6

Лекція 3

Іонізуюче випромінювання

1. Загальні відомості про іонізуюче випромінювання.

2. Біологічна дія іонізуючих випромінювань.

3. Медічні аспекти дії іонізуючих випромінювань.

4. Нормі допустимого рівня іонізуючого опромінювання людини.

1895 - Конрад Рентген відкрив Х промені

1896 - Антуан Анрі Беккерель - природну радіоактивність

Беккерелю, який вивчал явише люмінесценції, прийшла в голову думка: чи не супроводжується всяка люмінесценція рентгенівським ипромінюванням? Для перевірки своєї здогадки він випадково узяв одну з солей урану що фосфоресціює жовто-зеленим світлом. Освітивши її сонячним світлом він загорнув сіль у чорний папір і поклав в темній шафі на фотопластину, теж загорнуту в чорний папір. Через деякий час, проявивши пластинку, Беккерель дійсно побачив зображення шматка солі. Алелюмінісцентне випромінювання не могло пройти крізь чорний папір, і лише рентгенівські промені могли в цих умовах засвітити пластинку. Беккерель повторив дослід кілька разів і з однаковим успіхом. В кінці лютого 1896  р. на засіданні Французької Академії наук він зробив повідомлення про рентгенівське випромінювання речовин, що фосфоресціювали.

Було встановлено, що властивість природної радіоактивності мають всі сполуки урану і найбільшою мірою сам уран. Беккерель же повертається до люмінофорів, що цікавлять його, але йому вдалось зробити ще одне крупне відкриття в атомній фізиці. Якось для публічної лекції Беккерелю знадобилася радіоактивна речовина, він узяв його у подружжя Кюрі, і пробірку поклав в жилетну кишеню. Прочитавши лекцію, він повернув власникам радіоактивний препарат, а наступного дня виявив на тілі під жилетною кишенею почервоніння шкіри у формі пробірки. Беккерель розповідає про це Пьеру Кюрі, той ставить на собі досвід: протягом десяти годин носить прив'язану до передпліччя пробірку з радієм. Через декілька днів у нього теж спостерігається почервоніння, що перейшло потім у важку виразку, від якої він страждав протягом двох місяців. Так вперше було відкрито біологічну дію радіоактивності.

1899 - Ернст Резерфорд - віднайшов альфа, бета, гамма – промені

Радіоактивність – здатність атомних ядер спонтанно розпадатися з утворенням інших ядер, елементарних частинок і гамма – випромінювання.

Різка межа щодо рентгенівського випромінювання не визначена (рентгенівське 10^-8 м до 10^-10 м Гамма - 10^-10 м -10^-15м)

Зміна числа радіоактивних атомів відбувається за законом радіоактивного розпаду

N=N₀ e^-λt

Величина, зворотна постійною розпаду, називається середнім часом життя радіоактивного ізотопу

τ=1/λ

N=N₀ e^-t/τ

Період напіврозпаду

Т _1/2=ln2/ λ=0,693/ λ

Активність изотопа- число радіоактивних розпадів в одиницю часу

a=dN/dt=- λN

Одиниця вимірювання радіоактивності в СІ – беккерель (Бк) – один розпад в секунду

1 Резерфорд (Рд) =10⁶ Бк

Використовують кюрі (Ки) – активність 1 г радію спільно з продуктами його розпаду

1 Ки=3,7 10¹⁰ Бк

Поглинена доза електромагнітного випромінювання є відношенням енергії, поглиненої в даному об'ємі до маси речовини в даному об'ємі

D_погл=dE/dm

у СІ одиниця поглиненої дози Дж/кг – 1 Грей (Гр)

1 Гр=1 Дж/кг= 10⁴ ерг/г

Використовують 1 рад=10-2 Гр

Для оцінки біологічної дії вводять поняття еквівалентної дози

D_экв=D_погл K

У СІ одиниця еквівалентної дози 1 Зиверт

1 Зв= 1 Гр (К=1) = 100 бер

1 бер – біологічний еквівалент рентгена, характеристика еквівалентної дози

1 бер = 1 рад при К=1

К – коэффициент, що характеризує якість випромінювання (Куклев, с. 313)

Вид іонізуючого випромінювання	Значення коефіцієнта К
гамма, рентгенівське	1
Електрони, позитрони	1
Протони з енергією менше 10 МЕВ	10
Нейтрони з енергією менше 20МэВ	3
Нейтрони з енергією в межах 0,1-10 МЕВ	10
альфа- випромінювання з енергією 10 МЕВ	20

Біологічна дія іонізуючого випромінювання зв'язана, в першу чергу, з утворенням високоактивних іонів і вільних радикалів.

