Säteilyn biologinen vaikutus on radioaktiivisen hajoamisen laki. "Fysiikan esitys aiheesta" Säteilyn biologiset vaikutukset. Radioaktiivisen hajoamisen laki "(luokka 9). Säteilyn lähteet ovat

Säteilyllä on haitallinen vaikutus eläviin olentoihin. Alfa-, beeta- ja gammasäteily kulkiessaan aineen läpi voi ionisoida sen, eli lyödä elektroneja sen atomista ja molekyyleistä.

Ionisaatio - ionien muodostumisprosessi neutraaleista atomeista ja molekyyleistä.

Elävien kudosten ionisaatio häiritsee niiden asianmukaista toimintaa, mikä johtaa tuhoavaan vaikutukseen eläviin soluihin.

Missä päin maailmaa tahansa ihminen on aina säteilyn vaikutuksessa, tätä vaikutusta kutsutaan taustasäteilyksi.

Säteily tausta - maa- ja avaruusperäiset ionisoivat säteilyt. Kehon säteilyaltistuksen aste riippuu useista tekijöistä:

• absorboitu säteilyenergia;
• elävän organismin massa ja energiamäärä painokiloa kohti.

Absorboitu säteilyannos (D ) - säteilytetyn aineen absorboiman ionisoivan säteilyn energia, joka lasketaan massayksikköä kohti.

missä E - absorboidun säteilyn energia, m - kehomassa.

on mittayksikkö, joka on nimetty englantilaisen fyysikon Lewis Grayn mukaan.

Matalan säteilyn vaikutusten mittaamiseen käytetään järjestelmän ulkopuolista mittayksikköä - röntgen. Sata roentgensia on yhtä harmaa:

Samalla absorboidulla säteilyannoksella sen vaikutus eläviin organismeihin riippuu säteilyn tyypistä ja elimestä, joka altistuu säteilylle.

Eri säteilyn vaikutuksia on tapana verrata röntgensäteilyyn tai gammasäteilyyn. Alfa-säteilyn teho on 20 kertaa suurempi kuin gammasäteily. Nopeiden neutronien toiminnan tehokkuus on 10 kertaa suurempi kuin gammasäteilyllä. Iskun ominaisuuksien kuvaamiseksi otettiin käyttöön määrä, jota kutsutaan laatutekijäksi (alfa-säteilylle se on 20, nopealle neutronille - 10).

Laatutekijä (K) osoittaa, kuinka monta kertaa tämäntyyppisen säteilyn altistuminen elävälle organismille on suurempi kuin altistuminen gammasäteilylle (γ-säteily) samoilla absorboiduilla annoksilla.

Laatutekijän huomioon ottamiseksi otettiin käyttöön konsepti - ekvivalentti säteilyannos (H ) , joka on yhtä suuri kuin absorboituneen annoksen ja laatutekijän tulo.

on mittayksikkö, joka on nimetty ruotsalaisen tutkijan Rolf Maximilian Sievertin mukaan.

Elävien organismien eri elimillä on erilainen herkkyys ionisoivalle säteilylle. Tämän parametrin arvioimiseksi arvo - säteilyriskikerroin.

Kun arvioidaan säteilyn vaikutusta eläviin organismeihin, on tärkeää ottaa huomioon sen vaikutusaika. Radioaktiivisen hajoamisen aikana aineen radioaktiivisten atomien määrä vähenee, joten säteilyn voimakkuus vähenee. Aineessa jäljellä olevien radioaktiivisten atomien määrän arvioimiseksi käytetään arvoa, jota kutsutaan puoliintumisajaksi.

Puolikas elämä (T ) on ajanjakso, jonka aikana radioaktiivisten ytimien alkuperäinen lukumäärä puolittuu keskimäärin. Puoliintumisajan käyttö otetaan käyttöön radioaktiivisen hajoamisen laki (puoliintumisaika), joka osoittaa, kuinka monta radioaktiivisen aineen atomia jäljellä on tietyn hajoamisajan jälkeen.

,

missä on hajoamattomien atomien määrä;

Alkuperäinen atomien lukumäärä;

t - imperfekti;

T - puolikas elämä.

Eri aineiden puoliintumisajat ovat jo laskettuja ja tunnettuja taulukon arvoja.

Laske kahden litran veden absorboima säteilyannos, jos vesi lämpenee tämän annoksen imeytymisen vuoksi.

Annettu:- veden ominaislämpökapasiteetti (taulukkoarvo).

Löytää:D - säteilyannos.

Päätös:

Säteily lämmitti vettä, eli sen absorboitu energia kulki veden sisäiseen energiaan. Kirjoitetaan se tietyn määrän lämmönsiirtona.

Kaava veteen siirrettävän lämmön määrälle kuumennettaessa:

Säteilyenergia, joka on muunnettu määrätyksi lämpömääräksi, voidaan ilmaista absorboituneen säteilyannoksen kaavasta:

Yhdistetään nämä kaksi ilmaisua (energia ja lämmön määrä):

Täältä saat tarvittavan kaavan säteilyannoksen laskemiseksi:

Vastaus:

Turvallinen ekvivalenttiannos ionisoivaa säteilyä on 15 mSv / vuosi. Mitä absorboitunut annosnopeus y-säteilylle vastaa?

Annettu:; ;

Γ-säteilyn laatutekijä.

Löytää: on absorboitunut annosnopeus.

Päätös:

Käännämme tiedot SI: ksi:

Ilmentäkää absorboitu annos ekvivalenttiannoskaavasta:

Korvataan saatu lauseke absorboituneen annosnopeuden ilmaisulla:

Vastaus:.

Radioaktiivista hopeaisotooppia oli. Radioaktiivisen hopean massa on laskenut 8 kertaa 810 päivässä. Määritä radioaktiivisen hopean puoliintumisaika.

Annettu: - alkuperäisen massan suhde jäljellä olevaan;

Löytää:T.

Päätös: Kirjoitetaan puoliintumisaika-laki:

Alkuperäisen ja lopullisen massan suhde on yhtä suuri kuin hopeaatomien alkuperäisen ja lopullisen lukumäärän suhde:

Ratkaistaan \u200b\u200bsaatu yhtälö:

Vastaus: päivää.

Ainakin tutkimuksen aikana ei pidä ottaa säteilynäytteitä käsissänne; tätä varten käytetään erityisiä pidikkeitä. Jos on olemassa vaara päästä säteilyalueelle, on käytettävä hengityssuojaimia: naamioita ja kaasunaamareita sekä erikoispukuja (katso kuva 2).

Kuva: 2. Suojavarusteet Alfa-säteilyn vaikutusta, vaikkakin vaarallista, viivästyttää jopa paperiarkki (katso kuva 3). Suojaamiseksi tältä säteilyltä riittää vaatteet, jotka peittävät kaikki ruumiinosat. Tärkeintä on estää alfahiukkasten pääsy keuhkoihin radioaktiivisella pölyllä.

Kuva: 3. Altistuminen α-säteilylle Beetasäteilyllä on paljon suurempi tunkeutumiskyky (se tunkeutuu kehon kudoksiin 1-2 cm). Suojaus tätä säteilyä vastaan \u200b\u200bon vaikeaa. Eristämiseksi β-säteilystä tarvitaan esimerkiksi useita millimetrejä paksu alumiinilevy tai lasilevy (kuva 4).

