Биологическое действие ионизирующего излучения. 2
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ
БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКАЯ
Кафедра радиобиологии и БЖЧС
Реферат на тему
«Биологическое действие ионизирующего излучения»
Выполнил
студент 3 курса 6 группы ФВМ
Евстафьев Алексей Сергеевич
Санкт – Петербург, 2012
Оглавление
1. Миграция радиоактивных веществ в биологических цепях 2
2. Механизм воздействия ионизирующих излучений на живые организмы 3
3. Радио-чувствительность различных биологических видов 5
4. Измерение радиации: терминология и единицы измерения 9
5. Измерение радиации 10
6. Измерение доз 12
7. Список использованной литературы 14
1. Миграция радиоактивных веществ в биологических цепях
Радиоактивный распад происходит
в результате внутриядерных процессов.
Скорость его не связана с воздействием
внешних факторов и не зависит
от количества радиоактивного вещества.
Радиоактивный распад имеет вероятностный
характер и подчиняется законам
статистики. Нельзя заранее предугадать,
когда именно распадется тот или
иной атом, но имеется возможность
достаточно точно подсчитать, какое
количество атомов радиоактивного вещества
распадается в течение
При наземном ядерном взрыве
слой грунта под влиянием колоссальных
давлений и высокой температуры
перемещается с радиоактивными продуктами
деления, расплавляется и частично
переходит в парообразное состояние.
Огромное количество грунта вместе с
огненным шаром поднимается в
верхние слои атмосферы и по мере
остывания этой массы происходит
конденсация паров
Весьма важным обстоятельством,
от которого в дальнейшем зависит
степень миграции радионуклидов
по биологическим и пищевым
Образующиеся при воздушных взрывах частицы весьма малы – от сотых до тысячных долей миллиметра, тогда как при наземных испытаниях их размеры варьируют в довольно широких пределах: от нескольких миллиметров до его тысячных долей.
Основная масса радиоактивного вещества (до 80 %) после наземного взрыва выпадает в непосредственной близости от места взрыва в виде шлака и крупных частиц.
Радиоактивная пыль, попавшая в верхние слои атмосферы - в тропосферу и стратосферу, выпадает медленно на поверхность почвы в районах, удаленных на большие расстояния от места взрыва. Радиоактивные продукты деления из тропосферы выпадают в течение 2-3 месяцев, тогда как из стратосферы они поступают на поверхность земли в течение многих лет. Эти выпадения называют глобальными, т. к. они рассеиваются по всей поверхности планеты.
Миграция радиоактивных аэрозолей в тропосфере происходит в соответствии с законами перемещения воздушных масс. Скорость переноса радиоактивных веществ в тропосфере весьма высока, и прежде чем тропосфера очистится от радиоактивности, радиоактивная пыль успевает пройти несколько раз вокруг земного шара.
2.
Механизм воздействия ионизирующих
излучений на живые организмы
Биологическое действие ионизирующих
излучений обусловлено
Исключительно высокий повреждающий
эффект ионизирующих излучений на живую
материю связан с тем, что в
результате удаления или присоединения
электрических зарядов к
Основной составной частью растительных и животных тканей, как известно является вода. Это имеет важное значение при их радиационном поражении. Радикалы, которые при облучении животных образуются в результате расщепления молекул воды, являются наиболее активными в первичных химических реакциях.
В результате воздействия ионизирующих излучений с молекулами воды происходит радиолиз, т, е. расщепление воды на два иона - Н и ОН. Гидроксильный радикал является сильным окислителем, а атом водорода -восстановителем. Эти радикалы активно вступают в реакцию со свободным кислородом биологических тканей, образуя перекись водорода (Н2О2) и гидропероксид (Н2О4), который также вступает в реакцию с белками и другими молекулами облученных организмов.
Особенно чувствительны к воздействию ионизирующих излучений дезоксирибонуклеиновая (ДНК) и рибонуклеиновая (РНК) кислоты, играющие важную роль в передаче наследственных свойств.
