Основные моменты, которые должны быть отражены в ответах студентов на эти вопросы и вопросы к экзамену

Раздел «РАДИАЦИОННАЯ БИОФИЗИКА»из общего курса «Биофизика»Экзаменационные вопросы и основные моменты, которые должны бытьотражены в ответах студентов на эти вопросы1. Виды ионизирующих излучений. Общая физическая характеристика. Границамежду ионизирующим и неионизирующим электромагнитным излучением.Ионизирующие излучения делятся на корпускулярные (бета-, альфа- и др.) иэлектромагнитные ионизирующие (гамма- и рентгеновское) излучения.Происхождение основных видов ионизирующих излучений (альфа-, бета-, гамма-,рентгеновского).

В чем заключается основное отличие гамма- и рентгеновскогоизлучений? (В происхождении).Основная физическая характеристика (заряд, масса, энергия) ионизирующихизлучений.За границу между ионизирующим и неионизирующим электромагнитным излучениемпринимается 12,5 эВ – соответствует энергии кванта, необходимой для ионизациимолекулы воды. Энергия 12,5 эВ соответствует длине волны примерно 100 нм поформуле (E=hc/λ).Проникающая способность гамма- и рентгеновского излучений.

Слой половинногоослабления (d1/2) в воде (или живой ткани) (ориентировочно 10 см для гаммаизлучения 60Co и 5,5 см для рентгеновского излучения с энергией 180-250 кэВ,характерного для обычных медицинских рентгеновских трубок).Ориентировочные значения пробега альфа- и бета-излучений в воде (или живойткани). (130 мкм для альфа-излучения с энергией 10 МэВ и 1-1,5 см для бетаизлучения с энергией 1 МэВ).Понятие линейной плотности ионизации (ЛПИ, обычно выражается в количестве парионов, образующихся на мкм пути) и линейной передачи энергии (ЛПЭ, ЛПЭ = 34 хЛПИ, где 34 эВ – средняя энергия необходимая для образования пары ионов).Ориентировочные значения ЛПИ (для рентгеновского, гамма-, бета-излучений –десятки пар ионов на мкм пути, для альфа-излучения – тясячи пар ионов на мкм пути).Проникающая способность (или пробег), а также ЛПЭ (ЛПИ) – важныехарактеристики ионизирующих излучений, определяющие их биологические эффекты.Отметить отличия в опасности разных видов излучений при внешнем и внутреннемоблучении (гамма-излучение одинаково опасно при внутреннем и внешнемоблучении; бета-излучение при внутреннем облучении гораздо опаснее чем привнешнем облучении; альфа-излучение при внешнем облучении практически малоопасно, но при внутреннем облучении альфа-излучение крайне опасно, в 20 разопаснее, чем гамма- или бета-излучения).

Основная причина большей опасностиплотноионизирующего излучения (например, альфа-излучения) заключается в гораздоболее высокой вероятности возникновения нерепарируемых (или плохорепарируемых) двунитевых разрывов ДНК.2. Дозы ионизирующих излучений (экспозиционная, поглощенная,эквивалентная, эффективная) и их единицы. Мощность дозы.Определения экспозиционной, поглощенной, эквивалентной и эффективнойдозы. Единицы (внесистемные и в Международной системе единиц, ихсоотношение).Относительная биологическая эффективность (ОБЭ) разных видовионизирующих излучений.2Взвешивающие коэффициенты для разных видов ионизирующих излученийWR (вводятся в определении эквивалентной дозы) как частный случай ОБЭ.Определение: Взвешивающие коэффициенты для различных видов излученийWR представляют собой регламентированные значения ОБЭ разных видовионизирующих излучений, установленные в целях оценки радиационнойопасности данных видов излучений для человека в отношении возникновенияотдаленных неблагоприятных эффектов (т.е.

эффектов, возникающих врезультате воздействия относительно низких доз хронического иликратковременного облучения). Т.е. WR – это частный случай ОБЭ: 1) толькодля человека!!! 2) только в отношении отдаленных неблагоприятных эффектов(т.е. только для низких доз ионизирующего излучения)!!!Значения взвешивающих коэффициентов для разных видов излучений,указанные в современных НРБ (Нормах радиационной безопасности): длягамма-, рентгеновского, бета-излучений – 1, для альфа-излучения – 20, дляпротонного излучения – 5, для нейтронного излучения – от 5 до 20 взависимости от энергии).Взвешивающие коэффициенты для разных органов и тканей WT (вводятся вопределении эффективной дозы).