Kuva: 4. Altistuminen β-säteilylle Gammasäteilyllä on suurin läpäisykyky. Se on loukussa paksulla lyijy- tai betoniseinäkerroksella, joka on useita metrejä, joten ihmisille ei ole tarjottu henkilökohtaista suojavarustusta tällaiselta säteilyltä (kuva 5).

Kuva: 5. Altistuminen y-säteilylle

Kotitehtävät

1. Kysymykset kohdan 78 lopussa, s. 263 (Peryshkin A.V., Gutnik E.M.Fysiikan 9. luokka ().
2. Röntgenyksikön kanssa työskentelevän työntekijän keskimääräinen absorboitu säteilyannos on 7 μGy tunnissa. Onko työntekijälle vaarallista työskennellä 200 päivää vuodessa 6 tuntia päivässä, jos suurin sallittu säteilyannos on 50 mGy vuodessa?
3. Mikä on yhden Ranskan isotoopin puoliintumisaika, jos 6 sekunnissa tämän isotoopin ytimien määrä vähenee 8 kertaa?

Säteily. Radioaktiivisuutta kutsutaan joidenkin atomien ytimien epävakaudeksi, mikä ilmenee niiden kyvyssä spontaaniin muutokseen (tieteellisen - hajoamisen mukaan), johon liittyy ionisoivan säteilyn (säteily) vapautuminen. Tällaisen säteilyn energia on riittävän suuri, joten se pystyy vaikuttamaan aineeseen ja luomaan uusia, eri merkkien ioneja. Säteilyä on mahdotonta aiheuttaa kemiallisilla reaktioilla, se on täysin fysikaalinen prosessi.

Säteilyä on useita: -Alfa-hiukkaset ovat suhteellisen raskaita, positiivisesti varautuneita hiukkasia. Beeta-hiukkaset ovat tavallisia elektroneja. - Gammasäteily - sillä on sama luonne kuin näkyvällä valolla, mutta se on paljon läpäisevämpää. -Neutronit ovat sähköisesti neutraaleja hiukkasia, jotka syntyvät pääasiassa toimivan ydinreaktorin lähellä, pääsyä siihen on rajoitettava. -X-säteet - Samanlainen kuin gammasäteet, mutta pienemmällä energialla. Muuten, aurinko on yksi tällaisten säteiden luonnollisista lähteistä, mutta maapallon ilmakehä suojaa auringon säteilyltä.

Ihmisille vaarallisin on alfa-, beeta- ja gammasäteily, joka voi johtaa vakaviin sairauksiin, geneettisiin häiriöihin ja jopa kuolemaan. Tosiasia on, että aineen läpi kulkevat A.-, B.- ja G.-hiukkaset ionisoivat sen ja tuhoavat elektroneja molekyyleistä ja atomista. Mitä enemmän energiaa henkilö saa häntä vaikuttavista hiukkasten virtauksesta ja mitä vähemmän henkilö massaa, sitä vakavampia häiriöitä hänen kehossaan se johtaa.

Aineeseen siirretyn ionisoivan säteilyenergian määrä ilmaistaan \u200b\u200btietyssä tilavuudessa absorboidun säteilyenergian suhteena aineen massaan tässä tilavuudessa, jota kutsutaan absorboituneeksi annokseksi. D \u003d E / m Absorboituneen annoksen yksikkö on harmaa (Gy). Järjestelmän ulkopuolinen yksikkö Rad määriteltiin minkä tahansa ionisoivan säteilyn absorboituneeksi annokseksi, joka on 100 erg / 1 gramma säteilytettyä ainetta.

Mutta tarkempaan arviointiin ihmisten terveydelle mahdollisesti aiheutuvista vahingoista kroonisen altistumisen olosuhteissa säteilyturvallisuuden alalla otetaan käyttöön vastaavan annoksen käsite, joka on yhtä suuri kuin säteilytyksessä syntyvän absorboidun annoksen tulo ja keskiarvo analysoidussa elimessä tai koko kehossa laatutekijän perusteella. H \u003d DK Annosekvivalentin yksikkö on Joule / kg. Sillä on erityinen nimi z. Ivert (Sv).

Energia, kuten jo tiedämme, on yksi tekijöistä, jotka määräävät säteilyn negatiivisen vaikutuksen asteen henkilöön. Siksi on tärkeää löytää kvantitatiivinen riippuvuus (kaava), jonka avulla olisi mahdollista laskea, kuinka monta radioaktiivista atomia aineessa on jäljellä kulloinkin. Tämän riippuvuuden johtamiseksi on välttämätöntä tietää, että radioaktiivisten ytimien määrän vähenemisen nopeus eri aineille on erilainen ja riippuu fyysisestä suuruudesta, jota kutsutaan puoliintumisajaksi.

Radioaktiivisen hajoamisen laki - fyysinen laki, joka kuvaa radioaktiivisen hajoamisen voimakkuuden riippuvuutta ajasta ja näytteen radioaktiivisten atomien lukumäärästä. Löysivät Frederick Soddy ja Ernest Rutherford, joista kullekin myönnettiin myöhemmin Nobel-palkinto. He löysivät sen kokeellisesti ja julkaisivat sen vuonna 1903 teoksissa "Vertaileva tutkimus radiumin ja toriumin radioaktiivisuudesta" ja "Radioaktiivinen transformaatio", jotka muotoilivat seuraavasti:

Kaikissa tapauksissa, kun yksi radioaktiivisista tuotteista erotettiin ja sen aktiivisuutta tutkittiin riippumatta sen aineen radioaktiivisuudesta, josta se muodostui, havaittiin, että aktiivisuus kaikissa tutkimuksissa pienenee ajan myötä geometrisen etenemisen lain mukaan, josta tutkijat päättivät Bernoullin lauseen perusteella:

Muunnosnopeus on aina verrannollinen niiden järjestelmien lukumäärään, joita ei ole vielä muunnettu. Lainsäädäntöä on useita, esimerkiksi differentiaaliyhtälön muodossa:

mikä tarkoittaa hajoamisten määrää? dNse tapahtui lyhyessä ajassa dt, verrannollinen atomien määrään N näytteessä.

Edellä olevassa matemaattisessa lausekkeessa - hajoamisvakio, joka kuvaa radioaktiivisen hajoamisen todennäköisyyttä aikayksikköä kohti ja jonka ulottuvuus on c - 1. Miinusmerkki osoittaa radioaktiivisten ytimien määrän vähenemisen ajan myötä.

Ratkaisu tähän differentiaaliyhtälöön on:

missä on atomien alkuperäinen lukumäärä eli atomien lukumäärä

Siten radioaktiivisten atomien määrä vähenee eksponentiaalisesti ajan myötä. Hajoamisnopeus, eli rappeutumisten määrä aikayksikköä kohti

putoaa myös räjähdysmäisesti. Erottamalla ilmaisun atomien lukumäärän riippuvuudesta ajoista saamme:

missä on hajoamisnopeus alkuhetkellä

Siten hajoamattomien radioaktiivisten atomien määrän ja hajoamisnopeuden aikariippuvuutta kuvataan samalla vakiolla.

