Бета-излучение – внутриядерное взаимное превращение нейтронов и протонов. Выделяют следующие виды:
1) Электронный распад
2) Бета- распад
1Н3 = 2Не3 + -1е0 + v (0n1 – 1p1 + -1e0 + v)
3) Позитронный
15Р30 = 14Si30 + +е0 + v
4) Электронный захват
4Ве7 + -1е0 = 3Li7 + v
Гамма-излучение – ядро, которое образуется в результате альфа и бета распада находится в возбужденном состоянии и сопровождается гамма-излучением, которое излучается единым переходом или ступенчато. Это электромагнитное излучение, которое возникает при изменении энергетического состояния атомного ядра. Проникающая способность высока.
Спонтанное излучение.
Как пример можно привести деление изотопа урана (92U235) под действием тепловых нейтронов. Образуются осколки деления, выделяется 8*1010Дж энергии. Осколки испускают 1-3 нейтрона, которые, действуя на другие атомы, могут привести к развитию цепной реакции. Этот распад лежит в основе действия нейтронных и атомных бомб.
Рентгеновское излучение – электромагнитные волны с очень короткой длиной волны.
Нейтронное – очень высокая проникающая способность.
Характеристика излучений
| Виды | Природа | Энергия | Скорость, см/с | Свободный пробег в воздухе | Удельная ионизация | Проникающая способность | Защита |
| Альфа | 2Не4 | 4-9 | 1,5-2*109 | 2,5-8 см. | До 30000 пар | До 0,1 мм | Лист бумаги |
| Бета | е+,е- | 1-2 | 2*1010 | 10 см. | 50-100 | 10-15 мм | Алюминий 0,3 мм |
| Гамма | Фотон | 0,2-0,3 | 8*1010 | 100м | 2-10 | Глубоко | Свинец, сталь, ж/б |
Скорость распада – активность радиоактивного вещества.
A = лямбда* N0 * e-лямбда*t
Единицы активности:
Единица активности радионуклида в системе СИ – беккерель, Бк.
1 Бк равен 1 ядерному превращению за 1 сек.
Внесистемная единица – Кюри (Ки), равная 3,7*1010 ядерных превращения за 1 сек. 1 Бк равен 0,027 нКи. (нано 1*10-9, или 37 ядерных превращений за 1 сек.).
Внесистемная – Резерфорд (1РД=106Бк)
Решающее значение для оценки возможного биологического действия излучения имеет характеристика его поглощения в тканях. Величина энергии, поглощенной в единице массы облучаемого вещества называется дозой, а та же величина, отнесенная к единице времени – мощностью дозы излучения.
Доза поглощения – энергия ионизирующего излучения, которая поглощается при прохождении через единицу массы вещества.
Дп = Еп/m
СИ – Грей (доза, при которой в 1кг. поглощается 1 Дж энергии излучения)
Внесистемная – Рад (1Рад=10-2Грей)
Практически измерить дозу поглощения трудно, тела неоднородны, поэтому дозу поглощения оценивают по ионизирующему действию рентген или гамма-излучения на чистый сухой воздух –
Экспозиционная/физическая доза – заряд ионов одного знака, образующихся в единице массы сухого воздуха под действием рентген или гамма-излучения.
До = q/m
СИ – Кл/кг, внесистемная – рентген (1 Рентген = 2,58*10-4Кл/кг)
Мощность дозы – величина дозы к промежутку времени в течение которого эта доза действовала.
Р = Дп/t
Р0 = Д0/t
P - Гр/сек (СИ); рад/сек
Р0 – А/кг (СИ); Р/сек
Дп = fД0 (f – зависит от рода вещества и энергии фотонов)
Разные виды излучения оказывают разное воздействие на органы. Для сопоставления воздействие введено понятие относительный биологический эффект. К – коэффициент качества, относительная биологическая эффективность (ОБЭ) – это отношение поглощенной дозы образцового излучения, вызывающей определенный биологический эффект к поглощенной дозе данного излучения, вызывающего такой же биологический эффект. В качестве образцового принято рентгеновское излучение. ОБЭ используется для сравнения биологического действия любого излучения с рентген или гамма-излучением.
Согласно НРБ-99 взвешивающий коэффициент для отдельных видов излучения равен:
Альфа – 20
Фотоны, электроны, мюоны – 1
Эквивалентная доза = КДп (произведение поглощенной дозы в органе или ткани на средний коэффициент качества излучения).
