9

Билет 9

1. Спонтанное деление тяжелых ядер

Спонтанное деление тяжелых ядер

Спонтанное деление изучено для большого числа тяжелых ядер, начиная с тория. Спонтанное деление, как и вынужденное. Характеризуется двугорбой кривой выхода осколков деления. При делении ядер на осколки происходит испускание 2-3 нейтронов и гамма-квантов. Спонтанное деление конкурирует с процессом альфа-распада. Впервые спонтанное деление было обнаружено в 1940 году Г.Н.Флеровым и К.Л.Петржаком под руководством И.А.Курчатова. В специально изготовленной камере деления они регистрировали ионизационные импульсы, вызываемые осколками

деления. Установка была проверена в условиях вынужденного деления 235U в присутствии слабого нейтронного источника. Затем без нейтронного источника было зарегистрировано 6 ионизационных импульсов в час с величиной и формой, которую

вызывают осколки деления. Это дало основание считать, что ядра 235U наряду с альфараспадом испытывают и процесс спонтанного деления.

При спонтанном делении, как и при вынужденном обычно образуется 2 осколка (в редких случаях три) и испускаются несколько нейтронов. Деление сопровождается значительным выделением энергии (около 200 МэВ на каждый акт). Спонтанное деление - процесс относительно медленный.

Альфа-распад и спонтанное деление являются конкурирующими процессами. С увеличением массового числа вероятность спонтанного деления возрастает.

235U 138Ba + 95Kr + 2n

235U 135Te + 98Zr + 2n

238U 90Sr + 145Xe + 3n

233U 131I + 99Y + 3n

239Pu 137Cs + 99Y + 3n

Деление ядер под действием нейтронов

Тяжелое ядро, поглотив нейтрон, может делится на два, реже на три, четыре осколка. Принципиально процесс деления под действием нейтронов не отличается от

Образующиеся при делении урана ядра-осколки сильно --радиоактивны, нередко

их - распад сопровождается гамма-излучением и они дают начало, хотя и коротким, цепочкам радионуклидов:

Взаимодействие нейтронов с веществом

Нейтрон не имеет заряда, это приводит к тому, что нейтроны не взаимодействуют с электронными оболочками ядер атомов. Взаимодействие их происходит только с ядрами и характер взаимодействия нейтрона с ядром зависит от энергии нейтрона. Нейтроны можно условно разделить на медленные (E до 1.0 Мэв) и быстрые (E больше 1.0 Мэв). Быстрые нейтроны рассеиваются на ядрах, замедляются до тепловых энергий и легко захватываются ядрами, вызывая ядерные реакции. Но в зависимости от типа ядра-мишени ядерные реакции могут протекать и под воздействием медленных нейтронов.

Нейтроны могут вызвать деление тяжелых ядер.

Процесс образования радионуклидов в веществе в результате взаимодействия нейтронов с веществом называется процессом наведенной радиоактивности. В силу того, что натрия в организме человека и животных много и он выделяется с мочой, по содержанию 24Na в крови или других биологических тканях можно косвенно судить о дозе нейтронного облучения. Биологические ткани в силу большого содержания водорода эффективно замедляют нейтроны. В результате последовательного столкновения с ядрами нейтроны замедляются до надтепловых энергий (20 Кэв и ниже) и легко захватываются ядрами. Передавая энергию ядрам элементов, нейтрон выбивает протон отдачи. Протон отдачи и ядра отдачи, наделенные кинетической энергией ведут себя как обычные заряженные энергетические частицы, производя ионизацию и возбуждение, поэтому нейтроны называют, как и гамма-излучение, косвенно ионизирующим излучением.

2. Энергетический парадокс в РБ. Радиочувствительность. Критерии радиочувствительности. Относительная биологическая эффективность излучений и ее связь с линейной передачей энергии.

Рб парадокс – несоответствие между емчтожным количеством поглощенной энергии ИИ и крайней степенью реакции биологического объекта, вплоть до летального исхода. Для чела летальная погл доза при однократном обл всего тела гамма излучением 6 Гр. Вся это доза в пересчете на тепло вызывает нагрев тела всего лишь на 0,0014 С. Обусловлен тем, что косвенное действие радиации на организм значительно больше, чем ее прямое действие.

Рч – способность биол объектов реаг на ИИ, но в рб под рч понимают радиопоражаемость. Рч - это величина, измеряемая отношением доз ионизирующих излучений, необходимых для количественно равного проявления какой-либо специфической реакции одного типа в одной биологической системе по сравнению с другой. Чем сложнее устроен о-м, тем он более рч.На организменном уровне критерием радиочувствительности является гибель организма, а также степень тяжести лучевой болезни. Мерой радиочувствительности

является ЛД 50/30, ЛД 100/10.