Известны факты, когда введение крови облученных животных вызывало у необлученных реципиентов в ряде органов и систем изменения, характерные для лучевой болезни. Примечательно, что даже инъекция сыворотки крови от облученных животных в большой дозе токсично действует на реципиента. Отсюда видно, как важно знать суть радиационного поражения организмов для разработки мер ослабления эффекта облучения. В настоящее время исследования по действию радиотоксинов проводятся не только в лабораторных условиях, но и на крупных сельскохозяйственных животных.
Действие радиации на генетические структуры растений и животных может привести к глубоким изменениям наследственности. Н.П. Дубининым (1963) показано, что действие ионизирующих излучений связано с изменением химии и структур хромосом в ядрах клеток. По его мнению, ядерные поражения являются первой причиной, приводящей к сложным процессам лучевого заболевания организмов: половой стерилизации, подавлению регенерационной способности и т. д.
Электромагнитное излучение
крайне высоких частот (ЭМИ КВЧ) широко
применяется в клинической
3.
Радио-чувствительность различных
биологических видов
Вскоре после открытия биологического действия ионизирующих излучений было установлено, что любой живой объект может быть убит этим агентом. Однако дозы облучения, приводящие различные объекты к гибели, отличаются в очень широких пределах, даже на несколько порядков. Иными словами, каждому биологическому виду свойственна своя мера чувствительности к действию ионизирующей радиации, своя радио-чувствительность.
В качестве примера крайне низкой радио-чувствительности можно привести бактерии, обнаруженные в канале ядерного реактора. В этих условиях бактерии не только не погибали, но жили и размножались, почему и получили название - микрококк радиорезистентный.
Степень радио-чувствительности
сильно варьирует и в пределах
одного вида - индивидуальная радио-чувствительность,
а для определенного
Кроме того, даже в одном организме различные клетки и ткани значительно различаются по радио-чувствительности. К наиболее чувствительным относятся кроветворная система, эпителий слизистой тонкого кишечника. Имеются относительно устойчивые ткани: мышечная, нервная, костная, которые принято называть резистентными. Впрочем деление тканей на радиочувствительные и радиорезистентны весьма условно, т. к. зависит от избранного критерия.
Конечный радиобиологический эффект тесно связан с количеством энергии, поглощенной живой тканью во время облучения, и зависит от радио-чувствительности растений и животных, которая изменяется в довольно широком диапазоне. Причины неодинаковой реакции растений и животных различных видов на ионизирующие излучения полностью не установлены. Однако экспериментально доказано, что степень радио-чувствитёльности организмов тесно связана с размером ядра, числом хромосом, скоростью деления клеток и рядом других факторов.
Реакция живых организмов
на ионизирующую радиацию изменяется
в зависимости от вида ионизирующей
радиации, времени облучения и
мощности дозы. Влияние различных
видов ионизирующей радиации на биологические
объекты коррелирует с
Одним из критериев оценки
биологической эффективности
Определенное влияние на степень радио-чувствительности оказывает видовая и даже индивидуальная реактивность организмов.
Таблица 1
Дозы γ-излучения, вызывающие 50%-ную смертность.
Биологический вид |
Доза, Гр |
Биологический вид |
Доза, Гр |
Овца Осел Собака Человек Обезьяны разных видов Мыши разных линий |
1,5-2,65 2,0-3,8 2,5-3,0 2,5-3,5 2,5-6,0 6,5-15,0 |
Крысы разных линий Птицы Рыбы Кролик Химик Змеи Насекомые |
7,0-9,0 8,0-20,0 8,0-20,0 9,0-10,0 9,0-20,0 80,0-200,0 10,0-100,0 |
В чем же причина такого разнообразия? Каковы механизмы, определяющие естественную радио-чувствительность биологических радио-объектов? Однозначно ответить на этот вопрос радиобиологии пока не удалось, хотя многое его аспекты изучены в достаточной степени.
В своем последнем докладе НКДАР (Научный комитет по действию атомной радиации) ООН впервые за 20 лет опубликовал подробный обзор сведений, относящихся к острому поражению организма, которое происходит при больших дозах облучения человека. Вообще говоря, радиация оказывает подобное действие лишь начиная с некоторой минимальной, или пороговой, дозы облучения. Из таблицы 1 видно, что чем выше уровень биологического развития организма, тем выше его радио-чувствительность (за некоторым исключением) – закон радио-чувствительности.
