Глава і

1. Історія розвитку радіології. Радіоактивність і доза. Дозиметрія іонізуючого випромінювання: одиниці й методи визначення радіоактивності та дози опромінення. Будова радіометрів і дозиметрів. НРБУ-97.

Радіологія (radius - промінь, logos – наука) - розділ медицини, який розробляє теорію і практику використання іонізуючого випромінювання з діагностичною (променева діагностика) та лікувальною метою (променева терапія).

Променева діагностика вивчає використання випромінювань для дослідження будови та функцій органів і систем людини. Променева діагностика включає — термографію, рентгенологічну діагностику (РД), радіонуклідну (РНД), ультразвукову (УЗД), комп’ютерно-томографічну діагностику (КТ) магнітно-резонансну діагностику (МРТ), інтервенційну радіологію.

Променева терапія вивчає використання іонізуючого випромінювання для лікування онкологічних та неонкологічних захворювань.

Наприкінці ХХ сторіччя усі методи діагностики та лікування захворювань людини, що ґрунтуються на використанні іонізуючих випромінювань, ультразвукових коливань, інфрачервоного випромінювання, магнітних полів ядер атомів об’єднали в одну наукову спеціальність — радіологію.

Історія розвитку медичної радіології.

Медична радіологія бере свій початок з часу відкриття В.К.Рентгеном 8 листопада 1895 р. нового роду променів, які він назвав Х-променями. 28 грудня 1895 року Рентген повідомив у пресі про відкриття Х-променів. 9 березня 1896 та в травні 1897 року Рентген опублікував в європейських журналах результати досліджень Х-променів.

Проте видатний український фізик Іван Пулюй (Відень) дещо раніше досліджував властивості Х-променів, але результати своїх робіт опублікував пізніше (13 лютого і 5 березня 1896 року). Враховуючи внесок І.Пулюя у відкриття та дослідження Х-променів його слід вважати основоположником науки про рентгенівські промені аж ніяк не в меньшій мірі, ніж Рентгена, ім’я якого широко відображено в сучасній медичній термінології та спеціальній літературі, а ім’я І.Пулюя практично невідоме.

Другою визначною подією було відкриття в 1896 р. французьким вченим Анрі Беккерелем явища природної радіоактивності.

Радіоактивність - це властивість ядер атомів деяких хімічних елементів до мимовільного поділу з виникненням іонізуючих випромінювань, наприклад:

Речовини, яким властивий мимовільний поділ ядер атомів та супроводжується виникненням іонізуючого випромінювання, називають радіоактивними.

Ці відкриття були основою для виділення з уранової руди полонію та радію Марією і Пьєром Кюрі в 1896 році. В теперішній час відомо біля 40 природних радіоактивних елементів, які зустрічаються в природі у складі так званих родин ²³⁸ U, ²²⁴ Ac, ²³² Np, ²³⁷ Th і ін.

В І934 році друге покоління Кюрі - подружжя Ірен і Жоліо Кюрі відкрили штучні радіоактивні речовини (нукліди або ізотопи, ізос – рівний, топос – місце в періодичний таблиці Д.І.Мендєлєєва) – різновиди того ж елементу з однаковим числом протонів у ядрі, що відрізняються кількістю нейтронів, і мають той же порядковий номер в таблиці Менделєєва, але різні масові числа. Штучні радіоактивні речовини (радіонукліди) отримують в ядерних реакторах, опромінюючи стабільні хімічні елементи нейтронами, елементарними частинками у прискорювачах елементарних частинок. Ядра радіонуклідів розпадаються з виникненням іонізуючого випромінювання, наприклад:

Радіоактивність, зумовлена природними радіоактивними речовинами називається природною, а радіоактивність зумовлена штучними радіоактивними речовинами називається штучною.

В 1940 році Флеров Г.М. та Петржак К.О. відкрили явище самостійного поділу ядер урану на великі шматки, що супроводжується вивільненням двох-трьох нейтронів здатних викликати подальший поділ інших ядер урану. Це відкриття стало основою для здійснення ланцюгової реакції. У 1942 році Енріко Фермі в Чикаго /США/ вперше побудував діючий атомний реактор. В процесі роботи реактора отримували сировину, для виготовлення атомних бомб, і в 1945 році вперше в історії енергія атомного ядра була використана на шкоду людству - на японські міста Хіросіму та Нагасакі американськими військовими були скинуті атомні бомби, в результаті чого загинуло більше 300 тисяч людей.

Використання атомної зброї стало поштовхом до бурхливого розвитку радіобіології — науки, яка вивчає вплив іонізуючих випромінювань на живі організми. Радіобіологія включає: радіаційну гігієну, радіаційну біохімію, радіаційну генетику, радіаційну цитологію, радіаційну імунологію, радіаційну екологію, космічну радіобіологію, радіобіологію пухлин, профілактику та лікування променевих уражень.

Будова атома. Ядро атому складається з протонів, нейтронів та інших елементарних частинок, що утримуються разом завдяки ядерним силам зчеплення. Сума протонів та нейтронів складає масове число хімічних елементів. Навколо ядра обертаються негативно заряджені електрони. Число протонів у ядрі дорівнює його порядковому номеру в періодичній системі Д.І.Менделєєва.

