اثر بیولوژیکی تشعشع قانون واپاشی رادیواکتیو است. "ارائه در فیزیک با موضوع" اثرات بیولوژیکی تشعشع. قانون واپاشی رادیواکتیو "(درجه 9). منابع تشعشعی هستند

تشعشعات اثرات مخربی بر موجودات زنده دارد. تابش آلفا، بتا، گاما، هنگام عبور از یک ماده، می تواند آن را یونیزه کند، یعنی الکترون ها را از اتم ها و مولکول های آن خارج کند.

یونیزاسیون- فرآیند تشکیل یون ها از اتم ها و مولکول های خنثی.

یونیزاسیون بافت های زنده باعث اختلال در عملکرد صحیح آنها می شود که منجر به اثر مخربی بر سلول های زنده می شود.

در هر نقطه از جهان، انسان همیشه تحت تأثیر تشعشعات است، چنین تأثیری را تشعشع پس زمینه می نامند.

پس زمینه تشعشع- تشعشعات یونیزان با منشاء زمینی و کیهانی. میزان قرار گرفتن در معرض اشعه در بدن به عوامل مختلفی بستگی دارد:

• انرژی تابشی جذب شده؛
• جرم یک موجود زنده و مقدار انرژی به ازای هر کیلوگرم وزن آن.

دوز تابش جذب شده (دی ) - انرژی پرتوهای یونیزان جذب شده توسط ماده تابیده شده و محاسبه در واحد جرم.

جایی که E- انرژی تابش جذب شده، متر- جرم بدن.

یک واحد اندازه گیری است که به نام فیزیکدان انگلیسی لوئیس گری نامگذاری شده است.

برای اندازه گیری تاثیر تابش کم، از یک واحد اندازه گیری خارج از سیستم استفاده می شود - اشعه ایکس. صد رونتگن برابر با یک خاکستری است:

با همان دوز جذب شده پرتو، تأثیر آن بر موجودات زنده به نوع تابش و اندامی که در معرض این تابش است بستگی دارد.

مرسوم است که اثرات پرتوهای مختلف را با اشعه ایکس یا با اشعه گاما مقایسه کنید. برای تابش آلفا، اثربخشی قرار گرفتن در معرض 20 برابر بیشتر از تابش گاما است. راندمان عمل نوترون های سریع 10 برابر بیشتر از تابش گاما است. برای توصیف ویژگی های ضربه، کمیتی معرفی شده است که به آن ضریب کیفیت می گویند (برای تابش آلفا برابر با 20، برای نوترون های سریع - 10 است).

فاکتور کیفیت (ک) نشان می دهد که چند برابر خطر تابش قرار گرفتن در معرض یک موجود زنده از این نوع تابش بیشتر از قرار گرفتن در معرض تابش گاما (تابش γ) در همان دوزهای جذب شده است.

به منظور در نظر گرفتن فاکتور کیفیت، مفهوم معرفی شد - دوز معادل تابش (اچ ) که برابر است با حاصلضرب دوز جذبی و ضریب کیفیت.

یک واحد اندازه گیری است که به نام دانشمند سوئدی رولف ماکسیمیلیان سیورت نامگذاری شده است.

اندام های مختلف موجودات زنده حساسیت متفاوتی به پرتوهای یونیزه دارند. برای تخمین این پارامتر، مقدار معرفی شده است - ضریب خطر تشعشع.

هنگام ارزیابی تأثیر تابش بر موجودات زنده، مهم است که زمان عمل آن را در نظر بگیرید. در فرآیند واپاشی رادیواکتیو، تعداد اتم های رادیواکتیو در یک ماده کاهش می یابد، بنابراین، شدت تابش کاهش می یابد. برای اینکه بتوان تعداد اتم های رادیواکتیو باقی مانده در یک ماده را تخمین زد، از مقداری استفاده می شود که به آن نیمه عمر می گویند.

نیمه عمر (تی ) - این دوره زمانی است که در طی آن تعداد اولیه هسته های رادیواکتیو به طور متوسط ​​به نصف کاهش می یابد. استفاده از نیمه عمر معرفی شده است قانون واپاشی رادیواکتیو(قانون نیمه عمر)، که نشان می دهد چند اتم از یک ماده رادیواکتیو پس از یک زمان واپاشی معین باقی می ماند.

,

تعداد اتم های پوسیده نشده کجاست.

تعداد اولیه اتم ها؛

تی- زمان گذشته؛

تی- نیمه عمر

نیمه عمر مواد مختلف از قبل محاسبه شده و مقادیر جدولی شناخته شده است.

دوز تابش جذب شده توسط دو لیتر آب را در صورتی که به دلیل جذب این دوز، آب گرم شود محاسبه کنید.

داده شده:, - ظرفیت گرمایی ویژه آب (مقدار جدولی).

پیدا کردن:دی- دوز تشعشع

راه حل:

تابش آب را گرم کرد، یعنی انرژی جذب شده آن به انرژی داخلی آب منتقل شد. اجازه دهید آن را به عنوان انتقال مقدار معینی گرما یادداشت کنیم.

فرمول مقدار گرمای منتقل شده به آب هنگام گرم شدن:

انرژی تشعشعی که به مقدار معینی گرما تبدیل شده است را می توان از فرمول دز تابش جذب شده بیان کرد:

بیایید این دو عبارت (انرژی و مقدار گرما) را با هم برابر کنیم:

از اینجا فرمول مورد نیاز برای محاسبه دوز تابش را بدست می آوریم:

پاسخ:

دوز معادل ایمن پرتوهای یونیزان 15 mSv / سال است. این با چه میزان دوز جذب شده برای تابش γ مطابقت دارد؟

داده شده:; ;

فاکتور کیفیت تابش γ.

پیدا کردن:میزان دوز جذبی است.

راه حل:

ما داده ها را به SI ترجمه می کنیم:

اجازه دهید دوز جذب شده را از فرمول دوز معادل بیان کنیم:

اجازه دهید عبارت به دست آمده را با عبارت نرخ دوز جذب شده جایگزین کنیم:

پاسخ:.

مقداری نقره ایزوتوپ رادیواکتیو وجود داشت. جرم نقره رادیواکتیو در 810 روز 8 برابر کاهش یافت. نیمه عمر نقره رادیواکتیو را تعیین کنید.

داده شده:- نسبت جرم اولیه به جرم باقی مانده؛

پیدا کردن:تی.

راه حل:بیایید قانون نیمه عمر را بنویسیم:

نسبت جرم اولیه و نهایی برابر با نسبت تعداد اولیه و نهایی اتم های نقره خواهد بود:

بیایید معادله حاصل را حل کنیم:

پاسخ:روزها.

حداقل در طول مطالعه، نباید نمونه های تشعشع را در دست بگیرید، برای این کار از نگهدارنده های مخصوص استفاده می شود. اگر خطر ورود به منطقه تشعشع وجود دارد، لازم است از تجهیزات حفاظت تنفسی استفاده کنید: ماسک ها و ماسک های گاز، و همچنین لباس های مخصوص (نگاه کنید به شکل 2).

برنج. 2. تجهیزات حفاظتیتأثیر تشعشع آلفا، اگرچه خطرناک است، حتی با یک ورق کاغذ نیز به تأخیر می افتد (شکل 3 را ببینید). برای محافظت در برابر این اشعه، لباسی که تمام قسمت های بدن را بپوشاند کافی است، نکته اصلی این است که از ورود ذرات آلفا به ریه ها با گرد و غبار رادیواکتیو جلوگیری شود.

برنج. 3. قرار گرفتن در معرض تابش αتابش بتا توانایی نفوذ بسیار بیشتری دارد (1-2 سانتی متر به بافت های بدن نفوذ می کند). حفاظت از این اشعه دشوار است. برای جداسازی از تابش β، به عنوان مثال، به یک صفحه آلومینیومی با ضخامت چند میلی متر یا یک صفحه شیشه ای نیاز دارید (شکل 4).

