Лекция (1) (1123235)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

Радиобиология(Радиационнаябиофизика)А.Г. Платоновк.б.н., доцент, ведущийнаучныйсотрудниккафедрыбиофизикиБиологическогоф-таМГУим. М.В.ЛомоносоваЛекция1ВведениеРадиобиология–наукаобиологическомдействииионизирующихизлучений,т.е. наукаодействииионизирующихизлученийнаживыеорганизмы.Термины«радиобиология» и«радиационнаябиология» –СИНОНИМЫ«Радиация» или«ионизирующееизлучение»?Внаучнойлитературедляобозначенияпонятия, котороенабытовомжаргоненазываютсловом«РАДИАЦИЯ», используюттермины«ИОНИЗИРУЮЩЕЕИЗЛУЧЕНИЕ», или«ИОНИЗИРУЮЩАЯРАДИАЦИЯ».Использованиетермина«радиация» дляобозначенияионизирующегоизлучениявнаучнойлитературесчитаетсянекорректнымиобычнонедопускается, т.к. вдействительности, термин«радиация» имеетболееширокоезначение, т.е.

существуетнетолькоионизирующаярадиация,ноисветоваярадиация, радиочастотнаярадиация, тепловаярадиацияит.д.Внастоящемциклелекцийпостараемсяпридерживатьсяправильнойнаучнойтерминологии, т.е. будемдалееиспользоватьтермин«ионизирующееизлучение» (ИИ).ОсновоположникирадиобиологиивРоссии(1)Биологическоедействиеионизирующихизлучений(ИИ) сталиизучатьпрактическисразупослеоткрытияX-лучейнемецкимфизикомВильгельмомРентгеномвдекабре1895 г.).ИРоссиявэтихисследованияхссамогоначалазанималапередовыепозиции.Ужевмарте1896 г.

приват-доцентПетербургскогоуниверситетаИванРамазовичТархнишвили(Тарханов, ТарханМоурави, 1846-1908) обнаружилэффектыXлучейнанекоторыефизиологическиесистемы(вчастности, нацентральнуюнервнуюсистему) организмалягушекинасекомых.ОсновоположникирадиобиологиивРоссии(2)В1903 г. ЕфимСеменовичЛондон(18681939), работавшийвПетербургевИнститутеэкспериментальноймедицины, впервыеустановил, чтоизлучениерадиявопределенныхдозахможетоказыватьлетальное(т.е.

смертельное) действиенамышей. Онбылпервымисследователем,показавшим, чтоподвлияниемизлучениярадиянаиболееранниеивыраженныеизмененияпроисходятвкроветворных,лимфоидныхиполовыхорганах. В1911 г. онопубликовалпервуювмиремонографиюпорадиобиологии«Радийвбиологииимедицине».ВидыионизирующихизлученийиихкраткаяхарактеристикаЧтотакоеионизирующееизлучение?Ионизирующимизлучениемназываютизлучение, взаимодействиекоторогосвеществом приводиткобразованиюположительноилиотрицательнозаряженныхионов.Ионизацияобычно происходитпутемотрываэлектронасвнешнихэлектронныхоболочекатома.Длябольшинствахимическихэлементов, входящихвсоставбиологическогоматериала, дляихионизациинеобходимаэнергияот10 до70 эВ.Электронвольт(эВ) –внесистемнаяединицаэнергии, широкоприменяемаяватомнойиядернойфизикедляэнергетическойхарактеристикичастициквантовэлектромагнитногоизлучения.1 эВпредставляетсобойкинетическуюэнергию, которуюприобретаетэлектрон, разогнавшисьвэлектрическомполесразностьюпотенциалов1В.1 эВ= 1,602 10 19 Дж.ИонизирующиеизлученияКорпускулярныеизлученияЭлектромагнитныеизлучения(ЭМИ)β-излучение-излучение-излучениеПротонноеизлучениеНейтронноеизлучениеНеионизирующиеэлектромагнитныеизлученияРентгеновскоеизлучениеУФ-излучениеВидимоеизлучениеИК-излучениеЭлектронноеизлучениеМикроволновоеизлучениеидр.РадиочастотноеизлучениеОсновныевидыионизирующихизлученийРассмотримпроисхождение, природуинекоторыефизическиехарактеристикиионизирующихизлучений, определяющиеособенностиихбиологическогодействия.Наиболееподробнорассмотримследующиевидыионизирующихизлучений:β-излучение,α-излучение,γ-излучение,рентгеновскоеизлучение.Происхождениеиприродаβ-излученияИзлучениевозникаетпри -распадерадионуклида.Нуклид–эторазновидностьатомовсострогоопределеннымчисломпротоновинейтроноввядре.Радионуклид(т.е.

