Радиобиология пәні, мақсаты, міндеттері. Ионизирлеуші сәулелер және олардың қасиеттері

1. Семей мемлекеттік медицина университеті Јскери кафедра

Семей мемлекеттік медицина
университеті
Әскери кафедра
Тақырып № 14. Радиобиология пәні,
мақсаты, міндеттері. Ионизирлеуші
сәулелер және олардың қасиеттері.
2010 ж

2. Радиобиология пјні, маќсаты, міндеттері.

Радиобиология пәні, мақсаты, міндеттері.
Радиобиология пәні -тірі ағзаға сәулелену әсерінің көптеген
көріністері, осы көріністердің туындау механизмдері,
радиация әсер ету жағдайында нақты биологиялық
эффекттінің дамуына ықпалын (сәулелеу түрі, мөлшері,
мөлшерінің күші, оның кеңістікте таралуы, сәулелену
ұзақтығы) қарастырады.
Радиобиологиялық зерттеулер мақсаты ионизирлеуші
сәулелердің (ИС) биологиялық әсернің заңдылықтарын білу
және аспектілерінің тануы. Аспектілері:
- радиациялық әсерлердің салдарын болжау;
- ИС көзімен жұмыс істеу кезінде радиационды әсерлер;
- ИС әсері зонасында мәжбүрлі орналасу кезінде әрекеттер
тәртібі мен қорғаныс шараларын даярлау;
- радиационды зақымдалуларды алдын алуға бағытталған
құралдар мен әдістер даярлау, зақымдалудың ауырлығын
болжау, диагностикалау, кейінге қалдырылмайтын
біріншілік көмек шараларын және кейіннен емдеу
шараларын негіздеу;
- сәулеленудің рационалды тәртіптерін даярлау.

3. Ионизирлеуші сјулелер жјне ќасиеттері

Ионизирлеуші сәулелер және
қасиеттері
ИС өз есімін сәулеленген заттағы атомдар мен
молекулаларды ионизациялау қабілетіне байланысты
иеленді. Барлық ИС электромагнитті және корпускулярлы
деп ажыратылады
Электромагнитті ИС ажыратылады:
- тежеуші сәулелер (электрлік алаңдағы жылдам
зарядталған бөліктердің баяулауы кезінде туындайды);
- сипаттамалық (қозған атомның ішкі электрлік
қабатынындағы энергетикалық қайта құрумен шартталған);
- гамма-сәулелену (радиоактивті элементтердің ядролық
ауысу өнімі болып табылады).
Тежеуші және сипаттамалық сәулеленудің жиынтығын
рентген сәулелену деп атайды (жасанды), ал гаммасәулелер жасанды, соған қоса табиғи да болуы мүмкін.

4. Электромагнитті ИС ќасиеттері

Электромагнитті ИС қасиеттері
Көрінетін сәулелермен
жалпы қасиеттері
Турасызықты
таралады;
Магнитпен, электр ауданымен
материалдардың тығыздығына
байланысты түрлі заттармен
итерілінбейді;
олардың өзіне дейінгі қашықтық
квадратына кері пропорционал
интенсивтілігі бар
Көзге көрінетін айырмашылық
қасиеттері
Айқын көзге көрінбейді; көрінетін
шамға мөлдір емес; материалдарға
сіңіріледі
ұсталады; Айналы жазықтықта
бейнесін бермейді; Оптикалық
линзалармен фокусталмайды
және оптикалық призмалармен
сынбайды; Газдар иондалмайды,
шыны, минералдар түсін өлшейді,
шам сіңіруші қағазға орап
фотопластинкаларды
ақшылдандырады

5.

Электромагнитті сәулелердің түрлерінің толқын ұзындықтары
Электромагнитті сәулелену
аты
Гамма-сәулелену
Рентген сәулелену
Ультрафиолет сәулелену
Көрінетін жарық Фиолетті
Көк
Жасыл
Сары
Қызыл
Инфрақызыл сәулелену
Радиотолқындар
Толқын ұзындығының диапазоны
нм
0,01 аз
10 аз
10 – 400
400 – 420
420 – 490
490 – 540
540 – 640
640 – 800
800 – 100 000
105 жоғары
Егер толқын ұзындығы 365 нм төмен электромагнитті сәулелену
ионизирлеуші қасиетке ие.
Заттар ионизациясы ИС биологиялық белсенділігіне байланысты.