Большое количество сведений было получено при анализе результатов применения лучевой терапии при лечении рака. Многолетний опыт позволил медикам получить обширную информацию о реакции тканей человека на облучение. Эта реакция для различных органов и тканей оказалась неодинаковой, причем различия очень велики. Величина же дозы, определяющая тяжесть поражения организма, зависит от того, получит ли ее организм сразу или в несколько приемов. Большинство органов успевает в той или иной степени залечить радиационные повреждения и поэтому лучше переносит серию мелких доз, нежели ту же суммарную дозу облучения, полученную за один раз.
Разумеется, если доза облучения
достаточно велика, облученный человек
погибнет. Во всяком случае, очень большая
доза облучения, порядка 100 Гр, вызывает
настолько серьезное поражение
центральной нервной системы, что
смерть, как правило, наступает в
течение нескольких часов или
дней. При дозах облучения от 10
до 50 Гр при облучении всего тела
поражение центральной нервной
системы может оказаться не настолько
серьезным, чтобы привести вести
к летальному исходу, однако облученный
человек, скорее всего, все равно
умрет через одну-две недели от
кровоизлияния в желудочно-
Согласно оценкам, полученным при первом подходе, доза в 1 Гр, полученная при низком уровне радиации только особями мужского пола индуцирует появление от 1000 до 2000 мутаций.
Согласно оценкам, полученным вторым методом, хроническое облучение при мощности дозы 1 Гр на поколение (для человека 30 лет) приведет к появлению около 2000 серьезных случаев генетических заболеваний на каждый миллион живых новорождённых среди детей тех, кто подвергся такому облучению. Этим методом пользуются также для оценки суммарной частоты появления серьезных наследственных, дефектов в каждом поколении при условии, что тот же уровень будет действовать все время. Согласно этим оценкам, примерно 15000 живых новорожденных из каждого миллиона будут рождаться с серьезными наследственными дефектами из-за такого радиационного фона.
Специалисты еще очень мало знакомы с принципами устройства радиационной защиты организма, и поэтому большая часть радиобиогов склоняется к тому, что даже самая малая доза облучения вредна.
Поэтому, думая о здоровье
населения, надо подходить к оценке
экологических последствий
При расчете последствий аварий крайне важно (если вообще можно говорить о каком-то строгом расчете) определить величину коллективной дозы облучения, которую вобрала в себя популяция, т. е. все те, кто так или иначе - непосредственно или опосредованно - соприкасался с зоной.
Для Чернобыля эти дозы
выражаются в миллионах человеко-бэр,
что дает уже некоторое, весьма недостаточное,
представление об отдаленных последствиях
катастрофы. Сложность расчета последствий
случившейся катастрофы в том, что
есть степень вероятности
Не будем также забывать, что радиация поражает иммунную систему, вследствие чего развиваются обычные* заболевания, приводящие к смертельному исходу.
В современной радиоэкологии и радиобиологии наиболее актуальны:
- изучение молекулярных
и клеточных механизмов
- изучение действия
- комплексное исследование
механизмов отдаленных
- изучение последствий
техногенного загрязнения
- разработка методологии
оценки риска загрязнения
- разработка подходов к нормированию иизкодозовых и сочетанных воздействий на живые организмы с учетом гетерогенности популяции.
4. Измерение радиации: терминология и единицы измерения
Ионизирующее излучение испускается при радиоактивном распаде вещества. Радиоактивный распад происходит при спонтанном распаде ядра атома за счет испускания частицы (альфа-частицы, электрона или одного или нескольких нейтронов).
Имеются четыре формы ионизирующего излучения: альфа-частицы, бета-частицы, гамма-лучи и, косвенно, нейтроны. Все они обладают достаточной энергией, чтобы ионизировать атомы, другими словами, отделить от атома один или более электронов.
Альфа-частица состоит
из двух протонов и двух нейтронов
и эквивалентна ядру атома гелия.
