Действие ионизирующих излучений на организм человека

Одесский национальный медицинский университет

Кафедра биологической физики, информатики и медицинской аппаратуры

 

 

ЭЛЕМЕНТЫ ДОЗИМЕТРИИ.

ЗАЩИТА ОТ ДЕЙСТВИЙ РАДИАЦИИ

 

Методические указания

для студентов 1 курса

медицинского и стоматологического факультетов

 

Утверждено

на методическом совещании кафедры

протокол № от «____» ____ 200 ___г.

Зав. кафедрой____________________

 

 

Переутверждено

на методическом совещании кафедры

протокол № от «____» ____ 200 ___г.

Зав. кафедрой____________________

 

 

Одесса – 2009

 

1. Тема: «Элементы дозиметрии. Элементарные частицы».

2. Актуальность темы, профессиональная направленность:

Вопросы, связанные с измерением излучения, имеют значение прежде всего с точки зрения биологических эффектов. Ионизирующие излучения разрушающе действуют на организм. Последствия проявляются обычно не сразу, а только через более или менее длительное время, возможно спустя годы или десятилетия. Необходимо поэтому искать такие величины, которыми можно было бы характеризовать различные излучения с точки зрения ожидаемых биологических эффектов, как бы предсказать ожидаемые последствия. Эти вопросы и рассматривает дозиметрия излучения. Знакомство с методами и идеями применения радиоактивных препаратов определяется правилами безопасности, соблюдение которых для каждого работника охраны здоровья является строго обязательным.

3. Учебные цели занятия:

В результате изучения данной темы студенты должны

знать:

- природа ионизирующего излучения;

- основной закон радиоактивного распада;

- в чем заключается взаимодействие радиоактивного излучения с веществом;

- что называется дозой излучения (поглощенной дозой излучения;

- от чего зависит ионизирующее излучение;

- что такое мощность излучения;

- что является единицей поглощенной дозой излучения;

- системные и внесистемные дозы излучения;

- понятие дозы для рентгеновского излучения и гамма-излучения;

- единицы экспозиционной дозы излучения;

- единицы мощности экспозиционной дозы;

- какова связь между излученной и экспозиционной дозами;

- какова связь между активностью радиоактивного препарата- источника гамма – фотонов - и мощностью экспозиционной дозы;

- формулу мощности экспозиционной дозы; что показывает коэффициент качества;

- что называют эквивалентной дозой;

- естественные радиоактивные источники;

- что такое элементарные частицы и каково их главное свойство;

- какие элементарные частицы называются стабильными;

- какие физические системы из элементарных частиц образуются в результате существования между ними сильного взаимодействия;

- какие физические системы из элементарных частиц образуются в результате существования между ними слабого взаимодействия; предельную дозу, или критическую дозу, или полулетальную дозу, или летальную дозу;.

- что называют дозиметрическими приборами или дозиметрами;

- виды дозиметров;

- биологическое действие ионизирующего излучения;

- общую схему дозиметров;

- защиты от ионизирующего излучения.

- что такое детекторы ионизирующего излучения.

уметь:

- учитывать, для измерения каких излучений пригоден тот или иной метод, в какой мере он зависит от спектрального распределения(от длины волны или энергии), в каких интервалах доз он применим;

- назвать конструктивно состав дозиметра;

- объяснить действие ионизирующего излучения на живой организм;

- применять знания по известным параметрам облучения,

- оценивать полученные характеристики ионизирующего излучения,

- практически применять защиту от ионизирующего излучения;

- применять соответствующие формулы при решении задач.

4. Пути реализации целей занятия:

Для реализации целей занятия необходимы следующие базисные знания:

!. Основные характеристики атомных ядер.

2. Основной закон радиоактивного распада.

3. Представление о взаимодействии радиоактивного излучения с веществом.

4 Понятия про дозу излучения.

5. Понятие про экспозиционную дозу излучения.

6. Представления про основные характеристики ионизирующего излучения, связь между ними и единицы измерения в СИ.

7. Понятия про дозиметрические приборы.

8. Биологическая защита,

9. Основные характеристики элементарных частиц7

10. Взаимодействие элементарных частиц.

5. Задания с эталонами ответов (для самопроверки студентами начальног уровня знаний).

1. Какая физическая величина измеряется в греях?

