Ответы к экзамену по радиационной медицине и экологии. 1

Вид материала

Ответы к экзамену

Содержание Методы радиационной медицины Направления радиационной медицины Значение радиационной медицины в процессе формирования врачебных кадров 2. Понятия: "нуклон", "изотоп", "радионуклид"; их основные характеристики. Радиоактивность, традиционные и системные единицы рад Основные характеристики нуклонов По химическим свойствам радиоизотопы не отличаются от стабильных За единицы радиоактивности Величина N - активность Период полураспада 4. Типы радиоактивных превращений ядер: альфа-, бета-, гамма-превращения ядер. Примеры элементов, претерпевающих соответствующие Нестабильные ядра претерпевают 4 основных типа радиоактивных превращений Примеры альфа-распада Виды бета-превращения ядер Ионизирующее излучение По природе ионизирующие излучения делятся на два основных вида Характеристика корпускулярных видов излучения и особенностей их взаимодействия с веществом Кривая Брегга Возможны следующие эффекты взаимодействия нейтронного излучения с веществом Выделяют излучения Основными свойствами излучений являются ... Полное содержание

Подобный материал:

• Вопросы для подготовки к курсовому экзамену по радиационной гигиене, 32.25kb.
• Ю. А. Александров Основы радиационной экологии Учебное пособие, 5090.11kb.
• Методические рекомендации к занятиям по радиационной и экологической медицине раздел, 454.5kb.
• Тематический план занятий по радиационной и экологической медицине раздел «Радиационная, 33.77kb.
• Тематический план занятий по радиационной и экологической медицине раздел «Экологическая, 49.21kb.
• Методические указания по выполнению лабораторной работы по дисциплине «Основы радиационной, 237.73kb.
• Лениях областных больниц, «Республиканском центре детской офтальмологии» и«Республиканском, 148.24kb.
• Электрофизиологические показатели у детей, больных сахарным диабетом Бобр, 70.07kb.
• Экология как научная, 94.09kb.
• Серия «подготовка к экзамену», 1831.32kb.

Ответы к экзамену по радиационной медицине и экологии.

1. Содержание предмета «радиационная медицина». Цели, задачи, методы радиационной медицины. Значение радиационной медицины в процессе формирования врачебных кадров для нужд профилактического здравоохранения республики.

Радиационная медицина - наука, изучающая особенности воздействия ионизирующего излучения на организм человека, принципы лечения лучевых повреждений и профилактики возможных последствий облучения населения.

Цель: предотвращение или сведение к минимуму возможных последствий облучения человека.

Задачи:

1) вскрытие возможных закономерностей биологического ответа на действие источников ионизирующих излучений

2) управление лучевыми реакциями в организме

Методы радиационной медицины:

1) экспериментальной

2) клинический

3) эпидемиологический

4) метод санитарной экспертизы и гигиенической регламентации

Направления радиационной медицины:

1. дозиметрическое - изучение источников и уровней облучения

2. радиобиологическое - изучение в эксперименте и с помощью эпидемических последствий эффектов и последствий воздействия ионизирующего излучения на биообъекты.

3. клиническое - противолучевая защита и терапия радиационных поражений

4. профилактическое - методологическое обеспечение, санитарно-организационные мероприятия, обоснование и разработка санитарно-гигиенических регламентов и мер защиты населения, контроль обеспечения радиационной безопасности.

Значение радиационной медицины в процессе формирования врачебных кадров:

1) знакомство врачей с механизмами действия ионизирующего излучения на организм человека, последствий такого воздействия, методами противолучевой защиты и терапии радиационных поражений практически необходимо, особенно учитывая наличие функционирующих объектов ядерной энергетики рядом с территорией РБ и возможным строительством АЭС на территории нашей страны.

2) ряд врачебных специальностей (рентгенологи, лучевые терапевты, онкологи и др.) будут постоянно сталкиваться с источниками ионизирующих излучений в их повседневной практической деятельности.

3) РБ после аварии на ЧАЭС - зона экологического бедствия, последствия аварии еще в течение не одного десятка лет будут влиять на состояние здоровья населения Беларуси, поэтому практическому врачу крайне необходимо владеть информацией о действии ионизирующих излучений, методах профилактики и лечения лучевых поражений.

2. Понятия: "нуклон", "изотоп", "радионуклид"; их основные характеристики. Радиоактивность, традиционные и системные единицы радиоактивности и их соотношение.

