Файл: 1. Предмет Радиобиология с основами радиационной гигиены. Задачи. Краткая история. Связь с другими.docx

1.Предмет «Радиобиология с основами радиационной гигиены». Задачи. Краткая история. Связь с другими дисциплинами.

Радиобиология, или радиационная биология– это наука о действии ионизирующих излучений на живые организмы и их сообщества. Она граничит с научными дисциплинами, исследующими биологическое действие низкоэнергетических электромагнитных волн инфракрасного, видимого и ультрафиолетового света и радиоволн миллиметрового и сантиметрового диапазонов, – фотобиологией и биофизикой.

Главной задачей радиобиологии, составляющей предмет ее исследований, является изучение закономерностей биологиче­ ского действия ионизирующих излучений на живой организм с целью овладения управлением его реакциями на облучение.

радиационная медицина изучает действие ионизирующих излучений на организм человека, принципы профилактики и лечения радиационных поражений, возможных последствий облучения населения.

Радиационная экология исследует пути миграции радиоактивных веществ в компонентах биогеоценоза, дает оценку их количества и биологического действия инкорпорированных растениями, животными и другими организмами радиоактивных веществ.

Задачей сельскохозяйственной радиобиологии является изу­ чение радиочувствительности сельскохозяйственных растений и животных, изыскание возможностей ее модификации, разработка приемов минимизации накопления радиоактивных веществ в продукции растениеводства и животноводства.

Э. Резерфорд предложил планетарную модель атома, которая более глубоко была развита Н.Бором (1913). Согласно этой модели, в центре атома расположено. В. Рентген обнаружил лучи, которые возникали при пропускании тока высокого напряжения через стеклянный баллон с разряженным воздухом, - в 1896 г. А. Беккерель открыл явление радиоактивности. А. Беккерель обнаружил, что соли урана самопроизвольно испускают невидимые лучи, вызывающие почернение фотопластинки и флуоресценцию некоторых веществ. - В 1898 г. супруги Пьер Кюри и Мария Склодовская-Кюри открыли еще два элемента - полоний и радий, которые давали подобные излучения, но интенсивность их во много раз превышала интенсивность излучения урана.
2Строение вещества. Электронная оболочка. Ядро атома.

1Молекула– это мельчайшая частица вещества, сохраняющая его свойства. Атомы– частицы, из которых состоит молекула.. В природе только инертные газы обнаруживаются в виде атомов, так как их внешние оболочки замкнутые, все остальные вещества существуют в виде молекул.

Атомы всех элементов, входящих в периодическую систему, состоят из электронов, протонов и нейтронов. в центре атома расположено ядро, имеющее положительный электрический заряд. Вокруг ядра перемещаются по элептическим орбитам электроны, образующие электронную оболочку атома.

Вещества в природе встречаются в трёх состояниях:

Твёрдые тела сохраняют объём и форму. Жидкости сохраняют объём, но легко меняют свою форму. Газы не имеют постоянного объёма и собственной формы. 

Общее название частиц, участвующих в строении вещества — структурные частицы. К структурным частицам относятся: молекулы, атомы, ионы, электроны.

Молекулярные вещества — это вещества, мельчайшими структурными частицами которых являются молекулы.

Немолекулярные вещества — это вещества, мельчайшими структурными частицами которых являются атомы, ионы, электроны.

2 Электронные орбиты (уровни, слои) создают оболочку атома. Количество слоев у различных атомов не одинаковое. В атомах с большой атомной массой число орбит достигает семи. Их обозначают либо цифрами, либо буквами латинского алфавита:. К, L, М, N. О, Р, Q; ближайший к ядру — первый слой — К., К-слой имеет не более двух электронов, Ь — до 8, М — до 18, N — 32 электрона и т. д.

На каждый из движущихся электронов вокруг ядра действуют две равные противоположно направленные силы: - кулоновская сила притягивает электроны к ядру, а равная ей - центробежная сила инерции стремится вырвать электрон из атома.

Атомы, обладающие избытком энергии, называются в о з б у ж д е н н ы м и,

Процесс образования ионов из нейтральных атомов называется ионизацией.

3Ядро атома состоит из двух типов частиц: протонов и нейтронов, связанных между собой огромными силами. Протоны и нейтроны имеют общее название нуклон (ядерная частица от греч. нуклеус - ядро); они в ядре могут превращаться друг в друга.