برنج. 4. قرار گرفتن در معرض تابش βبیشترین قدرت نفوذ در تابش گاما است. این توسط یک لایه ضخیم از دیوارهای سربی یا بتنی به ضخامت چندین متر حفظ می شود، بنابراین، تجهیزات محافظ شخصی برای یک فرد در برابر چنین تشعشعی ارائه نمی شود (شکل 5).

برنج. 5. قرار گرفتن در معرض تابش γ

مشق شب

1. سوالات انتهای بند 78 ص 263 (Peryshkin A.V., Gutnik E.M. Physics پایه نهم ().
2. متوسط ​​دوز جذب شده پرتو توسط کارمندی که با دستگاه اشعه ایکس کار می کند 7 میکروگری در ساعت است. آیا اگر حداکثر دز مجاز تابش 50 میلی گی در هر ساعت باشد، آیا کارکردن 200 روز در سال به مدت 6 ساعت در روز خطرناک است. سال؟
3. نیمه عمر یکی از ایزوتوپ های فرانسه چقدر است اگر در 6 ثانیه تعداد هسته های این ایزوتوپ به 8 برابر کاهش یابد؟

تابش - تشعشع. رادیواکتیویته به ناپایداری هسته برخی اتم ها گفته می شود که در توانایی آنها برای تبدیل خود به خود (طبق تحقیقات علمی - فروپاشی) ظاهر می شود که با انتشار پرتوهای یونیزان (تابش) همراه است. انرژی چنین تشعشعی به اندازه کافی بزرگ است، بنابراین، می تواند بر روی ماده عمل کند و یون های جدیدی با علائم مختلف ایجاد کند. ایجاد تشعشع از طریق واکنش های شیمیایی غیرممکن است، این یک فرآیند کاملاً فیزیکی است.

انواع مختلفی از تابش وجود دارد: - ذرات آلفا ذرات نسبتا سنگینی هستند که دارای بار مثبت هستند و هسته هلیوم هستند. ذرات بتا الکترون های معمولی هستند. - تابش گاما - ماهیت مشابه نور مرئی دارد، اما قدرت نفوذ بسیار بیشتری دارد. -نوترون ها ذرات خنثی الکتریکی هستند که عمدتاً در نزدیکی یک راکتور هسته ای فعال ایجاد می شوند، دسترسی به آنجا باید محدود باشد. -اشعه ایکس - شبیه پرتوهای گاما، اما با انرژی کمتر. به هر حال، خورشید یکی از منابع طبیعی چنین پرتوهایی است، اما جو زمین از تابش خورشید محافظت می کند.

خطرناک ترین پرتوهای آلفا، بتا و گاما برای انسان است که می تواند منجر به بیماری های جدی، اختلالات ژنتیکی و حتی مرگ شود. واقعیت این است که ذرات A.، B. و G. با عبور از یک ماده، آن را یونیزه می کنند و الکترون ها را از مولکول ها و اتم ها خارج می کنند. هر چه انسان انرژی بیشتری از جریان ذرات وارده بر روی خود دریافت کند و جرم او کمتر باشد، اختلالات جدی در بدن او به دنبال خواهد داشت.

مقدار انرژی تابش یونیزان منتقل شده به یک ماده به صورت نسبت انرژی تابشی جذب شده در یک حجم معین به جرم ماده در این حجم بیان می شود که به آن دز جذبی می گویند. D = E / m واحد دوز جذب شده خاکستری (Gy) است. واحد خارج از سیستم Rad به عنوان دوز جذبی هر پرتوهای یونیزان برابر با 100 erg در هر 1 گرم از ماده تابیده شده تعریف شد.

اما برای ارزیابی دقیق‌تر آسیب احتمالی به سلامت انسان در شرایط قرار گرفتن در معرض مزمن در زمینه ایمنی پرتو، مفهوم دوز معادل معرفی شده است که برابر است با حاصلضرب دوز جذب شده ایجاد شده توسط تابش و میانگین آن اندام مورد تجزیه و تحلیل یا در سراسر بدن توسط فاکتور کیفیت. H = DK واحد دوز معادل ژول بر کیلوگرم است. اسم خاصی داره z. Ivert (Sv).

همانطور که قبلاً می دانیم انرژی یکی از عواملی است که میزان تأثیر منفی تابش را بر روی شخص تعیین می کند. بنابراین، یافتن یک رابطه کمی (فرمول) مهم است که به وسیله آن محاسبه تعداد اتم های رادیواکتیو در یک ماده در هر لحظه از زمان ممکن باشد. برای بدست آوردن این وابستگی لازم است بدانیم که میزان کاهش تعداد هسته های رادیواکتیو برای مواد مختلف متفاوت است و به کمیت فیزیکی به نام نیمه عمر بستگی دارد.

قانون واپاشی رادیواکتیو- یک قانون فیزیکی که وابستگی شدت واپاشی رادیواکتیو به زمان و تعداد اتم های رادیواکتیو در نمونه را توصیف می کند. توسط فردریک سودی و ارنست رادرفورد کشف شد که به هر یک از آنها جایزه نوبل اهدا شد. آنها آن را به طور تجربی کشف کردند و در سال 1903 در آثار "مطالعه تطبیقی ​​رادیواکتیویته رادیوم و توریم" و "تبدیل رادیواکتیو" منتشر کردند که به شرح زیر است:

در تمام موارد، هنگامی که یکی از محصولات رادیواکتیو جدا شد و فعالیت آن بدون توجه به رادیواکتیویته ماده ای که از آن تشکیل شده بود، بررسی شد، مشخص شد که فعالیت در تمام مطالعات بر اساس قانون یک پیشرفت هندسی با گذشت زمان کاهش می یابد. که از آن با استفاده از قضیه برنولی، دانشمندان به این نتیجه رسیدند:

سرعت تبدیل همیشه متناسب با تعداد سیستم هایی است که هنوز تغییر شکل نداده اند. چندین فرمول از قانون وجود دارد، به عنوان مثال، به شکل یک معادله دیفرانسیل:

یعنی تعداد پوسیدگی ها؟ dNکه در مدت کوتاهی اتفاق افتاد dt، متناسب با تعداد اتم ها ندر نمونه

در عبارت ریاضی بالا - ثابت پوسیدگی، که احتمال واپاشی رادیواکتیو را در واحد زمان مشخص می کند و دارای بعد s است؟ 1. علامت منفی نشان دهنده کاهش تعداد هسته های رادیواکتیو در طول زمان است.

راه حل این معادله دیفرانسیل به صورت زیر است:

تعداد اولیه اتم ها کجاست، یعنی تعداد اتم ها برای

بنابراین، تعداد اتم های رادیواکتیو با گذشت زمان به طور تصاعدی کاهش می یابد. نرخ پوسیدگی، یعنی تعداد پوسیدگی ها در واحد زمان

نیز به صورت تصاعدی سقوط می کند. با افتراق عبارت وابستگی تعداد اتم ها به زمان، به دست می آوریم:

نرخ پوسیدگی در لحظه اولیه زمان کجاست

بنابراین، وابستگی زمانی تعداد اتم‌های رادیواکتیو تجزیه نشده و نرخ واپاشی با همان ثابت توصیف می‌شود.

علاوه بر ثابت واپاشی، واپاشی رادیواکتیو با دو ثابت دیگر مشتق شده از آن مشخص می شود که در زیر مورد بحث قرار می گیرد.

طول عمر متوسط

از قانون واپاشی رادیواکتیو می توان بیانی برای میانگین طول عمر یک اتم رادیواکتیو به دست آورد. تعداد اتم هایی که در لحظه واپاشی در بازه زمانی متحمل شدند برابر است با طول عمر آنها برابر است. میانگین طول عمر با ادغام در کل دوره واپاشی به دست می آید:

با جایگزینی این مقدار به وابستگی های زمانی نمایی برای و، به راحتی می توان دریافت که با گذشت زمان تعداد اتم های رادیواکتیو و فعالیت نمونه (تعداد واپاشی در ثانیه) با ضریب e کاهش می یابد.

نیمه عمر

در عمل، ویژگی زمانی دیگر گسترده تر شده است - نیمه عمربرابر با زمانی است که در طی آن تعداد اتم های رادیواکتیو یا فعالیت نمونه با ضریب 2 کاهش می یابد. ارتباط این مقدار با ثابت واپاشی را می توان از رابطه بدست آورد.

