А.А. Абрамов, Г.А. Бадун - Методическое руководство к курсу Основы радиохимии и радиоэкологии (1133870), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Эффективность регистрации длянизкоэнергетических излучателей достаточно высока, так для трития до 60%,С и 35S до 98 %, а для более высокоэнергетичных –-излучателей и -частиц14она приближается в 100%(ПГ)Рис. 2.7. Зависимость эффективности регистрации бета-частиц 3H,14Cиальфа-частиц 239Pu от параметров гашения.Принципиальная электронная схема регистрации ЖС мало отличается отэлектронной схемы -спектрометра.В отличии от -спектрометра ЖС содержит по меньшей мере 2 ФЭУ илиболее, между которыми находятся флакон со сцинтилляционным раствором(рис.
2.8).После усиления сигналов они попадают в систему быстрых совпадений,которая пропускает только те сигналы, которые поступают одновременно отдвух ФЭУ, т.е. связанных со световыми импульсами, полученными за счетпередачи энергии раствору частицами. Таким образом, система отсекает всешумовые токи, возникающие в электронной схеме ФЭУ, значительноуменьшает фон и увеличивает эффективность регистрации.49Процессы, протекающие в жидких сцинтилляторах, составляют десяткинаносекунд,чтопозволяетопределятьскоростидо 106 имп/мин.ФЭУ 1ФЭУ 2Внешний стандартУсилитель 1Схема быстрыхсовпаденийСумматорАнализаторформы импульсаАмплитудныйанализаторКомпьютерРис.
2.8. Блок-схема ЖС-спектрометра.50Усилитель 2счета3. БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙИ РАДИАЦИОННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬРадиоактивные излучения (γ-излучение и потоки заряженных частиц)приводят к ионизации вещества, в котором распространяются. В результатеобразуется большое число ионов и возбужденных молекул или атомов, которыеинициируют целый каскад химических реакций. Если эти процессы происходятв живых организмах, то серьезные изменения их функционирования могутнаступить при столь малых воздействиях, которые практически нельзязафиксировать без использования специального оборудования.
Поэтому работасисточникамиионизирующегоизлучениятребуетнеукоснительногособлюдения особых правил. Вместе с тем малые дозы излучения постоянновоздействуют на человека при повседневной жизни. Существует естественныйрадиационный фон, включающий внешнее и внутреннее облучение организма.Радиация является одним из естественных факторов окружающей среды.Ионизирующие излучения возникают и используются в производственнойдеятельности, очень эффективно применение радионуклидов и ионизирующихизлученийвионизирующихмедицине.излученийПоэтомунаэлементарныеживыеорганизмызнанияповлияниюнеобходимылюбомуобразованному человеку, дабы не возникало фобий и предрассудков, связанныхсо словом «радиация».3.1. Краткие сведения о действии ионизирующего излученияна живые организмыБиологическое действие ионизирующего излучения характеризуетсярядомобщихзакономерностей.Во-первых,серьѐзныенарушенияжизнедеятельности вызываются ничтожно малыми количествами поглощаемойэнергия.
При прочтении этого пособия вы сами сможете рассчитать, что приоблучении смертельной дозой ионизирующего излучения преобразованиепоглощенной энергии в тепло привело бы к нагреву тела всего на 0,003°С. Дляобъяснения этого явления была разработана теория мишени, согласно которой51лучевое повреждение развивается при попадании энергии в особеннорадиочувствительную часть клетки — «мишень».Биологическое действие ионизирующего излучения осуществляется нетолько на подвергнутый облучению организм, но может влиять и напоследующие поколения, что объясняется действием на наследственныйаппарат.
Такая особенность действия ионизирующего излучения требуетособого внимания и активно изучается, так как эти знания необходимы дляправильного выбора развития человеческого сообщества и выработки правилзащиты организма от излучений.Даже при значительных дозах облучения для биологического действияионизирующего излучения характерен скрытый (латентный) период, то естьразвитие лучевого поражения наблюдается не сразу. Продолжительностьлатентного периода увеличивается со снижением дозы облучения и изменяетсяот нескольких часов (при очень больших дозах – нескольких минут) додесятков лет.