Критерии рч: опустошение специфклэлементами и замена их соедтк; уменьш массы органа; уменьшфункцсп-ти

Каждый вид ионизирующего излучения характеризуется своей биологической эффективностью (коэффициентом качества), которая зависит от ЛПЭ излучения в веществе. Коэффициенткачества – усредненный коэффициент относительной биологической эффективности (ОБЭ).

ОБЭ-отношение дозы рентгеновскогооблучения к дозе изучаемого излучения

Коэффициенты качества (КК) ионизирующих излучений, определённые при хроническом облучении всего тела

Виды излучения КК

Рентгеновское излучение и гамма- 1 излучение

Радиочувствительность — восприимчивость клеток, тканей, органов или организмов к воздействию ионизирующего излучения. Мерой радиочувствительности служит доза излучения, вызывающая определённый уровень гибели облучаемых объектов: для инактивации клеток — показатель D37 или D0 на кривой выживаемости; для организмов - доза, вызывающая гибель 50 % особей за определённый срок наблюдения (LD50) . Использование радиопротекторов или радиосенсибилизаторов (в том числе, кислорода) модифицирует радиочувствительность здоровых или опухолевых клеток.

При общем облучении животных отмечается ступенчатый характер их гибели в определенных диапазонах доз, вследствие выхода из строя определенных критических органов или систем, ответственных за выживание в этих дозовых диапазонах, что проявляется в виде трех основных радиационных синдромов — костномозгового, кишечного и церебрального.

Развитие радиационных синдромов определяется цитокинетическими параметрами соответствующих самообновляющихся клеточных систем — кроветворения, тонкого кишечника и центральной нервной системы (ЦНС).

Костный мозг и кишечник — типичные примеры активно обновляющихся радиочувствительных клеточных систем, а ЦНС — напротив, наименее делящихся (стационарных) радиорезистентных органов.

Радиочуствительность организма наиболее часто определяется поражением костного мозга, так как критической системой, ответственной за выживание при дозах до 10 Гр, является кроветворение. Критическим органом в следующем диапазоне от 10 до 100 Гр

оказывается тонкий кишечник.

Клеточными детерминантами, определяющими степень радиационного поражения обеих критических самообновляющихся систем, являются стволовые клетки костного мозга и кишечника.

Развивающиеся в ближайшие сроки после облучения в определенных (пороговых) дозах клинически значимые лучевые реакции, связанные с клеточным опустошением активно пролиферирующих систем самообновлениия, объединяются термином

детерминированные эффекты.

Временные, легко восполнимые клеточные утраты при меньших дозах, не вызывающие клинически значимых реакций организма, относятся к квазидетерминированным

эффектам.

Сравнительная радиочувствительность при общем равномерном облучении

Органная радиочувствительность обусловлена радиочувствительностью тканей, входящих в состав данного органа. Критерием органной радиочувствительности является опустошение органа клеточными элементами, снижение массы органа.

3. Радиочувствительность органов и тканей

Классификация органов по радиочувствительности

Радиочувствительные органы - лимфоидные органы, костный мозг, гонады, тонкий кишечник;

Органы со средней радиочувствительностью - кожа, эндокринные железы;

Радиоустойчивые (радиорезистентные) органы - печень, почки, головной мозг, костно-мышечные образования.

Тканевая радиочуствительность — понятие относительное. В радиорезистентных стационарных или слабо пролиферирующих органах и тканях под влиянием облучения возникают (сохраняются, консервируются) скрытые типичные радиационные повреждения, в частности, хромосомные аберрации, которые могут быть выявлены в условиях активации клеточного деления, например, в процессе посттравматический регенерации.

Лучевые поражения, развивающиеся в отдаленные сроки после облучения вследствие отмирания функциональных клеток слабо пролиферирующих тканей, таких как сосуды, кости и нервы, относятся к поздним детерминированным эффектам.

Органная радиочувствительность зависит от радиочувствительности тканей, которые этот орган образуют.

Критерии:

масса органа уменьшается уменьшение функциональной активности (при острой лучевой болезни-мышечная

слабость)

опустошение органа специфическими клетками (при облучении лёгких 60Гр возникает пневмосклероз на месте опухоли).

Классификация органов по радиочувствительности.