радиоактивныйнуклид) –этонуклид, ядрокоторогонестабильно, т.е. распадается, превращаясьвядроатомадругогоэлемента.Различают излучениеи+излучение.Излучениепредставляетсобойпотокэлектронов(т.н. частиц),испускаемыхИЗАТОМНЫХЯДЕРпри - распадерадионуклида.Излучениепредставляетсобойпотокпозитронов(т.н. + частиц),испускаемыхИЗАТОМНЫХЯДЕРпри + распадерадионуклида.+Позитрон–античастицапоотношениюкэлектрону. Имеетзаряд+1.β-Распад-При распадеиспускаемыйизядраэлектронe- (т.н.

частица)возникаетприпревращениинейтронавпротон, чтосопровождаетсяобразованиемещеоднойчастицы—антинейтрино:Поэтомупри распадезарядатомногоядра(т.е. атомныйномер) увеличиваетсяна1 ед. (Z' = Z + 1), амассовоечислонеизменяется(A' = A):гдеX, X' — символыисходногоиобразующегосяядра.β-Распад+При + распадеиспускаемыйизядрапозитронe+ (т.н. +частица) возникаетприпревращениипротонавнейтрон, чтосопровождаетсяобразованиемещеоднойчастицы— нейтрино:Поэтомупри + распадезарядатомногоядра(т.е. атомныйномер) уменьшаетсяна1 ед.

(Z' = Z - 1), амассовоечислонеизменяется(A' = A):гдеX, X' — символыисходногоиобразующегосяядра.Энергетическаяхарактеристикаβ-излучения-Излучениехарактеризуетсянепрерывнымэнергетическимспектром:энергиииспускаемых частиц, аварьируютпочтиот0 донекоторогомаксимальногозначенияEмакс.Эточтообъясняетсятем, чтоневсяэнергия, высвобождающаясяпри распадедостается -частицам.При распадевысвобождающаясяэнергияраспределяетсямеждуэлектрономиантинейтрино, апри + распаде–междупозитрономинейтрино.Максимальнаяэнергия(Eмакс)частицобычнолежитвдиапазонеот10 кэВдо3 МэВ.ГрафическиесхемырадиоактивногораспадаРадиоактивныйраспаднаглядноможнопредставлятьввидеграфическихсхем.Вэтихграфическихсхемахверхняягоризонтальнаялинияпредставляетуровеньэнергииисходногорадиоактивногоядра, анижняялиния–уровеньэнергииосновногосостоянияобразующегосяядра.НадверхнейлиниейставитсясимволисходногохимическогоэлементаХиегомассовоечислоА.

ПоднижнейлиниейставитсясимволобразующегосяхимическогоэлементаХ' иегомассовоечислоА'.Разныетипырадиоактивныхраспадовизображаютсястрелкамиразнойформы, идущимикосовнизотверхнейгоризонтальнойлиниидонижней.Графическиесхемыβ-распадаиβ-распада-+Распадизображаетсясплошнойодинарнойстрелкой,направленнойкосовнизвправоотверхнейлиниикнижней.Распадизображаетсясплошнойодинарнойстрелкой,направленнойкосовнизвлевоотверхнейлиниикнижней.ОбразующийсянуклидX` стоитвпериодическойсистеменаодинномердальше, чемисходныйрадиоактивныйнуклидX (Z'=Z+1;A'=A).ОбразующийсянуклидX’стоитвпериодическойсистеменаодинномерближекееначалу, чемисходныйрадиоактивныйнуклидX (Z'=Z-1; A'=A).+Происхождениеиприродаα-излученияαИзлучениепредставляетсобойпотокαчастиц, образующихсяприαраспадерадионуклидов.α-Распадзаключаетсявтом, чтоизядрарадионуклидавыбрасываетсячастица(называемаяα-частицей), котораясостоитиздвухпротоновидвухнейтронов, т.е.

