Глава 11. Действие ионизирующих излучений на биологические объекты

§11.1. Виды ионизирующего излучения. Основы дозиметрии

Ионизирующее излучение – потоки частиц и э/м квантов, которые при взаимодействии со средой могут ионизировать атомы и молекулы среды (рентгеновское, γ– излучение).

Независимо от природы ионизирующего излучения его взаимодействие может быть оценено величиной энергии, передающейся 1 молекулой вещества:

Доза поглощаемого излучения (Д):

Д = , Дж/кг (Е – кол-во поглощенной энергии)

1 Дж/кг = 1 Грей (Гр)

Мощность поглощаемого излучения:

P = (Вт/кг) Вт/кг = 1 Гр/с

Единицей дозы поглощения является 1 рад = 10^-2 Гр => 1рад/с = 10^-2Гр/с

Экспозиционная доза излучения:

Х = [Кл/кг] (является мерой ионизации воздуха рентгеновскими и γ- лучами)

Т.е. эта доза представляет собой ионы одного знака на массу рассматриваемого объема воздуха.

На практике в системе СГС единицей экспозиционной дозы является 1 рентген(1р), который представляет собой дозу рентгеновского и γ-излучения, при которой в результате полной ионизации в 1 см³ воздуха при 0⁰С и 760 мм.рт.ст. образуются ионы с общим зарядом 1 ед. СГС (см г с)

Плотность воздуха при 0⁰С и 760 мм.рт.ст.:

ρ = 1,293·10^-3 г/см³

1 ед. СГС заряда = 3,34 ·10^-10 Кл.

1р = (1 ед. СГС) / 1,293·10^-6 кг = 3,34 ·10^-10 Кл /1,293·10^-6 кг = 2,58·10^-4 Кл/кг

Ед. мощности экспозиционной дозы 1 А/кг в СИ, 1 р/с в СГС.

Установим связь между дозой поглощенного излучения и экспозиционной дозой:

при экспозиционной дозе Х = 1р в 1 см³ воздуха образуется, по определению, 1 ед. СГС заряда, что соответствует 1ед. СГС / заряд электрона = количество образовавшихся пар ионов = 3,34 ·10^-10 Кл. /1,6021·10^-19 Кл = 2,08·10⁹ пар ионов. Энергия ионизации в среднем на образ-е 1 пары ионов в воздухе 34 эВ => В 1 кг воздуха поглощается энергия:

(2,08·10⁹ · 34 · 1,6021·10^-19 ) Дж / 0,001293 ·10^-3 Кг = 88·10^-4 Дж/кг = 0,88·10² Гр= 0,88 рад.

Т.о. для воздуха:

Д = 0,88 Х

Для любой среды:

Д = f · Х, для мягких тканей человека и для воды f=1

Биологическое действие ионизирующего излучения зависят не только от поглощенной дозы, но от вида излучения, энергии частиц.

=> К-коэффициент качества, который показывает, во сколько раз биологическое действие данного вида излучения больше, чем рентгеновское и γ–излучение, при одинаковой дозе поглощенного излучения.

вид излучения	К
рентген., γ- и β-изл.	1
тепловые нейтроны (≈0,01 эВ)	3
нейтроны (≈0,5 МэВ)	7
нейтроны (≥0,5 МэВ)	10
протоны α – излуч-е	20

Представление о биологическом действии ионизирующего излучения дает эквивалентная доза излучения:

Н = Д ·К, Дж/кг = Зв (Зиверт в СИ) в СГС раду соответствует бэр (биологический эквивалент раду).

§11.2. Биологическое действие ионизирующих излучений.

Под действием ионизирующих излучений происходят химические реакции, которые называют радиолизом.

Рассмотрим радиолиз воды.

Н₂О → Н₂О* (возбужденная молекула воды)

Н₂О → Н₂О⁺ +е ^- .

Н₂О⁺ + Н₂О → Н₃О⁺ + ОН

При взаимодействии ионизирующего излучения с водой образуются молекулы, ионы, радикалы – высокоактивные частицы

Н₂О⁺ +е ^- → Н₂О^-

Н₂О^- → ОН ^- +

Взаимодействие молекул органического вещества (RH) с ионизирующим излучением:

. .

RH → RH^* → R + H

RH → RH⁺ + е ^-

RH⁺ → R+H⁺

В результате радиолиза образуются высокоактивные частицы в химическом плане, что приводит к разрушению мембран, клеток.

Процесс лучевого поражения биологических объектов.

Процесс лучевого поражения имеет ряд особенностей:

1. Значительные биологические нарушения вызываются ничтожно малыми дозами поглощенной энергии.

2. Ионизационные излучения действуют не только на сам объект, но и на последующие поколение вследствие наследственности.

3. Характерен скрытый период временного благополучия

( действие биологического излучения развивается во времени:

1. фаза – фаза первичных нарушений

2. фаза – фаза мнимого благополучия

3. фаза – фаза лучевой болезни ).

В радиобиологических исследованиях часто используют понятие дозы, при которой в течении 30 суток гибнет большая часть (50% ) организма, LD = 50/30.

животное	LD 50/30, бэр
собака	335
обезьяна	500
мышь	500-665
человек	600-700
лягушка	700
черепаха	1500
тритон	3000
змея	8000-20000

4. Наиболее уязвимой функцией клеток является способность к делению.

5. Ионизирующее излучение в большей степени действует на ткани, чем на соседние клетки.

6. На зависимость интенсивности поражения от дозы облучения влияют внешние факторы (температура, влияние кислорода).

Чем выше температура после облучения, тем больше поражается биологический объект. Реакции поражения протекает с высокой энергией активации. Количество образуемых частиц от температуры не зависит; концентрация О₂ во время облучения влияет на поражение, а после – нет.

Способы защиты от облучения:

- необходимо принять вещества, являющиеся ингибиторами реакций, (сера, сахара) – антиоксиданты.