Каждый атом любого элемента содержит в ядре определенное число протонов, которое постоянно и определяет физические и химические свойства элемента; Количество протонов в ядре называется атомным номером или зарядовым числом. Протон обладает большой проникающей способностью, что создает серьезную опасность как фактор биологического действия излучения
3Понятие об изотопах, изомерах, изобарах и изотонах. Ядерные силы, дефект массы.

Если у ядер одинаково число протонов , то такие ядра называются изотопами

Если у ядер одинаково массовое число , то такие ядра называются изобарами

Если у ядер одинаково число нейтронов , то такие ядра называются изотонами

Если у ядер одинаков период полураспада , то такие ядра называются изомерами

Ядерные силы обладают свойством насыщения, т. е. каждый нуклон взаимодействует только с ограниченным числом соседних нуклонов. Поэтому при увеличении числа нуклонов в ядре ядерные силы значительно ослабевают. Чтобы разделить ядро на составляющие его протоны и нейтроны и удалить их из поля действия ядерных сил, надо совершить работу, т. е. затратить энергию. Эта энергия называется энергией связи ядра. Средняя энергия связи, приходящаяся на один нуклон, называется удельной энергией связи

Ядерные силы силы — удерживающие нуклоны (протоны и нейтроны) в ядре.

Дефе́кт ма́ссы — разность между суммой масс покоя нуклонов, составляющих ядро данного нуклида, и массой покоя атомного ядра этого нуклида (зарубежная номенклатура)
4 Явление радиоактивности (РА). Естественная РА и РА семейства.

Радиоактивность- явление самопроизвольного превращения ядер, сопровождающееся испусканием частиц или ядер и коротковолнового электромагнитного излучения.

Пьер Кюри и Мария Склодовская-Кюри, открыли новые радиоактивные химические элементы — радий и полоний. Pезерфорд выделил две составляющие радиоактивного излучения — α - и β - лучи. Рентген обнаружил лучи, которые возникали при пропускании тока высокого напряжения через стеклянный баллон с разряженным воздухом, - в 1896 г. А. Беккерель открыл явление радиоактивности. А. Беккерель обнаружил, что соли урана самопроизвольно испускают невидимые лучи, вызывающие почернение фотопластинки и флуоресценцию некоторых веществ

Радиоактивные явления, происходящие в природе, называют естественной радиоактивностью; аналогичные процессы, происходящие в искусственно полученных веществах (через соответствующие ядерные реакции), - искусственной радиоактивностью.

 Радиоактивный распад - это процесс самопроизвольного распада неустойчивых ядер в другие ядра (в конечном итоге, стабильные).

1. Нельзя повлиять на течение процесса радиоактивного распада, не изменив состояние атомного ядра. 2. На скорость течения радиоактивных превращений не оказывают никакого воздействия изменения температуры и давления, наличие электрического и магнитного полей, 3. вид химического соединения данного радиоактивного элемента и его агрегатное состояние.

Радиация - излучение энергии в виде частиц или электромагнитных волн.

2Естественная радиоактивность самопроизвольный распад атомных ядер, встречающихся в природе. Искусственная радиоактивность — самопроизвольный распад атомных ядер, полученных искусственным путём через соответствующие ядерные реакции.

В природе существует три радиоактивных семейства: ряд урана, родоначальником которого является долгоживущий изотоп 238 U, а конечным продуктом стабильный изотоп свинца 206 Pb; ряд тория (родоначальник - изотоп тория 232 Th, конечный продукт - изотоп свинца 208 Pb); ряд урана 235 (родоначальник - изотоп 235 U, а конечный продукт - стабильный изотоп свинца 207 Pb

(совокупность всех изотопов ряда элементов, возникающих в результате последовательных радиоактивных превращений из одного материнского элемента, называется радиоактивным семейством или рядом.
5Характеристика РА излучений.

лучи отклоняющиеся к отрицательно заряженной пластинке, условно были названы альфа-лучами, отклоняющиеся к положительно заряженной пластинке - бета-лучами, а лучи которые совсем не отклонялись, были названы гамма-лучами

Альфа-излучение — это поток положительно заряженных частиц, каждая из которых состоит из двух протонов и двух нейтронов. Проникающая способность этого вида излучения невелика

альфа-излучатели при попадании в организм крайне опасны для человека и животных.