Альфа-частицы легко ионизируют
материал, с которым приходят в
соприкосновение, и передают энергию
электронам этого материала. В воздухе
альфа-частица может
Бета-частица - это электрон или позитрон, и она намного легче, чем альфа-частица. Поэтому, чтобы потерять энергию, ей потребуется переместиться на большее расстояние, чем альфа-частице. В воздухе бета-частица со средней энергией перемещается приблизительно на метр, а в тканях тела - на один миллиметр.
Гамма-лучи - это электромагнитное излучение. Радиоактивный элемент может испускать гамма-лучи (дискретными пучками или квантами, называемыми фотонами), если после альфа- или бета-распада ядро остается в возбужденном состоянии. Гамма-лучи могут проникать глубже, чем альфа- и бета-частицы. Фотон гамма-лучей с высокой энергией может проходить сквозь человека, совершенно не взаимодействуя с тканями тела. При взаимодействии с тканями тела гамма-лучи ионизируют атомы. Понятие рентгеновские лучи также часто используется для обозначения гамма-лучей, испускаемых в процессе радиоактивного распада, которые приходятся на нижнюю часть энергетического спектра электромагнитного излучения, испускаемого в результате радиоактивного распада.
Нейтроны - это нейтральные частицы, которые не обладают электрическим зарядом. В отличие от альфа- и бета-частиц, они не взаимодействуют с электронами и не вызывают непосредственно ионизацию. Однако нейтроны разными путями могут ионизировать косвенно: упругие столкновения, неупругое рассеяние, реакции захвата или процессы расщепления. Эти процессы в различной степени приводят к испусканию гамма-лучей, бета-радиации и, в случае расщепления, большего количества нейтронов.
5. Измерение радиации
Ионизирующее излучение может измеряться в следующих единицах: электрон-вольты, эрги и джоули. Электрон-вольт (сокращенно эВ) - это единица энергии, связанная с перемещением электрона. В атоме водорода (один протон, один электрон) электрон крепко связан. Для того чтобы оторвать этот электрон от протона, требуется энергия. Чтобы полностью оторвать этот электрон от протона, потребуется 13,6 электрон-вольт. В этом случае мы говорим, что атом ионизирован. Выражаясь жаргонно, энергия ионизации крепко связанного электрона в атоме водорода равна 13,6 электрон-вольт.
Электроны - это очень легкие частицы, поэтому не следует ожидать, что электрон-вольт будет представлять собой очень большую энергию. Один электрон-вольт равен всего 1,6 ґ 10-19 джоулей энергии, другими словами 0,16 миллиард-миллиардной части джоуля. Один джоуль (сокращенно Дж) эквивалентен количеству энергии, потребляемой лампочкой мощностью в один ватт, для того чтобы светить в течение одной секунды. Энергия, связанная с радиоактивным распадом, составляет от тысяч до миллионов электрон-вольт на ядро, вот почему распад одного ядра обычно ведет к большому числу ионизаций.
Радиоактивность вещества измеряется
числом ядер, распадающихся в единицу
времени. Стандартная международная
единица измерения
Удельная активность определяет радиоактивность единицы веса вещества. Она измеряется в кюри на грамм или беккерель на грамм. Это позволяет сравнить, насколько одно вещество более или менее радиоактивно относительно другого. Удельная активность радионуклида обратно пропорциональна его атомному весу и периоду полураспада.
Экологические и биологические
измерения радиоактивности
6. Измерение доз
Если ваше тело окажется рядом с источником радиации, то вы подвергнетесь облучению. Чтобы вычислить вредный фактор, связанный с этим облучением, необходимо рассчитать поглощенную дозу. Она определяется как энергия, переданная определенной массе ткани. Обычно доза распространяется по телу неравномерно. Радиоактивное вещество может быть выборочно поглощено определенными органами или тканями.