Hajoamisvakion lisäksi radioaktiiviselle hajoamiselle on tunnusomaista vielä kaksi siitä johdettua vakiota, joista keskustellaan jäljempänä.

Keskimääräinen käyttöikä

Radioaktiivisen hajoamisen laista voidaan saada lauseke radioaktiivisen atomin keskimääräiselle eliniälle. Rikkoutuneen atomien lukumäärä ajanhetkellä aikavälillä on yhtä suuri kuin niiden käyttöikä. Keskimääräinen käyttöikä saadaan integroimalla koko hajoamisjakson ajan:

Korvaamalla tämä arvo eksponentiaalisiin aikariippuvuuksiin ja on helppo nähdä, että ajan mittaan radioaktiivisten atomien määrä ja näytteen aktiivisuus (hajoamisten määrä sekunnissa) vähenee e-kertoimella.

Puolikas elämä

Käytännössä toinen aikaominaisuus on yleistynyt - puolikas elämä yhtä suuri kuin aika, jonka aikana radioaktiivisten atomien määrää tai näytteen aktiivisuutta vähennetään kertoimella 2. Tämän määrän yhteys hajoamisvakioon voidaan johtaa suhteesta

Radioaktiivisen säteilyn biologisten vaikutusten tutkimus alkoi heti röntgensäteiden (1895) ja radioaktiivisuuden (1896) löytämisen jälkeen. Vuonna 1896 venäläinen fysiologi I.R. Tarkhanov osoitti, että elävien organismien läpi kulkeva röntgensäteily häiritsee niiden elintoimintaa. Radioaktiivisen säteilyn biologisen vaikutuksen tutkimus alkoi kehittyä erityisen voimakkaasti atomiaseiden käytön (1945) ja sitten atomienergian rauhanomaisen käytön alkaessa. Radioaktiivisen säteilyn biologiselle vaikutukselle on tunnusomaista joukko yleisiä lakeja:

• 1) Elämän syvät häiriöt johtuvat vähäisistä määristä absorboitunutta energiaa. Joten nisäkkään, eläimen tai ihmisen elimistöön imeytynyt energia, kun se altistetaan tappavalle annokselle, muutettuna lämmöksi, johtaisi kehon lämmitykseen vain 0,001 ° C: lla. Yritys selittää energiamäärän "epäjohdonmukaisuus" altistumisen tuloksien kanssa johti kohdeteorian luomiseen, jonka mukaan säteilyvaurio kehittyy, kun energia pääsee solun erityisen radiosensitiiviseen osaan - "kohteeseen".
• 2) Radioaktiivisen säteilyn biologinen vaikutus ei rajoitu altistuneeseen organismiin, vaan voi levitä seuraavalle sukupolvelle, mikä selittyy vaikutuksella organismin perinnölliseen laitteistoon. Juuri tämä ominaisuus aiheuttaa ihmiskunnalle erittäin akuutin ongelman tutkia radioaktiivisen säteilyn biologisia vaikutuksia ja kehon suojaamista säteilyltä.
• 3) Radioaktiivisen säteilyn biologiselle vaikutukselle on ominaista piilevä (piilevä) jakso, ts. Säteilyvaurioiden kehittymistä ei havaita välittömästi. Piilevän jakson kesto voi vaihdella useista minuuteista kymmeniin vuosiin riippuen säteilyannoksesta, kehon säteilyherkkyydestä ja havaitusta toiminnasta. Joten altistettaessa erittäin suurille annoksille (kymmeniä tuhansia iloinen) on mahdollista aiheuttaa "kuolema säteen alla", kun taas pitkäaikainen altistuminen pienille annoksille johtaa muutokseen hermo- ja muiden järjestelmien tilassa, kasvainten ilmaantumiseen vuosia altistuksen jälkeen.

Erityyppisten organismien säteilyherkkyys on erilainen. Puolet säteilytetyistä eläimistä (täydellisellä säteilytyksellä) 30 päivän kuluessa säteilytyksestä (tappava annos - LD 50/30) johtuu seuraavista röntgänannoksista: marsut 250 r, koirat 335 r, apina 600 r,hiiret 550-650 r, ristikarppi (18 ° C: ssa) 1800 r, käärmeet 8000-20000 r. Yksisoluiset organismit ovat vastustuskykyisempiä: hiiva kuolee 30000 annoksena r, ameba - 100000 r, ja siliumit kestävät säteilyä 300 000 annoksella r. Myös korkeampien kasvien säteilyherkkyys on erilainen: liljasiemenet menettävät itävyytensä kokonaan annoksella 2000 r, kaali siemeniin ei vaikuta 64 000 annos r.