Нуклон - любая частица, входящая в состав ядра (как протон, так и нейтрон). Основные характеристики нуклонов: заряд (у протона - +1, у нейтрона - 0) и масса (масса протона = массе нейтрона = 1,67*10^-27 кг, в периодической системе масса 1 протона = массе 1 нейтрона = 1, масса электрона примерно в 2000 раз меньше и считается при расчетах пренебрежительно малой).

А (атомная масса, количество нуклонов данного элемента) = N (число нейтронов в ядре) + Z (атомный номер элемента).

Изотопы - атомы с одним и тем же зарядом ядра (т.е. одинаковым Z), но разным массовым числом, т.е. отличающиеся количеством нейтронов в ядре (разные N и А).

Радионуклиды - ядра радиоактивных атомов:

а) естественные - радионуклиды, которые образовались и постоянно образуются без участия человека

б) искусственные - радионуклиды, получаемые искусственным путем в ядерных реакторах различного назначения и т.д.

В настоящее время практически не существует таких элементов, у которых не было бы радиоактивного изотопа. По химическим свойствам радиоизотопы не отличаются от стабильных, то есть стабильный и радиоактивный изотопы следуют вместе по всем цепочкам в соответствии с химическими и биологическими законами круговорота в природе.

Радиоактивность - самопроизвольное превращение ядер одних элементов в другие, при котором ядро переходит в более устойчивое состояние. Процесс сопровождается испусканием ионизирующих излучений (корпускулярных либо электромагнитных).

За единицы радиоактивности приняты:

а) системная - Беккерель (Бк, Bq).

1 Бк - активность нуклида в радиоактивном источнике, в котором за время 1 с происходит 1 акт распада (1 Бк = 1 распад/сек ).

б) традиционная (внесистемная) - Кюри ( Ки, Ci).

1 Ки - количество радиоактивного вещества, которое распадается с интенсивностью 3,7*10¹⁰ распадов в 1 секунду, т.е.

1 Ки = 3,7*10¹⁰ Бк, 1 Бк = 2,703*10^-11 Ки.

3. Закон радиоактивного распада, его практическое использование для обоснования мероприятий по защите населения при авариях на ядерно-физических установках.

Радиоактивные превращения характеризуются:

1) способом выделения избыточной энергии, которая отдается либо в виде альфа- или бета-частиц определенной энергии, либо электромагнитного излучения;

2) временем протекания радиоактивного распада и вероятностью распада ядра за единицу времени.

Радиоактивный распад - явление статистическое - нельзя предсказать, когда именно распадется данное нестабильное ядро. Для описания статистических закономерностей радиоактивного распада используется естественная статистическая величина - постоянная распада , физический смысл которой заключается в том, что если взять большое число N одинаковых нестабильных ядер, то за единицу времени в среднем будет распадаться N ядер. Постоянная распада  не зависит от времени.

Величина N - активность, она характеризует излучение препарата в целом, а не отдельного ядра.

Уменьшение количества активных ядер с течением времени происходит в соответствии с законом радиоактивного распада, который описывается экспоненциальной кривой и формулируется следующим образом: за равные промежутки времени происходит превращение равных долей активных атомов.

Закон радиоактивного распада имеет математическое выражение:

, где - исходное количество радиоактивных ядер; - количество активных ядер, оставшихся спустя время распада t; e - основание натуральных логарифмов;  - постоянная распада, t - время распада.

Период полураспада (Т_1/2 или T_f) - время, в течение которого число радиоактивных ядер уменьшается вдвое.

Постоянная распада  связана с периодом полураспада, поэтому закон радиоактивного распада можно записать следующим образом:



Данная формула может быть использована для практических целей, когда необходимо дать рекомендации о возможности использования загрязненных радионуклидами территорий, продуктов питания, воды, так как через 10 Т_1/2 остается практически чистая среда (т.е. остается меньше 0,1% от исходного количества радионуклида). Пример: I-131 имеет период полураспада, равный 8,05 суток; цельное молоко и листовые овощи местного производства запрещают использовать в течение 2-3 месяцев после выброса радиоактивного йода; у Cs-137 период полураспада равен 30,1 г; у Sr-90 период полураспада равен 29,12 г; т.е. земли, загрязненные Cs-137 и Sr-90 можно будет использовать спустя 300 лет после аварии на ЧАЭС.

4. Типы радиоактивных превращений ядер: альфа-, бета-, гамма-превращения ядер. Примеры элементов, претерпевающих соответствующие типы радиоактивных превращений.