Дозы радиации часто вычисляются в единицах рад (доза поглощенной радиации - от английского radiation absorbed dose). Один рад равен 100 эрг/грамм или, другими словами, 100 эрг энергии, поглощенной одним граммом некоторой ткани организма. Эрг равен одной десятимиллионной джоуля. Сто радов эквивалентно одному джоулю/килограмм (Дж/кг), что также равно одному грею (Гр), стандартной международной единице измерения дозы радиации. А если учесть время? Тогда мы будем говорить об интенсивности дозы (доза в единицу времени). Примером единицы измерения интенсивности дозы является миллирад/час. С точки зрения повседневной жизни, джоуль (или даже более, если взять эрг) - это довольно малое количество энергии. Но с точки зрения возможности ионизации молекул или элементов, джоуль - это огромное количество энергии. Один джоуль ионизирующего излучения может вызвать десятки тысяч триллионов ионизаций.
Рентген измеряет величину ионизации в воздухе, вызванной радиоактивным распадом ядер. В бескостной биологической ткани один рентген эквивалентен приблизительно 0,93 рад. В воздухе один рентген эквивалентен 0,87 рад. Шкала с делениями мР/ч дает показания в миллирентген/час.
С физической точки зрения наиболее простой способ измерения воздействия излучения - это измерить количество энергии, переданной некоторой единице веса материала. Однако, передача энергии - это только один аспект проблемы, связанной со способностью излучения вызывать биологическое повреждение. Повреждение, вызванное единицей переданной энергии, больше, если она передается на более коротком расстоянии. Следовательно, альфа-частица, которая передаст всю свою энергию на очень коротком расстоянии, вызовет большее повреждение на единицу энергии, чем гамма-лучи, которые будут передавать свою энергию на более длинном отрезке пути. Вес биологического вещества, которому была передана энергия, также играет важную роль. Чувствительность различных органов - различна. В попытке зафиксировать относительную эффективность различных видов излучения, вызывающих биологические повреждения, было введено понятие относительной биологической эффективности (ОБЭ).
Значение ОБЭ различно в зависимости от облученного органа, длительности воздействия и других факторов. В регулирующей практике используется единственный показатель преобразования переданной энергии в рад, называемый коэффициент качества, хотя это представляет собой значительное упрощение реальных рисков. Для бета- и гамма-излучения используется коэффициент качества, равный единице, т.е. 1 рад = 1 бэр. Альфа-излучение вызывает большее поражение на единицу энергии, поглощенной живой тканью. В настоящее время коэффициент качества для альфа-излучения равен 20 (чтобы получить в бэрах, надо альфа-излучение в радах умножить на 20). Мы говорим в настоящее время, потому что коэффициент качества для альфа-излучения с годами меняется. Коэффициент качества, обычно используемый для нейтронов, в настоящее время равен 10.
Коэффициенты преобразования дозы (КПД) используются для преобразования количества радиоактивности (измеряемой в кюри или беккерелях), попадающей в организм человека при вдыхании или с пищей, в дозу (измеряемую в бэрах или зивертах). Коэффициенты КПД, использующиеся в нормативно-правовой практике, рассчитываются как с использованием экспериментальных данных, так и на основе математических моделей.
7. Список использованной литературы
1) С сайта http://www.ssga.ru
2) “Охрана окружающей среды”. И. Ливчак, Ю. Воронов
3) Большая Советская Энциклопедия (www.bse.sci-lib.com)
4) Иванов В.И. Курс дозиметрии, М., 1988
5) Моисеев А.А. и Иванов В.И. Справочник по дозиметрии и радиационной гигиене, М., 1984;

- Биологическое действие ионизирующей радиации и защита от нее
- Биологическое действие ионизирующих излучений
- Биологическое действие ионизирующих излучений
- Биологическое действие ионизирующих излучений и способы защиты от них
- Биологическое действие ионизирующих излучений и способы защиты от них (2)
- Биологическое действие ионизирующих излучений. Основы радиационной безопасности
- Биологическое действие ионизирующих излучений, последствия их влияния на организм человека
- Биологическое (антропологическое) направление в криминологии
- Биологическое (антропологическое) направление в криминологии
- Биологическое влияние атомной энергетики
- Биологическое влияние электрических и магнитных полей на организм людей и животных
- Биологическое время.Биологический возраст
- Биологическое действие ионизирующего излучения
- Биологическое действие ионизирующего излучения