Лекция Биофизические механизмы действия ионизирующего излучения 1 Воздействие

Лекция. Биофизические механизмы действия ионизирующего излучения 1. Воздействие ионизирующего излучения на живой организм 2. Проникающая способность ионизирующего излучения. 3. Механизмы действия ионизирующего излучения 4. Этапы воздействия ионизирующего излучения. 5. Задачи

Дозиметрия ионизирующих излучений • Общие принципы и методы регистрации ионизирующих излучений • Ионизирующим излучением (ИИ) считается любое излучение, взаимодействие которого со средой приводит к образованию электрических зарядов разных знаков. Источник излучения — вещество или установка, при использовании которых возникают ионизирующие излучения.

Аппаратура для регистрации ионизирующих излучений • Дозиметры — приборы, измеряющие экспозиционную или поглощенную дозу излучения или мощность этих доз, интенсивность излучения, перенос энергии или передачи энергии объекту, находящемуся в поле излучений.

Воздействие ионизирующего излучения на ткани организма • Проникающие в ткани организма альфа- и бета-частицы теряют энергию вследствие электрических взаимодействий с электронами тех атомов, близ которых они проходят. Гамма-излучение и рентгеновские лучи передают свою энергию веществу несколькими способами, которые в конечном счете также приводят к электрическим взаимодействиям.

Электрические взаимодействия • За время порядка десяти триллионных секунды после того, как проникающее излучение достигнет соответствующего атома в ткани организма, от этого атома отрывается электрон. Последний заряжен отрицательно, поэтому остальная часть исходного нейтрального атома становится положительно заряженной. Этот процесс называется ионизацией. Оторвавшийся электрон может далее ионизировать другие атомы.

Механизмы действия ионизирующего излучения на биологические объекты • ПРЯМОЕ ДЕЙСТВИЕ: МОЛЕКУЛА ИСПЫТЫВАЕТ ИЗМЕНЕНИЯ НЕПОСРЕДСТВЕННО ПРИ ДЕЙСТВИИ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ. • ПОРАЖАЮЩЕЕ ДЕЙСТВИЕ СВЯЗАНО С ВОЗБУЖДЕНИЕМ И ИОНИЗАЦИЕЙ АТОМОВ, МОЛЕКУЛ И МАКРОМОЛЕКУЛ

НЕПРЯМОЕ ИЛИ КОСВЕННОЕ ДЕЙСТВИЕ • Молекулы получают энергию, приводящую к их изменениям, вызванную процессами радиолиза воды или растворенных в ней веществ, а не непосредственно

Стадии первичного действия ионизирующего излучения • ФИЗИЧЕСКАЯ СТАДИЯ • В течение 10 -15 -10 -13 с происходит поглощение энергии излучения и взаимодействие ее с веществом • H 20 (H 2 )+ 0 +e

Физико-химическая стадия • В течение с возникают первичные свободные радикалы )+ + + 0 H • (H 20 H ) • H 20 + e (H 20 -13 -10 -10 10

Физико-химическая стадия • (H 20)H + (OH) – • OH+ OH H 202 • Таким образом из всех реакций необходимо выделить образование свободных радикалов H, OH, а также пероксида воды H 202

Химическая стадия • В течение 10 -6 -10 -3 с происходит взаимодействие ионов и радикалов, возникают вторичные свободные радикалы и перекиси, а также осуществляется взаимодействие всех этих продуктов с веществами и структурами клеток организма

Биохимические изменения • Липидные и фенольные радиотоксины действуют в первую очередь на ДНК, также на митохондрии – нарушение окислительного фосфорилирования, усиление гликолиза, снижение РН в клетке – увеличение проницаемости лизосомных мембран, выход лизосомных ферментов и аутолиз клетки

Биологическая стадия • Свободные радикалы, а также другие активные биохимические продукты стают катализаторами вторичных реакций, которые относятся к биологической стадии и развиваются лавинообразно, что может привести к серьезным нарушениям и гибели. Длительность биологической стадии от нескольких минут до десятков лет.

Влияние радиоактивного облучения на молекулу ДНК

Этапы биологического действия «ИИ»

Коэффициент сравнительного риска облучения

Воздействие различных доз облучения на организм человека

Необходимость существования радиоактивного фона

Стохастические эффекты • Стохастические (вероятностные) эффекты, такие как злокачественные новообразования, генетические нарушения, могут возникать при любых дозах облучения. С увеличением дозы повышается не тяжесть этих эффектов, а вероятность (риск) их появления. Для количественной оценки частоты возможных стохастических эффектов принята консервативная гипотеза о линейной беспороговой зависимости вероятности отдаленных последствий от дозы облучения с коэффициентом риска около 7 · 10 -2 /Зв.

Задача 1. • Человек массой 60 кг в течение 6 ч подвергался действию γ- излучения, мощность которого составляла 30 мк. Р/час. Считая, что основным поглощающим элементом являются мягкие ткани, найти экспозиционную, поглощенную и эквивалентную дозы облучения. Найти поглощенную энергию излучения в единицах СИ.

Решение задачи • Вначале найдем экспозиционную дозу:

• Задача 2. • Мощность экспозиционной дозы γизлучения на расстоянии r = 0, 1 м от точечного источника составляет Рэксп = 3 Р/час. Определить минимальное расстояние от источника, на котором можно ежедневно работать по 6 ч без защиты. ПД = 20 м. Зв/год. Поглощение γ-излучения воздухом не учитывать

Решение • По нормам радиационной безопасности эквивалентная доза, полученная за год работы, составляет Dэ = 20 м. Зв. Коэффициент качества для γ-излучения К = 1. Dп= Dэ/К= 20 м. Гр. • Экспозиционная доза: Dэксп= Dп /f=2 P • Мощность экспозиционной дозы на расстоянии R: Pэксп®= Pэксп(r)(r/R)2 • |Экспозиционная доза за год: Dэксп= Pэксп(r)(r/R)2 365 6. Отсюда: (R/r)2 = • Pэксп(r)2190/Dэксп=3 • 2190/2=3258. R/r=57. Т. о. R=57 • 0, 1 м=5, 7 м.

Задача 3. В ткани m = 10 г поглощается 109 α-частиц с энергией Е = 5 Мэ. В. Найти эквивалентную дозу. Коэффициент качества для α-частиц K = 20.