Вопрос 35. Биофизические механизмы повреждения биологических объектов под действием ионизирующего излучения

В биологическом действии ионизирующего излучения первым звеном является поглощение энергии излучения с последующим взаимодействием его с веществом ткани, которое протекает очень короткое время — доли секунды. В результате такого взаимодействия в клетках тканей и органов развивается целая цепь биофизических, биохимических, функциональных и морфологических изменений, которые в зависимости от конкретных условий протекают в различные сроки — минуты, дни, годы.  При взаимодействии излучений с веществом возникают ионизация и возбуждение атомов и молекул облучаемого вещества и образуется тепло.  При облучении процессы ионизации и возбуждения возникают только вдоль пути ионизирующей частицы. Этот пробег ионизирующей частицы может быть прямолинейным (альфа-частицы) или ветвистым (бета-частицы, рентгеновское излучение, гамма-излучение).  Частота процессов ионизации и возбуждения невелика. В результате ионизации атома или молекулы возникает два иона с положительным и отрицательным зарядом. Оба иона нестабильны, химически активны, имеют выраженную тенденцию к соединению с нейтральными молекулами. При возбуждении молекул меняется электронная конфигурация молекулы, что может привести к разрыву ее молекулярных связей.

Вопрос 36.

Дозиметрия ионизирующих излучений. Поглощенная, экспозиционная, биологически эквивалентная, эффективная. Дозы ионизирующих излучений.

Дозиметрия (ионизирующих излучений) — раздел прикладной ядерной физики, предметом исследования которого является определение физических величин, характеризующих воздействие ионизирующих излучений (см. Излучения ионизирующие) на среду, и разработка методов и средств для измерения этих величин. В круг задач дозиметрии входят: измерение и расчет доз (см. Дозы ионизирующих излучений) в полях источников излучений и в биологических объектах (тканевая дозиметрия), измерение активности радиоактивных препаратов и др. Дозиметрия основана на измерении  ионизации, которую производит излучение в воздухе или газе, или на измерении энергии излучения, поглощенной средой. Образующиеся при ионизации газовой среды отрицательные и положительные ионы начинают двигаться в электрическом поле к соответствующим электродам, и в цепи возникает электрический ток, величина которого измеряется регистрирующим прибором.

Поглощенная доза излучения (D) - это величина определяемая энергией излучения (Дж) поглощаемой единицей массы (кг) облучаемого вещества. За единицу дозы в системе СИ принят грей (Гр):

D = 1Дж/1кг=1 Гр.

Грей это такая доза ионизирующего излучения, при которой участку вещества массой 1 кг передается энергия 1 Дж. Внесистемной единицей является "рад". 1 рад = 0,01 Гр.

Поглощенная доза характеризует не само излучение, а степень воздействия его на среду. В принципе один и тот же поток излучения в различных средах и даже в различных участках одной среды может сформировать различную величину поглощенной дозы. Поэтому, когда говорят о поглощенной дозе, необходимо указывать, в какой среде она сформирована: в воздухе, воде или мягкой биологической ткани.

Для фотонного излучения введена специфическая величина в дозиметрии - экспозиционная доза. Численно она равна абсолютному значению полного заряда ионов одного знака, образованных в единице массы воздуха при полном торможении электронов и позитронов, освобожденных фотонами (рентгеновским излучением). То есть, это воздухоэквивалентная единица дозы, которая не предназначена для дозиметрии в веществе.

Единицей измерения экспозиционной дозы в системе СИ является кулон/кг (Кл/кг), внесистемной единицей является рентген (Р).

1 Р = 2,58 • 10-4 Кл/кг (точно).

Физический смысл понятия эффективной дозы следующий: значение эффективной дозы (Е) соответствует такому уровню равномерного облучения всего организма, при котором суммарный выход стохастических последствий облучения у него будет таким же, как и в случае локального облучения органа (Т) эквивалентной дозой величины (Н):

Е = Н • WT

За единицу эффективной дозы в системе СИ тоже был принят зиверт (Зв). При равномерном облучении - эффективная доза равна эквивалентной дозе. При неравномерном облучении - эффективная доза равна произведению эквивалентной дозы на тканевый взвешивающий фактор, или равна такой эквивалентной дозе (при равномерном облучении), которая создает такой же риск неблагоприятных последствий.

Измерить эффективную дозу облучения организма невозможно. Ее рассчитывают как сумму произведений эквивалентных доз (Н) в отдельных органах и тканях на соответствующие значения взвешивающих факторов 

Эквивалентная доза (Н) определяется как произведение поглощенной дозы (D) данного вида излучения на среднее значение взвешивающего фактора (коэффициента качества) ионизирующего излучения (WR) в данном элементе- объема биологической ткани. Значения WR для различных видов излучений представлены в таблице 1. Эта доза есть мера выраженности стохастических эффектов облучения. Она применима для оценки радиационной опасности хронического облучения излучением произвольного состава (и острого облучения дозой, менее 0,25 зиверт) и определяется по формуле:

Н = D • WR . За единицу эквивалентной дозы в системе СИ принят зиверт (Зв). Зиверт равен такой эквивалентной дозе, при которой, величина произведения поглощенной в биологической ткани дозы ионизирующего излучения на среднее значение взвешивающего фактора для этого излучения равна 1 Дж/кг. Внесистемной единицей является "бэр" (биологический эквивалент рентгена). 1 бэр = 0,01 Зв.