6.

Взаимодействие электромагнитного ИИ с атомами вещества может протекать в
виде
Электромагнитті ИС заттар атомдарымен әсерлесіп мынандай түрде өтеді:
Фотоэффект – атомның сыртқы электрондық қабықтарының бірінің фатонның
барлық энергиясының жұтылуы және оның электрон атомынан босаған
кинетикалық энергияға айналуы. Осы әсер 0,05 МэВ фатон энергиясы кезінде
басым болады.
Комптон-эффект – электронға тек фотон энергиясының бір бөлігінің берілуі;
қалған энергия атомдармен фотоэффект немесе комптон-эффект механизіммен
екіншілік фотонға беріледі. 0,1 бастап 2,0 МэВ квант энергиясы комптон-эффект
бөлігіне гамма-сәулелену энергиясымен сіңірілген заттардың 100% жатады.
Электрон-позитронды бу түзілуі атом ядросынан тікелей жақындығында гаммакванттардың өтуіне байланысты. Бұл 50 МэВ жоғары энергия кезінде фотонның
заттармен әрекеттесуі кезінде туындайды.
Фотон энергиясы ионизирлеуші, сонымен қоса ену қабілетін анықтайды.
Жоғарғы энергетикалық электромагнитті сәулелену адамның денесіне терең
жеңіл еніп, ағзаның барлық жасушаларында ионизациясын тудыру мүмкін.
Показателем экранирующей способности материалов является толщина их
слоя, ослабляющего излучение вдвое–слой половинного ослабления
Материалдардың экранирлеуші қабілетінің көрсеткіштері болып сәулеленуді екі
есе әлсірететін қабаттардың қалыңдығы табылады.

7.

Электромагнитті ИС әлсірету коэффициенті Менделеев таблицасында
ретті номерімен бірге зат құрамындағы элементтің атом массасы
жоғарылайды. Сондықтан әсіресе құрамында ауыр металдар бар
заттың электромагнитті ИС экранирлейді – «экранирленумен қорғану».
Қорғасын мен барий сәулелік диагностика мен терапияда қолданылады.
Экранирленумен қорғану ИС ағым жиілігінің оның көзіне дейінгі
қашықтыққа негізделген «қорғаныс ара қашықтығымен», және
«қорғаныс уақыты» - ИС уақыттың минимизациясындағы құрамға әсері.

8. Корпускулярлы ИС

Корпускулярлы ИС қатарына нейтрондар мен жылдам қозған бөлшектер
жатқызылады
Нейтрондар энергиясына байланысты ажыратылады:
Жылу
0,1 эВ аз
Баяу
0,1 – 500 эВ
Аралық
0,5 – 100 кэВ
Жылдам
0,1 – 10 МэВ
Өте жоғары энергиялы
10 – 1000 МэВ
Аса жылдам
1000 МэВ жоғары
Нейтрондарда заряд болмағандықтан, ядролармен ғана әсерлеседі.
Онымен кезігіп олар олардан итеріліседі (таралады), немесе онымен
сіңіріледі (ядролық қайтақұруға қатысады).
Нейтрондардың заттармен әсерлесуі кезінде жылдам зарядталған
бөлшектер– беріліс ядрсы –ионизация мен заттыңатомының қозуына
негізгі роль атқарады.
Нейтрондардың сіңірілу қабілеті гамма-сәулеленуге қарағанда бірқатар
аз, ал қысқарған зарядталған бөлшектерде жоғары.

9.

