Экзаменационные вопросы и основные моменты, которые должны быть отражены в ответах студентов на эти вопросы

Раздел «РАДИАЦИОННАЯ БИОФИЗИКА»из общего курса «Биофизика»Экзаменационные вопросы и основные моменты,которые должны быть отражены в ответахстудентов на эти вопросы1.Виды ионизирующих излучений. Общая физическаяхарактеристика. Граница между ионизирующим инеионизирующим электромагнитным излучением.Ионизирующие излучения делятся на корпускулярные(бета-, альфа- и др.) и электромагнитные ионизирующие(гамма- и рентгеновское) излучения.Происхождение основных видов ионизирующих излучений(альфа-, бета-, гамма-, рентгеновского). В чем заключаетсяосновное отличие гамма- и рентгеновского излучений? (Впроисхождении).Основная физическая характеристика (заряд, масса,энергия) ионизирующих излучений.За границу между ионизирующим и неионизирующимэлектромагнитным излучением принимается 12,5 эВ –соответствует энергии кванта, необходимой для ионизациимолекулы воды.

Энергия 12,5 эВ соответствует длиневолны примерно 100 нм по формуле (E=hc/λ).Проникающая способность гамма- и рентгеновскогоизлучений. Слой половинного ослабления (d1/2) в воде (илиживой ткани) (ориентировочно 10 см для гамма-излучения60Co и 5,5 см для рентгеновского излучения с энергией 180250 кэВ, характерного для обычных медицинскихрентгеновских трубок).Ориентировочные значения пробега альфа- и бетаизлучений в воде (или живой ткани).

(130 мкм для альфаизлучения с энергией 10 МэВ и 1-1,5 см для бета-излученияс энергией 1 МэВ).Понятие линейной плотности ионизации (ЛПИ, обычновыражается в количестве пар ионов, образующихся на мкм2пути) и линейной передачи энергии (ЛПЭ, ЛПЭ = 34 хЛПИ, где 34 эВ – средняя энергия необходимая дляобразования пары ионов). Ориентировочные значения ЛПИ(для рентгеновского, гамма-, бета-излучений – десятки парионов на мкм пути, для альфа-излучения – тясячи парионов на мкм пути).Проникающая способность (или пробег), а также ЛПЭ(ЛПИ) – важные характеристики ионизирующихизлучений, определяющие их биологические эффекты.Отметить отличия в опасности разных видов излученийпри внешнем и внутреннем облучении (гамма-излучениеодинаково опасно при внутреннем и внешнем облучении;бета-излучение при внутреннем облучении гораздо опаснеечем при внешнем облучении; альфа-излучение привнешнем облучении практически мало опасно, но привнутреннем облучении альфа-излучение крайне опасно, в20 раз опаснее, чем гамма- или бета-излучения).

Основнаяпричина большей опасности плотноионизирующегоизлучения (например, альфа-излучения) заключается вгораздо более высокой вероятности возникновениянерепарируемых (или плохо репарируемых) двунитевыхразрывов ДНК.2.Дозы ионизирующих излучений (экспозиционная,поглощенная, эквивалентная, эффективная) и ихединицы. Мощность дозы.Определения экспозиционной, поглощенной,эквивалентной и эффективной дозы.

Единицы(внесистемные и в Международной системе единиц,их соотношение).Относительная биологическая эффективность (ОБЭ)разных видов ионизирующих излучений.Взвешивающие коэффициенты для разных видовионизирующих излучений WR (вводятся вопределении эквивалентной дозы) как частный3случай ОБЭ. Определение: Взвешивающиекоэффициенты для различных видов излучений WRпредставляют собой регламентированные значенияОБЭ разных видов ионизирующих излучений,установленные в целях оценки радиационнойопасности данных видов излучений для человека вотношении возникновения отдаленныхнеблагоприятных эффектов (т.е. эффектов,возникающих в результате воздействияотносительно низких доз хронического иликратковременного облучения).

Т.е. WR – это частныйслучай ОБЭ: 1) только для человека!!! 2) только вотношении отдаленных неблагоприятных эффектов(т.е. только для низких доз ионизирующегоизлучения)!!!Значения взвешивающих коэффициентов для разныхвидов излучений, указанные в современных НРБ(Нормах радиационной безопасности): для гамма-,рентгеновского, бета-излучений – 1, для альфаизлучения – 20, для протонного излучения – 5, длянейтронного излучения – от 5 до 20 в зависимости отэнергии).Взвешивающие коэффициенты для разных органов итканей WT (вводятся в определении эффективнойдозы).