تحقیقات در مورد اثر بیولوژیکی تشعشعات رادیواکتیو بلافاصله پس از کشف اشعه ایکس (1895) و رادیواکتیویته (1896) آغاز شد. در سال 1896 فیزیولوژیست روسی I.R. تارخانف نشان داد که تابش اشعه ایکس با عبور از موجودات زنده، فعالیت حیاتی آنها را مختل می کند. تحقیقات در مورد تأثیر بیولوژیکی تشعشعات رادیواکتیو به ویژه با شروع استفاده از سلاح های اتمی (1945) و سپس استفاده صلح آمیز از انرژی اتمی به شدت شروع شد. عملکرد بیولوژیکی پرتوهای رادیواکتیو با تعدادی از قوانین کلی مشخص می شود:

• 1) اختلالات عمیق در عملکردهای حیاتی ناشی از مقادیر ناچیز انرژی جذب شده است. بنابراین، انرژی جذب شده توسط بدن یک پستاندار، حیوان یا انسان در طول تابش با دوز کشنده، هنگامی که به گرما تبدیل می شود، منجر به گرم شدن بدن تنها 0.001 درجه سانتیگراد می شود. تلاش برای توضیح "ناهماهنگی" مقدار انرژی با نتایج قرار گرفتن در معرض منجر به ایجاد یک تئوری هدف شد که بر اساس آن آسیب تشعشع زمانی ایجاد می شود که انرژی به بخش خاصی از سلول حساس به پرتو - "هدف" وارد می شود.
• 2) اثر بیولوژیکی پرتوهای رادیواکتیو به ارگانیسم در معرض محدود نمی شود، بلکه می تواند به نسل های بعدی گسترش یابد، که با تأثیر بر دستگاه ارثی ارگانیسم توضیح داده می شود. این ویژگی است که سؤالات بسیار حادی را برای بشر ایجاد می کند، مطالعه تأثیر بیولوژیکی پرتوهای رادیواکتیو و محافظت از بدن در برابر تشعشعات.
• 3) عملکرد بیولوژیکی تشعشعات رادیواکتیو با یک دوره نهفته (نهفته) مشخص می شود، یعنی ایجاد آسیب تشعشع بلافاصله مشاهده نمی شود. مدت دوره نهفته بسته به دوز تابش، حساسیت پرتوی بدن و عملکرد مشاهده شده می تواند از چند دقیقه تا ده ها سال متغیر باشد. بنابراین، هنگامی که در دوزهای بسیار بالا تابش می شود (ده ها هزار خوشحالم) ممکن است باعث "مرگ زیر پرتو" شود، در حالی که قرار گرفتن طولانی مدت در معرض دوزهای پایین منجر به تغییر در وضعیت عصبی و سایر سیستم ها و ظهور تومورها سال ها پس از قرار گرفتن در معرض آن می شود.

حساسیت پرتویی انواع مختلف موجودات متفاوت است. مرگ نیمی از حیوانات تحت تابش (با قرار گرفتن در معرض کلی) ظرف 30 روز پس از قرار گرفتن در معرض (دوز کشنده - LD 50/30) توسط دوزهای زیر پرتو ایکس ایجاد می شود: خوکچه هندی 250 R،سگ 335 R،میمون 600 R،موش 550-650 R،ماهی کپور صلیبی (در دمای 18 درجه سانتیگراد) 1800 R،مار 8000-20000 آر.موجودات تک سلولی مقاوم ترند: مخمر با دوز 30000 می میرد. R،آمیب - 100000 R،و مژک داران می توانند در برابر تشعشعات با دوز 300000 مقاومت کنند آر.حساسیت به پرتو گیاهان عالی نیز متفاوت است: دانه های سوسن در دوز 2000 به طور کامل جوانه زنی خود را از دست می دهند. R،دانه های کلم تحت تأثیر دوز 64000 قرار نمی گیرند آر.

همچنین سن، وضعیت فیزیولوژیکی، شدت فرآیندهای متابولیک در بدن و همچنین شرایط تابش از اهمیت بالایی برخوردار است. در عین حال، علاوه بر دوز تابش به بدن، نقش دارند: قدرت، ریتم و ماهیت تابش (تک، چندگانه، متناوب، مزمن، خارجی، کلی یا جزئی، داخلی)، ویژگی های فیزیکی آن که تعیین عمق نفوذ انرژی به بدن (اشعه ایکس و گاما تا اعماق زیاد نفوذ می کند، ذرات آلفا تا 40 میکرومتر،ذرات بتا - برای تعداد کمی میلی متر), چگالی یونیزاسیون ناشی از تابش (تحت تأثیر ذرات آلفا، بیشتر از تحت تأثیر سایر انواع تابش است). همه این ویژگی های عامل تشعشع عامل، کارایی بیولوژیکی نسبی تشعشع را تعیین می کند. اگر منبع تشعشع، ایزوتوپ های رادیواکتیو وارد شده به بدن باشد، ویژگی های شیمیایی آنها که مشارکت ایزوتوپ در متابولیسم، غلظت در یک اندام خاص و در نتیجه ماهیت تابش بدن را تعیین می کند. اهمیت زیادی برای اثر بیولوژیکی تشعشعات رادیواکتیو ساطع شده از این ایزوتوپ ها دارد. تأثیر اولیه تابش از هر نوع بر هر جسم بیولوژیکی با جذب انرژی تشعشعی آغاز می شود که با تحریک مولکول ها و یونیزاسیون آنها همراه است. هنگامی که مولکول های آب در حضور اکسیژن یونیزه می شوند (اثر غیرمستقیم تابش) رادیکال های فعال (OH- و دیگران)، الکترون های هیدراته و مولکول های پراکسید هیدروژن ظاهر می شوند که سپس در زنجیره واکنش های شیمیایی در سلول قرار می گیرند. هنگامی که مولکول های آلی یونیزه می شوند (عمل مستقیم تابش)، رادیکال های آزاد به وجود می آیند که با وارد شدن به واکنش های شیمیایی در بدن، روند متابولیسم را مختل می کنند و با ایجاد ترکیبات غیرعادی برای بدن، فرآیندهای حیاتی را مختل می کنند. . هنگامی که با دوز 1000 تابش می شود آردر یک قفس با اندازه متوسط ​​(10-9 جی) حدود 1 میلیون رادیکال از این دست وجود دارد که هر کدام از آنها؟ در حضور اکسیژن اتمسفر، می‌تواند منجر به واکنش‌های اکسیداسیون زنجیره‌ای شود و تعداد مولکول‌های تغییر یافته در سلول را چندین برابر افزایش دهد و باعث تغییرات بیشتر در ساختارهای فوق مولکولی (زیر میکروسکوپی) شود. توضیح نقش بزرگ اکسیژن آزاد در واکنش های زنجیره ای منجر به آسیب تشعشع، به اصطلاح. اثر اکسیژن، به ایجاد تعدادی از مواد محافظ پرتوهای موثر که باعث هیپوکسی مصنوعی در بافت‌های بدن می‌شوند، کمک کرد. مهاجرت انرژی در امتداد مولکول های پلیمرهای زیستی نیز از اهمیت بالایی برخوردار است، در نتیجه جذب انرژی که در هر نقطه از ماکرومولکول رخ می دهد منجر به از بین رفتن مرکز فعال آن می شود (به عنوان مثال، غیرفعال شدن آنزیم پروتئین). . فرآیندهای فیزیکی و فیزیکوشیمیایی زیربنای عمل بیولوژیکی پرتوهای رادیواکتیو، یعنی جذب انرژی و یونیزاسیون مولکول‌ها، کسری از ثانیه طول می‌کشد. فرآیندهای بیوشیمیایی بعدی آسیب تشعشع کندتر توسعه می یابد. رادیکال‌های فعال تشکیل‌شده، فرآیندهای آنزیمی طبیعی را در سلول مختل می‌کنند، که منجر به کاهش مقدار ترکیبات پر انرژی (پر انرژی) می‌شود. سنتز اسیدهای دئوکسی ریبونوکلئیک (DNA) در سلول‌هایی که به سرعت تقسیم می‌شوند، به ویژه به تشعشع حساس است. بنابراین، در نتیجه واکنش های زنجیره ای ناشی از جذب انرژی تابش، بسیاری از اجزای سلول از جمله ماکرومولکول ها (DNA، آنزیم ها و غیره) و مولکول های نسبتا کوچک (آدنوزین تری فسفریک اسید، کوآنزیم ها و غیره) تغییر می کنند. این منجر به اختلال در واکنش های آنزیمی، فرآیندهای فیزیولوژیکی و ساختارهای سلولی می شود. قرار گرفتن در معرض پرتوهای یونیزان باعث آسیب به سلول ها می شود. مهمترین نقض تقسیم سلولی میتوز است. تحت تابش در دوزهای نسبتا کم، توقف موقت میتوز مشاهده می شود. دوزهای زیاد می تواند باعث توقف کامل تقسیم یا مرگ سلولی شود. اختلال در روند طبیعی میتوز همراه با بازسازی کروموزومی، ظهور جهش هایی است که منجر به جابجایی در دستگاه ژنتیکی سلول، و در نتیجه، تغییر در نسل های بعدی سلولی (اثر سیتوژنتیک) ارگانیسم ها می شود. . تحت تابش در دوزهای بالا، تورم و پیکنوز هسته (فشرده شدن کروماتین) رخ می دهد، سپس ساختار هسته از بین می رود. در سیتوپلاسم تحت تابش با دوزهای 10000-20000 آرتغییرات در ویسکوزیته، تورم ساختارهای پروتوپلاسمی، تشکیل واکوئل ها و افزایش نفوذپذیری مشاهده می شود. همه اینها به شدت فعالیت حیاتی سلول را مختل می کند. مطالعه مقایسه ای حساسیت پرتوی هسته و سیتوپلاسم نشان داد که در بیشتر موارد هسته به تابش حساس است (به عنوان مثال، تابش هسته های عضله قلب یک نیوتن با دوز چند پروتون در هر هسته باعث تغییرات مخرب معمولی می شود. دوز چند هزار برابر بیشتر به سیتوپلاسم آسیب نمی رساند). داده‌های متعدد نشان می‌دهد که سلول‌ها در طول دوره تقسیم و تمایز حساس‌تر به پرتو هستند: وقتی تحت تابش قرار می‌گیرند، اول از همه، بافت‌های در حال رشد تحت تأثیر قرار می‌گیرند. این امر تشعشعات را برای کودکان و زنان باردار بسیار خطرناک می کند. رادیوتراپی تومورها نیز بر این اساس است - بافت تومور در حال رشد در صورت تابش در دوزهایی که آسیب کمتری به بافت‌های طبیعی اطراف وارد می‌کند می‌میرد.