Ядролық жарылыста нейронды ағым жүздеген метрге таралады,
железобетон мен сталь арқылы оңай өтеді. Нейтрон энергиясы жжеңіл
атомдар ядросына ең оңай беріледі. Сондықан сутегі, беррилий,
көміртек атомына бай заттарды нейтронды сәулеленуден экранирлену
кезінде қолданады.
Жылдам зарядталған бөлшектер – кеңістікте орын ауыстыратын электр
ауданының көзі (бета-бөлшектерінің электронды бөлшектері, гелий
атомының ядролары –альфа-бөлшектер). Олардың табиғи көзі бірнеше
табиғи радиоизотоптар болып табылады.
Зар арқылы өту кезінде зарядталған бөлшектер оның атомдарымен
әсерлесуі мүмкін. Оның түрлері:
- жылтыр таралу – энергия жоғалтпай траекторияны өзгерту;
- жылтыр емес тежелу –ядро маңында өту кезінде электрон жылдамдық
пен энергия жоғалтады;
- атомдардың ионизация сы мен қозуы – энергия жоғалтудың негізгі
жолы. Электронды бұлттардың электр ауданы әсерінен қозған немесе
ионизирленген жағдайына өтеді.
Ену қабілеті аз, энергияға, салмаққа, бөліктердің жылдамдық
квадратына тура пропорционал. Бета-бөлшектердің ұзақтығы – ондаған
см, альфа-бөлшектер – мм. Киімі қорғаушы.

10. Тыєызионизирлеуші жјне редкоионизирлеуші сјулелер

Тығызионизирлеуші және
редкоионизирлеуші сәулелер
Атомдар мен молекулалардың біріншілік өзгерістеріне ионизация мен
қозуы болады. Алайда бұл жағдайда заттың салмағы бірлігіндегі
сіңірілген энергия мөлшері, сәулеленген көлемдегі сіңірілген энергияның
таралуы әртүрлі. Бұл айырмашылық энергияның сызықты берілуімен
(ЛПЭ) –жүрген жолында ұзындық бірлігінде затқа бөлшекпен берілетін
энергияның орташа мөлшерімен анықталады.
ЛПЭ ИС түрі мен заттың тығыздығына байланысты. ЛПЭ мөлшеріне
байланысты барлық ИИ ажыратылады: сирек- және тығызионизирлеуші.
Сирекионизирлеуші сәулелер салыстырмалы жоғары сіңіру қабілетімен
ажыратылады, соған сәйкес олардың энергиясы тығызионизирлеуші ИС
сәулеленуге қарағанда сәулеленетін дене көлемінде тіңмөлшерде
таралады.
Заттарға нейтрондардың әсері кезінде берілу ядролары түзіледі,
олардың ЛПЭ жоғары. Сондықтан нейтрондарды тығызионизирлеуші ИС
жатқызады.

11.

Жіктелуі
Критериялар
ЛПЭ мөлшері,
КэВ/мкм
ИИ аты
Ионизирлеуші сәулелер
Сирекионизирлеуші
Тығызионизирлеуші
10 аз
барлық электромагнитті
ИС; бета-сәулелер
10 жоғары
Протондар, берудің өзге
ядралары; альфабөлшектер; нейтрондар

12. ИС сандыќ баєалауы. Дозиметрия негіздері

ИС сандық бағалауы.
Дозиметрия негіздері
ИС құбылыстары мен радиационды әсерінің сандық сипатын
дозиметрия деп атайды. Сәулелік әсер дәрежесінің сандық сипаты үшін
сәулелену мөлшері түсінігі енгізілген. Мөлшердің негізінен 3 негізгі түрі
қолданылады– экспозиционды, сіңірілетін және эквивалентті.
Экспозиционды мөлшер (Х) – ауаның салмақ бірлігіндегі бір белглі
түзілген иондардың толық электр заряды. Си жүйесінде за единицу
ЭД бірлігінде кг ауаға шаққандағы кулон қабылданды (кл/кг). Жүйеден
тыс бірлігіндегі мөлшер ретінде 1 куб.см ауада зарядтың 1
электростатикалық бірлікті таситын 2,08 млрд.пар ион жүбы кезінде
рентген қабылданды. Аралық коэффициенттер: 1 кл/кг = 387 6 Р; 1 Р =
0,000258 кл/кг.
Соған қоса экспозиционды мөлшер қуатын немесе жергілікті жердегі
радиация мөлшерін анықтайды: СИ жүйесінде– ампер 1 кг шаққандав
секундта), А/кг; жүйеден тыс бірлікте – уақыт бірлігіндегі сәулелену
мөлшері– Р/с, Р/мин, Р/ч.

