Лекція 3
Іонізуюче випромінювання
Загальні відомості про іонізуюче випромінювання.
Біологічна дія іонізуючих випромінювань.
Медічні аспекти дії іонізуючих випромінювань.
Нормі допустимого рівня іонізуючого опромінювання людини.
1895 - Конрад Рентген відкрив Х промені
1896 - Антуан Анрі Беккерель - природну радіоактивність
Беккерелю, який вивчал явише люмінесценції, прийшла в голову думка: чи не супроводжується всяка люмінесценція рентгенівським ипромінюванням? Для перевірки своєї здогадки він випадково узяв одну з солей урану що фосфоресціює жовто-зеленим світлом. Освітивши її сонячним світлом він загорнув сіль у чорний папір і поклав в темній шафі на фотопластину, теж загорнуту в чорний папір. Через деякий час, проявивши пластинку, Беккерель дійсно побачив зображення шматка солі. Алелюмінісцентне випромінювання не могло пройти крізь чорний папір, і лише рентгенівські промені могли в цих умовах засвітити пластинку. Беккерель повторив дослід кілька разів і з однаковим успіхом. В кінці лютого 1896 р. на засіданні Французької Академії наук він зробив повідомлення про рентгенівське випромінювання речовин, що фосфоресціювали.
Було встановлено, що властивість природної радіоактивності мають всі сполуки урану і найбільшою мірою сам уран. Беккерель же повертається до люмінофорів, що цікавлять його, але йому вдалось зробити ще одне крупне відкриття в атомній фізиці. Якось для публічної лекції Беккерелю знадобилася радіоактивна речовина, він узяв його у подружжя Кюрі, і пробірку поклав в жилетну кишеню. Прочитавши лекцію, він повернув власникам радіоактивний препарат, а наступного дня виявив на тілі під жилетною кишенею почервоніння шкіри у формі пробірки. Беккерель розповідає про це Пьеру Кюрі, той ставить на собі досвід: протягом десяти годин носить прив'язану до передпліччя пробірку з радієм. Через декілька днів у нього теж спостерігається почервоніння, що перейшло потім у важку виразку, від якої він страждав протягом двох місяців. Так вперше було відкрито біологічну дію радіоактивності.
1899 - Ернст Резерфорд - віднайшов альфа, бета, гамма – промені
Радіоактивність – здатність атомних ядер спонтанно розпадатися з утворенням інших ядер, елементарних частинок і гамма – випромінювання.
Різка межа щодо рентгенівського випромінювання не визначена (рентгенівське 10-8 м до 10-10 м Гамма - 10-10 м -10-15м)
Зміна числа радіоактивних атомів відбувається за законом радіоактивного розпаду
N=N0 e-λt
Величина, зворотна постійною розпаду, називається середнім часом життя радіоактивного ізотопу
τ=1/λ
N=N0 e-t/τ
Період напіврозпаду
Т 1/2=ln2/ λ=0,693/ λ
Активність изотопа- число радіоактивних розпадів в одиницю часу
a=dN/dt=- λN
Одиниця вимірювання радіоактивності в СІ – беккерель (Бк) – один розпад в секунду
1 Резерфорд (Рд) =106 Бк
Використовують кюрі (Ки) – активність 1 г радію спільно з продуктами його розпаду
1 Ки=3,7 1010 Бк
Поглинена доза електромагнітного випромінювання є відношенням енергії, поглиненої в даному об'ємі до маси речовини в даному об'ємі
Dпогл=dE/dm
у СІ одиниця поглиненої дози Дж/кг – 1 Грей (Гр)
1 Гр=1 Дж/кг= 104 ерг/г
Використовують 1 рад=10-2 Гр
Для оцінки біологічної дії вводять поняття еквівалентної дози
Dэкв=Dпогл K
У СІ одиниця еквівалентної дози 1 Зиверт
1 Зв= 1 Гр (К=1) = 100 бер
1 бер – біологічний еквівалент рентгена, характеристика еквівалентної дози
1 бер = 1 рад при К=1
К – коэффициент, що характеризує якість випромінювання (Куклев, с. 313)
Вид іонізуючого випромінювання |
Значення коефіцієнта К |
гамма, рентгенівське |
1 |
Електрони, позитрони |
1 |
Протони з енергією менше 10 МЕВ |
10 |
Нейтрони з енергією менше 20МэВ |
3 |
Нейтрони з енергією в межах 0,1-10 МЕВ |
10 |
альфа- випромінювання з енергією 10 МЕВ |
20 |
Біологічна дія іонізуючого випромінювання зв'язана, в першу чергу, з утворенням високоактивних іонів і вільних радикалів.
