Тема: Основы ядерной физики в радиобиологии

Цель:

1. Обсудить основные характеристики ионизирующих излучений.

2. Разобрать основные виды взаимодействия ионизирующих излучений с веществом и методы защиты от излучений.

3. Познакомиться с основными физическими величинами, используемыми в радиобиологии, и единицами их измерения.

I. Самостоятельная работа во внеучебное время

Основные вопросы для самостоятельной подготовки:

1. Источники ионизирующих излучений. Естественные и искусственные радионуклиды.

2. Радиоактивные излучения и радиоактивный распад.

3. Радиоактивность. Основной закон радиоактивного распада.

4. Виды, основные физические характеристики и свойства ионизирующих излучений.

5. Взаимодействие ионизирующих излучений с веществом. Закономерности ослабления первичных потоков радиации.

6. Методы защиты от ионизирующих излучений.

7. Единицы измерения физических величин, применяемых для количественной характеристики воздействия ионизирующих излучений.

 

Вопросы для самоконтроля:

1. В чем суть представлений о строении атома в модели Резерфорда-Бора?

2. Как характеризуются низко- и высокоэнергетические уровни в атоме, процессы возбуждения и ионизации атома? Нарисуйте схему электронных переходов в атоме.

3. Какие излучения относят к ионизирующим и почему?

4. Какие источники  ионизирующих излучений Вы знаете? Назовите основные радиоактивные семейства Земли.

5. Какие виды радиоактивного излучения относятся к основным? Чем  сопровождаются эти излучения?

6. Что называют радиоактивностью? В чем смысл основного закона радиоактивного распада? Что такое период полураспада радиоактивного вещества?

7. Что называют активностью радиоактивного вещества? В чем измеряется активность радионуклидов? Какое соотношение имеется между активностью и дозой, создаваемой источником γ-излучения?

8. Как классифицируются и характеризуются ионизирующие излучения?

9. Какие физические характеристики используют для определения потока ионизирующей радиации (квантовые и корпускулярные свойства, поток, энергетический спектр)?

10.  Как подразделяются различные виды ионизирующих излучений по проникающей способности? Каков пробег и путь частиц в воздухе и веществе?

11.  Как характеризуются редко- и плотноионизирующие виды излучения по критерию линейной передачи энергии (ЛПЭ) и линейной плотности ионизации (ЛПИ)?

12.  Как  зависит показатель ЛПЭ от скорости и заряда частицы?

13.  Для каких видов излучений существует пик Брэгга? Какова его физическая природа?

14.  Какие основные типы взаимодействия γ-излучения с веществом и механизмы ионизации атомов вещества существуют?

15.  Каковы закономерности ослабления потока γ-излучения в веществе и в чем заключается принцип выбора защитных материалов от γ-излучения?

16.  Какие существуют виды взаимодействия β-излучения с веществом?

17.  Каковы закономерности ослабления в веществе потоков β-излучения (электронов) со сплошным и моноэнергетическим спектром? Что можно использовать в качестве защитного материала от β-излучений?

18.  Какие потери энергии в веществе называются радиационными? Как возникает тормозное излучение и аннигиляция?

19.  Как взаимодействуют α-частицы и тяжелые заряженные частицы с веществом? Какие защитные материалы можно использовать от α-излучений?

20.  Как  классифицируются нейтроны? Какие  виды взаимодействия нейтронов с веществом выделяют?

21.  Что подразумевают под «наведенной радиоактивностью»? Как объяснить физическую природу этого состояния?

22.  Какова проникающая способность нейтронов и принцип выбора защитных материалов?

23.  Что понимают под экспозиционной дозой? В чем она измеряется?

24.  Что понимают под поглощенной дозой? Каковы единицы ее измерения?

25.  Для чего введено понятие эквивалентной дозы излучения, эффективной эквивалентной дозы, коллективной эффективной эквивалентной дозы?

26.  Как  определить эквивалентную дозу? Какие взвешивающие коэффициенты учитывают при расчете доз?

27.  Что понимают под определением «мощность дозы»? Какое значение имеет мощность дозы для конечного биологического эффекта облучения?

 

 

II.Работа на занятии

План занятия:

1. Вводное слово преподавателя о целях изучения основ ядерной физики в радиобиологии и порядке работы на занятии – 5 мин.

2.  Программ-контроль по разделу «Основные физические величины, используемые в радиобиологии, и единицы их измерения» – 20 мин.

3.  Разбор теоретического материала – 90 мин.

4.  Решение ситуационных задач – 20 мин.

 

 

Практическая работа студентов

При определении биологической эффективности того или иного действия ионизирующего излучения используют коэффициент качества (КК). КК зависит от интервала значений ЛПЭ и от того, какой орган или часть тела подвергается облучению. Коэффициент, предназначенный для учета ЛПЭ, называется взвешивающий коэффициент для отдельных видов ионизирующих излучений – WR. Коэффициент, учитывающий радиочувствительность всего тела человека, отдельных органов и тканей, называется взвешивающий коэффициент для органа или ткани – WT.