В чем заключается биологический смыслэтих коэффициентов (см. определение). Определение: Взвешивающиекоэффициенты WT представляют собой относительный вклад различныхорганов или тканей в общий риск (вероятность) возникновения отдаленныхнеблагоприятных эффектов в организме при равномерном облучении телачеловека. Наиболее высокие значения WR установлены (в современных Нормахрадиационной безопасности) для следующих органов и тканей человека:гонады – 0,20, красный костный мозг, толстая кишка, легкие и желудок – по0,12.Области применения понятий доз ионизирующего излучения:Поглощенная доза – основная дозиметрическая величина.

Именно ее надоиспользовать при описании лучевых эффектов у различных биологическихобъектов, при описании воздействия излучения на опухоль (при радиотерапии),при описании лучевой болезни у человека.Понятия эквивалентной и эффективной дозы используются только принормировании радиационной безопасности для человека и радиационномконтроле. В Нормах радиационной безопасности эффективная и эквивалентнаядозы – это основные нормируемые величины.Экспозиционная доза – это характеристика поля электромагнитногоионизирующего излучения (т.е. гамма- и рентгеновского).

Используется дляоценки т.н. "радиационного фона" (независимо от нахождения в этом полеоблучаемых объектов).3. Основные радиационные факторы, определяющие радиобиологическиеэффекты: место расположения источника излучения по отношению коблучаемому объекту, вид ионизирующего излучения, доза облучения(основные характеристики дозовой кривой гибели), пространственноераспределение дозы облучения в организме, временнóе распределение дозыоблучения.Место расположения источника излучения по отношению к облучаемомуобъекту: внешнее облучение, внутреннее облучение (от попавших внутрьорганизма радионуклидов), комбинированное облучение.

Пути поступления ворганизмрадионуклидов.Понятиеорганотропностираспределения3радионуклидов в организме. 5 групп радионуклидов в зависимости от типараспределения в организме (органотропности). Примеры.Тип распределенияРавномерныйОстеотропный, или скелетный (накоплениев костной ткани)Гепатотропный,илипеченочный(накопление в печени)Нефротропный, или почечный (накоплениев почках)Тиреотропный (накопление в щитовиднойжелезе)Характерные примерыЦезий (137Cs)Стронций (90Sr), радий (226Ra)Плутоний (239Pu)Уран (238U)Йод (131I)Какая из этих групп радионуклидов удерживается в организме дольше всего.Уменьшение количества радионуклидов в организме осуществляется поэкспоненциальному закону в результате двух процессов: биологическоговыведения и радиоактивного распада.t ()tCt  C0  e эфф = C0  e биол расп .Константа λэфф называется константой эффективного выведения ипредставляет собой сумму константы биологического выведения λбиол иконстанты радиоактивного распада λрасп.

Вместо константы эффективноговыведения часто пользуются величиной эффективного периода полувыведения.Эффективный период полувыведения представляет собой время, в течениекоторого содержание радионуклида в организме (или в органе) снижаетсявдвое. Константа эффективного выведения и эффективный периодполувыведения связаны следующими соотношениями:0, 6930, 693Tэфф или эфф .эффTэффСоответственно:111или Tэфф  Tбиол  T распTэфф Tбиол T распTбиол  Tрасп  .Какой из двух параметров (Тбиол или Трасп) является определяющим для Тэфф вслучае долгоживущих радионуклидов и в случае короткоживущихрадионуклидов? Как преобразуется эта формула для 1) случая долгоживущихрадионуклидов и 2) для случая короткоживущих радионуклидов?ОТВЕТ: Из последней формулы видно, что эффективный периодполувыведения долгоживущих радионуклидов (т.е.

имеющих большой периодполураспада Tрасп) определяется в основном биологическим периодомполувыведения Tбиол, а эффективный период полувыведения короткоживущихрадионуклидов (т.е. имеющих небольшой период полураспада Tрасп)определяется в основном периодом полураспада Tрасп.Вид ионизирующего излучения.Какие виды ионизирующего излучения (из основных – гамма-, бета-, альфа)представляют наибольшую опасность при внешнем облучении, а какие – привнутреннем облучении и почему.ВидОпасность для организма4ионизирующегоизлучениягаммаизлучениебета-излучениеальфаизлучениепри внешнем облучениипри внутреннем облучении+++/-+20+В зависимости от пространственного распределение дозы ионизирующегоизлучения в организме облучение может быть общим (тотальным),субтотальное, парциальное, местное (локальное).

Какой из этих типов наиболееопасен при одинаковой поглощенной дозе и почему (общее облучение).Понятие равномерности облучения. Какое облучение принято считатьравномерным (при котором поглощенная доза в разных частях теларазличается не более чем на 10%).Временнóе распределение дозы ионизирующего излучения. Исключительноважное значение имеет временнóе распределение дозы. Основнымпоказателем, характеризующим распределение дозы во времени, являетсямощность дозы облучения, а также наличие или отсутствие перерывов воблучении.