Процес радіолізу води:
H2O→ H2O*→H•+OH•
H2O→ H2O•++ e; H2O•++ H2O→OH•+H3O•+
OH-→OH•+e-
H2O+e-→ H2O•-
O2+e-→O2•-;
O2•-+H+→HO2•
O2+H•→HO2•
H2O•+H•→ H2O2•
У свою чергу, взаємодія органічних молекул з радикалами, що утворилися, може привести до утворення радикалів органічних молекул:
RH+OH•→R•+ H2O;
R•+O2→RO2•
RO2•+RH→ROOH+R•
Безпосередньо взаємодіючи з органічними молекулами, іонізуюче випромінювання також може приводити до іонізації цих молекул і до утворення вільних радикалів:
RH→RH*→R•+H•
RH→RH•++e-
Вільні радикали, взаємодіючи з білками, нуклеїновими кислотами і ліпідами, змінюючи їх структуру. В результаті порушується робота ферментативних систем клітини, підвищується проникність клітинних мембран. Якщо доза іонізуючого опромінювання мала і не викликає загибелі клітини, то спостерігаються різні віддалені наслідки опромінювання – зупинка поділу клітин, зниження проліферації (розмноження) клітин, індукція процесу апоптозу – запрограмованій загибелі клітин. Особливо важливим наслідком є зміни структури ДНК і хромосом, що приводять до мутацій (генні або точковые мутації, хромосомна аберація, мутації геномів).
При підвищенні змісту кисню в середовищі спостерігається кисневий ефект – підвищення концентрації вільних радикалів, збільшення частки радіаційних пошкоджень макромолекул і, відповідно, збільшення радіаційного пошкодження клітин.
Для людини середня еквівалентна доза фонового опромінювання складає 240-250 мбэр (Кукльов, с. 315)
Вид опромінення |
Доза, мбэр |
Внутрішнє опромінювання |
135 |
Земне випромінювання |
35 |
Космічне випромінювання |
30 |
рентгенодіагностика |
35-40 |
інші |
2-5 |
При одноразовому гострому опромінюванні можуть бути наступні наслідки:
Наслідки для опроміненого |
Доза, бер |
Відсутність клінічних симптомів |
<50 |
Незначне нездужання |
50-100 |
Легкий ступінь променевої хвороби |
100-200 |
Важкий ступінь променевої хвороби |
200-400 |
Украй важкий ступінь променевої хвороби, вірогідний летальний результат |
>400 |
Мінімальна летальна доза |
600 |
Стадії променевої хвороби:
Первинна стадія (через декілька годинників) – тошнота, блювота,, прискорений пульс, слабкість, лейкоцитоз
Прихована стадія (видиме благополуччя)
Розпал захворювання – ті ж симптоми, що у стадії 1 + підвищення температури до 40-410С, кровотеча з ясен, носа і внутрішніх органів, зниження кількості лейкоцитів
Стадія одужання або летального результату
Хронічна променева хвороба підрозділяється на 3 форми:
перший ступінь (незначні головешці болю, слабкість, порушення сну і апетиту)
другий ступінь (посилення симптомів першого ступеня, порушення обміну речовин, сердечнососудистой системи, травлення, кровоточивість слизових оболонок)
третій ступінь (+ порушення діяльності статевих залоз, зміни ЦНС, випадання волосся, крововиливу)
Для Росиі
Дозові межі, бер/рік |
Група критичних органів |
||
I |
II |
III |
|
Гранично допустимі доза (ПДД) для категорії А |
5 |
15 |
30 |
_ |
0,5 |
1,5 |
3 |
Група критичних органів:
I – все тіло, гонады і червоний кістковий мозок
I I – м'язи, жирова тканина щитовидна залоза, печінка, нирки, селезінка, шлунково-кишковий тракт
I I I – шкіра, кісткова тканина, кисті, передпліччя, стопи
На Україні норми радіаційної безпеки регулює ухвала Верховної Ради:
П ПРО З Т А Н ПРО В А № 62 від 01.12.97 м. Київ |
Про введення в дію Державніх гігієнічних нормативів "Нормі радіаційної безпеки Україні (НРБУ-37)"
Нормами радіаційної безпеки встановлюються такі категорії осіб які зазнають опромінювання:
Категорія А (персонал) - особини, які постійно чи тимчасово працюють безпосередньо з джерелами іонізуючих випромінювань.
Категорія Б (персонал) - особини, які безпосередньо не зайняті роботою з джерелами іонізуючих випромінювань, але у зв'язку з розташуванням робочих місць в приміщеннях та на промислових майданчиках об'єктів з радіаційно-ядерними технологіями можуть отримувати додаткове опромінення.
Категорія В - все населення.