Продолжительность латентного периода может зависеть отрадиочувствительности организма и способа облучения.Под действием ионизирующего излучения непосредственно (потоки α- иβ-частиц, протонов и других заряженных частиц) или посредством непрямого(косвенного) механизма (γ-кванты, нейтроны) происходит ионизация молекул,возбуждение молекул и образование радикалов. Созданные частицы оченьреакционноспособны и вступают в различные химические реакции.Рассмотрим кратко основные процессы, протекающие при действииионизирующего излучения на примере радиолиза воды. При ионизациимолекулводывприсутствиикислородавозникаютгидратированныеэлектроны, активные радикалы (ОН- и др.), а также молекулы перекисиводорода. Особую роль в живых организмах играют образующиеся поддействием ионизирующего излучения достаточно устойчивые супероксидныерадикалы HȮ2.
Ниже приведены основные реакции радиолиза воды.52Н2O ==> H2O+ + еН2O+ + H2O --> H3O+ + OHe- + H2O --> H2O- --> H + OHНО + ОН --> Н2О2H + O2 --> HȮ2Как известно, вода - это самое распространенное соединение в живыхорганизмах. Содержание воды в животных клетках составляет около 70 %.Вода заполняет межклеточные пространства и представляет собой среду, вкоторой протекают биохимические реакции, диффундируют вещества, воднаясреда определяет структуру и взаимодействия биологических макромолекул.Поэтому процессы радиолиза воды играют важнейшую роль при облученииживыхорганизмов.реагируютсОбразующиесябиомолекулами,промежуточныеизменяяихрадикалы(окисление,иионызамещениефункциональных групп, деструкция, сшивка полимеров).
Кроме того возможнои прямое действие излучения на органические молекулы живых организмов.Промежуточные радикалы в присутствии кислорода воздуха могут дать началоцепным реакциям окисления, что во много раз увеличивает количествоизмененных молекул. Большое значение имеет также миграция энергиивозбуждения в молекулах биополимеров. В результате возбуждение молекулы,происшедшее в любом ее месте, может привести к поражению еѐ активногоцентра, например, к инактивации ферментов.Указанные выше физические и физико-химические процессы поглощенияэнергии и ионизации молекул происходят за доли секунды.
Последующиебиохимические процессы лучевого повреждения развиваются медленнее.Образовавшиеся активные радикалы нарушают нормальные ферментативныепроцессы в клетке. В результате цепных реакций, возникающих припоглощении энергии излучения, изменяются как макромолекулы (ДНК,ферменты и др.), так и сравнительно малые молекулы (аденозинтрифосфорнаякислота, коферменты и др.). Это приводит к нарушению ферментативных53реакций, физиологических процессов и клеточных структур. В итогенарушается нормальная деятельность клеток, органов и организма в целом.Особенно чувствительны к действию радиации клетки в период деления идифференцировки.
Это означает, что наиболее слабым звеном в цепибиохимическихпроцессов(мишенью)являетсясинтездезоксирибонуклеиновых кислот (ДНК) в интенсивно делящихся клетках. Ворганизме человека к такими «мишеням» можно отнести клетки эпителияжелудочно-кишечного тракта, кроветворные клетки, клетки иммунной системыи клетки половых органов. Также наиболее опасным будет облучение детскихорганизмовибеременныхженщин.Навысокойчувствительностикповреждающему действию ионизирующего излучения быстро делящихсяклеток основано лечение онкологических заболеваний путем облученияразличными источниками ионизирующего излучения.
При радиотерапиирастущая ткань опухоли погибает при дозах облучения, которые ещевыдерживают нормальные здоровые ткани.Ионизирующие излучения при воздействии на организм человека можетвызвать два вида эффектов, которые клинической медициной относятся кболезням: детерминированные пороговые эффекты (лучевая болезнь, лучевойдерматит, лучевая катаракта, лучевое бесплодие, аномалии в развитии плода идр.)истохастические(злокачественныеопухоли,(вероятностные)лейкозы,беспороговыенаследственныеэффектыболезни).Эффектоблучения зависит от величины поглощенной дозы, ее мощности, видаизлучения, от того какие ткани и органы облучаются.