Основной характеристикой атома являются 2 числа:

1. массовое число (A) - равно сумме протонов и нейтронов ядра

2. атомный номер (Z) в периодической системе элементов Менделеева - равен числу протонов в ядре, т.е. соответствует заряду ядра.

Тип радиоактивного превращения определяется видом частиц, испускаемых при распаде. Процесс радиоактивного распада всегда экзотермичен, т.е. идет с выделением энергии. Исходное ядро называется материнским (в нижеприведенных схемах обозначено символом X), а получающееся после распада ядро - дочерним (в схемах - символ Y).

Нестабильные ядра претерпевают 4 основных типа радиоактивных превращений:

а) альфа-распад - состоит в том, что тяжелое ядро самопроизвольно испускает альфа-частицу, т.е. это чисто ядерное явление. Известно более 200 альфа-активных ядер, почти все они имеют порядковый номер больше 83 (Am-241; Ra-226; Rn-222; U-238 и 235; Th-232; Pu-239 и 240). Энергия альфа-частиц тяжелых ядер чаще всего находится в интервале от 4 до 9 МэВ.



Примеры альфа-распада:



б) бета-превращение - это внутринуклонный процесс; в ядре распадается одиночный нуклон, при этом происходит внутренняя перестройка ядра и появляются вылетающие из ядра -частицы (электрон , позитрон , нейтрино , антинейтрино ). Примеры радионуклидов, претерпевающих бета-превращение: тритий (H-3); C-14; радионуклиды натрия (Na-22, Na-24); радионуклиды фосфора (P-30, P-32); радионуклиды серы (S-35, S-37); радионуклиды калия (K-40, K-44, K-45); Rb-87; радионуклиды стронция (Sr-89, Sr-90); радионуклиды йода (I-125, I-129, I-131, I-134); радионуклиды цезия (Cs-134, Cs-137).

Энергия бета-частиц варьирует в широком диапазоне: от 0 до E_max (полная энергия, выделяющаяся при распаде) и измеряется в кэВ, МэВ. Для одинаковых ядер распределение вылетающих электронов по энергиям является закономерным и называется спектром электронов -распада, или бета-спектром; по спектру энергии бета-частиц можно провести идентификацию распадающегося элемента.

Один из примеров бета-превращения одиночного нуклона - распад свободного нейтрона (период полураспада 11,7 мин):



Виды бета-превращения ядер:

1) электронный распад: .

Примеры электронного распада: ,

2) позитронный распад:

Примеры позитронного распада: ,

3) электронный захват (К-захват, т.к. ядро поглощает один из электронов атомной оболочки, обычно из К-оболочки):

Примеры электронного захвата: ,

в) гамма-превращение (изомерный переход) - внутриядерное явление, при котором за счет энергии возбуждения ядро испускает гамма-квант, переходя в более стабильное состояние; при этом массовое число и атомный номер не изменяются. Спектр гамма-излучения всегда дискретен. Испускаемые ядрами гамма-кванты обычно имеют энергию от десятков кэВ до нескольких МэВ. Примеры радионуклидов, претерпевающих гамма-превращение: Rb-81m; Cs-134m; Cs-135m; In-113m; Y-90m.

, где индекс “m” означает метастабильное состояние ядра.

Пример гамма-превращения:

г) спонтанное деление ядер - возможно у ядер, начиная с массового числа 232. Ядро делится на 2 сравнимых по массам осколка. Именно спонтанное деление ядер ограничивает возможности получения новых трансурановых элементов. В ядерной энергетике используется процесс деления тяжелых ядер при захвате ими нейтронов:



В результате деления образуются осколки с избыточным количеством нейтронов, которые затем претерпевают несколько последовательных превращений (чаще - бета-распад).

5. Характеристика корпускулярных видов излучения (альфа-, бета-частиц); их взаимодействие с веществом. Понятие о линейной передаче энергии. Особенности взаимодействия с веществом нейтронов разных энергий.

Ионизирующее излучение - излучение, которое создается при радиоактивном распаде, ядерных превращениях, торможении заряженных частиц в веществе и образует при взаимодействии со средой ионы разных знаков (закон РБ “О радиационной безопасности населения”). Термин используют для описания переноса через пространство энергии в виде электромагнитных волн либо субатомных частиц.

По природе ионизирующие излучения делятся на два основных вида:

а) корпускулярные (альфа, бета, нейтронное)

б) электромагнитные (гамма, рентгеновское)

Основные характеристики для корпускулярных излучений - заряд, масса и энергия частицы - определяют особенности взаимодействия данных излучений с веществом и, соответственно, степень и вероятность их повреждающего действия.