13.

Сіңірілген мөлшер – сәулеленумен берілетін зат массасы бірігіндегі
энергия мөлшері. СИ жүйесінде сіңірілген мөлшерін 1 джоуль сәулелік
энергия 1 кг тінмен сіңірілгендегі греймен(Гр)белгілейді, 1 Гр = 1 Дж/кг.
Жүйеден тыс бірлік – 1 рад, 1 г тінмен 100 эрг сәулелі энергия сіңіріледі.
1Гр = 100 рад, 1 рад = 0,01 Гр.
Эквивалентті мөлшер. Түрлі ИС биожүйелерде бірдей сіңірілу
мөлшерінде де санды түрде әртүрлі әсколичественно различные ерлер
тудырады. Бұл негізінен ЛПЭ (энергияның сызықтық берілуі) және
әлсіреу коэффициентімен байланысты. ЛПЭ жоғары жасушалар мен
молекулаларда ионизация мен қозу актілеті көп болады. Соған сәйкес,
жасушаларға бағытталған зақымдаушы әсер жоғары болады. Бұл
айырма ОБЭ мелшерімен көрінеді (салыстырмалы биологиялық
әсерлілік). Рентген және гамма-сәулелерде ол 1, баяу нейтрондар– 3,
жылдам нейтрондар мен өте жоғары энергияда – 10, альфа – сәулелер
– 20 теңестіреді.
Сыртқы көзбен объектінің сәулелену мөлшерін анықтау үшін мөлшер
өлшегіш (дозиметр) құралы қолданылады

14.

Сәулелену мөлшерінің кұші (радиация деңгейі). Бұл көрсеткіш сәулелік
әсердің интенсивтілігін сипаттайды. Мөлшердің күші негізінен уақыт
бірлігінде тіркелетін мөлшер (экспозиционды, сіңірілген немесе
эквивалентті) деп анықталады. СИ жүйесінде ЭД күшін Кл/кг с
агықтайды, яғни А/кг. Жиі жүйеден тыс мөлшер қуатының бірлігі– Р/сағ
(мР/ч, мкР/сағ). Мөлшерді сіңіру бірлігі болып Гр/с, рад/с. ИС ағымының
ұзақ уақытты әсері кезінде эквивалентті мөлшердің жүйеден тыс
бірлігін– бэр/жыл, Зв/жыл қолданады.
Мөлшер күшінің өлшеміне байланысты қысқамерзімді, пролонгирленген
және созылмалы сәулеленуді ажыратады. Қысқа мерзімді сәулелену
мөлшер күші 0,02 Гр/мин жоғары болғанда қарастырады. Үздіксіз
бірнеше айлар немесе жылдар бойы радиационды әсерді созылмалы,
алпролонгирленген сәулелену бәрінші мен екінші арасындағы аралық
жағдайда қолданылады.
Адам ағзасының сәулелену кезінде барлық мөлшердің 80% 4 тәуліктің
ішінде тіркелетін болса бір ретті сәулелену деп аталады.

15. Негізгі дозиметриялыќ ґлшемдер мен олардыѕ ґлшем бірліктері

Негізгі дозиметриялық өлшемдер мен олардың
өлшем бірліктері
Дозиметриялық
өлшем
Экспозиционды мөлшер
ЭД күші
Сіңірілген мөлшер
ПД күші
Эквивалентті мөлшер
ЭД
күші
Бірлігі, аталуы
Бірліктердің
белгіленуі
қатынасы
Жүйеден тыс
СИ
Рентген (Р)
Кл/кг
1 Кл/кг = 3876 Р
Р/час
А/кг 1 А/кг = 1,4 107 Р/ч
Рад
Грей (Гр)
1 Гр = 100 рад
рад/час
Гр/с 1 Гр/с = 3,6 105 рад/ч
Бэр
Зиверт (Зв) 1 ЗВ = 100 бэров
бэр/жыл
Зв/с
1 Зв/с = 3,15 109
ЗВ/жыл
бэр/жыл