Бета-излучение — это поток движущихся с огромной скоростью отрицательно заряженных электронов, размеры и масса которых значительно меньше, чем альфа-частиц. Это излучение обладает большей проникающей способностью по сравнению с альфа-излучением

Позитрон - элементарная частица, подобная электрону, но с положительным знаком заряда),

Гамма-излучение, подобно рентгеновским лучам, представляет собой электромагнитное излучение сверхвысоких энергий. Это излучение очень малых длин волн и очень высоких частот. С рентгеновскими лучами знаком каждый, кто проходил медицинское обследование. 
6. Типы ядерных превращений. Искусственные преобразования атомных ядер.

Альфа-распад сопровождается испусканием из ядра неустойчивого элемента альфа-частицы, представляющей собой ядро атома гелия. При вылете альфа-частицы ядро теряет 2 протона и 2 нейтрона и превращается в другое ядро, в котором число протонов (заряд ядра) уменьшено на 2, а число частиц (массовое число) - на 4. состоит в самопроизвольном превращении ядра с испусканием α-частицы 

Бета-распад – заключается во внутриядерном взаимном превращении нейтрона и протона. Если в ядре имеется излишек нейтронов, то происходит электронный распад, при котором один из нейтронов превращается в протон, а ядро испускается электрон и антинейтрино.

При позитронном распаде ядро испускает частицу такой же массы, как и электрон, но имеющую заряд +1, и нейтрино, а один из протонов превращается в нейтрон. Процесс превращения пары «позитрон-электрон» в два гамма-кванта получил название аннигиляции

Электронный захват – один из протонов ядра забирает электрон с одной из оболочек атома, чаще всего с ближайшего к нему слоя и превращается в нейтрон.

Внутренняя конверсия – переход возбуждённого ядра в состояние с меньшей энергией может происходить путём внутренней конверсии, или конверсии с образованием электронно-позитронных пар. Ядро передаёт энергию возбуждения одному из электронов внутренних слоёв, который в результате этого удаляется за пределы атома. 

2Ядерные реакции - это искусственные превращения атомных ядер, вызванные их взаимодействием с частицами (протонами, нейтронами, альфа-частицами, гамма-частицами) или другими ядрами. Впервые 15 искусственное превращение ядра осуществил Э. Резерфорд

Ядерными реакциями называют превращения атомных ядер при их взаимодействии с элементарными частицами или друг с другом.

Следует отметить, что И. Кюри и Ф. Жолио-Кюри открыли не только искусственную радиоактивность, но и новый вид радиоактивного распада — позитронный распад, который не наблюдается у естественных радиоактивных элементов.
Активность_РА_элемента._Единицы_активности.'>7. Закон радиоактивного распада. Активность РА элемента. Единицы активности.

Количество любого радиоактивного изотопа со временем уменьшается вследствие радиоактивного распада (превращения ядер). Основной закон радиоактивного распада устанавливает, что за единицу времени распадается всегда одна и та же доля имеющихся в наличии ядер. Величина, обратная постоянной распада называется средней продолжительностью жизни ядра.

Для характеристики скорости распада радиоактивных элементов в практике пользуются вместо постоянной распада периодом полураспада. Период полураспада - это время, в течение которого распадается половина исходного количества радиоактивных ядер. Закон радиоактивного распада позволяет найти число нераспавшихся ядер в любой момент времени.

Графически закон радиоактивного распада выражается экспоненциаль­ной кривой



2Активность радиоактивного препарата – это количество распадов в единицу времени. Основные единицы измерения радиоактивности: Беккерель (Бк) - единица активности нуклида в радиоактивном источнике в системе СИ.

Как следует из закона радиоактивного распада, активность радионуклида пропорциональна числу радиоактивных атомов, т. е. возрастает с увеличением количества данного вещества. Поскольку скорость распада радиоактивных изотопов различная, то одинаковые весовые количества различных радионуклидов имеют разную активность.

Наиболее употребительная внесистемная международная единица - кюри (Ки). Кюри - это такое количество любого радиоактивного вещества, в котором число радиоактивных распадов в секунду равно 3,7×1010. Единица кюри соответствует радиоактивности 1 г радия. Кюри очень большая величина, поэтому обычно употребляют дробные единицы: милликюри; микрокюри; нанокюри; пикокюри

Единицами удельной активности являются Ки/мл, Ки/л, Ки/г, Ки/кг и их производные. Единицы гамма-активности. Единицы кюри для характеристики гамма-активности источников непригодны. Для этих целей введена другая единица - эквивалент 1 мг радия (мг-экв. радия). Милиграмм-эквивалент радия - это активность любого радиоактивного препарата, гамма-излучение которого при идентичных условиях измерения создает такую же мощность экспозиционной дозы, как гаммаизлучение 1 мг радия
8. Взаимодействие заряженных частиц с веществом.