2. Какая физическая величина измеряется в греях в секунду?

3. Какая физическая величина измеряется в радиан в секунду?

4. Коэффициент качества, показывает, во сколько раз эффективность биологического действия данного вида излучения меньше, чем рентгеновского или гамма-излучения, при одинаковой дозе излучения в тканях. А. Правильно; В. Неправильно.

5. Быстро делящиеся молодые клетки наиболее чувствительны к воздействию ионизирующего излучения.

А. Правильно; В. Неправильно

6. К стабильным частицам относятся: А. фотон; В. электрон; С. протон;

D. нейтрино.

А.- мощность дозы; В.- поглощенная доза; С – экспозиционная доза.

Ответы: 1-В; 2-А; 3-А; 4-В; 5-А; 5-А, В, С, D.

6. Информацию для закрепления исходных знаний-умений можно найти в пособиях:

1. Ремизов А. Н. Медицинская и биологическая физика. М., 1999, с. 598-604

2. 1. Ремизов А. Н. Медицинская и биологическая физика. М., 1987, с. 577-590.

3. Лекция “Элементы дозиметрии”

4. Ливенцев Н. М. Курс физики, т. 2 Г., 1978,с. 70, 85, 95-112.

7. Содержание учебного материала данной темы:

Основные понятия данной темы: количественная оценка действия ионизирующего излучения на вещество, доза поглощения и мощность дозы, экспозиционная доза и мощность экспозиционной дозы, активность радиоактивного распада, коэффициент качества, эквивалентная доза излучения, дозиметрия.

Основные физические явления и процессы: биологическое действие ионизирующего излучения.

Основные формулы и законы: закон радиоактивного распада, формулы: дозы излучения, мощности дозы, экспозиционной дозы излучения, мощность экспозиционной дозы излучения, эквивалентной дозы.

Основные физические величины: доза поглощения и мощность дозы, экспозиционная доза и мощность экспозиционной дозы, активность радиоактивного распада, коэффициент качества, эквивалентная доза излучения.

Основные методики медико-биологических иследованиий: дозиметрия.

Основные медицинские приборы: дозиметрические приборы, рентгенометры, радиометры.

Основные понятия дозиметрии

Биологическое действие оказывает только та часть излучения. Которая поглощается тканями организма. Та часть излучения, которая проходит через вещество без поглощения, никакого действия на организм не оказывает. Поэтому действие ионизирующего излучения на вещество, в том числе и на живые ткани, характеризуется количеством энергии излучения, поглощаемой атомами вещества.

Понятие дозы заимствовано из фармакологии, где под ней понимают количества лекарства, введенного в организм, точнее, количество лекарства, приходящегося на единицу веса или массы. Между понятиями дозы в дозиметрии и фармакологии имеется сущесвенное различие. В фармакологии рассматривается все введенное в организм количесво лекарства независимо от того, сколько использует из него организм и сколько выделяется из организма без действия. В дозиметрии излучения нас интересует только оставшаяся в организме, то есть поглощенная энергия.

Величина, измеряемая количеством излучения, которое поглощается единицей массы вещества, называется поглощенной дозой излучения.

D _n =Е / m.

Установим единицу поглощенной дозы излучения в СИ:

D _n =Е /m= 1 Дж / кг=1 Гр (грей).

За единицу поглащенной дозы излучения в СИ принята такая доза, при которой 1 кг вещества поглощает энергию ионизирующего излучения в 1 Дж.

Дозу отнесенную ко времени, называют мощностью дозы. Мощность дозы излучения выражается в греях в секунду (Гр/с).Внесистемная единица дозы излучения – рад (1 рад=10 ^–2 Гр=100 эрг / г), ее мощность- рад в секунду (рад/с).

Непосредственно измерить поглощенную дозу излучения очень трудно. Однако ее можно определить косвенным путем. Все виды ионизирующего излучения вызывают ионизацию атомов и молекул вещества. На ионизацию атомов данного вещества затрачивается вполне определенное количество энергии, Поэтому, измеряя заряд ионов, образуемых ионизирующим излучением в веществе, можно оценить и количество энергии ионизирующего излучения, поглощенной веществом.

Величина, измеряемая количеством электричества, которое образуется излучением в единице массы сухого атмосферного воздуха в результате его полнлй ионизации, называется экспозиционной дозой излучения:

D_э =q / m.

