34.38M

Category:

physics

c6c1ab4a93c2a18c0c3c0367a0a21853

2.

Ионизирующие излучения (ИИ) - это излучения,
вызывающие при взаимодействии с веществом ионизацию
его атомов и молекул.

В основе всех эффектов ионизирующих излучений лежит
взаимодействие с атомами вещества.
Заряд ядра и химические
свойства элемента определяются
числом протонов.
Этот положительный заряд
уравновешивается отрицательно
заряженными частицами электронами, вращающимися
вокруг ядра по определенным
фиксированным орбитам.
протон
электроны
ядро атома
нейтрон

4.

Элементарный акт взаимодействия излучения с
веществом – это поглощение энергии кванта
валентным электроном, приводящее к переходу
атома или молекулы в возбужденное состояние
вплоть до высвобождения электрона
квант
электрон
нейтральные
частицы
положительный ион
отрицательный ион
Оставшаяся часть атома или молекулы, приобретая положительный
заряд, становится положительным ионом.
Свободный электрон, ассоциируясь с одним из нейтральных атомов,
порождает отрицательный ион.

5.

По своей природе все ИИ подразделяются на
электромагнитные и корпускулярные излучения.
Виды ионизирующих
излучений
Нейтронное излучение –
поток нейтральных частиц
(скорость 20-40 тыс. км/сек)
Бета-излучение –
поток электронов или
позитронов (скорость близка
к скорости света)
Гамма-излучение – электромагнитное
излучение, поток фотонов (квантов
электромагнитного излучения) с очень
малой длиной волны
Альфа-излучение –
поток ядер гелия (два
протона, два нейтрона)

6.

Электромагнитные ИИ в зависимости от источника
подразделяются на:
фотон
ē
ē
1. тормозное - возникает при
торможении в электрическом поле
атомных ядер ускоренных
заряженных частиц, (обычно,
электронов)
фотон
2. Характеристическое - возникает при
переходе электрона с одной из
внешних орбит на вакантное место,
образовавшееся на внутренней
ē
орбите.
Совокупность тормозного и характеристического излучения
называют рентгеновским излучением.
3. -излучение - продукт ядерных
превращений радиоактивных
элементов (радиоизотопов).

7.

Взаимодействие электромагнитного ИИ с атомами
вещества может протекать в формах:
1. Фотоэффекта – поглощение одной из фотон
внешних электронных оболочек атома
всей энергии фотона с превращением
её в кинетическую энергию
«выбитого» из атома ē.
фотон
вторичный фотон
2. Комптон-эффекта – передача ē лишь
части энергии фотона; остальная
энергия передаётся вторичному
(«рассеянному») фотону.
е-
3. Образование электрон-позитронных
пар при прохождении -кванта в
непосредственной близости от ядра
атома.
е+

8.

Корпускулярные ИИ
Нейтроны образуются при:
делении ядер тяжелых элементов или при
бомбардировке ядра соответствующей
заряженной частицей или фотоном высокой
энергии
(в лаборатории или при взрывах атомных боеприпасов)
при синтезе ядер легких
элементов дейтерия, трития и
лития
(взрыв термоядерного боеприпаса)

9.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ НЕЙТРОНОВ С ВЕЩЕСТВОМ
Нейтроны не имеют заряда и не оказывают влияния на
электронную оболочку атомов, взаимодействуя только с
ядрами.
частица
1. Упругое рассеяние - нейтрон и
ядро сталкиваются и
нейтрон
разлетаются, словно два
шарика (основной путь потери
энергии при ЯВ).
α-
протон
Нейтрон при этом теряет часть своей энергии и замедляется, а
потерянная нейтронами энергия передаётся «ядрам отдачи» положительно заряженным частицам, имеющим высокую
ионизирующую способность.
При столкновении с ядрами С, N, O, P - нейтроны теряют 10-15 % ,
а при столкновении с ядрами водорода – до 2/3 своей энергии.