самые радиочувствительные(лимфоидные органы, красный костный мозг, гонады, тонкий кишечник)

средняя степень радиочувствительности(кожа, эндокринные железы) радиорезистентные(печень, почки, головной мозг)

Радиочувствительность клеток.

Правило Бергонье—Трибондо — правило в радиобиологии, которое в первоначальной формулировке утверждало, что клетки тем чувствительнее к облучению, чем быстрее они размножаются, чем продолжительнее у них фаза митоза и чем менее они дифференцированы (1906). Позднее в правило Ж.Бергонье и Л.Трибондо были внесены существенные коррективы.

По относительной радиочувствительности с учетом пролиферативной потенции и степени дифференцировки различают несколько классов клеток млекопитающих.

Класс 1 - вегетативные интермитотические клетки. Это быстро делящиеся, короткоживущие, радиочувствительные клетки, дочерние клетки которых или дифференцируются или образуют клетки, подобные родительским.В этот класс входят наиболее радиочувствительные клетки, такие как гемоцитобласты, лимфобласты, эритробласты, миелобласты, клетки крипт кишечника, сперматогонии типа А, овогонии, эпидермальные клетки, клетки слизистой оболочки желудка и голокриновых желез и лимфоциты. Лимфоциты принадлежат к этому классу не потому, что они быстро пролиферируют, а благодаря их высокой радиочувствительности, лежащей в основе интерфазной гибели при низких дозах радиации.

Класс 2-дифференцирующиеся интермитотические клетки. Эти клетки менее радиочувствительны по сравнению с клетками первого класса. Они обладают весьма быстрой скоростью пролиферации. Образующиеся дочерние клетки дифференцируются и становятся более радиорезистентными. Это клетки промежуточных стадий миелопоэза и эритропоэза, сперматогонии типа В и овогонии.

Класс 3 - мультипотентные соединительнотканные клетки. Эти клетки делятся нерегулярно в ответ на повреждение и раздражение. К ним относятся зндотелий, фибробласты и мезенхимальные клетки, например мезотелий.

Класс 4 - покоящиеся постмитотические клетки. Эти клетки относительно радиорезистентны и в норме не делятся. Примерами их могут служить эпителиальные клетки слюнных желез, печени, почек, поджелудочной железы и легких, паренхиматозные клетки потовых и эндокринных желез,интерстициальные клетки семенников и яичников, септальные клетки в легких и ретикулярные клетки кроветворной ткани.

Класс 5 - фиксированные постмитотические клетки. Эти клетки не делятся, они высокорадиорезистентны. К ним относятся зрелые нервные и мышечные клетки, сперматозоиды и эритроциты.

4. Международная шкала ядерных событий. Медико-санитарные мероприятия, направленные на снижение последствий радиационных аварий.

Международная шкала ядерных событий (INES – International Nuclear Event Scale).

Применяют для оценки ядерных инцидентов и событий на атомных станциях, а также любые события, происходящим при транспортировке, хранение и использование радиоактивных материалов.

В соответствии со шкалой INES все события разделены на 8 уровней. События нижних уровней (с 1-3) называются инцидентами (происшествиями), а верхнего уровня(4-7) – авариями. События, несущественные с точки зрения безопасности, относят к нулевому уровню (ниже шкалы) - отклонения. Если событие совсем не связано с безопасностью, то его определяют, как событие совсем не связано с безопасностью, то его определяют как событие вне шкалы.

По шкале INES ядерные и радиологические аварии и инциденты классифицируются 8 уровнями, а также областью воздействия:

-население и окружающая среда — в ней учитываются дозы облучения, полученные населением, а также выбросы радиоактивных материалов из установки;

-радиологические барьеры и контроль — в ней учитываются события, не оказывающие прямого воздействия на население и окружающую среду и касающиеся только происходящего в пределах площадки ядерной установки, сюда входят незапланированные высокие уровни облучения персонала и распространение значительных количеств радиоактивных веществ в пределах крупной ядерной установки, например АЭС.

глубокоэшелонированная защита — сюда входят события, связанные с тем, что комплекс мер, предназначенных для предотвращения аварий, не был реализован так, как это задумывалось.

Критерии оценки безопасности:

Уровень0; Событие с отклонением ниже шкалы;

-Отсутствует значимость с точки зрения безопасности;

-Многочисленные события

Уровень1 Аномальная ситуация

-Глубокоэшелонированная защита- Аномальная ситуация, выходящая за пределы допустимого при эксплуатации

-Многочисленные события

2 Инцидент