تغییراتی که در سلول های تحت تابش ایجاد می شود منجر به اختلال در بافت ها، اندام ها و عملکردهای حیاتی کل ارگانیسم می شود. واکنش بافت ها به ویژه مشخص است، در کدام؟ سلول های فردی برای مدت نسبتا کوتاهی زندگی می کنند. این غشای مخاطی معده و روده است که پس از تابش، ملتهب می شود، با زخم هایی پوشانده می شود که منجر به اختلال در هضم و جذب و سپس تحلیل رفتن بدن و مسمومیت با محصولات پوسیدگی سلولی (سموم) می شود. نفوذ باکتری های ساکن در روده به خون (باکتریمی) . سیستم خونساز به شدت آسیب دیده است که منجر به کاهش شدید تعداد لکوسیت ها در خون محیطی و کاهش خواص محافظتی آن می شود. در همان زمان، تولید آنتی بادی نیز کاهش می یابد که باعث تضعیف بیشتر دفاع بدن می شود. (کاهش توانایی ارگانیسم تحت تابش برای تولید آنتی بادی و در نتیجه مقاومت در برابر معرفی پروتئین خارجی در پیوند اعضا و بافت استفاده می شود - قبل از اینکه بیمار تحت تابش قرار گیرد.) تعداد گلبول های قرمز نیز کاهش می یابد که با نقض همراه است. از عملکرد تنفسی خون اثر بیولوژیکی پرتوهای رادیواکتیو باعث اختلال در عملکرد جنسی و تشکیل سلول‌های زایا تا عقیمی کامل (عقیم) ارگانیسم‌های تحت تابش می‌شود. سیستم عصبی نقش مهمی در ایجاد آسیب تشعشع در حیوانات و انسان دارد. بنابراین، در خرگوش، یک نتیجه کشنده به دلیل تابش با دوز 1000 است. آراغلب با اختلالاتی در سیستم عصبی مرکزی که باعث ایست قلبی و فلج تنفسی می شود تعریف می شود. مطالعات پتانسیل های بیوالکتریک مغز حیوانات تحت تابش و افرادی که تحت پرتودرمانی قرار می گیرند نشان داده است که سیستم عصبی زودتر از سایر سیستم های بدن به قرار گرفتن در معرض تابش پاسخ می دهد. تابش سگ ها با دوز 20-5 آرو تابش مزمن با دوز 0.05 آرپس از رسیدن به دوز 3 آرمنجر به تغییر در رفلکس های شرطی می شود. اختلال در فعالیت غدد درون ریز نیز نقش مهمی در ایجاد بیماری تشعشع دارد.

اثر بیولوژیکی تشعشعات رادیواکتیو با عواقب بعدی مشخص می شود که می تواند بسیار طولانی باشد، زیرا پس از پایان تابش، زنجیره واکنش های بیوشیمیایی و فیزیولوژیکی که با جذب انرژی تشعشع آغاز شد، برای مدت طولانی ادامه دارد. اثرات طولانی مدت پرتو شامل تغییرات خون (کاهش تعداد لکوسیت ها و گلبول های قرمز)، نفرواسکلروز، سیروز کبدی، تغییر در غشای عضلانی رگ های خونی، پیری زودرس و ظهور تومورها است. این فرآیندها با اختلالات متابولیک و سیستم عصبی غدد درون ریز و همچنین آسیب به دستگاه ژنتیکی سلول های بدن (جهش های جسمی) مرتبط هستند. . گیاهان در مقایسه با حیوانات در برابر رادیو مقاومت بیشتری دارند. تابش در دوزهای کوچک می تواند فعالیت حیاتی گیاهان را تحریک کند - جوانه زدن بذر، شدت رشد ریشه، تجمع توده سبز و غیره. دوزهای بزرگ (20000-40000) آر) باعث کاهش بقای گیاه، ظهور بدشکلی ها، جهش ها، ظهور تومورها می شود. اختلال در رشد و نمو گیاهان تحت تابش تا حد زیادی با تغییرات متابولیسم و ​​ظهور رادیوتوکسین های اولیه همراه است که در مقادیر کم فعالیت حیاتی را تحریک می کنند و در مقادیر زیاد آن را سرکوب و مختل می کنند. بنابراین شستن بذرهای پرتودهی شده در عرض 24 ساعت پس از تابش اثر بازدارندگی را 50 تا 70 درصد کاهش می دهد. آسیب تشعشع به بدن با یک روند بهبودی مداوم همراه است که با عادی سازی متابولیسم و ​​بازسازی سلولی همراه است. در این راستا، تابش با نرخ های کسری یا کم دوز باعث آسیب کمتری نسبت به قرار گرفتن در معرض گسترده می شود. مطالعه فرآیندهای بازیابی برای جستجوی مواد محافظ رادیویی و همچنین ابزارها و روش های محافظت از بدن در برابر تشعشع مهم است. در دوزهای کم، همه ساکنان زمین به طور مداوم در معرض عمل پرتوهای یونیزه - پرتوهای کیهانی و ایزوتوپ های رادیواکتیو که بخشی از خود موجودات و محیط هستند، قرار می گیرند. آزمایش سلاح های اتمی و استفاده صلح آمیز از انرژی اتمی زمینه رادیواکتیو را افزایش می دهد. این امر مطالعه تأثیر بیولوژیکی تشعشعات رادیواکتیو و جستجوی تجهیزات حفاظتی را بیش از پیش اهمیت می دهد.