Suurta merkitystä ovat myös ikä, fysiologinen tila, kehon aineenvaihduntaprosessien voimakkuus sekä säteilytysolosuhteet. Samaan aikaan keholle annettavan säteilyannoksen lisäksi on tärkeä rooli: säteilyn voima, rytmi ja luonne (yksittäinen, moninkertainen, ajoittainen, krooninen, ulkoinen, täydellinen tai osittainen, sisäinen), sen fyysiset ominaisuudet, jotka määrittävät kehoon tunkeutuvan energian syvyyden (röntgen ja gamma) säteily tunkeutuu syvyyteen, alfa-hiukkaset jopa 40 μm, beeta-hiukkasia - muutama mm), säteilyn aiheuttama ionisaatiotiheys (alfa-hiukkasten vaikutuksesta se on suurempi kuin muun tyyppisen säteilyn vaikutuksesta). Kaikki nämä vaikuttavan säteilyaineen ominaisuudet määrittävät säteilyn suhteellisen biologisen tehokkuuden. Jos säteilyn lähde on kehoon tulleet radioaktiiviset isotoopit, niiden kemiallisilla ominaisuuksilla, jotka määrittävät isotoopin osallistumisen aineenvaihduntaan, pitoisuuteen yhdessä tai toisessa elimessä ja siten kehon säteilytyksen luonteen, on suuri merkitys näiden isotooppien lähettämän radioaktiivisen säteilyn biologisen vaikutuksen kannalta. Kaikenlaisen säteilyn ensisijainen vaikutus mihin tahansa biologiseen esineeseen alkaa säteilyenergian absorboinnista, johon liittyy molekyylien viritys ja niiden ionisaatio. Kun vesimolekyylit ionisoidaan (säteilyn epäsuora vaikutus) hapen läsnä ollessa, ilmestyvät aktiiviset radikaalit (OH- ja muut), hydratoidut elektronit ja vetyperoksidimolekyylit, jotka sitten sisällytetään solun kemiallisten reaktioiden ketjuun. Kun orgaanisia molekyylejä ionisoidaan (säteilyn suora vaikutus), syntyy vapaita radikaaleja, jotka osana kehossa tapahtuvia kemiallisia reaktioita häiritsevät aineenvaihduntaa ja aiheuttavat elimistölle epätavallisia yhdisteitä, häiritsevät elintärkeitä prosesseja. Annoksella 1000 r keskikokoisessa solussa (10-9 r) on noin miljoona tällaista radikaalia, joista kukin? ilmakehän hapen läsnä ollessa se voi aiheuttaa ketjun hapetusreaktioita, mikä moninkertaisesti lisää muutettujen molekyylien määrää solussa ja aiheuttaa uusia muutoksia supramolekulaarisissa (submikroskooppisissa) rakenteissa. Selvitys vapaan hapen suuresta roolista ketjureaktioissa, jotka johtavat säteilyvaurioihin, ns. happivaikutus, myötävaikuttanut useiden tehokkaiden säteilysuojaavien aineiden kehittymiseen, mikä aiheuttaa keinotekoista hypoksiaa kehon kudoksissa. Energian kulkeutumisella biopolymeerimolekyylien läpi on myös suuri merkitys, minkä seurauksena missä tahansa makromolekyylissä tapahtuva energian imeytyminen johtaa sen aktiivisen keskuksen häviämiseen (esimerkiksi proteiini-entsyymin inaktivoitumiseen). Radioaktiivisen säteilyn biologisen toiminnan taustalla olevat fysikaaliset ja fysikaalis-kemialliset prosessit, ts. Energian absorptio ja molekyylien ionisaatio, vievät murto-osan sekunnista. Seuraavat biokemialliset säteilyvaurioiden prosessit kehittyvät hitaammin. Tuloksena olevat aktiiviset radikaalit häiritsevät solun normaaleja entsymaattisia prosesseja, mikä johtaa energiapitoisten (runsaasti energiaa sisältävien) yhdisteiden määrän vähenemiseen. Deoksiribonukleiinihappojen (DNA) synteesi nopeasti jakautuvissa soluissa on erityisen herkkä säteilylle. Siten säteilyenergian absorboitumisesta johtuvien ketjureaktioiden seurauksena monet solun komponentit muuttuvat, mukaan lukien makromolekyylit (DNA, entsyymit jne.) Ja suhteellisen pienet molekyylit (adenosiinitrifosforihappo, koentsyymit jne.). Tämä johtaa entsymaattisten reaktioiden, fysiologisten prosessien ja solurakenteiden häiriintymiseen. Altistuminen ionisoivalle säteilylle aiheuttaa soluvaurioita. Tärkein solujen jakautumisen rikkomus on mitoosi. Säteilytyksessä suhteellisen pieninä annoksina havaitaan mitoosin väliaikainen pysähtyminen. Suuret annokset voivat aiheuttaa jakautumisen tai solukuoleman täydellisen lopettamisen. Mitoosin normaalin kulun häiriintymiseen liittyy kromosomien uudelleenjärjestely, mutaatioiden syntyminen, jotka johtavat solun geneettisen laitteen siirtymiin ja siten muutoksiin seuraavissa solupolville (sytogeneettinen vaikutus). eliöt . Suurina annoksina säteilytettäessä ytimen turvotusta ja pyknoosia (kromatiinin tiivistyminen) tapahtuu, sitten ytimen rakenne katoaa. Sytoplasmassa säteilytettynä annoksilla 10000--20 000 r muutoksia viskositeetissa, protoplasmarakenteiden turvotusta, vakuolien muodostumista ja läpäisevyyden lisääntymistä havaitaan. Kaikki tämä häiritsee jyrkästi solun elintoimintaa. Vertaileva tutkimus ytimen ja sytoplasman säteilyherkkyydestä osoitti, että useimmissa tapauksissa ydin on herkkä säteilylle (esimerkiksi newtonin sydänlihaksen ytimien säteilytys useita protoneja / ydin -annoksissa aiheutti tyypillisiä tuhoisia muutoksia; useita tuhansia kertoja suurempi annos ei vahingoittanut sytoplasmaa). Lukuisat tiedot osoittavat, että solut ovat radiosensitiivisimpiä jakautumisen ja erilaistumisen aikana: säteilytyksen aikana vaikutukset kohdistuvat ensisijaisesti kasvaviin kudoksiin. Tämä tekee säteilystä vaarallisimman lapsille ja raskaana oleville naisille. Tähän perustuu myös kasvainten sädehoito - kasvava kasvainkudos kuolee säteilyttämällä annoksina, jotka vahingoittavat vähemmän ympäröivää normaalia kudosta.

Säteilytetyissä soluissa esiintyvät muutokset johtavat häiriöihin koko organismin kudoksissa, elimissä ja elintoiminnoissa. Kudosten reaktio on erityisen voimakas, missä? yksittäiset solut elävät suhteellisen lyhyen aikaa. Tämä on mahalaukun ja suoliston limakalvo, joka säteilytyksen jälkeen tulehtuu, peittyy haavaumilla, mikä johtaa heikentyneeseen ruoansulatukseen ja imeytymiseen, ja sitten kehon ehtymiseen, myrkyttämällä sen solujen hajoamistuotteilla (toksemia) ja suolistossa elävien bakteerien tunkeutumalla vereen (bakteremia) . Hematopoieettinen järjestelmä on vakavasti vaurioitunut, mikä johtaa leukosyyttien määrän jyrkkään vähenemiseen ääreisveressä ja sen suojaavien ominaisuuksien heikkenemiseen. Samanaikaisesti myös vasta-aineiden tuotanto vähenee, mikä heikentää kehon puolustuskykyä entisestään. (Elin- ja kudossiirroissa käytetään säteilytetyn organismin kyvyn tuottaa vasta-aineita ja siten vastustaa vieraan proteiinin kulkeutumista - ennen potilaan säteilytystä.) Punasolujen määrä vähenee myös, mikä liittyy veren hengitystoiminnan rikkomiseen. Radioaktiivisen säteilyn biologinen vaikutus aiheuttaa seksuaalisen toiminnan rikkomisen ja sukusolujen muodostumisen säteilytettyjen organismien täydelliseen steriiliyteen (steriiliyteen) saakka. Hermostolla on tärkeä rooli eläinten ja ihmisten säteilyvaurioiden kehittymisessä. Joten kaneilla kohtalokas lopputulos johtuu säteilytyksestä 1000 annoksella r usein määritellään keskushermoston häiriöillä, jotka aiheuttavat sydämenpysähdyksen ja hengityshalvauksen. Säteilytettyjen eläinten ja sädehoitoa saavien ihmisten aivojen bioelektriset mahdollisuudet ovat osoittaneet, että hermosto reagoi säteilyaltistukseen aikaisemmin kuin muut kehojärjestelmät. Koirien säteilytys annoksella 5-20 r ja krooninen säteilytys annoksella 0,05 r kun annos on 3 r johtaa ehdollisten refleksien muutokseen. Hormonaalisten rauhasten toiminnan häiriöillä on myös tärkeä rooli säteilysairauden kehittymisessä.