СИ – Зиверт (биологический эквивалент Грей), бэр (биологический эквивалент рада). 1 бэр = 10-2Зв. Бэр – доза любого вида излучения, вызывающая такой же биологический эффект, что и один рентген излучения со средней линейной потерей энергии 3 КЭВ в слое воды толщиной в 1 нм. 1 Зв = 1 Грей/Q = 100 БЭР
Поглощенная энергия в теле человека всегда распределяется неравномерно, поэтому для более точной характеристики введены дополнительные величины. Например, интегральная доза – полное количество энергии, поглощенной в организме человека. Помимо этого – гонадная, костномозговая доза, доза в «критическом органе» (жизненно важный орган, первый выходящий из строя в исследуемом диапазоне доз излучения).
Предельно допустимая доза (ПДД) – наибольшее значение индивидуальной эквивалентной дозы за год, при котором равномерное облучение в течение 50 лет не может вызвать в состоянии здоровья неблагоприятных изменений, обнаруживаемых современными методами.
Биологическое действие ионизирующих излучений известно с 1896г. Родоначальник радиобиологии Е.С. Лондон, ему принадлежит первая в мире монография по радиобиологии: «Радий в биологии и медицине». В 1925г. Филипповым и Надсоном установлено влияние излучения на наследственность.
Первичный эффект – ионизация (при летальных исходах в клетке образуется один миллион ионов). При действии на воду образуются радикалы (ОН-, Н+), гидроперекиси и перекиси. Они взаимодействуют с органическими веществами с образованием возбужденных молекул, радикалов, ионов, перекисей. Далее перекисные соединения окисляют и изменяют активность клеточных ферментов, нарушаются биохимические реакции в клетке, нарушается деление, появляются мутации, изменяются все виды обмена.
В тысячные доли секунды радиационно-химический процесс ведет к изменению расположения и структуры молекул и нарушению биохимии клеток. Морфологические и функциональные изменения клеток проявляются уже в первые минуты и часы после облучения. В первую очередь поражаются ядерные структуры. Наблюдается торможение роста и деления клетки. Изменения в хромосомном аппарате сказываются на ее наследственных свойствах – ведут к радиационным мутациям. В соматических клетках это может привести к образованию опухолевых клеток, в половых к мутациям, которые проявятся в последующих поколениях. Белки распадаются до токсических гистаминоподобных соединений, что приводит к дистрофии и некрозу. Особенно сильно излучение действует на быстропролифелирующие и малодифференцированные клетки.
Биологический эффект в первую очередь определяется величиной поглощенной дозы и распределением ее в человеческом теле. При равной дозе наибольшие последствия сопровождают облучение всего тела. Менее выражена реакция при облучении отдельных частей тела. Биологический эффект зависит от радиочувствительности тканей. Это выраженность лучевого повреждения клеток и тканей и способность их к восстановлению после облучения. Радиочувствительность пропорциональна способности клеток к делению и обратно пропорциональна дифференцировке.
Эффекты излучения детерминированные – это клинически выявляемые вредные биологические эффекты, вызванные ионизирующим излучением, в отношение которого предполагается существование порога ниже которого эффекты отсутствуют. Эффекты излучения стохастические – это вредные биологические эффекты, вызванные ионизирующим излучением, не имеющим дозового порога возникновения.
Чувствительность клетки зависит от многих факторов: вида излучения, стадии митотического цикла, степени оксигенации, функционального состояния.
При воздействии радиации возможно нарушение со стороны отдельных органов и систем, всего организма. Изменения, происходящие в органах, могут проявляться через короткий промежуток времени – острые поражения; или через длительное время – отдаленные последствия. Под воздействием излучения в организме могут произойти поражение структур, ответственных за наследственность. Нарушения делятся на соматические и генетические. Соматические – те изменения, которые произошли у данного индивидуума в результате облучения. Генетические – проявляются у потомства. Соматические проявляются в виде острой или хронической лучевой болезни, отдаленных реакций на облучение. При однократном облучении возникает легкая реакция (доза менее 100 БЭР) – сдвиги в системе крови, вегетативные дисфункции. Если доза более 100 БЭР, то возникает острая лучевая болезнь. Степени:
- Легкая 100-200 БЭР
- Средней тяжести 200-300 БЭР
- Тяжелая 300-500 БЭР
- Крайне тяжелые более 500 БЭР
При отсутствии медицинской помощи доза в 500-600 БЭР – смерть. При длительном и часто повторяющемся облучении в небольших дозах, но превышающих допустимые нормы, развивается хроническая лучевая болезнь. Ионизирующее излучение сокращает продолжительность жизни, ведет к развитию лейкозов, опухолей (кожи, костей, эндокринозависимые опухоли), катаракты, кровоточивость десен, артрозы, стоматиты.
Медицинское облучение обуславливает 90% лучевой нагрузки на население, главный вклад в эту нагрузку вносит рентгенология.
Внешнее облучение – облучение тела от находящихся вне него источников ионизирующего излучения.
Внутреннее облучение – от находящихся внутри тела источников облучения.