اثر بیولوژیکی پرتوهای رادیواکتیو در تحقیقات بیولوژیکی، در تحقیقات پزشکی و کشاورزی استفاده می شود. تمرین. پرتودرمانی، تشخیص اشعه ایکس و رادیوایزوتوپ درمانی بر اساس اثر بیولوژیکی پرتوهای رادیواکتیو است. در کشاورزی، قرار گرفتن در معرض تشعشع به منظور پرورش اشکال جدید گیاهان، برای درمان پیش از کاشت بذر، کنترل آفات (با اصلاح نژاد و رهاسازی نرهای پرتودهی شده در مزارع آسیب‌دیده)، برای حفاظت در برابر تشعشعات میوه‌ها و سبزیجات، حفاظت از محصول استفاده می‌شود. محصولات آفات (دوز، مخرب برای حشرات، بی ضرر برای غلات)، و غیره. حساسیت فردی یک فرد به عوامل زیادی بستگی دارد. در وهله اول - از سن. ارگانیسم تشکیل شده نسبت به موجودات تشکیل دهنده (برای کودکان، جوانان) در برابر اثرات تشعشع مقاوم تر است. در آسیب تشعشع حاد، که در اثر قرار گرفتن در معرض عمومی بدن در دوزهای زیاد (که در انفجارهای هسته ای و در صورت بروز حوادث در تاسیسات هسته ای مشاهده می شود) ایجاد می شود، اثرات بیولوژیکی تشعشع - مرگ یا انواع مختلف بیماری تشعشع - در یک چند ساعت یا چند روز پس از قرار گرفتن در معرض در دوزهای بیش از 100 Sv (Sievert یک واحد دوز معادل در سیستم SI است. 1 Sv مربوط به دوز جذب شده 1 ژول بر کیلوگرم تابش گاما است)، مرگ فوری رخ می دهد (? ساعت اول) به دلیل آسیب غیر قابل برگشت به سلول های عصبی (? سندرم مغزی) ... دوزهای 50-100 Sv 5-6 روز پس از مواجهه کشنده هستند. شکل روده ای آسیب پرتویی (سندرم گوارشی) در محدوده 50-10 Sv مشاهده می شود و در روز 10-14 منجر به مرگ می شود. شکل معمول بیماری تشعشع با دوز 1-10 Sv ایجاد می شود. علاوه بر این، در صورت عدم انجام اقدامات پزشکی، دوز 3-5 Sv منجر به مرگ 50٪ افراد در معرض در طی 30 روز می شود. بیماران تحت تابش در شرایط استریل قرار می گیرند، انتقال خون انجام می شود و پیوند مغز استخوان برای بازیابی سیستم خونساز انجام می شود. همه اینها با معرفی داروهای تقویت کننده و ضد التهابی همراه است. پیامدهای معمول درازمدت بیماری تشعشع عبارتند از استنی (افزایش خستگی)، آب مروارید، افزایش حساسیت به بیماری های عفونی به دلیل کاهش ایمنی. قرار گرفتن در معرض تابش به طور قابل توجهی خطر ابتلا به سرطان، آسیب ژنتیکی را افزایش می دهد و امید به زندگی را کوتاه می کند. اولین جایگاه در گروه سرطان های ناشی از تشعشع، لوسمی ها است که اوج آن بسته به سن، در دوره 5 تا 25 سال پس از تابش است. کمی بعد، سرطان سینه و غده تیروئید، ریه و سایر اندام ها رخ می دهد. خطر آسیب ژنتیکی در دو نسل اول، به گفته متخصصان، حدود 40 درصد از خطر ابتلا به سرطان است.

مشکل تأثیر قرار گرفتن در معرض "دوزهای کوچک" بر بدن انسان به ویژه برای سوسیالیست ها پس از حادثه در نیروگاه هسته ای چرنوبیل حاد بود. برای حل آن، یک بررسی گسترده دائمی از جمعیت، نظارت بر سلامت شرکت کنندگان در انحلال عواقب حادثه و افرادی که در مناطق آلوده زندگی می کنند، مورد نیاز است. امروزه افزایش بروز سرطان تیروئید، افزایش تعداد کم خونی ها، قلبی و سایر بیماری های مرتبط با ضعیف شدن سیستم ایمنی وجود دارد. تشعشعات طبیعی جزء مشترک بیوسفر است، یک عامل غیر زنده که به طور مداوم بر روی موجودات اثر می گذارد و یک پس زمینه رادیواکتیو طبیعی را تشکیل می دهد که در اثر تشعشعات کیهانی و تشعشعات رادیونوکلئیدها در محیط خارجی و درون موجودات زنده تشکیل می شود. منابع مصنوعی تابش در نتیجه فعالیت های انسانی ظاهر می شود. اثر بیولوژیکی تابش توسط بار دوز تعیین می شود و می توان آن را در تمام سطوح سازماندهی سیستم های زنده مشاهده کرد. حساسیت فردی یک فرد به قرار گرفتن در معرض اشعه بستگی به سن، وضعیت روانی-عاطفی و غیره دارد. آسیب ناشی از پرتو، بسته به دوز، می تواند منجر به مرگ، اشکال مختلف بیماری اشعه، آستنیا، آب مروارید، کاهش ایمنی، کاهش امید به زندگی، افزایش خطر سرطان و آسیب ژنتیکی شود.

درس 64. اثرات بیولوژیکی تشعشعات. قانون واپاشی رادیواکتیو (Fedosova O.A.)