Единица экспозиционной дозы излучения в СИ:

D_э =q / m= 1Кл / 1кг.

За единицу экспозиционной дозы излучения в СИ принимают такую дозу, которая образует в 1 кг сухого атмосферного воздуха число ионов одного знака с общим зарядом в 1 Кл. На практике используют единицу, называемую рентгеном (Р),- экспозициционная доза рентгеновского или гамма-излучения, при которой в результате полной ионизации в 1 см³ сухого воздуха(при 0 ⁰ Си 760 мм рт. ст.) образуются ионы, несущее заряд, равный 1 ед. СГС _Q каждого знака. Нетрудно подсчитать, что экспозиционная доза 1Р соответствует образованию 2,08*10⁹ пар ионов в 0,001293 г сухого воздуха; 1Р=2,58*10^-4 Кл / кг.

Единицей мощности экспозиционной дозы является 1 А / кг, а внесистемной единицей - 1 Р/ с.

Так как доза излучения пропорциональна падающему ионизирующему излучению, то между излученной и экспозиционной дозами возникает пропорциональная зависимость:

D = f X,

Где f – некоторый переходный коэффициент, зависящий от ряда причин, и прежде всего от облучаемого вещества и энергии фотонов.

Для воды и мягких тканей челрвека f = 1; следовательно, доза излучения в радах численно равна соответствующей экспозиционной дозе в рентгенах. Это и обуславливает удобство использования внесистемных единиц – рада и рентгена.

Для костной ткани коэффициент f уменьшается с увеличением энергии фотонов приблизительно от 4,5 до 1.

Установить связь между активностью радиоактивного препарата-источника гамма-фотонов – и мощностью экспозиционной дозы. Из источника радиоактивного излучения гамма-фотоны вылетают по всем направлениям. Число этих фотонов, пронизывающих 1 м² поверхности некоторой сферы в 1 с, пропорционально активности А и обратно пропорционально площади поверхности сферы (4лr²). Мощность экспозиционной дозы (X / t) в объеме Vзависит от этого числа фотонов, так как именно они и вызывают ионизацию, Отсюда получаем

X / t= k_у *A / r^2.

В дозиметрии принято сравнивать биологические эффекты различных излучений с соответствующими эффектами, вызванными рентгеновским и гамма-излучениями.

Коэффициент качества, коэффициент показывающий. во сколько раз эффективность биологического действия данного вида излучения больше, чем рентгеновского или гамма- излучения, при одинаковой дозе излучения в тканях. В радиобиологии его называют также относительной биологической эффективностью (ОБЭ).

Коэффициент качества устанавливают на основе опытных данных. Он зависит от вида частицы и от ее энергии.

Поглощенная доза совместно с коэффициентом качества дает представление о биологическом действии ионизирующего излучения, поэтому произведение DK используют как единую меру этого действия и называют эквивалентной дозой излучения H:

H=DK

Так как К- безразмерный коэффициент, то эквивалентная доза излучения имеет ту же размерность, сто и поглощенная доза излучения, но называется зивертом (Зв). Внесистемная единица эквивалентной дозы- бэр (биологический эквивалент рентгена); 1 бэр=10 ^-2 Зв.

Эквивалентная доза в бэрах равна дозе излучения в радах, умноженной на коэффициент качества.

Действие ионизирующих излучений на организм человека

Ионизирующие излучения.

Все виды радиоактивного излучения- альфа-, бета- и гамма-лучи, нейтроны, протоны и позитроны при взаимодействии с атомами и молекулами вещества ионизирую их. По этой причине все виды ядерного излучения получили название ионизирующего излучения. Ионизирующая способность различных видов радиоактивного излучения различна. Так, альфа частица, оьладая энергией в 2 МэВ, на 1 мм пробега создает 6000 пар ионов, а бета-частица при тех же условиях образует всего 6 пар ионов.

Кванты гамма- излучения и нейтроны непосредственно ионизацию атомов и молекул вещества не производят. Гамма- кванты передают свою энергию электронам, которые и вызывают ионизацию частиц вещесвта. При облучении вещества нейтронами возникает искусственная радиоактивность. Которая является причиной ионизации атомов и молекул вещества.