10.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ НЕЙТРОНОВ С ВЕЩЕСТВОМ
2. Неупругое рассеяние - часть энергии
расходуется нейтронами на
возбуждение (разновидность
он
р
т
й
е
н
колебательного движения) ядермишеней.
В исходное состояние ядра возвращаются, испуская фотоны γизлучения.
3. Ядерные перестройки - захват
нейтронов ядрами атомов,
приводит к образованию
радиоактивных изотопов. Ядро
переходит в возбужденное
н
о
р
т
состояние, а затем, возвращаясь в ней
основное состояние, испускает
протоны, α-частицы, γ-кванты.
γ-квант

11.

Ускоренные заряженные частицы
- это перемещающиеся в
пространстве источники
электрического поля
( -частицы, протоны,
-частицы).
их источники - радиоизотопы и
ускорители заряженных частиц.

12.

Формы взаимодействия
заряженных
частиц
с
атомами вещества:
1. Упругое рассеяние – изменение
траектории заряженной частицы в
результате отталкивания от атомных
ядер без потери энергии.
е-
Чем меньше масса частицы, тем больше её отклонение от прямого
направления, - траектории -частиц в веществе изломаны, а протонов
и -частиц – практически прямые.
фотон
ē
ē
2. Неупругое торможение электрон при прохождении
вблизи атомного ядра теряет
скорость и энергию, испуская
фотон тормозного излучения,
летящий в том же направлении,
что и электрон.

13.

Формы взаимодействия заряженных частиц с
атомами вещества :
фотон
3. Ионизация и возбуждение
атомов в результате
взаимодействия частицы с их
ē
электронными оболочками –
основной путь потери энергии
в веществе.
Под действием их электрического поля происходит возмущение
электронных оболочек атомов с переходом последних в
возбуждённое или ионизированное состояние.
При возвращении атома в нормальное состояние испускается
характеристическое излучение.

14.

15.

Относительная биологическая эффективность разных
видов излучений
При воздействии плотноионизирующих излучений акты
ионизации распределяются в микрообъемах вещества более
кучно, что приводит к возникновению более тяжелых,
труднее репарируемых повреждений по сравнению с тем,
что происходит при поглощении такого же количества
энергии, но редкоионизирующего излучения.
Протон при прохождении через вещество ионизирует почти
каждый атом, встречающийся ему на пути. Электрон же ионизирует
лишь единичные атомы, сотни атомов между ними остаются
неионизированными.
Редкоионизирующие виды излучений отличаются
сравнительно высокой проникающей способностью, а
плотноионизирующие (за исключением нейтронов)
проникают в ткани на небольшую глубину.

16.

Важное свойство ИИ – это проникающая
способность(возможность взаимодействовать с атомами вещества в глубине объекта),
зависит от природы излучения, состава, плотности облучаемого объекта.
Проникающая способность альфачастицы в воздухе - несколько
сантиметров.
Пробег β-частиц в воздухе - от 0,1 до
20 метров в зависимости от их
начальной энергии.
Нейтронное и Ɣ-излучение имеет
значительную проникающую
способность

17.

ПРОНИКАЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ ИОНИЗИРУЮЩИХ
ИЗЛУЧЕНИЙ

18.

19.

Дозиметрия ИИ
Экспозиционная доза – суммарный заряд ионов
одного знака, образующихся при облучении воздуха
фотонами ионизирующих излучений в его единичной
массе.
В системе СИ - (Кл/кг); - внесистемная 9– рентген (Р), 3
соответствующая образованию 2,1 10 пар ионов в 1 см сухого
воздуха при нормальных условиях.
доза в 1 Р накапливается за 1 ч на расстоянии 1 м от источника,
содержащего 1 г радия.
Изменения, вызываемые излучением в воздухе и в
других средах, количественно различны (связано с разным
количеством энергии, передаваемой излучением одинаковым по
массе количествам разных веществ при одной и той же
экспозиционной дозе).

20.