В чем заключается биологический смысл этихкоэффициентов (см. определение). Определение:Взвешивающие коэффициенты WT представляютсобой относительный вклад различных органов илитканей в общий риск (вероятность) возникновенияотдаленных неблагоприятных эффектов в организмепри равномерном облучении тела человека.Наиболее высокие значения WR установлены (всовременных Нормах радиационной безопасности)для следующих органов и тканей человека: гонады –40,20, красный костный мозг, толстая кишка, легкие ижелудок – по 0,12.Области применения понятий доз ионизирующегоизлучения:Поглощенная доза – основная дозиметрическаявеличина.

Именно ее надо использовать приописании лучевых эффектов у различныхбиологических объектов, при описании воздействияизлучения на опухоль (при радиотерапии), приописании лучевой болезни у человека.Понятия эквивалентной и эффективной дозыиспользуются только при нормированиирадиационной безопасности для человека ирадиационном контроле. В Нормах радиационнойбезопасности эффективная и эквивалентная дозы –это основные нормируемые величины.Экспозиционная доза – это характеристика поляэлектромагнитного ионизирующего излучения (т.е.гамма- и рентгеновского). Используется для оценкит.н. "радиационного фона" (независимо отнахождения в этом поле облучаемых объектов).3.Основные радиационные факторы, определяющиерадиобиологические эффекты: место расположенияисточника излучения по отношению к облучаемомуобъекту, вид ионизирующего излучения, дозаоблучения (основные характеристики дозовойкривой гибели), пространственное распределениедозы облучения в организме, временнóераспределение дозы облучения.Место расположения источника излучения поотношению к облучаемому объекту: внешнееоблучение, внутреннее облучение (от попавших5внутрь организма радионуклидов), комбинированноеоблучение.Путипоступленияворганизмрадионуклидов.Понятиеорганотропностираспределения радионуклидов в организме.

5 группрадионуклидов в зависимости от типа распределенияв организме (органотропности). Примеры.Тип распределенияРавномерныйОстеотропный, или скелетный(накопление в костной ткани)Гепатотропный,илипеченочный (накопление впечени)Нефротропный, или почечный(накопление в почках)Тиреотропный (накопление вщитовидной железе)Характерные примерыЦезий (137Cs)Стронций (90Sr), радий (226Ra)Плутоний (239Pu)Уран (238U)Йод (131I)Какая из этих групп радионуклидов удерживается ворганизме дольше всего. Уменьшение количестварадионуклидов в организме осуществляется поэкспоненциальному закону в результате двухпроцессов:биологическоговыведенияирадиоактивного распада.t()tCt  C0  e эфф = C0  e биол расп .Константаλэффназываетсяконстантойэффективного выведения и представляет собойсумму константы биологического выведения λбиол иконстанты радиоактивного распада λрасп.

Вместоконстантыэффективноговыведениячастопользуются величиной эффективного периодаполувыведения.Эффективныйпериодполувыведения представляет собой время, в течениекоторого содержание радионуклида в организме(или в органе) снижается вдвое. Константаэффективного выведения и эффективный период6полувыведениясоотношениями:Tэфф связаны0, 693эффилиэфф следующими0, 693.TэффСоответственно:1Tэфф1Tбиол1T распилиTэфф  Tбиол  T распTбиол  Tрасп  .Какой из двух параметров (Тбиол или Трасп) являетсяопределяющим для Тэфф в случае долгоживущихрадионуклидов и в случае короткоживущихрадионуклидов? Как преобразуется эта формула для1) случая долгоживущих радионуклидов и 2) дляслучая короткоживущих радионуклидов?ОТВЕТ: Из последней формулы видно, чтоэффективный период полувыведения долгоживущихрадионуклидов (т.е.

имеющих большой периодполураспада Tрасп) определяется в основномбиологическим периодом полувыведения Tбиол, аэффективныйпериодполувыведениякороткоживущих радионуклидов (т.е. имеющихнебольшой период полураспада Tрасп) определяется восновном периодом полураспада Tрасп.Вид ионизирующего излучения.Какие виды ионизирующего излучения (из основных– гамма-, бета-, альфа) представляют наибольшуюопасность при внешнем облучении, а какие – привнутреннем облучении и почему.ВидионизирующегоизлученияОпасность для организмапри внешнем при внутреннемоблученииоблучении7гаммаизлучениебета-излучениеальфаизлучение+++/-+20+В зависимости от пространственного распределениедозы ионизирующего излучения в организмеоблучение может быть общим (тотальным),субтотальное, парциальное, местное (локальное).Какой из этих типов наиболее опасен приодинаковой поглощенной дозе и почему (общееоблучение).