Radioaktiivisen säteilyn biologiselle vaikutukselle on ominaista jälkivaikutus, joka voi olla hyvin pitkä, koska säteilytyksen päättymisen jälkeen säteilyenergian absorboinnilla alkanut biokemiallisten ja fysiologisten reaktioiden ketju jatkuu pitkään. Säteilyn pitkäaikaisiin vaikutuksiin kuuluvat muutokset veressä (leukosyyttien ja punasolujen määrän väheneminen), nefroskleroosi, maksakirroosi, muutokset verisuonten lihaksissa, varhainen ikääntyminen ja kasvainten esiintyminen. Nämä prosessit liittyvät aineenvaihdunnan ja neuroendokriinisen järjestelmän häiriöihin sekä kehosolujen geneettisen laitteen vaurioihin (somaattiset mutaatiot) . Kasvit ovat radiota kestävämpiä kuin eläimet. Säteily pieninä annoksina voi stimuloida kasvien elintärkeää aktiivisuutta - siementen itämistä, juurien kasvun voimakkuutta, vihreän massan kertymistä jne. Suuret annokset (20000 - 40 000) r) aiheuttavat kasvien eloonjäämisen vähenemisen, epämuodostumien, mutaatioiden, kasvainten ulkonäön. Säteilytettyjen kasvien kasvun ja kehityksen häiriöt liittyvät suurelta osin aineenvaihdunnan muutoksiin ja primääristen radiotoksiinien ulkonäköön, jotka pieninä määrinä stimuloivat elintärkeää toimintaa ja suurina määrinä tukahduttavat ja häiritsevät sitä. Esimerkiksi säteilytettyjen siementen peseminen 24 tunnin sisällä säteilytyksestä vähentää estovaikutusta 50-70%. Kehon säteilyvaurioihin liittyy samanaikainen jatkuva toipumisprosessi, joka liittyy aineenvaihdunnan normalisoitumiseen ja solujen uudistumiseen. Tässä suhteessa altistuminen murto-osille tai pienille annosnopeuksille aiheuttaa vähemmän vahinkoja kuin massiivinen altistuminen. Palautumisprosessien tutkimus on tärkeää säteilyä suojaavien aineiden etsimiselle sekä keinoille ja menetelmille kehon suojaamiseksi säteilyltä. Pieninä annoksina kaikki maapallon asukkaat altistuvat jatkuvasti ionisoivan säteilyn vaikutukselle - kosmisille säteille ja radioaktiivisille isotoopeille, jotka ovat osa itse organismeja ja ympäristöä. Atomiaseiden testit ja atomienergian rauhallinen käyttö lisäävät radioaktiivista taustaa. Tämän vuoksi radioaktiivisen säteilyn biologisten vaikutusten tutkiminen ja suojavarusteiden etsiminen ovat yhä tärkeämpiä.

Radioaktiivisen säteilyn biologista vaikutusta käytetään biologisessa tutkimuksessa, lääketieteellisessä ja maataloustutkimuksessa. harjoitella. Sädehoito, röntgendiagnostiikka ja radioisotooppihoito perustuvat radioaktiivisen säteilyn biologiseen vaikutukseen. Maataloudessa säteilyaltistusta käytetään uusien kasvimuotojen jalostamiseen, siementen esikäsittelyyn, tuholaistorjuntaan (kasvattamalla ja päästämällä säteilytettyjä miehiä tartunnan saaneisiin viljelmiin), hedelmien ja vihannesten säteilysuojeluun, kasvintuotteiden suojelemiseen tuholaisilta (annokset, haitalliset hyönteisille, vaarattomat viljalle) jne. Henkilön henkilökohtainen herkkyys riippuu monista tekijöistä; ensinnäkin - iästä lähtien. Muodostunut organismi on vastustuskykyisempi säteilyn vaikutukselle kuin muodostava (lapsille, nuorille). Akuutissa säteilyvammassa, joka johtuu kehon yleisestä säteilytyksestä suurina annoksina (havaittu ydinräjähdyksissä ja ydinlaitosten onnettomuustapauksissa), säteilyn biologiset vaikutukset - kuolema tai erilaiset säteilysairaudet - ilmenevät muutaman tunnin tai päivän kuluessa altistumisesta. Kun annos ylittää 100 Sv (Sievert on ekvivalentti annosyksikkö SI-järjestelmässä. 1 Sv vastaa absorboitua annosta 1 J / kg gammasäteilyä), välitön kuolema tapahtuu (? Ensimmäiset tunnit) hermosolujen pysyvien vaurioiden (aivosyndrooma) vuoksi. ... 50-100 Sv: n annokset ovat kohtalokkaita 5-6 päivää altistuksen jälkeen. Säteilyvaurion suoliston muoto (maha-suolikanavan oireyhtymä) havaitaan välillä 10-50 Sv ja johtaa kuolemaan 10.-14. Päivänä. Tyypillinen säteilysairauden muoto kehittyy annoksella 1-10 Sv. Lisäksi jos lääketieteellisiä toimenpiteitä ei toteuteta, 3-5 Sv: n annos johtaa 50 prosentin altistuneiden ihmisten kuolemaan 30 päivän kuluessa. Säteilytetyt potilaat asetetaan steriileihin olosuhteisiin, veri siirretään ja luuydinsiirto tehdään hematopoieettisen järjestelmän palauttamiseksi. Kaiken tämän mukana on vahvistavia ja tulehduskipulääkkeitä. Säteilysairauden tyypillisiä pitkäaikaisia \u200b\u200bseurauksia ovat voimattomuus (lisääntynyt väsymys), kaihi, lisääntynyt alttius tartuntatauteille heikentyneen immuniteetin takia. Säteilyaltistus lisää merkittävästi syöpäriskiä, \u200b\u200bgeneettisiä vaurioita ja lyhentää elinajanodotetta. Säteilyn aiheuttamien syöpien ryhmän ensimmäisessä asemassa ovat leukemiat, joiden huippu, iästä riippuen, kestää 5-25 vuotta säteilytyksen jälkeen. Hieman myöhemmin rinnan ja kilpirauhasen, keuhkojen ja muiden elinten syöpä esiintyy. Geneettisten vaurioiden riski kahden ensimmäisen sukupolven aikana on asiantuntijoiden mukaan noin 40% syöpäriskistä.

"Pienille annoksille" altistumisen vaikutuksesta ihmiskehoon on tullut erityisen akuutti sosialisteille Tšernobylin onnettomuuden jälkeen. Sen ratkaisemiseksi tarvitaan jatkuvaa laajaa väestötutkimusta, onnettomuuden seurausten selvittämiseen osallistuvien ja saastuneilla alueilla asuvien ihmisten terveyden seurantaa. Jo nyt kilpirauhassyövän määrä on lisääntynyt, anemioiden, sydän- ja muiden sairauksien määrä on heikentynyt immuunijärjestelmä. Luonnon säteily on biosfäärin yleinen komponentti, abioottinen tekijä, joka jatkuvasti vaikuttaa organismeihin ja muodostaa luonnollisen radioaktiivisen taustan, joka muodostuu kosmisesta säteilystä ja radionuklidien säteilystä ulkoisessa ympäristössä ja elävien organismien sisällä. Keinotekoiset säteilylähteet näkyvät ihmisen toiminnan seurauksena. Säteilyn biologinen vaikutus määräytyy annoskuormituksen perusteella, ja se voidaan havaita kaikilla elävien järjestelmien organisointitasoilla. Henkilön henkilökohtainen herkkyys säteilyaltistukselle riippuu iästä, psyko-emotionaalisesta tilasta jne. Säteilyvauriot voivat annoksesta riippuen johtaa kuolemaan, erilaisiin säteilysairauksiin, voimattomuuteen, kaihiin, heikentyneeseen immuniteettiin, lyhentyneeseen elinajanodotteeseen, lisääntyneeseen syöpäriskiin, geneettisiin vaurioihin.

Oppitunti 64. Säteilyn biologiset vaikutukset. Radioaktiivisen hajoamisen laki (Fedosova O.A.)