Дозиметрия ИИ
Поглощённая доза – количество энергии,
передаваемой излучением единичной массе вещества:
1Гр = 1Дж/кг; 1Гр = 100 рад.
Непосредственно измерить биологически значимые величины
поглощённых доз не всегда возможно из-за незначительности
соответствующей им энергии.
Поэтому непосредственно измеряется экспозиционная доза ИИ,
а поглощённая доза рассчитывается с учётом свойств
облучаемой
среды.
NB! Прямой переход от экспозиционной дозы к логлощенной невозможен, если
неизвестны энергия квантов и химический состав облучаемого объекта, НО:
В случае измерения дозы проникающей радиации или γ-излучения на
местности, загрязненной ПЯВ, принимают, что экспозиционной дозе в 100 Р
соответствует поглощенная доза в 0,95 Гр.
Измеряется индивидуальными дозиметрами (разовьется ли у облученного
ОЛБ и если да, то ее степень тяжести.

21.

Радиобиологический парадокс
Масса тела = 70 кг.
Общая поглощенная
энергия при действии
дозы в 4 Гр :
70 кг х 4 Дж/кг = 280 Дж ≈
67 кал
Чашка горячего кофе
Разница
температур
600С – 370С =230С
Объем выпитого кофе,
эквивалентного энергии
67 кал – 3 мл (1 чайная ложка)
Общее облучение человека
4 Гр – ОЛБ III степени
Работа при поднятии тела
человека
Высота подъема,
эквивалентная 280
Дж - ≈ 41 см

22.

Дозиметрия ИИ
Мощность дозы – это доза (экспозиционная,
поглощенная или эквивалентная), регистрируемая за
единицу времени.
Непосредственно
измеряют, как правило,
мощность
экспозиционной дозы.
(приборы радиометрырентгенометры –
например ДП-5В)
Обычно пользуются внесистемной единицей мощности экспозиционной дозы
– Р/час и ее производными (мР/час, мкР/час);
Используют для определения:
зараженности каких либо объектов (в т.ч. человека), - нуждаемость в
проведении дезактивации (санитарной обработки);
уровня радиации на местности (возможность нахождения на данной
территории, длительность безопасного пребывания).

23.

24.

Дозиметрия ИИ
Различные ИИ вызывают в биосистемах количественно различные
эффекты даже при одинаковой поглощённой дозе (связано с ЛПЭ).
Эквивалентная доза определяется как поглощенная
доза в органе или ткани, умноженная на ОБЭ для
данного вида излучения. (ОБЭ - коэффициент качества
излучения, который устанавливается для каждого вида излучения
в зависимости от его ЛПЭ).
В системе СИ - зиверт (Зв), внесистемная - бэр.
1 Зв = 100 бэр.
Для рентгеновского, гамма- и бета-излучений 1 Зв
соответствует поглощенной дозе в 1 Гр.

25.

ОСНОВЫ БИОДЕЙСТВИЯ ИИ
В действии ИИ на биообъект выделяют несколько стадий.
1. Физических процессов:
поглощение энергии излучения;
образование ионизированных и возбужденных
атомов и молекул, случайным образом
распределенных в веществе (вероятность поглощения
энергии тем или иным атомом биомолекулы одинакова).
Количество энергии, поглощенной молекулами каждого типа
пропорционально их массовой доле в растворе.
В биосистемах поглощается энергии:
25% - органическими и неорганическими молекулами;
75% - водой.
Продолжительность 10-16 - 10-15 с.

26.

ОСНОВЫ БИОДЕЙСТВИЯ ИИ
2. Физико-химических явлений:
перераспределение поглощенной энергии внутри
молекул и между ними (происходят разрывы химических
связей там, где эти связи менее прочны)
образование свободных радикалов (отличаются очень
высокой химической активностью).
избирательно поражаются:
пиримидиновые
тиоловые и
нуклеотиды ДНК
дисульфидные
группировки белков
NB! Хотя все аминокислоты поглощают энергию облучения с расной
вероятностью. некоторые из них оказываются избирательно пораженными.
Продолжительность 10-14 - 10-11 с.

27.

ОСНОВЫ БИОДЕЙСТВИЯ ИИ
3. Химическая стадия:
реакции между свободными радикалами и между
ними и интактными молекулами.
образование молекул с измененными структурой и
функциональными свойствами.
Продолжительность 10-6 - 10-3 с.
Поглощение энергии излучения
макромолекулами, структурами
внутриклеточных мембран называют
прямым действием излучения.
ПЕРВИЧНЫЕ СТАДИИ!
Повреждение биомолекул продуктами
радиолиза воды называют непрямым
действием излучения.