Взаимодействие альфа- и бета-частиц. Бета частицы имеют разную энергию, поэтому их пробег в веществе неодинаков. При взаимодействии с атомами среды бета- частицы отклоняются от своего первоначального направления, сильнее, чем альфа-частицы. Их путь в веществе представляет из себя ломаную линию. Ионизирующая способность бета-частиц меньше, чем альфа-частиц. При прохождении вблизи положительно заряженных ядер, бета-частицы тормозятся и теряют энергию в виде тормозного рентгеновского излучения.
Взаимодействие гамма-излучателя с веществом. Фотонное излучение, проходя через вещество, взаимодействует с орбитальными электронами и ядрами атомов и теряет свою энергию в результате следующих за счет не зависящих трех эффектов: - фотоэлектрического поглощения (фотоэффект), - комптоновского рассеяния (комптонэффект), - образования электронно-позитронных пар (образование пар). Относительная величина каждого из этих эффектов зависит от, атомного номера поглощающего материала и энергии фотона.
9. Взаимодействие нейтронов с веществом.

Не имея электрического заряда, нейтрон не взаимодействует с электрическим полем заряженных частиц и ядер атомов и может пройти значительное расстояние в поглощающем веществе до столкновения с ядром, т.е. при прохождении через поглощающее вещество нейтроны взаимодействуют только с ядрами атомов.

В поле ядра атома нейтроны в зависимости от их энергии могут испытывать различные типы взаимодействия:

Упругое и неупругое рассеяние Радиационный, захват с испусканием фотона, Захват с испусканием заряженной частицы, Деление ядер
10. Взаимодействие гама-излучения с веществом.

Взаимодействие гамма-излучателя с веществом. Фотонное излучение, проходя через вещество, взаимодействует с орбитальными электронами и ядрами атомов и теряет свою энергию в результате следующих за счет не зависящих трех эффектов: - фотоэлектрического поглощения (фотоэффект), - комптоновского рассеяния (комптонэффект), - образования электронно-позитронных пар (образование пар). Относительная величина каждого из этих эффектов зависит от, атомного номера поглощающего материала и энергии фотона.
11. Дозиметрия. Радиометрия. Определение. Доза излучения. Мощность дозы. Единицы измерения.

Дозиметрия - раздел ядерной физики и измерительной техники, в котором изучают величины, характеризующие действие ионизирующего излучения на вещества, а также методы и приборы для его качественного и количественного измерения. Радиометрия - раздел прикладной ядерной физики, который разрабатывает теорию и практику измерения радиоактивности и идентификацию радиоизотопов.

2ДО́ЗА ИЗЛУЧЕ́НИЯ, величина энергии ионизирующего излучения, поглощённой в элементарном объёме вещества, отнесённая к массе вещества в этом объёме (поглощённая доза

Различают дозу: - в воздухе, - дозу на поверхности (кожная доза) и - в глубине облучаемого объекта (глубинная доза), - очаговую и - интегральную (общая поглощенная доза) дозы

3Мощность дозы (P) – это доза излучения (D) отнесенная к единице времени 

За единицу экспозиционной дозы в международной системе единиц (СИ) принят кулон на килограмм (Кл/кг), т. е. такая экспозиционная доза рентгеновых и гамма-лучей, при которой сопряженная корпускулярная эмиссия в килограмме сухого воздуха производит ионы, несущие заряд в один кулон электричества каждого знака.

Единица рад - поглощенная доза любого вида ионизирующего излучения, при которой в 1 г массы вещества поглощается энергия излучения, равная 100 эрг

За единицу поглощенной дозы в международной системе единиц (СИ) принят джоуль на килограмм (Дж/кг), т. е. такая поглощенная доза, при которой в 1 кг массы облученного вещества поглощается 1 Дж энергии излучения. Этой единице присвоено собственное наименование грей (Гр);

Для экспозиционной дозы - системная единица - ампер, на килограмм (А/кг), - внесистемная - рентген в час (Р/ч) или рентген в минуту (Р/мин) и т. д.; для поглощенной дозы соответственно - ватт на килограмм (Вт/кг) и рад в час (рад/ч), рад в минуту (рад/мин) и т. д.

Единица бэР - это доза любого ядерного излучения, при которой в биологической среде создается такой же биологический эффект, как при дозе рентгеновского или гамма-излучения в 1 Р