Oppitunnin teksti

• Abstrakti

  Aineen nimi - fysiikan luokka - 9 UMK (oppikirjan nimi, tekijä, julkaisuvuosi) - Fysiikka. Luokka 9: oppikirja / A.V. Peryshkin, E.M. Gutnik. - M.: Bustard, 2014. Koulutustaso (perus, perusteellinen, profiili) - oppitunnin aihe - Säteilyn biologiset vaikutukset. Radioaktiivisen hajoamisen laki. Aiheen tutkimiseen käytettyjen tuntien kokonaismäärä - 1 Oppitunnin paikka aiheen oppituntien järjestelmässä - 64/11 Oppitunnin tarkoituksena on tutustuttaa opiskelijat uusimpaan tieteelliseen tietoon säteilystä ja sen vaikutuksista biologisiin esineisiin. Oppitunnin tavoitteet - Muodostaa opiskelijoiden tietoa radioaktiivisuudesta. Arvioi tämän löydön positiivisia ja negatiivisia ilmenemismuotoja modernissa yhteiskunnassa, laajenna opiskelijoiden näköaloja. Muodostaa radioaktiivisuuden käyttöön liittyviä maailmankatsomusideoita, kehittää opiskelijoiden suullista puhetta järjestämällä oppitunnilla dialoginen viestintä, muodostamaan kyky ilmaista ajatuksensa kieliopillisesti oikeassa muodossa. Muodosta positiivinen motivaatio oppimiseen ja lisääntynyt kiinnostus tietoon. Odotetut tulokset - Selitä radioaktiivisuuden fyysinen merkitys. Oppitunnin tekninen tuki - tietokone, multimediaprojektori, D. I. Mendelejevin kemiallisten alkuaineiden jaksollinen taulukko. Oppitunnin metodologinen ja didaktinen tuki (linkit Internet-resursseihin ovat mahdollisia) - oppitunnin esitys levyltä "Physics Grade 9" osoitteesta VIDEOUROKI.NET https://videouroki.net/look/diski/fizika9/index.html Oppitunnin sisältö 1. Organisaatiovaihe Opettajan ja opiskelijoiden vastavuoroinen tervehdys; puuttuvien lokien tarkistaminen. 2. Opiskelijoiden subjektiivisen kokemuksen toteutuminen Tarkastellaan aiheen "Radioaktiivisuuden löytäminen" peruskäsitteitä: radioaktiivisuus; radioaktiivisen säteilyn koostumus; a-säteily; P-säteily; y-säteily. Nimeä niiden tutkijoiden nimet, joilla on merkitystä oppitunnin aiheen kannalta (ja miksi?) 3. Uuden tiedon ja toimintatapojen oppiminen (työskentely esitystilojen kanssa) Vuonna 1896 ranskalainen fyysikko Antoine Henri Becquerel huomasi, että uraanisuolat lähettävät spontaanisti säteitä. Hänen löytämää ilmiötä kutsuttiin radioaktiivisuudeksi. Muistakaamme, että radioaktiivisuus on ilmiö, jossa yhden kemiallisen alkuaineen epävakaa isotooppi muuttuu spontaanisti toisen elementin isotoopiksi, johon liittyy voimakkaasti tunkeutuvien hiukkasten emissio. Rutherford ja muut tutkijat ovat kokeellisesti todistaneet, että radioaktiivinen säteily voidaan jakaa kolmeen tyyppiin: alfa-, beeta- ja gammasäteily. Nämä säteilyn nimet saatiin kreikkalaisten aakkosien ensimmäisistä kirjaimista. Kuten jo tiedämme, radioaktiivinen säteily aiheuttaa atomien ja aineen molekyylien ionisaation, joten niitä kutsutaan usein ionisoivaksi säteilyksi. Nykyään tiedetään, että radioaktiivinen säteily tietyissä olosuhteissa voi aiheuttaa vaaran elävien organismien terveydelle. Radioaktiivisen säteilyn biologisen vaikutuksen mekanismi on monimutkainen. Se perustuu elävien kudosten atomien ja molekyylien ionisaatio- ja viritysprosesseihin, jotka tapahtuvat, kun ne absorboivat ionisoivaa säteilyä. Säteilyn kielteisten vaikutusten aste ja luonne riippuvat useista tekijöistä, erityisesti siitä, mitä energiaa ionisoivien hiukkasten virtaus siirtää tiettyyn kehoon ja mikä on tämän ruumiin massa. Mitä enemmän energiaa henkilö saa häntä vaikuttavasta hiukkasten virtauksesta ja sitä pienempi on ihmisen massa (eli mitä enemmän energiaa putoaa kuhunkin massayksikköön), sitä vakavammat häiriöt hänen ruumiissaan ovat. Absorboitua säteilyannosta kutsutaan arvoksi, joka on yhtä suuri kuin säteilytetyn aineen absorboiman ionisoivan säteilyn energian suhde tämän aineen massaan. SI: ssä absorboidun säteilyannoksen yksikkö on harmaa. 1 harmaa on yhtä suuri kuin absorboitu säteilyannos, jolla ionisoivan säteilyn energia 1 J siirretään säteilytettyyn aineeseen, jonka massa on 1 kg, absorboituneen säteilyannoksen ei-systeeminen yksikkö on radiaani. Absorboidun annoksen mittaamiseen käytetään erityisiä laitteita - annosmittareita. Yleisimpiä ovat annosmittarit, joissa anturit ovat ionisaatiokammioita. Jotkut annosmittarit käyttävät antureina hiukkaslaskuria, valokuvafilmiä tai tuikealaitteita. Tiedetään, että mitä suurempi absorboitu säteilyannos, sitä enemmän haittaa (muut asiat ovat yhtä suuret) tämä säteily voi aiheuttaa keholle. Mutta niiden vaikutusten vakavuuden arvioimiseksi luotettavasti, joihin ionisoivan säteilyn vaikutus voi johtaa, on myös otettava huomioon, että samalla säteilyannoksella erityyppiset säteilyt aiheuttavat eritasoisia biologisia vaikutuksia. Jonkin ionisoivan säteilyn aiheuttamat biologiset vaikutukset arvioidaan yleensä verrattuna röntgen- tai gammasäteilyn vaikutuksiin. Esimerkiksi samalla absorboituneella annoksella alfasäteilyn vaikutuksen biologinen vaikutus on 20 kertaa suurempi kuin gammasäteilyn, nopeiden neutronien vaikutus voi olla 10 kertaa suurempi kuin gammasäteilyn, beetan vaikutuksen. säteily - sama kuin gammasäteily. Tässä suhteessa on tapana sanoa, että alfasäteilyn laatutekijä on 20, edellä mainitut nopeat neutronit - 10, kun taas gammasäteilyn (samoin kuin röntgen- ja beetasäteilyn) laatutekijän katsotaan olevan yhtä. Siksi laatutekijä osoittaa, kuinka monta kertaa tämäntyyppisen säteilyn altistuminen elävälle organismille on suurempi kuin gammasäteilylle altistuminen (samoilla absorboituneilla annoksilla). Koska samalla absorboidulla annoksella eri säteily aiheuttaa erilaisia \u200b\u200bbiologisia vaikutuksia, näiden vaikutusten arvioimiseksi otettiin käyttöön arvo, jota kutsutaan ekvivalentiksi säteilyannokseksi. Ekvivalenttinen säteilyannos on määrä, joka määrittää säteilyn vaikutuksen kehoon, ja absorboidun annoksen ja laatutekijän yhtäläinen tulo. Ekvivalenttiannos voidaan mitata samoissa yksiköissä kuin absorboitunut annos, mutta sen mittaamiseen on olemassa erityisiä yksiköitä. Kansainvälisessä järjestelmässä vastaavan annoksen yksikkö on sIvert. Käytetään myös murto-osia, kuten millisievertti, mikrovierta jne., Ei-systeeminen mittayksikkö on BER (röntgen biologinen ekvivalentti). Kun arvioidaan ionisoivan säteilyn vaikutuksia elävään organismiin, otetaan myös huomioon, että jotkut kehon osat (elimet, kudokset) ovat herkempiä kuin toiset. Esimerkiksi