представляетсобойядроатомагелия:Приα-распадеатомныйномеруменьшаетсяна2 единицы(Z' = Z –2),массовоечислоA — на4 единицы(A' = A –4).Схемаα-распадавобщемвидевыглядиттак:гдеX, X' — символыисходногоиобразующегосяядра.Графическаясхемаα-распада-Распадизображаетсясплошнойдвойнойстрелкой, направленнойкосовнизвлево.ОбразующийсяприэтомнуклидX’стоитвпериодическойсистеменадваномераближекееначалу, чемисходныйрадиоактивныйнуклидX (Z'=Z–2; A'=A–4).Энергетическаяхарактеристикаα-излученияα-Частицы–этовысокоэнергетичныечастицы.Привыходеизядраα–частицыимеютначальнуюкинетическуюэнергиювосновномвдиапазонеот2 МэВдо11 МэВ.Спектрαизлучения(т.е. энергетическаязависимостьчастотывстречаемостиα-частиц) являетсялинейчатым(дискретным).Частопри распадеиспускаетсянеодна, анесколькогруппчастиц, каждаяизкоторыхобладаетопределеннойэнергией, иследовательноэнергетическийспектрсостоитизнесколькихдискретныхлиний.Энергетическийспектрα-излученияγ-Излучениеирентгеновскоеизлучениеγ-излучениеирентгеновскоеизлучениеявляютсяионизирующимиэлектромагнитнымиизлучениями.Основноеотличиеγ- ирентгеновскогоизлученийзаключаетсяВИХПРОИСХОЖДЕНИИ!!!γ-излучениеИЗЛУЧЕНИЕ— этоэлектромагнитноеизлучение, возникающее:1) приядерныхпревращениях(вчастности, прирадиоактивномраспаде) –т.е.

имеетядерноепроисхождение.2) прианнигиляциичастицыиантичастицы(например, электронаипозитрона).Радиоактивныйраспадатомногоядраобычносопровождаетсяγ-излучениемПрилюбомвидерадиоактивногораспадаобразовавшеесяврезультатерадиоактивногораспададочернееядровбольшинствеслучаевнаходитсяввозбужденномэнергетическомсостоянии.Сбросизбыточнойэнергииосуществляетсяпутемиспусканиявозбужденнымядромквантовэлектромагнитногоизлучения, получившегоназваниеγ-квантов, илиγ-излучения.Награфическихсхемахрадиоактивногораспадаγ-излучениеизображаетсяввидестрелки, направленнойвертикальновниз.Пример:Приβ-распаде60Co (являетсяосновнымисточникомγизлучения, применяемымвтехникеимедицине) излучаютсяγквантысэнергиями1,17 и1,33 МэВ.Примеризлученияγ-квантовприα-распадеЭнергетическаяхарактеристикаγ-излученияЭнергия квантовразличныхγизлучателейварьируетвосновномот10 кэВдо3 МэВ, нопринекоторыхядерныхреакцияхможетдостигать20 МэВ.Спектрγизлучения(т.е.

зависимостьчастотывстречаемостиквантовотихэнергии) являетсялинейчатым(дискретным), т.е.состоитиздискретныхлиний. Объясняетсяэтотем, чтоядрамогутнаходитсятольковопределенныхэнергетическихсостояниях, ипереходизодногосостояниявдругоепроисходитскачкообразно.Излучателиредкоимеютоднулиниювспектреγ-излучения(т.е.редкоявляютсямоноэнергетическими, илимонохроматическими)иобычнохарактеризуютсяопределеннымнаборомлиний.Энергетическийспектрγ-излученияЭнергетическийспектрγ-излучения226Raγ-квантыобразуютсяприаннигиляциичастицыиантичастицыАННИГИЛЯЦИЯПАРЫ (отлат. annihilatio — уничтожение,исчезновение) — одинизвидовпревращенийэлементарныхчастиц, которыйпроисходитпристолкновениичастицысантичастицейиприводиткихвзаимномуисчезновениюсобразованиемквантовэлектромагнитногоизлучения(такженазываемых γквантами, илиγ-излучением).Напримерприаннигиляциипарыэлектрон—позитронобразуютсяобычно2 γкванта(разлетающихсявпротивоположныхнаправлениях), энергиякаждогоизкоторыхсоставляет0,511 МэВ, чтоявляетсяэнергетическимэквивалентоммассыпозитронаиэлектрона.РентгеновскоеизлучениеРентгеновскоеизлучение— электромагнитноеизлучение,возникающее:1) приторможениибыстрыхэлектроноввполеядраатомавещества(этот.н.