Процес радіолізу води:

H₂O→ H₂O*→H•+OH•

H₂O→ H₂O•++ e; H₂O•⁺⁺ H₂O→OH•+H₃O•⁺

OH-→OH•⁺e-

H₂O+e-→ H₂O•-

O₂+e-→O₂•^-;

O₂•-+H+→HO₂•

O₂+H•→HO₂•

H₂O•+H•→ H₂O₂•

У свою чергу, взаємодія органічних молекул з радикалами, що утворилися, може привести до утворення радикалів органічних молекул:

RH+OH•→R•+ H₂O;

R•+O₂→RO₂•

RO₂•+RH→ROOH+R•

Безпосередньо взаємодіючи з органічними молекулами, іонізуюче випромінювання також може приводити до іонізації цих молекул і до утворення вільних радикалів:

RH→RH*→R•+H•

RH→RH•⁺⁺e-

Вільні радикали, взаємодіючи з білками, нуклеїновими кислотами і ліпідами, змінюючи їх структуру. В результаті порушується робота ферментативних систем клітини, підвищується проникність клітинних мембран. Якщо доза іонізуючого опромінювання мала і не викликає загибелі клітини, то спостерігаються різні віддалені наслідки опромінювання – зупинка поділу клітин, зниження проліферації (розмноження) клітин, індукція процесу апоптозу – запрограмованій загибелі клітин. Особливо важливим наслідком є зміни структури ДНК і хромосом, що приводять до мутацій (генні або точковые мутації, хромосомна аберація, мутації геномів).

При підвищенні змісту кисню в середовищі спостерігається кисневий ефект – підвищення концентрації вільних радикалів, збільшення частки радіаційних пошкоджень макромолекул і, відповідно, збільшення радіаційного пошкодження клітин.

Для людини середня еквівалентна доза фонового опромінювання складає 240-250 мбэр (Кукльов, с. 315)

Вид опромінення	Доза, мбэр
Внутрішнє опромінювання	135
Земне випромінювання	35
Космічне випромінювання	30
рентгенодіагностика	35-40
інші	2-5

При одноразовому гострому опромінюванні можуть бути наступні наслідки:

Наслідки для опроміненого	Доза, бер
Відсутність клінічних симптомів	<50
Незначне нездужання	50-100
Легкий ступінь променевої хвороби	100-200
Важкий ступінь променевої хвороби	200-400
Украй важкий ступінь променевої хвороби, вірогідний летальний результат	>400
Мінімальна летальна доза	600

Стадії променевої хвороби:

1. Первинна стадія (через декілька годинників) – тошнота, блювота,, прискорений пульс, слабкість, лейкоцитоз

2. Прихована стадія (видиме благополуччя)

3. Розпал захворювання – ті ж симптоми, що у стадії 1 + підвищення температури до 40-41⁰С, кровотеча з ясен, носа і внутрішніх органів, зниження кількості лейкоцитів

4. Стадія одужання або летального результату

Хронічна променева хвороба підрозділяється на 3 форми:

1. перший ступінь (незначні головешці болю, слабкість, порушення сну і апетиту)

2. другий ступінь (посилення симптомів першого ступеня, порушення обміну речовин, сердечнососудистой системи, травлення, кровоточивість слизових оболонок)

3. третій ступінь (+ порушення діяльності статевих залоз, зміни ЦНС, випадання волосся, крововиливу)

4. Для Росиі

Дозові межі, бер/рік	Група критичних органів
	I	II	III
Гранично допустимі доза (ПДД) для категорії А	5	15	30
_	0,5	1,5	3

Група критичних органів:

I – все тіло, гонады і червоний кістковий мозок

I I – м'язи, жирова тканина щитовидна залоза, печінка, нирки, селезінка, шлунково-кишковий тракт

I I I – шкіра, кісткова тканина, кисті, передпліччя, стопи

На Україні норми радіаційної безпеки регулює ухвала Верховної Ради:

П ПРО З Т А Н ПРО В А № 62 від 01.12.97 м. Київ

Про введення в дію Державніх гігієнічних нормативів "Нормі радіаційної безпеки Україні (НРБУ-37)"

Нормами радіаційної безпеки встановлюються такі категорії осіб які зазнають опромінювання:

1. Категорія А (персонал) - особини, які постійно чи тимчасово працюють безпосередньо з джерелами іонізуючих випромінювань.

2. Категорія Б (персонал) - особини, які безпосередньо не зайняті роботою з джерелами іонізуючих випромінювань, але у зв'язку з розташуванням робочих місць в приміщеннях та на промислових майданчиках об'єктів з радіаційно-ядерними технологіями можуть отримувати додаткове опромінення.

3. Категорія В - все населення.