متن درس

• خلاصه

  نام موضوع - کلاس فیزیک - 9 UMK (عنوان کتاب درسی، نویسنده، سال انتشار) - فیزیک. کلاس نهم: کتاب درسی / A.V. پریشکین، ای.ام. گوتنیک. - M .: Bustard, 2014. سطح تحصیلات (پایه، عمیق، مشخصات) - موضوع اصلی درس - اثر بیولوژیکی تشعشع. قانون واپاشی رادیواکتیو تعداد کل ساعت های اختصاص داده شده به مطالعه موضوع - 1 مکان درس در سیستم درس های موضوع - 64/11 هدف از درس آشنایی دانش آموزان با آخرین داده های علمی در مورد تشعشعات و اثرات آن بر اشیاء بیولوژیکی اهداف درس - ایجاد دانش دانش آموزان در مورد رادیواکتیویته. با ارزیابی جلوه های مثبت و منفی این کشف در جامعه مدرن، افق دید دانش آموزان را گسترش دهید. ایجاد ایده های ایدئولوژیک مربوط به استفاده از رادیواکتیویته، توسعه گفتار شفاهی دانش آموزان از طریق سازماندهی ارتباطات گفت و گوی در درس، ایجاد توانایی بیان افکار خود به شکل صحیح دستوری. ایجاد انگیزه مثبت برای یادگیری و افزایش علاقه به دانش. نتایج مورد انتظار - معنای فیزیکی رادیواکتیویته را توضیح دهید. پشتیبانی فنی درس - کامپیوتر، پروژکتور چند رسانه ای، جدول تناوبی عناصر شیمیایی D.I. مندلیف. پشتیبانی روش شناختی و آموزشی اضافی درس (لینک به منابع اینترنتی امکان پذیر است) - ارائه درس از دیسک "فیزیک کلاس 9" از VIDEOUROKI.NET https://videouroki.net/look/diski/fizika9/index.html محتوای درس 1. مرحله سازمانی احوالپرسی متقابل معلم و دانش آموزان. بررسی افرادی که در مجله حضور ندارند. 2. به فعلیت رساندن تجربه موضوعی دانش آموزان برای بررسی مفاهیم اساسی در موضوع "کشف رادیواکتیویته": رادیواکتیویته; ترکیب تشعشعات رادیواکتیو؛ تابش α تابش β تابش γ. نام دانشمندانی را که با موضوع درس مرتبط هستند (و چرا؟) نام ببرید. 3. یادگیری دانش جدید و روش های انجام کارها (کار با اسلایدهای ارائه) در سال 1896، فیزیکدان فرانسوی آنتوان هانری بکرل کشف کرد که نمک های اورانیوم به طور خود به خود پرتو ساطع می کنند. پدیده ای که او کشف کرد رادیواکتیویته نام داشت. یادآوری می کنیم که رادیواکتیویته پدیده تبدیل خود به خود ایزوتوپ ناپایدار یک عنصر شیمیایی به ایزوتوپ عنصر دیگر است که با انتشار ذرات با قابلیت نفوذ بالا همراه است. رادرفورد و سایر محققان به طور تجربی ثابت کردند که تشعشعات رادیواکتیو را می توان به سه نوع تقسیم کرد: تابش آلفا، بتا و گاما. این نام های تشعشع از حروف اول الفبای یونانی دریافت می شود. همانطور که می دانیم، تشعشعات رادیواکتیو باعث یونیزه شدن اتم ها و مولکول های ماده می شود، بنابراین اغلب آنها را تابش یونیزان می نامند. اکنون مشخص شده است که تشعشعات رادیواکتیو تحت شرایط خاصی می تواند برای سلامت موجودات زنده خطر ایجاد کند. مکانیسم عمل بیولوژیکی پرتوهای رادیواکتیو پیچیده است. این بر اساس فرآیندهای یونیزاسیون و تحریک اتم ها و مولکول ها در بافت های زنده است که هنگام جذب پرتوهای یونیزان اتفاق می افتد. درجه و ماهیت تأثیر منفی تابش به عوامل متعددی بستگی دارد، به ویژه به اینکه چه انرژی توسط جریان ذرات یونیزه به جسم معین منتقل می شود و جرم این جسم چقدر است. هر چه انسان از جریان ذرات وارده بر روی او انرژی بیشتری دریافت کند و جرم فرد کمتر باشد (یعنی هر چه انرژی بیشتری روی هر واحد جرم بیفتد)، اختلالات جدی در بدن او به دنبال خواهد داشت. دز جذب شده تابش را مقداری برابر با نسبت انرژی پرتوهای یونیزان جذب شده توسط ماده تابش شده به جرم این ماده می گویند. در SI، واحد دوز تابش جذب شده خاکستری است. 1 خاکستری برابر است با دز جذب شده تابش که در آن انرژی تابش یونیزان 1 ژول به ماده تابیده شده با جرم 1 کیلوگرم منتقل می شود واحد غیر سیستمی دز جذب شده تابش رادیان است. برای اندازه گیری دوز جذب شده از دستگاه های مخصوص - دزیمتر استفاده می شود. گسترده ترین دزیمترها هستند که در آن اتاقک های یونیزاسیون حسگرها هستند. برخی از دزیمترها از شمارنده ذرات، فیلم عکاسی یا سوسوزن به عنوان حسگر استفاده می کنند. مشخص است که هر چه دوز جذب شده تشعشع بیشتر باشد، این تشعشع می تواند آسیب بیشتری به بدن وارد کند. اما برای ارزیابی قابل اعتماد از شدت عواقبی که عمل پرتوهای یونیزان می تواند منجر شود، همچنین لازم است که در نظر بگیریم که با دز جذبی یکسان، انواع مختلف تابش اثرات بیولوژیکی با بزرگی های مختلف ایجاد می کنند. اثرات بیولوژیکی ناشی از هر گونه پرتوهای یونیزان معمولاً در مقایسه با اثر اشعه ایکس یا گاما ارزیابی می شود. به عنوان مثال، در همان دوز جذب شده، اثر بیولوژیکی عمل تابش آلفا 20 برابر بیشتر از تابش گاما خواهد بود، اثر نوترون های سریع می تواند 10 برابر بیشتر از تابش گاما، اثر بتا باشد. تابش - همان تابش گاما. در این رابطه مرسوم است که بگوییم ضریب کیفیت تابش آلفا 20، نوترون های سریع فوق الذکر - 10 است، در حالی که ضریب کیفیت تابش گاما (و همچنین تابش اشعه ایکس و بتا) برابر با یک در نظر گرفته می شود. بنابراین، ضریب کیفیت نشان می دهد که چند برابر خطر تابش در معرض یک موجود زنده از این نوع تابش بیشتر از قرار گرفتن در معرض تابش گاما (در همان دوزهای جذب شده) است. با توجه به اینکه در یک دوز جذبی، پرتوهای مختلف اثرات بیولوژیکی متفاوتی ایجاد می کنند، برای ارزیابی این اثرات، مقداری به نام دز تابش معادل معرفی شد. دوز معادل تشعشع کمیتی است که تأثیر تشعشع بر بدن را تعیین می کند و حاصل برابر دوز جذب شده و فاکتور کیفیت است. دوز معادل را می توان با همان واحدهای دوز جذب شده اندازه گیری کرد، اما واحدهای خاصی برای اندازه گیری آن وجود دارد. در سیستم بین المللی، واحد دوز معادل sIvert است. واحدهای کسری نیز استفاده می شود مانند میلی سیورت، میکروسیورت و غیره. واحد اندازه گیری غیر سیستمی BER (معادل بیولوژیکی اشعه ایکس) است. هنگام ارزیابی اثرات پرتوهای یونیزان بر روی یک موجود زنده، همچنین در نظر گرفته می شود که برخی از قسمت های بدن (ارگان ها، بافت ها) حساس تر از سایرین هستند. برای مثال، در همان دوز معادل، احتمال سرطان ریه بیشتر از سرطان تیروئید است. به عبارت دیگر، هر اندام و بافت دارای ضریب خطر تشعشع مشخصی است (به عنوان مثال برای ریه ها 0.12 و برای غده تیروئید - 0.03 است). حداکثر دوز مجاز تشعشع، دز جذبی در نظر گرفته می‌شود که به ترتیب بزرگی با پس‌زمینه رادیواکتیو طبیعی که روی زمین وجود دارد و عمدتاً ناشی از تشعشعات کیهانی و رادیواکتیویته زمین است، منطبق است. از این نظر حداکثر دوز مجاز برای یک فرد در محدوده تابش اشعه ایکس، بتا و گاما حدود 10 گری در سال است. برای نوترون های حرارتی این دوز 5 برابر کمتر و برای نوترون های سریع، پروتون ها و ذرات آلفا 10 برابر کمتر است. کمیسیون بین‌المللی حفاظت در برابر تشعشع برای افرادی که دائماً با منابع تشعشعات رادیواکتیو کار می‌کنند حداکثر دوز مجاز را حداکثر یک هزارم گرمایش در هفته تعیین کرده است. حدود 0.05 گری در سال. دوز بیش از 3 تا 6 گری که در مدت کوتاهی دریافت می شود، برای فرد کشنده است. دوزهای جذب شده و معادل آن نیز به زمان تابش (یعنی به زمان برهمکنش تابش با محیط) بستگی دارد. همه چیزهای دیگر برابر هستند، این دوزها هر چه بیشتر هستند، زمان قرار گرفتن در معرض طولانی‌تر است، یعنی دوزها در طول زمان جمع می‌شوند. هنگام ارزیابی درجه خطری که ایزوتوپ های رادیواکتیو برای موجودات زنده ایجاد می کنند، مهم است که این واقعیت را در نظر بگیریم که تعداد مواد رادیواکتیو (به عنوان مثال. یعنی هنوز پوسیده نشده است) اتم های ماده با گذشت زمان کاهش می یابد. در این حالت، تعداد واپاشی های رادیواکتیو در واحد زمان و انرژی تابش شده به نسبت کاهش می یابد. همانطور که قبلاً می دانیم انرژی یکی از عواملی است که میزان تأثیر منفی تابش را بر روی شخص تعیین می کند. بنابراین، یافتن یک رابطه کمی (یعنی یک فرمول) بسیار مهم است که به وسیله آن بتوان تعداد اتم های رادیواکتیو را در یک ماده در هر لحظه از زمان محاسبه کرد. برای بدست آوردن این وابستگی لازم است بدانیم که میزان کاهش تعداد هسته های رادیواکتیو برای مواد مختلف متفاوت است و به کمیت فیزیکی به نام نیمه عمر بستگی دارد. نیمه عمر مدت زمانی است که در طی آن نیمی از تعداد اولیه هسته ها تجزیه می شود. اجازه دهید وابستگی تعداد اتم های رادیواکتیو به زمان و نیمه عمر را استخراج کنیم. زمان از لحظه شروع مشاهدات، زمانی که تعداد اتم های رادیواکتیو در منبع تشعشع برابر با EN صفر بود، محاسبه می شود. سپس پس از گذشت مدت زمانی برابر با نیمه عمر، تعداد هسته های پوسیده نشده به نصف کاهش می یابد. پس از یک دوره زمانی مشابه، تعداد هسته های پوسیده نشده بار دیگر به نصف و در مقایسه با تعداد اولیه، چهار برابر کاهش می یابد. پس از انقضای TE برابر با EN کوچک ضرب در TE هسته های رادیواکتیو LARGE باقی خواهند ماند: EN برابر با EN ZERO DIVISION BY TWO IN DEGREE EN SMALL. ما فرمولی را دریافت می کنیم که بیانی تحلیلی از قانون واپاشی رادیواکتیو است که توسط فردریک سودی ایجاد شده است: با دانستن قانون واپاشی رادیواکتیو، می توانید تعداد هسته های پوسیده را برای هر دوره زمانی تعیین کنید. از قانون واپاشی رادیواکتیو چنین بر می آید که هر چه نیمه عمر یک عنصر بیشتر باشد، "زندگی" و تابش طولانی تری دارد و برای موجودات زنده خطر ایجاد می کند. این به وضوح با نمودارهای وابستگی تعداد هسته‌های باقی‌مانده به زمان نشان داده می‌شود که برای ایزوتوپ‌های ید و سلنیوم در شکل ارائه شده‌اند. برای مشخص کردن کمی تعداد واپاشی ها در واحد زمان، یک کمیت فیزیکی معرفی شده است که فعالیت یک عنصر رادیواکتیو نامیده می شود. در سیستم SI، واحد فعالیت بکرل است - این فعالیت یک آماده سازی رادیواکتیو است که در آن یک هسته در یک ثانیه تجزیه می شود. واحد فعالیت خارج از سیستم کوری است. هسته های حاصل از واپاشی رادیواکتیو به نوبه خود می توانند رادیواکتیو باشند. این منجر به ظهور یک زنجیره یا یک سری تبدیلات رادیواکتیو می شود که با یک ایزوتوپ پایدار خاتمه می یابد. مجموعه هسته هایی که چنین زنجیره ای را تشکیل می دهند، خانواده رادیواکتیو نامیده می شود. سه خانواده رادیواکتیو شناخته شده وجود دارد: خانواده اورانیوم-238، خانواده توریم و خانواده اکتینیم. تمام خانواده ها به ایزوتوپ های پایدار سرب ختم می شوند. 4. تثبیت مواد دوز تابش چیست؟ تابش پس زمینه طبیعی چیست؟ حداکثر دوز مجاز سالانه پرتو برای افرادی که با داروهای رادیواکتیو کار می کنند چقدر است؟ در وهله اول، تشعشعات رادیواکتیو بر چه چیزی تأثیر می گذارد؟ تشعشعات رادیواکتیو را از کجا دریافت کنیم؟ 5. تعمیم و سیستم سازی انواع مختلف تشعشعات توانایی نفوذ متفاوتی دارند و به طرق مختلف بر شخص تأثیر می گذارند. یک ورق کاغذ با ضخامت 0.1 میلی متر پرتوهای α را به طور کامل جذب می کند. و در برابر اشعه β توسط یک ورق آلومینیومی با ضخامت 5 میلی متر محافظت می شود. سخت ترین کار این است که از خود در برابر پرتوهای γ محافظت کنید، زیرا حتی یک لایه سانتی متری سرب فقط می تواند شدت این امواج الکترومغناطیسی را به نصف کاهش دهد. روش های زیر برای محافظت در برابر تشعشع وجود دارد: 1) حذف از منبع تشعشع. 2) استفاده از یک مانع ساخته شده از موادی که تابش را جذب می کنند. اثر فیزیکی پرتوهای رادیواکتیو اشعه ایکس یونیزاسیون اتم های ماده است. الکترون های آزاد و یون های مثبت حاصل در زنجیره پیچیده ای از واکنش ها شرکت می کنند که در نتیجه آن مولکول های جدیدی از جمله رادیکال های آزاد تشکیل می شوند. این رادیکال‌های آزاد، از طریق زنجیره‌ای از واکنش‌هایی که هنوز به طور کامل شناخته نشده‌اند، می‌توانند باعث اصلاح شیمیایی مولکول‌های مهم بیولوژیکی لازم برای عملکرد طبیعی سلول شوند. تغییرات بیوشیمیایی می تواند در عرض چند ثانیه یا چند دهه پس از قرار گرفتن در معرض رخ دهد و باعث مرگ سلولی فوری یا تغییراتی در آنها شود که می تواند منجر به سرطان شود. بیماری تشعشع می تواند هم از افزایش مواجهه بیرونی و هم از افزایش درونی ایجاد شود. در مرحله رشد جنین، تشعشع جنین را نمی کشد، بلکه باعث تولد فریک ها می شود. علاوه بر این، دوز پرتویی که برای بدن مادر بی خطر است، می تواند باعث آسیب مغزی در جنین شود. امروزه دوز تابش جذب شده تا mSv 5 در سال قابل قبول و ایمن تلقی می شود. یک قرار گرفتن در معرض مجاز یک دوز قرار گرفتن در معرض اضطراری 100 mSv است. یک تابش 750 mSv باعث بیماری تشعشع می شود. یک تابش منفرد 4.5 Sv باعث یک درجه شدید بیماری تشعشع می شود که در آن 50٪ از پرتودهی ها می میرند. 6. تکلیف §61