Таблица 2-1

Значения WR  при расчете эквивалентной дозы

№	Ионизирующие излучения	WR
1.	Фотоны любых энергий	1
2.	Электроны и мюоны любых энергий	1
3.	Нейтроны с энергией менее 10 кэВ                                        от 10 кэВ до 100 кэВ                                        от 100 кэВ до 2 МэВ                                        от 2 МэВ до 20 МэВ                                        более 20 МэВ	5 10 20 10 5
4.	Протоны с энергиями более 2 МэВ, кроме протонов отдачи	5
5.	Альфа-частицы, осколки деления, тяжелые ядра	20

 

                                                                                                              

Таблица 2-2

Значения WT при расчете эффективной дозы

 

Органы и ткани	WT	Органы и ткани	WT
Гонады	0,20	Печень	0,05
Костный мозг (красный)	0,12	Пищевод	0,05
Тонкая кишка	0,12	Щитовидная железа	0,05
Легкие	0,12	Кожа	0,01
Желудок	0,12	Клетки костных поверхностей	0,01
Мочевой пузырь	0.05	Остальное	0,05
Грудная железа	0,05

 

СИТУАЦИОННЫЕ ЗАДАЧИ

Задача 1. Рассчитайте поглощенную и эквивалентную дозы от смешанного источника излучения, если известны данные:

γ-излучения – 0,01 Гр;

β-излучения – 0,1 Гр;

α-излучения – 0,01 Гр;

быстрые нейтроны – 0,01 Гр.

Задача 2. У четырех пациентов опухоли различных локализаций облучали в дозе 0,05 Гр. У первого – γ-излучением, у второго – быстрыми нейтронами, у третьего – α-лучами. Рассчитайте эквивалентную дозу в каждом случае лучевой терапии. Для каких локализаций опухолей возможно применение каждого вида излучений?

Задача 3. Определите величину экспозиционной дозы от точечного источника ¹³¹I активностью 2 мКи, полученную за 6 часов работы на расстоянии 50 см от источника. Известно, что Кγ ¹³¹I = 2,3.

Задача 4. На рабочем месте имеется радиоактивный препарат ⁶⁰Со активностью    10 мг-экв радия. Какую дозу получит человек, работающий на расстоянии 0.5 м, за 6 дней, если работает он по 30 минут ежедневно?

 

Общая формула, связывающая величину экспозиционной дозы излучения Д с активностью препарата А, представлена следующим выражением:

Д = А ∙ t ∙ Кγ

  R ²

где А – активность, выражается в мКи; t – время облучения – в часах; Кγ –γ-постоянная данного изотопа – в Р/ч; R – расстояние от источника излучения до измеряемого объекта в см. При этом доза измерения выражается в рентгенах. Ионизационная гамма-постоянная радионуклида Кγ – это мощность экспозиционной дозы в Р/ч, создаваемой точечным изотопным источником гамма-излучения активностью 1 мКи на расстоянии 1 см.

 

Литература

ОСНОВНАЯ:

1. Бутомо Н.В., Гребенюк А.Н., Легеза В.И., Малаховский В.Н., Ушаков И.Б. Основы медицинской радиобиологии / Под ред. И.Б. Ушакова. – СПб: ООО Издательство Фолиант, 2004.

2. Кудряшов Ю.Б. Радиационная биофизика (ионизирующее излучение) / Под ред. В.К. Мазурика, М.Ф. Ломанова. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004.

3. Кудряшов Ю.Б., Петров Ю.Ф., Рубин А.Б. Радиационная биофизика: радиочастотные и микроволновые электромагнитные излучения. – М.: ФИЗМАТЛИТ. 2008.

4. Цыб А.Ф., Будагов Р.С., Замулаева И.А. и др. Радиация и патология. Учебное пособие / Под ред. А.Ф. Цыба. – М.: Высшая школа, 2005.

5. Ярмоненко С.П., Вайнсон А.А. Радиобиология человека и животных. Учебное пособие / Под ред. С.П. Ярмоненко. – М.: Высшая школа, 2004.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ:

6. Матюхин В.А., Разумов А.Н. Экологическая физиология и радиационный фактор. – М.: Медицина, 2003.

7. Ремизов А.Н., Максина А.Г., Потапенко А.Я. Медицинская и биологическая физика: Учебник для ВУЗов. – 4-е изд., перераб. и дополн. – М.: Дрофа, 2003.

8. Савельев И.В. Курс общей физики т.5. Квантовая оптика. Атомная физика. Физика твердого тела. Физика атомного ядра и элементарных частиц. М.: "Аст-Пресс", 2005.

 

Занятие 3