Тема 6. Биологическое действие ионизирующих излучений

Вопросы:

1.Этапы действия ионизирующих излучений.

Механизм биологического действия и.и.

2.Действие доз радиации

3.Радионуклиды и растительный мир

4.Влияние радионуклидов на животных

Вступление

Под биологическим действием и.и. – понимают связанную с облучением совокупность морфологических и функциональных изменений в живом организме.

Все излучения обладают биологическим действием, т.е. способностью вызывать изменения в клетках тканей и органов организма.

Для биологического действия и.и. в отличие от результатов на неживые объекты характерны ряд особенностей:

1) Эффекты, связанные с облучением, обусловлены не столько кол-вом поглощенной энергии, сколько формой ее передачи;

(Ни тепловая ни электрическая энергия, поглощенная биологической тканью в таком же кол-ве как и.и. не вызывает таких изменений, как и.и.).

2)Действие и.и. на организм в малых дозах не ощутимо человеком. У людей отсутствуют органы чувств, которые воспринимали бы и.и.

(Дозиметрические приборы – это дополнительный орган чувств, который позволяет регистрировать и.и.).

3) Существует так называемый скрытый (латентный период) первых симптомов облучения, продолжительность которого снижается при увеличении Дозы.

4)Эффекты действия длительных актов облучения суммируются, а полученная доза накапливается.

5)Органы живого организма, а также организмы в целом обладают различной чувствительностью к воздействию и.и.

Этапы действия и.и.

Действие и.и. на биологические объекты можно разделить на несколько этапов:

- физический, - физико-химический, - биохимический, ранние биоэффекты, отдаленные биологические эффекты.

1.1.Физический (начальный) этап– длится 10^-16-10^-13с.

К и.и. относятся: пучки элементарных частиц, ядер, ионов, а также ЭМИ (рентгеновское иg-излучение радиоактивных элементов), а также тормозное излучение, возникающее при прохождении через вещество заряженных частиц.

Большинство из них имеют заряд: b-частицы (электроны, позитроны), протоны (ядра атома водорода), a-частицы (ядра атома Не), а также различные ионы.

Но: Есть и нейтральные частицы – нейтроны. Они не могут участвовать в процессах, зависящих от электрического заряда. Однако, нейтроны, взаимодействующие с ядрами вызывают испускание протонов и g-квантов. Поскольку нейтроны и ЭМИ не участвуют непосредственно в ионизации атомов и молекул, то их называют косвенно ионизирующими.

При прохождении через вещество заряженные частицы теряют свою Е, вызывая возбуждение и ионизацию встречающихся на их пути атомов. Этот процесс продолжается до тех пор, пока общий запас Е частиц не становится настолько малым, что они утрачивают свою ионизирующую способность.

Если это (е), то он захватывается каким-либо атомом с образованием отрицательного иона. Кроме этого, в поле положительного заряженного ядра b-частица резко тормозится и теряет при этом часть своей энергии – Эта энергия (Е) излучается в виде тормозного рентгеновского излучения.

Р.и., g-изл., торм. излуч. – отличаются друг от друга происхождением и имеют свой диапазон Е, хотя границы диапазонов обычно не определены, т.е. условны.

Основными процессами, сопровождающими прохождение фотонного (ЭМИ) излучения через вещество являются:

а)фотоэффект; б)Комптон-эффект; в)рождение позитрон-электронной пары.

а)фотоэффект (взаимодействие с веществом ЭМИ с малой Е) – это процесс при котором атом полностью поглощает g-квант с энергией h_nииспускает е(электрон) с кин. энергиейЕ_е=h_n-u_i, где u_i - энергия связи электрона на i-той оболочке, h_n- энергия g-кванта.

б)Комптон-эффект – это процесс при котором g-квант, взаимодействуя с электроном, передает ему часть своей энергии и рассеивается под некоторым углом, а электрон покидает атом с КЭ: Е_е=h_n-u_i-h_n^/, где h_n^/- энергия g-кванта после частицы.

в)рождение позитрон-электронной пары– это процесс при котором g-квант вблизи ядра превращается в пару частиц- электрон и позитрон, которые приобретают соответствующие КЭ: Е_е и Е_р.

Таким образом: при прохождении и.и. через вещество происходит ионизация или возбуждение (на один акт ионизации происходит несколько актов возбуждения) атомов и молекул вещества либо непосредственно заряженных частиц (a,b), либо опосредовано через взаимодействие атомов вещества с вторичными заряженными частицами (возн. в сложных процессах).

Однако: Деструктивное действие радиации нельзя объяснить только ионизацией и возбуждением атомов и молекул. поскольку его энергия по тепловому эффекту очень мала: так смертельная доза 10Гр=1000рад на все тело, но ей соответствует тепловая энергия, которая позволяет нагреть тело человека на 0,001⁰С, что соответствует употреблению 1чашке горячего чая.

h_n .                                        Е_еЕ_еh_n^/

Е_ерис.6.1. а)Е_е=h_n-u_i; б)Е_е= h_n-u_i- h_n^/; в) h_n=Е_е + Е_р.

Е_р .

Не может объяснить действие радиации и непосредственная ионизация атомов, поскольку при дозах облучения организма, которые вызывают значительные его повреждения и даже его гибель, относительное количество возникающих ионов незначительно.

Пример:Однократное облучение дозой 6Гр для человека соответствует образованию приблизительно 10¹⁵ионов/см³ ткани, что в пересчете на ионизацию молекул воды составляет дополнительно 1 пару ионов на 10млн. молекул воды, что значительно ниже естественного уровня ионизованности воды в организме. ÞБиологическое действие и.и подразумевает существование др. этапов, значительно усиливающих первоначальное воздействие излучения на физическом этапе.

В основе инактивации молекул лежит прямой и косвенный механизмы действия радиации.