samalla ekvivalenttiannoksella keuhkosyöpä on todennäköisempää kuin kilpirauhassyöpä. Toisin sanoen jokaisella elimellä ja kudoksella on tietty säteilyriskikerroin (esimerkiksi keuhkoille se on 0,12 ja kilpirauhaselle - 0,03). Suurimpana sallittuna säteilyannoksena pidetään sellaista absorboitunutta annosta, joka suuruusjärjestyksessä osuu yhteen maapallolla olevan luonnollisen radioaktiivisen taustan kanssa ja johtuu pääasiassa maapallon kosmisesta säteilystä ja radioaktiivisuudesta. Tästä näkökulmasta suurin sallittu annos henkilölle röntgen-, beeta- ja gammasäteilyn alueella on noin 10 Gy vuodessa. Lämpöneutoneille tämä annos on 5 kertaa pienempi ja nopeille neutroneille, protoneille ja alfa-partikkeleille 10 kertaa pienempi. Kansainvälinen radioaktiivisen säteilyn lähteiden kanssa työskentelevien ihmisten säteilysuojelukomissio on vahvistanut suurimman sallitun annoksen, joka on enintään yksi tuhannesosa lämpenemisestä viikossa, ts. noin 0,05 Gy vuodessa. Lyhyessä ajassa saatu yli 3--6 harmaa annos on kohtalokas henkilölle. Absorboituneet ja ekvivalenttiannokset riippuvat myös altistumisajasta (ts. Säteilyn vuorovaikutuksesta väliaineen kanssa). Kun kaikki muut asiat ovat samat, nämä annokset ovat sitä suurempia, mitä pidempi altistusaika on, ts. Annokset kertyvät ajan myötä. Kun arvioidaan radioaktiivisten isotooppien eläville eläimille aiheuttaman vaaran tasoa, on myös tärkeää ottaa huomioon, että radioaktiivisten isotooppien (ts. ts. vielä hajoamattomat) aineen atomit vähenevät ajan myötä. Tässä tapauksessa radioaktiivisten hajoamisten määrä aikayksikköä kohti ja säteilevä energia pienenevät suhteellisesti. Energia, kuten jo tiedämme, on yksi tekijöistä, jotka määräävät säteilyn kielteisen vaikutuksen henkilöön. Siksi on niin tärkeää löytää kvantitatiivinen riippuvuus (ts. Kaava), jonka avulla olisi mahdollista laskea, kuinka monta radioaktiivista atomia aineessa on jäljellä tiettynä ajankohtana. Tämän riippuvuuden johtamiseksi on välttämätöntä tietää, että radioaktiivisten ytimien määrän vähenemisen nopeus eri aineille on erilainen ja riippuu fyysisestä suuruudesta, jota kutsutaan puoliintumisajaksi. Puoliintumisaika on aika, jonka aikana puolet alkuperäisestä ytimien määrästä hajoaa. Johdetaan radioaktiivisten atomien lukumäärän riippuvuus ajasta ja puoliintumisajasta. Aika lasketaan havainnon aloitushetkestä, jolloin säteilylähteen radioaktiivisten atomien määrä oli yhtä suuri kuin EN ZERO. Sitten puoliintumisaikaa vastaavan ajanjakson jälkeen hajoamattomien ytimien määrä puolittuu. Toisen saman ajanjakson jälkeen hajoamattomien ytimien määrä vähenee jälleen puoleen ja alkuperäiseen lukumäärään verrattuna neljä kertaa. Kun TE-aika on kulunut, on yhtä suuri kuin EN PIENET, JOITA TE LARGE-radioaktiivisia ytimiä on jäljellä: EN YHDEN MÄÄRITTÄMÄN NOLLA JAOTTAMISEN KAKSI Asteella EN Pieni. saamme kaavan, joka on analyyttinen ilmaisu radioaktiivisen hajoamisen laista, jonka Frederick Soddy on vahvistanut: Tietäen radioaktiivisen hajoamisen lain, voit määrittää hajonneiden ytimien määrän millä tahansa ajanjaksolla. Radioaktiivisen hajoamisen laista seuraa, että mitä pidempi elementin puoliintumisaika, sitä pidempään se "elää" ja säteilee ja aiheuttaa vaaran eläville organismeille. Jodin ja seleenin isotoopeille piirretyt kaaviot jäljellä olevien ytimien määrän riippuvuudesta ajoista ovat vakuuttavia tästä. Hajotusten määrän kvantitatiiviseksi kuvaamiseksi aikayksikköä kohti lisätään fyysinen määrä, jota kutsutaan radioaktiivisen elementin aktiivisuudeksi. SI-järjestelmässä aktiivisuusyksikkö on becquerel - tämä on radioaktiivisen valmisteen aktiivisuus, jossa yksi ydin hajoaa sekunnissa. Järjestelmän ulkopuolinen toimintayksikkö on curie. Radioaktiivisesta hajoamisesta johtuvat ytimet voivat puolestaan \u200b\u200bolla radioaktiivisia. Tämä johtaa ketjun tai sarjan radioaktiivisten transformaatioiden syntymiseen, joka päättyy stabiiliin isotooppiin. Sellaisen ketjun muodostavaa ydinsarjaa kutsutaan radioaktiiviseksi perheeksi. Radioaktiivisia perheitä tunnetaan kolme: uraani-238-perhe, torium-perhe ja aktinium-perhe. Kaikki perheet päättyvät vakaisiin lyijy-isotooppeihin. 4. Materiaalin kiinnitys Mikä on säteilyannos? Mikä on luonnollinen taustasäteily? Mikä on suurin vuotuinen säteilyannos radioaktiivisten huumeiden kanssa työskenteleville henkilöille? Mihin radioaktiivinen säteily vaikuttaa ensinnäkin? Mistä saamme radioaktiivista säteilyä? 5. Yleistäminen ja järjestelmällisyys Erilaisilla säteilytyypeillä on erilaiset läpäisykyvyt ja ne vaikuttavat ihmiseen eri tavoin. Paperi, jonka paksuus on 0,1 mm, absorboi α-säteet kokonaan. Ja β-säteet suojataan alumiinilevyllä, jonka paksuus on 5 mm. Vaikeinta on suojautua y-säteiltä, \u200b\u200bkoska jopa senttimetrin lyijykerros pystyy vain puolittamaan näiden sähkömagneettisten aaltojen voimakkuuden. Säteilyltä suojaamiseksi on olemassa seuraavat menetelmät: 1) poisto säteilylähteestä; 2) käyttämällä säteilyä absorboivista materiaaleista valmistettua estettä. Röntgensäteilyn radioaktiivisen säteilyn fyysinen vaikutus on aineen atomien ionisaatio. Tuloksena olevat vapaat elektronit ja positiiviset ionit osallistuvat monimutkaiseen reaktioketjuun, jonka seurauksena muodostuu uusia molekyylejä, mukaan lukien vapaat radikaalit. Nämä vapaat radikaalit, reaktioketjun kautta, jota ei vielä ole täysin ymmärretty, voivat aiheuttaa biologisesti tärkeiden molekyylien kemiallisen modifikaation, joka on välttämätöntä solun normaalille toiminnalle. Biokemialliset muutokset voivat tapahtua muutamassa sekunnissa tai vuosikymmenissä altistuksen jälkeen ja aiheuttaa välitöntä solukuolemaa tai muutoksia niissä, jotka voivat johtaa syöpään. Säteilysairaus voi kehittyä sekä ulkoisen että sisäisen säteilyn lisääntymisestä. Alkion kehitysvaiheessa säteily ei tappaa alkiota, mutta aiheuttaa kummajaisten syntymän. Lisäksi äidin keholle turvallinen säteilyannos voi aiheuttaa aivovaurioita alkiossa. Nykyään absorboituneen säteilyn annosta jopa 5 mSv vuodessa pidetään hyväksyttävänä ja turvallisena. Ja hyväksyttäväksi kerta-altistukseksi katsotaan 100 mSv: n hätäaltistusannos. Yksi 750 mSv: n altistuminen aiheuttaa säteilysairautta. Yksi 4,5 Sv: n säteilytys aiheuttaa vakavan säteilysairauden, jossa 50% säteilytetyistä kuolee. 6. Kotitehtävät §61