Для того, чтобыохарактеризоватьбиологическуюопасностьрадиоактивныхизлученийнеобходимо ввести соответствующие количественные характеристики. Дляколичественной оценки действия ионизирующего излучения применяютспециальные величины, для измерения которых используют единицы в системеСИ и внесистемные единицы.543.2.Основные понятия дозиметрии ионизирующих излученийПервичным процессом, дающим начало последовательности физикохимических преобразований в облучаемом веществе и приводящим кнаблюдаемымрадиационнымэффектамявляетсяпоглощениеэнергииионизирующего излучения. Соответственно, прежде всего, необходимосопоставить наблюдаемые эффекты с количеством поглощенной энергии, чтохарактеризуется поглощенной дозой.Доза поглощенная (D) - величина энергии ионизирующего излучения,переданная веществу:D = dE/dm(3.1)где: dЕ - средняя энергия, переданная ионизирующим излучениемвеществу, находящемуся в элементарном объеме, dm - масса вещества в этомобъеме.
Энергия может быть усреднена по любому определенному объему, и вэтом случае средняя доза будет равна полной энергии, переданной объему,деленной на массу этого объема. В единицах СИ поглощенная доза измеряетсяв джоулях, деленных на килограмм (Дж/кг), и имеет специальное название Грей (Гр) [Gray (Gy)].1 Гр = 1 Дж/кгДосихпорприменяетсявнесистемнаяединицарад. Ванглийскойобладаютразличнымтранскрипции rad (radiation adsorbed dose).1 рад = 0,01 ГрРазличныевидыионизирующихизлученийбиологическим действием при одинаковой поглощенной дозе. Для оценкивозможного ущерба здоровью человека в условиях хронического облученияпри действии различных излучений введено понятие эквивалентной дозы.55Доза эквивалентная (HT,R) - поглощенная доза в органе или ткани,умноженная на соответствующий взвешивающий коэффициент для данноговида излучения, WR:HT, R = WRxDT,R(3.2)где: DT,R- средняя поглощенная доза в органе или ткани T, WR - взвешивающийкоэффициент для излучения R.Единицей эквивалентной дозы является Зиверт (Зв) *Sievert (Sv)]Внесистемная единица бэр (биологический эквивалент рентгена), английскаятранскрипция rem (roentgen equivalent in man)1 бэр = 0,01 ЗвВзвешивающие коэффициенты для отдельных видов излучения при расчетеэквивалентнойдозы(WR)учитываютотносительнуюэффективностьразличных видов излучения в индуцировании биологических эффектов.
Ранееих называли также коэффициентами качества. В таблице 3.1 приведенывзвешивающие коэффициенты для различных типов излучений.Для оценки меры риска возникновения отдаленных последствийоблучения всего тела человека и отдельных его органов и тканей с учетом ихрадиочувствительности используют эффективную дозу.Доза эффективная (E) представляет сумму произведений эквивалентнойдозы в органах и тканях на соответствующие взвешивающие коэффициенты:HT,R-∑(3.3)эквивалентная доза в органе или ткани T, WT-взвешивающийкоэффициент для органа или ткани T.Единица эффективной дозы - Зиверт (Зв) [Sievert (Sv)].В настоящее время для оценок радиогенного риска принято использоватьэквивалентные дозы, а эффективная доза служит для регламентированияоблучения при обеспечении радиационной безопасности.56Таблица 3.1Взвешивающие коэффициенты (WR) для различных типов излучений.Вид излучения и диапазон энергийWRФотоны всех энергий1Электроны и мюоны всех энергий1Нейтроны с энергией < 10 кэВ5Нейтроны от 10 до 100 кэВ10Нейтроны от 100 кэВ до 2 МэВ20Нейтроны от 2 МэВ до 20 МэВ10Нейтроны > 20 МэВ5Протоны с энергий > 2 МэВ (кроме протонов отдачи)5α-частицы, осколки деления и другие тяжелые ядра20Таблица 3.2Взвешивающие коэффициенты (WT) для тканей и органов при расчетеэффективной дозы.Ткань или органТкань или органWTWTПоловые железы0,20Печень0,05Красный костный мозг0,12Пищевод0,05Толстый кишечник0,12Щитовидная железа0,05Легкие0,12Кожа0,01Желудок0,12Поверхность костей0,01Мочевой пузырь0,05Остальные органы0,05Молочные железы0,0557Вкачествеколичественноймерывзаимодействиякосвенноионизирующего излучения (γ-кванты, нейтроны) с веществом используетсякерма (kerma - kinetic energy released in material)K = dE/dm(3.4)dE – полная кинетическая энергия заряженных частиц, высвобожденная вэлементарном объеме; dm - масса этого объема.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