тормозноерентгеновскоеизлучение; оноимеетнепрерывныйспектр);2) припереходахэлектроновсвнешнейоболочки(т.е. сболеевысокойпоэнергииоболочки) наимеющуюсявакансиюнавнутреннейоболочке. Этот.н. характеристическоерентгеновскоеизлучение; оноимеетлинейчатыйспектр.Энергияквантахарактеристическогорентгеновскогоизлученияравнаразностимеждуэнергиями, характернымидляэтихдвухэлектронныхоболочек.ТормозноерентгеновскоеизлучениеПадающийэлектронскинетическойэнергиейE, пролетаявблизиядра,испытываетдействиесилыпритяжениякядру. Траекторияэлектронапретерпеваетизменениенаправления, асамэлектронприэтомтормозится,врезультатечегопроисходитиспусканиеквантаЭМИ, энергиякоторогоравнаразностимеждукинетическимиэнергиямипадающегоэлектронадопопаданиявэлектрическоеполеэтогоядраипослевыходяизнего(Eкв= E–E').ХарактеристическоерентгеновскоеизлучениеЕслинавнутреннейэлектроннойорбите(оболочке) имеетсявакансия, тоэлектрон,находящийсянаболеевысокойэлектроннойорбите(оболочке),переходитнаэтувакансию.ЕгоизбыточнаяэнергиясбрасываетсяввидеквантаЭМИ,получившегоназвание"характеристическоерентгеновскоеизлучение" .Прикакихсобытияхпоявляетсявакансиянавнутреннейэлектроннойоболочке?Вакансиянавнутреннейоболочкепоявляется:1) придействиипроходящегочерезвеществоэлектрона, когдаонвыбиваеторбитальныйэлектронсоднойизвнутреннихэлектронныхоболочекатома;2) придействиипроходящегочерезвеществогамма-кванта,когдаонвыбиваеторбитальныйэлектронсоднойизвнутреннихэлектронныхоболочекатома;3) приодномизвидов распада— т.н.

электронномзахвате,когдаядроматомазахватываетсяорбитальныйэлектрон(чащевсегосK оболочки, режесL оболочки).ЭлектронныйзахватЭлектронныйзахватрассматриваюткакодинизвидовβ–распадаиликаксамостоятельныйвидрадиоактивногораспада.Приэлектронномзахватеатомнымядромзахватываетсяорбитальныйэлектрон, чащевсегосближайшейкядруКоболочки(Кзахват), илив100 разреже— сL оболочки(L захват). Захваченныйэлектронвзаимодействуетспротономсобразованиемнейтронаинейтрино:Награфическойсхемеэлектронныйзахватизображаетсяпунктирнойстрелкой, направленнойкосовнизвлево.Образующийсяприэтомнуклидстоитвпериодическойсистеменаодинномерближекееначалу, чемисходныйрадиоактивныйнуклид(Z'=Z–1; A'=A).ПримерэлектронногозахватаЭнергетическаяхарактеристикарентгеновскогоизлученияЭнергиярентгеновскогоизлученияобычнолежитвпределахот0,12 кэВдонесколькихсотенкэВ.Вмедицинскихрентгеновскихтрубкахобычнонепревышает250 кэВ.НонасовременныхускорителяхможетгенерироватьсятормозноерентгеновскоеизлучениесэнергиейдонесколькихсотенидажетысячМэв.ЭнергетическийспектррентгеновскогоизлученияотрентгеновскойтрубкиТормозноерентгеновскоеизлучениеимеетнепрерывныйэнергетическийспектр, ахарактеристическоерентгеновскоеизлучение–линейчатыйэнергетическийспектр.ГраницамеждуионизирующиминеионизирующееЭМИВкачествеграницымеждуионизирующиминеионизирующимЭМИпринимаютзначениеэнергиикванта, равное12,5 эВ (чтосоответствуетэнергиикванта, необходимойдляионизациимолекулыH2O)Посколькугдеc –скоростьсвета(3 ·108 м/с),h –постояннаяПланка(6,626 ·10-34 Дж·с),1 Дж= 6,24 ·1018 эВ,получаем, чтозначениюэнергиикванта12,5 эВсоответствуетдлинаволны100 нм:УФ-излучениеУФ-излучение— этоЭМИвдиапазонеот10 нмдо400 нм.Т.о., исходяизтого, что100 нм–этограницамеждуионизирующиминеионизирующимЭМИ, следует, чтонизковолновуюобластьУФ-излучения(10-100 нм) можноотнестикионизирующимизлучениям).UVAВакуумноеУФ-излучениеUVCВидимыйсветUVBUVA210 нм100 нм200 нмИонизирующееЭМИ280 нмUVA1315 нм 340 нм(вЕвропе)320 нм(вСША)400 нмДвеважнейшиехарактеристикиионизиурующихизлученийОченьважнымихарактеристикамиионизирующихизлучений, взначительнойстепениопределяющимиихбиологическиеэффекты, являются:1) Проникающаяспособность(пробег)2) Линейнаяпередачаэнергии(илисвязаннаяснейлинейнаяплотностьионизации).Понятие«пробега» длякорпускулярногоизлученияДляхарактеристикипроникающейспособностикорпускулярныхионизирующихизлученийиспользуютпонятие«пробег».Подпробегомионизирующейчастицывкакой-либосредепонимаютминимальнуютолщинуслояэтойсреды, котораяполностьюзадерживает(т.е.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов лекций