28.

ОСНОВЫ БИОДЕЙСТВИЯ ИИ
4. Биологическая стадия:
вторичные радиобиологические эффекты
(прослеживаемые на всех уровнях организации живого, и
продолжающиеся иногда в течение всей жизни).
развитие процессов биологического усиления и
репарационных процессов.
Радиобиологические эффекты
на молекулярном уровне
разрывы, сшивки, изменения последовательности мономеров в
молекулах биополимеров, потеря ими фрагментов,
окислительная модификация,
образование аномальных химических связей с другими
молекулами.

29.

!
B
N
Доля повреждённых биомолекул пропорциональна
их молекулярной массе.
При 10 Гр в клетке оказываются повреждёнными 0,015% молекул
олигосахаридов, 0,36% - аминокислот, 1% - белков и 100%
нуклеиновых кислот
ОСНОВЫ БИОДЕЙСТВИЯ ИИ
С уязвимостью ДНК и её уникальной ролью
генетической матрицы связана ведущая роль
повреждений ДНК как основы радиобиологических
эффектов, формирующихся на более высоких
уровнях биосистемы.
Кислородный эффект – усиление повреждающего действия
радикалов в присутствии кислорода! (взаимодействие кислорода
с радикалами биомолекул - образование новых перекисных
радикалов, - поражение тканей относящиеся к числу
необратимых структурных изменений).

30.

Биологическое усиление радиационного
поражения
Нарушается структура нуклеотидов и их
последовательность в ДНК и РНК
(дефицит необходимых для нормальной жизнедеятельности
продуктов матричного синтеза, наработка несвойственных клетке,
чужих и вредных для нее продуктов).
Нарушение структуры белков-ферментов
Повреждаются липиды внутриклеточных мембран
нарушается их проницаемость
(замедляются или извращаются ферментативные реакции,
накапливаются аномальные метаболиты, токсичные для клетки).
(снижаются внутриклеточные градиенты концентраций
различных метаболитов, подавляются функции связанных с
мембранами ферментов).

31.

Репарация лучевых повреждений
Если лучевое воздействие не оказалось для клетки
летальным, поврежденные биомолекулы или
продукты их распада удаляются из клетки.
Большинство биомолекул - множественные
структуры, представленные в клетке большим
количеством копий (удаление поврежденных экземпляров
может не отразиться на жизнедеятельности клетки).
Репарируются большинство нарушений структуры ДНК, связанных
с повреждением одной из комплементарных цепей и даже
захватывающих обе нити.
Но при репликации нарушенных матриц будут воспроизводиться
дефектные копии - синтезироваться аномальные продукты,
например ферменты с измененными характеристиками.

32.

Радиобиологические эффекты на клеточном
уровне
1. Радиационный блок митозов (во всех
делящихся клетках сразу после облучения
временно прекращается митотическая
активность, из за нарушения процессов,
регулирующих клеточное деление)
2. Гибель клетки
некроз
репродуктивная
з
интерфазная
то
п
о
п
а
Мутация ДНК
3. Нелетальные мутации
я-ДНК
?
к
а
Р
основная
у
мишень в
ы
т
к
е
ф
е
генетический
Д
?
а
клетке при
в
т
с
м
о
т
дефект
по
ИИ

33.

Радиобиологические эффекты на системном
уровне
характеризуются цитопеническим эффектом, в
основе которого лежат, преимущественно, гибель
клеток и радиационный блок митозов.
Бергонье и Трибондо (1906): "законы радиочувствительности":
Радиочувствительность тканей находится в прямой зависимости от
митотической активности составляющих их клеток и в обратной –
от степени их дифференцировки. (исключение - лимфоидная
ткань и лимфоциты)
я
и
ц
а
и
д
а
Р
!
а
н
д
и
в
е
ч
о
а
з
поль

34.