  مشخص است که تشعشعات رادیواکتیو تحت شرایط خاصی می تواند برای سلامت موجودات زنده خطر ایجاد کند. دلیل تأثیرات منفی تشعشعات بر موجودات زنده چیست؟

  واقعیت این است که ذرات α-، β- و γ با عبور از یک ماده، آن را یونیزه می کنند و الکترون ها را از مولکول ها و اتم ها خارج می کنند. یونیزاسیون بافت زنده باعث اختلال در عملکرد حیاتی سلول های سازنده این بافت می شود که بر سلامت کل ارگانیسم تأثیر منفی می گذارد.

  هر چه فرد انرژی بیشتری از جریان ذرات وارده بر روی خود دریافت کند و جرم فرد کمتر باشد (یعنی انرژی بیشتری روی هر واحد جرم بیفتد)، اختلالات جدی در بدن او به دنبال خواهد داشت.

  • انرژی تشعشعات یونیزان جذب شده توسط ماده تحت تابش (به ویژه بافت های بدن) و محاسبه شده در واحد جرم، دز جذب شده تابش نامیده می شود.

  دوز جذب شده تابش D برابر است با نسبت انرژی جذب شده توسط بدن به جرم m آن:

  در SI، واحد دز تابش جذب شده خاکستری (Gy) است.

  از این فرمول بر می آید که

  1 گری = 1 ژول / 1 کیلوگرم

  به این معنی که اگر انرژی تابشی 1 ژول به ماده ای با وزن 1 کیلوگرم منتقل شود، دز جذب شده تابش برابر با 1 گری خواهد بود.

  در موارد خاص (به عنوان مثال، زمانی که بافت های نرم موجودات زنده با اشعه ایکس یا تابش گاما تحت تابش قرار می گیرند)، دوز جذب شده را می توان با اشعه ایکس (R) اندازه گیری کرد: 1 گری تقریباً برابر با 100 R است.

  هر چه دوز جذب شده تشعشع بیشتر باشد، این تشعشع می تواند آسیب بیشتری به بدن وارد کند.

  اما برای ارزیابی قابل اعتماد از شدت عواقبی که عمل پرتوهای یونیزان می تواند منجر شود، همچنین لازم است که در نظر بگیریم که در یک دوز جذب شده، انواع مختلف تابش اثرات بیولوژیکی با اندازه های مختلف ایجاد می کنند.