Характеристика корпускулярных видов излучения и особенностей их взаимодействия с веществом.

1) альфа-частицы (ядра гелия):

- заряд +2, масса 4 а.е.м.

- энергия альфа-частиц при выходе из ядра составляет 3 – 11 МэВ (эВ – электрон-вольт – внесистемная единица энергии: 1 эВ = 1,610^-19 Дж)

- обладают высокой ионизационной способностью, образуя несколько десятков тысяч пар ионов на микрометр пробега в веществе; по мере продвижения альфа-частицы в веществе плотность ионизации возрастает в несколько раз (с 20 тыс. до 80 тыс. пар ионов на 1 мкм пути) и затем, практически при завершении пробега, резко падает.

Кривая Брегга - график, отражающий зависимость ЛПЭ альфа-излучения от пройденного в веществе пути

- траектории альфа-частиц в веществе прямолинейны в связи с их большой массой

- пробег альфа-частиц в воздухе до 11 см, в жидкостях и биологических тканях - от 10 до 100 мкм

- альфа-излучение позволяет сосредоточить значительную энергию на глубине поражённой ткани при минимальном рассеянии в здоровых тканях (используется для лечения опухолей)

- элементарная защита - любой плотный материал даже незначительной толщины (лист бумаги, кожа, одежда)

2) бета-частицы (электроны и позитроны):

- заряд -1 (электроны) и +1 (позитроны), масса пренебрежимо мала (1/1836 а.е.м.)

- энергия порядка нескольких кэВ

- удельная плотность ионизации, создаваемая бета-частицами, примерно в 1000 раз меньше, чем у альфа-частиц той же энергии; бета-частица образует несколько десятков пар ионов на микрометр пробега в веществе.

- в веществе кроме ионизации за счёт торможения электронов в веществе (особенно состоящем из атомов с большим порядковым номером), возникает тормозное рентгеновское излучение; чем выше энергия потока бета-частиц, тем более жестким будет тормозное излучение (используется в рентгеновских трубках)

- -частиц при продвижении в веществе отклоняются на большие углы, траектория их очень извилиста (в связи с малой массой)

- проникающая способность у бета-частиц больше, чем у альфа-частиц (длина пробега в воздухе несколько метров, в биологической ткани - сантиметры)

- элементарная защита - тонкий слой легкого металла (алюминиевая фольга), пластмасса, стекло.

3) нейтроны:

- заряд 0 (за счет этого беспрепятственно проникают вглубь атомов, взаимодействуя непосредственно с ядрами), масса 1 а.е.м.

- энергия от 0,025 эВ до 300 и более МэВ; в зависимости от энергии выделяют медленные (энергия до 1 МэВ) и быстрые (энергия выше 1 МэВ) нейтроны

- защитные материалы: для быстрых нейтронов - вода, парафин, бетон, пластмассы; для медленных нейтронов - бораль, борная сталь, борный графит, сплав кадмия со свинцом

Возможны следующие эффекты взаимодействия нейтронного излучения с веществом:

а) упругое рассеяние - нейтрон передаёт ядру часть своей энергии и отклоняется от первоначального направления; ядро, с которым взаимодействует нейтрон (ядро отдачи), начинает двигаться и ионизировать другие атомы и молекулы.

Данный эффект характерен для быстрых нейтронов (пример - рассеяние на ядрах водорода (протонах); при этом нейтрон передаёт протону более половины своей энергии с образованием протона отдачи, поэтому для замедления быстрых нейтронов используют вещества, содержащие водород - вода, парафин).




б) неупругое рассеяние - часть кинетической энергии нейтрона тратится на возбуждение ядра отдачи, которое затем переходит в стабильное состояние, излучая гамма-квант.


в) поглощение (радиационный захват) - при взаимодействии нейтрона с ядром оно переходит в возбуждённое состояние и испускает гамма-квант или частицы (протон, нейтрон, альфа-частицу).

В результате радиационного захвата многие вещества становятся радиоактивными с образованием так называемой "наведенной" активности. Данный эффект наиболее характерен для медленных нейтронов, их лучшими поглотителями являются кадмий и бор.

Основная часть энергии заряженных частиц, взаимодействующих с веществом, идёт на его:

1) ионизацию - отрыв электрона от атома или молекулы, в результате чего они преобразуются в положительно заряженные ионы.