Ядра атомів тяжких елементів нестійкі і, починаючи з 84 елемента перетворюються в інші нукліди.

Види радіоактивних перетворень.

1. Альфа-розпад - викид з ядра природних радіоактивних елементів альфа-частинок () - ядра атому гелію:

2. Електронний бета-розпад - викид з природних або штучних радіоактивних елементів електрона:

3. Позитронний бета-розпад - викид з ядра деяких штучних радіонуклідів позитрона:

4. К-захват (захват орбітального електрона ядром) - ядерний протон захоплює електрон з найближчого до ядра К-шару і перетворюється в нейтрон. Порядковий номер елемента зменшується на одиницю. На звільнене в К-шарі місце переходить електрон з іншого шару, що супроводжується виникненням кванта характеристичного випромінювання:

5. Мимовільне ділення ядер спостерігається у радіоактивних елементів з великим атомним номером (²³⁵U, ²³⁹Pu і ін.) при захопленні їх ядрами повільних нейтронів. Одні і ті ж ядра при поділі утворюють різноманітні пари осколків, що являють собою ядра нових елементів:

Ділення ядер супроводжується виділенням ядерної енергії. Нейтрони, що виникають при діленні ядра, знову викликають ділення інших ядер. Така реакція стає ланцюговою. Умови для керування ланцюговою реакцією створюються в атомних реакторах. При наростанні ланцюговою реакції на протязі короткого проміжку часу виникає ядерний вибух.

6. Термоядерні реакції (синтез ядер) виникають при температурах, що досягають декількох мільйонів градусів. В цих умовах ядра легких елементів об'єднуються в ядра більш важких елементів:

(17,5 МеВ)

Закон постійності радіоактивного розпаду: в рівні проміжки часу відбувається ядерне перетворення рівних частин активних атомів радіоактивної речовини:

N_t=N₀ e^-λt

Де N₀ - кількість активних атомів в початковий момент (t=0); N_t – кількість радіоактивних атомів, що залишилися через час t; λ - постійна розпаду, що визначається часткою атомів, що розпадається за одиницю часу.

Частка ядер атомів ,що розпадаються, для кожного радіонукліда є величина постійна і називається постійною розпаду (λ):

λ = 0,693/ T_1/2

Де T_1/2 - період напіврозпаду - час, на протязі якого розпадається половина активних ядер атомів даної радіоактивної речовини. Радіоактивні речовини з періодом напіврозпаду більшим 15 діб вважають довгоживучими, меншим 15 діб — короткоживучими.

Активність радіоактивної речовини - число ядерних перетворень за одиницю часу. Одиниця активності - беккерель (Бк) - одне перетворення в секунду; МБК=10⁶ Бк, ГБК=10⁹ Бк, ТБК=10¹² Бк).

Позасистемна одиниця активності - кюрі (Кі). 1 Кі = 3,7·10¹⁰Бк, похідні Кі: мілікюрі (мКі) = 3,7·10⁷Бк; мікрокюрі (мкКі) = 3,7·10⁴Бк;

Іонізуюче випромінювання — це випромінювання, яке при взаємодії з речовиною призводить до збудження атомів і молекул речовини та виникнення протилежно заряджених іонів.

Види іонізуючих випромінювань:

• корпускулярні: альфа-випромінювання (потік ядер атомів гелію), бета-випромінювання (потік електронів або позитронів), протонне випромінювання (потік протонів), нейтронне випромінювання (потік нейтронів),

• квантові або фотонні: гамма-випромінювання (електромагнітне випромінювання виникає під час перетворення радіоактивних ядер або під час взаємодії швидких заряджених частинок із речовиною), рентгенівське (гальмівне випромінювання) і космічне випромінювання.

Властивості випромінювань:

1) проникаюча — властивість проникати крізь різні матеріали (проникаюча властивість обернено пропорційна щільності середовища);

2) іонізуюча — властивість розкладати молекули на позитивно і негативно зарядженні іони, наприклад: H₂O= H⁺ + OH^-;

3) фотохімічна — властивість викликати фотоліз AgBr = Ag⁺ + Br ^- (засвічування фотографічних матеріалів);

4) сцинтиляційна, люмінесцентна — властивість викликати сцинтиляції, свічення деяких хімічних речовин;

5) біологічна — властивість спричиняти функціональні, анатомічні та метаболічні зміни на молекулярному, клітинному, органному рівнях та на рівні цілісного організму;

6) кумулятивна — властивість акумулювати в організмі негативні ефекти опромінень, що в подальшому може викликати небажані віддалені наслідки (злоякісні пухлини, природжені вади розвитку, генні мутації, скорочення тривалості життя);

7) радіоактивні випромінювання не сприймаються органами чуття - вони невидимі, не мають запаху і смаку, тому в момент опромінення організм не відчуває дії радіації.

8) теплова - ядерні перетворення супроводжуються виділенням теплової енергії.