  اثرات بیولوژیکی ناشی از هر گونه تابش یونیزه معمولاً در مقایسه با اثر پرتو ایکس یا تابش گاما ارزیابی می شود. به عنوان مثال، در همان دوز جذب شده، اثر بیولوژیکی عمل پرتو α 20 برابر بیشتر از تابش γ خواهد بود، اثر نوترون های سریع می تواند 10 برابر بیشتر از تابش γ باشد. عمل تابش β - مانند تابش γ.

  در این رابطه، مرسوم است که بگوییم ضریب کیفیت تابش α 20، نوترون های سریع فوق الذکر - 10 است، در حالی که ضریب کیفیت تابش γ (و همچنین اشعه ایکس و تابش β) برابر در نظر گرفته می شود. به یک. بدین ترتیب،

  • فاکتور کیفیت K نشان می دهد که چند برابر خطر تابش قرار گرفتن در معرض یک موجود زنده از این نوع تابش بیشتر از قرار گرفتن در معرض تابش γ (در همان دوزهای جذب شده) است.

  برای ارزیابی اثرات بیولوژیکی، ارزشی به نام معرفی شد دوز معادل.

  دوز معادل H به عنوان محصول دوز جذب شده D و فاکتور کیفیت K تعریف می شود:

  دوز معادل را می توان با همان واحدهای دوز جذب شده اندازه گیری کرد، اما واحدهای خاصی برای اندازه گیری آن وجود دارد.

  واحد SI دوز معادل سیورت (Sv) است. واحدهای کسری نیز استفاده می شود: میلی سیورت (mSv)، میکروسیورت (μSv) و غیره.

  از این فرمول چنین استنباط می شود که برای پرتو ایکس، تابش γ- و β (که برای آن K = 1) 1 Sv مربوط به دوز جذب شده 1 گری و برای همه انواع دیگر تابش - به دوز 1 گری ضرب می شود. با ضریب کیفیت مربوط به این تابش ...

  هنگام ارزیابی اثرات پرتوهای یونیزان بر روی یک موجود زنده، همچنین در نظر گرفته می شود که برخی از قسمت های بدن (ارگان ها، بافت ها) حساس تر از سایرین هستند. برای مثال، در همان دوز معادل، احتمال سرطان ریه بیشتر از سرطان تیروئید است. به عبارت دیگر، هر اندام و بافت دارای ضریب خطر تشعشع مشخصی است (به عنوان مثال برای ریه ها 0.12 و برای غده تیروئید - 0.03 است).

  دوزهای جذب شده و معادل آن نیز به زمان تابش (یعنی به زمان برهمکنش تابش با محیط) بستگی دارد. همه چیزهای دیگر برابر هستند، این دوزها هر چه بیشتر هستند، زمان قرار گرفتن در معرض طولانی‌تر است، یعنی دوزها در طول زمان جمع می‌شوند.

  هنگام ارزیابی درجه خطری که ایزوتوپ های رادیواکتیو برای موجودات زنده ایجاد می کنند، باید این واقعیت را نیز در نظر گرفت که تعداد اتم های رادیواکتیو (یعنی هنوز تجزیه نشده) در یک ماده با گذشت زمان کاهش می یابد. در این حالت، تعداد واپاشی های رادیواکتیو در واحد زمان و انرژی تابش شده به نسبت کاهش می یابد.

  همانطور که می دانید انرژی یکی از عواملی است که میزان تأثیر منفی تشعشع را بر روی شخص تعیین می کند. بنابراین، یافتن یک وابستگی کمی (به عنوان مثال، فرمولی) بسیار مهم است که با استفاده از آن بتوان تعداد اتم های رادیواکتیو را در یک ماده در هر لحظه از زمان محاسبه کرد.

  برای بدست آوردن این وابستگی لازم است بدانیم که میزان کاهش تعداد هسته های رادیواکتیو برای مواد مختلف متفاوت است و به کمیت فیزیکی به نام نیمه عمر بستگی دارد.

  • نیمه عمر T دوره زمانی است که در طی آن تعداد اولیه هسته های رادیواکتیو به طور متوسط ​​به نصف کاهش می یابد.

  اجازه دهید وابستگی تعداد N اتم های رادیواکتیو را به زمان t و نیمه عمر T استخراج کنیم. زمان از لحظه شروع مشاهده t 0 = 0 محاسبه می شود، زمانی که تعداد اتم های رادیواکتیو در منبع تشعشع برابر بود. به N 0. سپس پس از مدتی

  این فرمول قانون واپاشی رادیواکتیو نامیده می شود. برای مثال می توان آن را به شکل دیگری نوشت. از آخرین فرمول نتیجه می شود که هر چه T بیشتر باشد، 2 تن در تن کمتر و N بیشتر (برای مقادیر داده شده N 0 و t). این بدان معنی است که هر چه نیمه عمر یک عنصر بیشتر باشد، "زندگی" و انتشار آن طولانی تر است و برای موجودات زنده خطر ایجاد می کند. این نیز با نمودارهای N در مقابل t نشان داده شده در شکل 165، برای ایزوتوپ های ید (TI = 8 روز) و سلنیوم (T Se = 120 روز) تایید می شود.

  

  برنج. 165. نموداری از وابستگی تعداد اتم های رادیواکتیو به زمان برای ایزوتوپ های ید و سلنیوم

  بدانید چگونه از خود در برابر تشعشعات محافظت کنید. داروهای رادیواکتیو هرگز نباید استفاده شوند - آنها با فورسپس مخصوص دسته بلند مصرف می شوند.

  ساده ترین راه برای محافظت از خود در برابر اشعه α، زیرا توانایی نفوذ کمی دارد و بنابراین، به عنوان مثال، توسط یک ورق کاغذ، لباس، پوست انسان حفظ می شود. در عین حال، ذرات α که وارد بدن می شوند (با غذا، هوا، از طریق زخم های باز) خطر بزرگی را ایجاد می کنند.

  تابش β دارای قدرت نفوذ بسیار بالاتری است، بنابراین محافظت از خود در برابر اثرات آن دشوارتر است. تابش β می تواند تا 5 متر در هوا حرکت کند. می تواند به بافت های بدن نفوذ کند (حدود 1-2 سانتی متر). به عنوان مثال، یک لایه آلومینیومی به ضخامت چند میلی متر می تواند به عنوان محافظت در برابر تابش β عمل کند.

  حتی قدرت نفوذ بیشتری توسط تابش γ دارد، آن را با یک لایه ضخیم سرب یا بتن حفظ می کند. بنابراین، آماده سازی γ-رادیواکتیو در ظروف سربی با دیواره ضخیم ذخیره می شود. به همین دلیل، یک لایه بتونی ضخیم در راکتورهای هسته ای برای محافظت از مردم در برابر پرتوهای γ و ذرات مختلف (ذرات α، نوترون ها، قطعات شکافت هسته ای و غیره) استفاده می شود.

  سوالات

  1. دلیل تأثیرات منفی تشعشعات بر موجودات زنده چیست؟
  2. دوز جذب شده تابش چیست؟ آیا در دوز بالاتر یا کمتر، اگر همه شرایط یکسان باشند، اشعه آسیب بیشتری به بدن وارد می کند؟
  3. آیا انواع مختلف پرتوهای یونیزان تأثیر بیولوژیکی یکسان یا متفاوتی در یک موجود زنده ایجاد می کنند؟ مثال بزن.
  4. فاکتور کیفیت تشعشع چه چیزی را نشان می دهد؟ چه مقداری را دوز معادل تشعشع می گویند؟
  5. چه عامل دیگری (به غیر از انرژی، نوع تشعشع و وزن بدن) باید در ارزیابی اثرات پرتوهای یونیزان بر روی یک موجود زنده در نظر گرفته شود؟
  6. اگر نیمه عمر یک ماده رادیواکتیو 2 روز باشد چند درصد از اتم های یک ماده رادیواکتیو بعد از 6 روز باقی می ماند؟
  7. در مورد راه هایی برای محافظت از خود در برابر اثرات ذرات رادیواکتیو و تشعشع به ما بگویید.