2) возбуждение - переход электрона на удаленную от ядра орбиталь; происходит, когда энергии излучения недостаточно для полного отрыва электрона.

Выделяют излучения:

а) прямо ионизирующие - ионизацию непосредственно производят заряженные частицы (альфа- и бета-); механизм потери энергии этих частиц в поглотителе в основном обусловлен кулоновским взаимодействием с орбитальными электронами атомов вещества.

б) косвенно ионизирующие - электрически нейтральные излучения (гамма, рентгеновское, нейтронное) ионизируют атомы среды в результате вторичных процессов.

Степень ионизации зависит как от свойств самого излучения (энергия, заряд частиц), так и от структуры облучаемого объекта. Основными свойствами излучений являются:

1) линейная плотность ионизации (удельная ионизация) - это число пар ионов, образованных заряженной частицей на микрометр пробега в веществе.

2) линейная передача энергии (ЛПЭ) - средняя энергия, теряемая заряженной частицей на единице длины её пробега в веществе. Единица измерения - килоэлектрон-вольт на микрометр пути (кэВ/мкм).

Для электрически нейтральных видов излучения ЛПЭ не применяется, но используется значение ЛПЭ вторичных заряженных частиц, образующихся в веществе.

В зависимости от ЛПЭ все излучения делятся на:

а) редкоионизирующие (ЛПЭ < 10 кэВ/мкм) - бета-, гамма- и рентгеновское излучения.

б) плотноионизирующие (ЛПЭ > 10 кэВ/мкм) - альфа- и нейтронное излучения.

ЛПЭ заряженных частиц возрастает по мере снижения их скорости, поэтому в конце пробега отдача энергии заряженной частицей максимальна.

6. Характеристика рентгеновского и гамма-излучения, их взаимодействие с веществом.

Основной характеристикой для электромагнитных излучений (гамма, рентгеновское) являются энергия излучений.

Характеристика электромагнитных видов излучения и особенностей их взаимодействия с веществом:

1) гамма-излучение - представляет собой поток гамма-квантов

- имеет длину волны 10^-10-10^-14 м

- образуется при ядерных превращениях

- обладает высокой проникающей способностью, которая зависит как от энергии гамма-квантов, так и от свойств вещества, длина пробега в воздухе достигает сотен метров

В процессе прохождения через вещество -кванты (фотоны) взаимодействуют с электронами атомов, электрическим полем ядра, а также с нейтронами и протонами, входящими в состав ядра, в результате чего происходит ослабление плотности потока излучения благодаря рассеянию -квантов и передачи их энергии атомам среды.

Гамма-кванты относятся к косвенно ионизирующему излучению. Данное излучение в среде любой толщины полностью не поглощается, а лишь ослабляется в заданное число раз за счет различных эффектов взаимодействия:

а) фотоэлектрическое поглощение (фотоэффект) - фотоны (-кванты) поглощаются и полностью передают свою энергию электронам внутренней орбитали атома. Данная энергия равна энергии орбитали, расходуется на отрыв электрона и сообщение ему кинетической энергии. В результате электрон вырывается из поля атома и производит в дальнейшем ионизацию вещества. Место выбитого фотоэлектрона занимает другой электрон с более высокой орбитали, что сопровождается испусканием низкоэнергетического характеристического рентгеновского излучения или Оже-электронов.

Чем больше энергия связи электрона, чем ближе он находится к ядру, тем больше вероятность передачи ему всей энергии -кванта. С ростом номера элемента или его заряда вероятность фотоэффекта возрастает, а с увеличением энергии излучения она быстро падает.

Возникновение фотоэффекта наиболее характерно для мягкого -излучения (до 0,5 Мэв). Т.к. для биологических тканей энергия выбивания электрона не превышает 0,5 Мэв, данный эффект наиболее вероятен при поглощении мягкого -излучения.

б) комптоновское рассеивание (Комптон-эффекта) - фотон (-квант) передает электрону лишь часть своей энергии, а сам меняет направление своего движения. Выбитый электрон производит в дальнейшем ионизацию. Затем вторичный фотон может вновь претерпевать эффект Комптона и т.д.

В отличие от фотоэффекта такое рассеивание происходит, в основном, на электронах внешних оболочек атомов с минимальной энергией связи. С ростом энергии излучения вероятность такого взаимодействия снижается, но медленнее, чем при фотоэффекте.

Комптон-эффект наиболее вероятен при энергии -квантов 0,5-1 МэВ.