Реферат

Біологічна дія

радіобіологічних випромінювань

Біологічна дія радіоактивних випромінювань.

Вивченням впливу іонізуючого випромінювання на людей, тварини і рослини займається одна з наймолодших сучасних наук — радіобіологія. Природа цього випромінювання надзвичайно різноманітна. Це можуть бути швидкі елементарні частинки (електрони, позитрони, протони, ,нейтрони, мезони), складні частинки різної маси (а-частинки, ядра різних атомів, "швидкі іони) і короткохвильове електромагнітне випромінювання (рентгенівське і випромінювання). Спільне, що дозволяє об'єднати вплив радіоактивних випромінювань на клітини рослин і тварин,— і це виділення енергії у процесах іонізації їх молекул розщеплення на актив-ні уламки (радикали). З цим пов'язано початкову одиницю радіобіоло-гії: енергію W іонізуючого випромінювання (вимірюється у джоулях і не має окремої назви).

Енергія випромінювання передається живій речовині у різних про-цесах: іонізації з утворенням іона і електрона, при розщепленні моріе-кул на іони, при непружних і пружних зіткненнях з частинками ре-човини тощо. Радіаційний остаточний прояв цього поглинання обов'Іяз-крво залежить від кількості поглинутої енергії в одиниці маси живої речовини, яку називають поглинутою дозою (дозою D). У системі СІ її одиницею є 1 Гр — 1 Дж/кг:

Дж/кг:

Ця одиниця названа на честь англійського фізика С. Грея за його великий внесок у створення радіаційної дозиметрії.

Жива речовина складається переважно з води, і миттєве погли-нання дози 1 Гр приведе до її нагрівання на 0,00024°. Якби шкідлива дія іонізуючого випромінювання зводилася до нагрівання живих тканин, то доза в 1 Гр (і навіть кілька греїв) була б нешкідливою. Насправді це не так, і така доза може привести до загибелі живого ор-ганізму, бо ланцюжок перетворень, які започатковує в ньому іоніза-ція, призводить до дуже небезпечних наслідків (біологічного посилення фізичного впливу).

Експерименти свідчать про те, що однакова поглинута доза для різних видів радіоактивного випромінювання в одному і тому самому органі супроводиться неоднаковим біоефектом. Найбільший вплив спричинюють а-частинки, протони, швидкі нейтрони, трохи менший — теплові нейтрони, найменший — електрони і у-кванти, які утворюють малу кількість іонів на одиницю довжини пробігу. Вказану різницю встановили експериментальне, її зручно характеризувати коефіці-єнтом якості випромінювання k, який показує, у скільки разів дане випромінювання шкідливіше від у-квантів з енергією 200—250 кеВ. Для (- і -випромінюваиня радіоактивних ядер (радіонуклідів) , для а-частинок ka не менше 10, для уламків ядер — до 20.

До найважливіших величин радіобіології належить еквівалентна доза Н іонізуючого випромінювання, яка визначається формулою

H=k1D1+k2D2+…..

де Dl D2 Дози різних видів випромінювання, k1k2,.. — їхні коефіцієнти якості. У СІ одиницею еквівалентної дози є зіверт (Зв), названий так на честь шведського вченого Р. Зіверта. Досить часто згадується позасистемна застаріла величина еквівалентної дози під назвою біологічний еквівалент рада (скорочено — бер), який дорівнює 1/100 зіверта: 1 Зв — 100 бер. Крім наведених одиниць у дозиметрії існують інші величини і коефіцієнти для ще точнішої характеристики біодії іонізуючого випромінювання на окремі органи людини. На рис. 399 схематично вказано узагальнені наслідки дії деяких доз на людину.

Основною характеристикою джерел іонізуючого випромінювання є активність — число актів розпаду за 1 с. Одиниця активності у си-стемі СІ — 1 Бк (беккерель), один акт розпаду за секунду. Досить поширена стара одиниця активності — кюрі:

1 кюрі (Кі) =3,7 * 1010 (Бк).

Розглянемо закон радіоактивного розпаду. Позначимо через N0 початкову кількість ядер, dN — кількість їх розпадів на малий час dt. Експеримент свідчить про те, що значення dN прямо пропорційне:

а) до кількості цілих ядер N у даний момент часу;

б) до dt

в) до ймо-вірності розпаду К. Отже, dN =—N, Враховано, що dN від'ємне (кількість ядер зменшується), а величини ft,dt іК додатні, Запишемо диференціальне рів-няння радіоактивного розпаду

і знайдемо розв'язок інтегруванням In N = —t + С.

Константу інтегрування С визначимо з початкової умови: у момент t = 0 кіль-кість ядер дорівнювала N0, отже,

In N0 = 0 + С – С = In N0

Підставивши його у здобутий розв'язок, виконаємо алгебраїчне пере-творення:

Ця формула визначає шуканий закон радіоактивного розпаду, гра-фік якого зображено на рис. 400. Звернемо увагу на те, що спочатку швидкість розпаду велика і за короткий час, який називається періо-дом піврозпаду TO.G, розпадається половина початкової кількості ядер. Якщо пройде час t = T0.5, то лишаться цілими N= N0/2n ядер.

За означенням активності джерел радіації А = | dN/dt |. Її можна обчислити через введені характеристики за формулами

Знаючи активність та енергію випромінюваних частинок, можна і об-числити потужність радіоактивного джерела, оцінюючи цим самим його небезпеку. і

Наприклад, якщо забрудненість 1 км2 території цезієм-137 дррівнює 5 кюрі, то на кожному квадратному метрі активність

а = A/S == 5 * 3,7 * 101С с-1 : 10s м2 = 1,85 * 105 Бк/мг, тобто за 1 с відбу-вається 185 000 розпадів. Цезій при кожному поділі утворює електрон з енергією 0,52 МеВ і у-квант з енергією hv = 0,662 МеВ. Пробіг останнього у повітрі дорівнює десяткам і сотням метрів, у тканині нашого тіла — близько 30 см. Електрони гальмуються швидше, і їхній пробіг у нашому тілі — лічені міліметри.

За рік це становить 0,4 бер, що у 4—5 разів перевищує значення природної дози. Відомо, що радіоактивне випромінювання належить до числа природних факторів, які діють на людину в умовах поверхні Землі, її прийнято характеризувати або потужністю дози у мікро рентгенах за годину (значення коливаються від 3—4 до 10—20 мкР/год) або річною ефективною дозою (у середньому 0,1—0,2 бер на