Радиобиологические эффекты на уровне
организма
По сроку появления
Ближайшие эффекты - в сроки до нескольких месяцев
после облучения (развитие цитопенических состояний острая лучевая реакция, ОЛБ, лучевая катаракта, лучевой
дерматит).
Отдалённые эффекты - спустя годы на фоне полной
регрессии основных клинических проявлений
острого поражения
(не специфические, – вызываются и нелучевыми факторами опухоли, гемобластозы, гипопластические, дистрофические,
склеротические процессы).

35.

Радиобиологические эффекты на уровне
организма
По характеру связи с дозой облучения
Стохастические (вероятностные):
беспороговость
альтернативный характер
(гибель клетки, опухоль, склеротические процессы)
Гигиеническое нормирование, радиационно-экологические
проблемы
Нестохастические (детерминированные):
пороговый характер
градиентная связь амплитуды с дозой
облучения
(ОЛБ, лучевая катаракта, лучевой кератит)
Высокие дозы облучения (ядерная война, радиационные ЧС
мирного времени)

36.

сейсмовзрывные волны в грунте
психотравмирующий комплекс факторов

37.

38.

Медико-тактическая характеристика радиационных очагов

39.

Радиоактивное заражение местности
Источники радиоактивного заражения местности:
продукты деления (смесь осколков деления и продуктов их
распада) – основной источник заражения;
наведенная радиоактивность (радиус – 2-3км);
не прореагировавшая часть ядерного заряда.
Источники поражения личного состава:
дистанционное внешнее гамма- и бета-излучение;
контактное действие бета- и гамма-излучений радиоактивных
частиц (при производстве работ, преодолении зон заражения);
внутреннее облучение (при употреблении зараженных продуктов
питания, воды, не соблюдении правил личной гигиены).

40.

Особенности радиоактивного заражения местности
при разрушениях (авариях) на АЭС
Оцениваемые Аварии на АЭС Наземный ядерный
параметры
взрыв
продукты деления
«наработанные» РВ
Источники
радиоактивного графитовые стержни наведенная
радиоактивность
заражения
непрореагировавшая
ядерное топливо
местности
часть ядерного заряда
Формирование в течение нескольких в течение первых суток
зон заражения
суток
Площади зон
относительно
значительные
заражения
небольшие
Границы зон
заражения
нечеткие
четкие

41.

42.

43.

Оцениваемые
параметры
Аварии на АЭС
Наземный ядерный
взрыв
мелкодисперсные
крупнодисперсные
аэрозоли и газы, легко аэрозоли, оплавленные
прилипающие
частицы,
Радионуклидный
частицы, из них 90-95% многие
из
них
–
состав
нерастворимы;
растворимы;
γ- излучатели;
α-, β-, γ- излучатели; 90%β-,короткоживущих
РВ
90% долгоживущих РВ
Уровни радиации
относительно
значительные
на местности
невысокие
проводится сравнительно
проводится
с
большим
Дезактивация
легко – простейшими
трудом – нужны
вытряхивание,
специальные сорбенты. методами:
выколачивание и т.п.
Оценка пригодности
воды в военное время Фильтрование удаляет из
Последствия по приказу МО № 310
воды до 98% РВ,
-1983 г., в мирное
отстаивание – до 70%.
время - № 285-1983 г.

44.

45.

При авариях или разрушениях ядерных реакторов
основным поражающим радиационным фактором
является РЗМ
более медленный, чем в случае ядерного взрыва,
спад мощности дозы излучения на местности
более сложная конфигурация заражённых участков
местности
более высокие адгезивность и контаминирующая
способность выпадающих на местность РВ

46.

При авариях или разрушениях ядерных реакторов
При радиационной аварии риск поступления
радионуклидов в организм выше, чем при ядерном
взрыве (обусловлено пребыванием некоторой их части в
газообразном состоянии и способностью преодолевать
противогазы и респираторы).
В ранние сроки (часы-сутки) после начала аварии наибольшую
опасность представляет инкорпорация смеси радиоактивных
изотопов йода.
В более поздние сроки (спустя годы после аварии) на первый план
выходит внутреннее облучение организма
за
счёт
поступивших
в
него
долгоживущих радионуклидов 55Сs137 и 38Sr90.