (область напряжения, при кот в детекторе возник самост разряд). Могут быть самогасящиеся (сод 10% паров многоатомн спирта). Спирт обеспеч нейтрализ +ионов аргона путем отдачи слабосвязан Э, т.е остан вторичн ионизацию и счетчик станов готовым к регистр след. импульса. Сцинтилляционный (люминисцентный) метод- в нек в-вах (сцинтяляторы, фосфоры) под действ ИИ происход излуч энергии в виде вспышки света(сцинтиляции), котор может быть зарегистр разл способами. Примен преобраз света в электрич сигнал с пом фотоэлектр умнож (ФЭУ). Сцинт счетчики облад высок эффект счета (до 100%). Пос составу их делят на орган (монокристаллы антрацена, стиблена) и неорган (йодистый натрий, вольфрамат кальция), по агрегат сост –на тверд, пластич, жидк и газов.
|
Фотографич метод-был первым способом обнаруж ИИ. Основан на том, что излуч, взаимод с галогенами серебра (AgBr, AgCl), восстан металлич серебро, которое после проявления выдел в виде почернения. Степень почернения фотэмульсии(фотопластинки) пропорц дозе излуч.
Химич метод-учит те или иные хим измен, возник под влиянием ИИ-измен цвета рас-ров, выдел газов, осажд коллоидов. Степень изменения пропорц поглощ дозе. Например, ферросульфатный дозиметр.
Калориметрич метод- основ на измер с помощью спец калориметров тепловой энергии, выдел при поглощ энергии излуч в вещ-ве.
|
Приборы для измерения излучений.
Радиометр – это прибор, которые предназнач для измер активности р/в, удельн и объемн активно газов, жидкостей, аэрозолей, объектов внешн среды, продуктов растит и живот происхожд, плотн потока и интенсивн ионизир частиц и квантов. Стационарн и перенос (полевые). Составн части радиометра: 1. Детектор – чувствительна часть прибора, взаимод с излучением. В качестве детекторов использ иониз камеры, газоразрядн и сцинтилляцион счетчики, фотодозиметрические.2.Усилитель импульсов – повышает силу ионизацион тока. 3.Пересчетное устройство – переводит импульсы в единицы активности (Ки или Бк).4. Блок питания.
Дозиметр – прибор, который предназнач для измерения дозы облучения, котор может быть получ людьми и животными во время пребыв в зоне облуч. Ими измер экспозиционн и поглощенн дозы излуч. Состоит из:1. Детектор – чувствит часть прибора, взаимодействующая с излучением. В качестве детекторов используют ионизацион камеры, газоразрядные и сцинтилляцион счетчики, фотопленку. 2. Радиотехническая схема – обеспеч передачу полученн данных на регистрирующ или измерительн устройство и повышает силу ионизацион тока. 3. Регистрир или измерительн устройство. Бывают стационарн, переносн и индивидуальн. Индивид, как правило, напомин авторучку и носятся в нагрудном кармане халата. Принцип действ основ на разрядке емкости ионизац камеры под действ ИИ. Они облад доволь узким спектром измер – 0,02-2 Р, погрешн при измер может достигать 10 %. Индив люминесц дозиметр-исп вспышечные кристаллофосфоры. Они спосбн накапл энергию и высвеч ее при облуч ИК светом. Вспышка регист фотометром. Индив фотопленочн дозиметр- основ на взаимод ИИ с фотоэмульсией рентг пленки.
|
Методы измерения радиоактивности.
Абсолютный, расчетный и относительный (сравнительный) методы. Абсолютный-основан на примен прямого счета полного числа частиц распадающихся ядер в условии четырехпийной геометрии.Активн препарата выраж не в имп/мин, а в единицах р/а-Ки, мКи. Не надо вводить поправки.
Расчетный-измер осущ с пом обычных газоразрядн и сцинтиляцион счетчиков. Чтобы перевести имп/мин в един активн вводят поправочн коэф., кот учитыв потери излуч при радиометрии. Поправка на геометрию счета –для ее уменьш площадь препарата должна быть меньше площади рабоч пов-ти счетчика, а расст между ними должно быть мин.Поправка на поглощение В-частиц слоем воздуха и окном счетчика. Поправка на самопоглощение и др.
Относительный (сравнительный)-основан на сравнении активности исслед препарата с активностью эталона, содерж известн кол-во изотопа. Это наиб широко примен метод. Для определ суммарной В-активности в продуктах ветнадзора примен эталон К40
|
Естественные источники ИИ
Космическое излучение – это поток ИИ, непрерывно падающ на поверхность земли из мирового пространства:
-Первичное косми излучение-сост из протонов 79%, А-част 20% и др 1%. Это излуч облад очень большой энергией, но большинство из частиц взаимод с атомами воздуха, образ -Вторичн космич излуч- совокупн ИИ, образ в земной атмосфере под возд перв косм лучей. Сост из мезонов (80%), Э и позитронв (20%) и др(0,05%). Мезоны быв +,- и нейтр. Это неустойч част, образ при ядерн р-циях с участием частиц больш энергии. Космич лучи дел на компоненты:
1) Жесткая часть- сост в осн из мезонов с энерг 600МэВ, сверхбыстрые протоны 400МэВ. Сост 70%. Пробив свинец толщ 1 м. 2) Мягк часть- Э, позитроны, Г-кванты с энерг 100МэВ. 30%. Свинец 8 см. 3) Сильноионизир часть – протоны, А-част, дейтроны, нейтроны с энерг 10-15МэВ.0,5%
Природные р/в: Делят на 3 группы – 1)Уран и торий с продуктами их распада, а также калий-40 и рубидий-87.2) Малораспр изотопы и изотопы и больш периодом п/р –Ca-48,W-180, висмут-209 и др.3) Р/а изотопы, непрерывно обр под возд космич изл- C14, H3,Be7. Наиб распр изотопом земн коры явл Rb-87- хар-ся мягким бета-излучением и имеет больш период п/р; калий-40 – жесткое бета- и гамма-излучение; уран и торий, содерж в горных породах, дают радиоактивность у пов-ти земли до 1150 мрад/год. Р/а воде придают в восн уран,торий и радий, образ раствор соед. Р/а атмосферы обусл налич р/а в-в в газообр сост (радон, тритий) и в виде аэрозолей (К40, уран, радий). В раст преоблад К40.
|
Искусственные источники ИИ
Искусственные источники ИИ: рентгеновские установки, ускорители элементарных частиц, закрытые источники радиоизотопов, термоядерные и ядерные взрывы, продукты этих взрывов, которые вызывают локальное загрязнение.
При ядерных взрывах осущ деление ядер тяжелых эл-ов (уран235, уран238) под возд на них нейтронов. При этом образ около 230 р/а изотопов. Дополнит источником р/а загрязн явл Наведенная радиоактивность- возник в рез-те возд потока электронов, образу при цепной реакции деления урана и плутония, на ядра атомов разл в-в окруж среды (реакция активации), что привод к появл р/а изотопов с испуск бета- и гамма-излучения. В первые месяцы после взрыва опасн представл Йод131, барий140, стронций89. а в послед – стронций90 и цезий137. При термоядерных взрывах происход р-ция синтеза (слияние ядер легких Эл-ов дейтерия и трития с образ более тяж ядра гелия) и возник интенс поток нейтронов,вызыв образ значит кол-ва продуктов активации –трития, бериллия, углерода14.
| |
Скачать 227.5 Kb.