16. ИС негізгі кґзі

ИС негізгі көзі
ИС көздері өтуі бойынща жасанды және табиғи деп бөлінеді.
Халықты сәулелендіруде ИС негізгі көздері
Қалыпты радиациялық фон
70%
медициналық мақсатта сәулелендіру
29%
Ядролық қаруды сынау
0,3%
Профобсәулелену
0,06%
Атомды энергетика
0,006%
ИС жасанды көздерінен қабылданатын мөлшердің негізгісін өазіргі кезде
емдік және диагностикалық мақсатта (кеуде ағзаларын
рентгенографиясы– 1 Гр/с, кеуде қуысының флюорографиясы– 5 Гр/с,
кеуде қуысының рентгеноскопиясы– 5-10 Гр/с, құрсақ қуысының
рентгеноскопиясы– 10-20 Гр/с, қатерлі ісіктерді емдеу – 2000-10000
Гр/с) қолданылады.
ИС көздері әскери уақытта– ядролық жарылыстар мен ядролық
энергетикика объектілеріндегі ірімасштабты взрывы авариялар.
Ядролық жарылыстардың негізгі радиационды факторына енуші
радиация мен жердің радиоактивті жаралануы болып табылады (РЗМ).

17. Радионуклидтер радиационды ќауіптіѕ кґзі ретінде

Радионуклидтер радиационды қауіптің
көзі ретінде
Кейбір элементтердің өздігімен ИС шығару қасиеті
радиоактивтілік деп аталады.
Радиоизотоптармен бөлінетін ИС көздеріне ядро атомының
ыдырауымен және жаңа химиялық элемент түзумен
жүретін ядроішілік қайтақұрылым болып табылады. Ядро
атомы бар өздігімен радиактивті ыдырауға бейім химиялық
элементтер радионуклидтер аталады.
Радиоактивті ыдырау радиоактивті элементің үздіксіз атом
санының азаюын тудырады. Радионуклидтер атомының
жартысы ыдырайтын уақыт аралығын жартылай ыдырау
кезеңі деп аталады.
Егер жартылай ыдырау уақыты қысқа болса – қысқа өмір
сүретін изотоптар, егер жылдармен – ұзақ жасайтын
изотоптар туралы айтады.
Бөлетін ИС сипатына байланысты радионуклидтер
ажыратылады альфа- және бета сәулелер. Кейбір
радионуклидтер гамма-кванттар да бөледі.

18.

РВ бағалау критерийлеріне олардың радиоактивтілігі, яғни ИС бөлу
мүмкіншілігі жатқызылады. СИ жүйесінде радиоактивтілік бірлігінде
секундында 1 ыдырау тудырады (беккерель, Бк), ал традиционды
бірлікте кюри (Кu) болады.
Радионуклидті заттармен зарядталған салмақ бірлігіне немесе көлем
бірлігіне жатқызылатын белсенділік жеке белсенділік деп аталады.
Радионуклидтармен зарядталған бетінің аумағы бірлігіндегі белсенділік
радиоактивті зақымдалудың беттік тығыздығы деп аталады.
РВ анықтау және түрлі объектілердегі және жазықтықтағы сандық
бағалауы радиометриея деп аталады.
Белсенділік –сәулелену мөлшерін анықтаудың басты белгісі және
радионуклидтердің ағзаға енген және дененің сырттан радиактивті
зақымдалу кезіндегі әсері болып табылады. Сонымен қоса Вместе с
радионуклидтердің қауіптілігі агрегаттық жағдайы мен өзге физикалық
қасиеттеріне, соған қоса радионуклеотидтердің енуі, таралуы және
ағзадан шығарылуына байланысты.