  Tiedetään, että radioaktiivinen säteily tietyissä olosuhteissa voi aiheuttaa vaaran elävien organismien terveydelle. Mikä on syynä säteilyn kielteisiin vaikutuksiin eläviin olentoihin?

  Tosiasia on, että aineen läpi kulkevat α-, β- ja γ-hiukkaset ionisoivat sen, lyöen elektroneja molekyyleistä ja atomista. Elävän kudoksen ionisointi häiritsee tämän kudoksen muodostavien solujen elintoimintoja, mikä vaikuttaa negatiivisesti koko organismin terveyteen.

  Mitä enemmän energiaa henkilö saa häntä vaikuttavasta hiukkasten virtauksesta ja sitä pienempi on ihmisen massa (eli mitä enemmän energiaa putoaa kuhunkin massayksikköön), sitä vakavammat häiriöt hänen ruumiissaan johtavat.

  • Säteilytetyn aineen (erityisesti kehon kudosten) absorboimaa ja massayksikköä kohti laskettua ionisoivan säteilyn energiaa kutsutaan absorboituneeksi säteilyannokseksi

  Absorboitu säteilyannos D on yhtä suuri kuin kehon absorboiman energian E ja sen massan m suhde:

  SI: ssä absorboidun säteilyannoksen yksikkö on harmaa (Gy).

  Tästä kaavasta seuraa, että

  1 Gy \u003d 1 J / 1 kg

  Tämä tarkoittaa, että absorboitu säteilyannos on yhtä suuri kuin Gy, jos 1 J: n säteilyenergia siirretään 1 kg painavaan aineeseen.

  Tietyissä tapauksissa (esimerkiksi kun elävien olentojen pehmytkudoksia säteilytetään röntgensäteillä tai y-säteilyllä), absorboitunut annos voidaan mitata röntgensäteillä (R): 1 Gy vastaa noin 100 R.

  Mitä suurempi absorboitunut säteilyannos on, sitä enemmän haittaa (muut asiat ovat yhtä suuret) tämä säteily voi aiheuttaa keholle.

  Mutta niiden vaikutusten vakavuuden luotettavan arvioimiseksi, joihin ionisoivan säteilyn vaikutus voi johtaa, on myös otettava huomioon, että samalla säteilyannoksella erityyppiset säteilyt aiheuttavat eritasoisia biologisia vaikutuksia.

  Jonkin ionisoivan säteilyn aiheuttamat biologiset vaikutukset arvioidaan yleensä verrattuna röntgen- tai y-säteilyn vaikutuksiin. Esimerkiksi samalla absorboituneella annoksella a-säteilyn vaikutuksen biologinen vaikutus on 20 kertaa suurempi kuin y-säteilyn, nopeiden neutronien vaikutus voi olla 10 kertaa suurempi kuin y-säteilyn, β- säteily - sama kuin y-säteilystä.

  Tässä suhteessa on tapana sanoa, että a-säteilyn laatutekijä on 20, edellä mainitut nopeat neutronit - 10, kun taas y-säteilyn (samoin kuin röntgensäteen ja β-säteilyn) laatutekijän katsotaan olevan yhtä. Tällä tavoin,

  • laatukerroin K osoittaa, kuinka monta kertaa tämän tyyppiselle säteilylle altistuminen elävälle organismille on suurempi kuin y-säteilylle altistuminen (samoilla absorboituneilla annoksilla)

  Biologisten vaikutusten arvioimiseksi otettiin käyttöön arvo ekvivalenttiannos.

  Ekvivalenttiannos H määritetään absorboidun annoksen D ja laatutekijän K tulona:

  Ekvivalenttiannos voidaan mitata samoissa yksiköissä kuin absorboitunut annos, mutta sen mittaamiseen on olemassa erityisiä yksiköitä.

  Ekvivalenttiannoksen SI-yksikkö on sievert (Sv). Myös murto-osia käytetään: millisievert (mSv), microsievert (μSv) jne.

  Tästä kaavasta seuraa, että röntgensäteessä γ- ja β-säteily (jolle K \u003d 1) 1 Sv vastaa absorboitua 1 Gy: n annosta ja kaikille muille säteilytyypeille - 1 Gy annokselle kerrottuna tätä säteilyä vastaavalla laatutekijällä. ...

  Kun arvioidaan ionisoivan säteilyn vaikutuksia elävään organismiin, otetaan myös huomioon, että jotkut kehon osat (elimet, kudokset) ovat herkempiä kuin toiset. Esimerkiksi samalla ekvivalenttiannoksella syöpää esiintyy todennäköisemmin keuhkoissa kuin kilpirauhasessa. Toisin sanoen jokaisella elimellä ja kudoksella on tietty säteilyriskikerroin (esimerkiksi keuhkoille se on 0,12 ja kilpirauhaselle - 0,03).

  Absorboituneet ja ekvivalenttiannokset riippuvat myös säteilytysajasta (ts. Säteilyn vuorovaikutuksen ajasta väliaineen kanssa). Kun kaikki muut asiat ovat samat, nämä annokset ovat sitä suurempia, mitä pidempi altistusaika on, ts. Annokset kertyvät ajan myötä.

  Kun arvioidaan radioaktiivisten isotooppien eläville eläimille aiheuttaman vaaran tasoa, on myös tärkeää ottaa huomioon, että radioaktiivisten (ts. Vielä hajoamattomien) atomien määrä aineessa vähenee ajan myötä. Tässä tapauksessa radioaktiivisten hajoamisten määrä aikayksikköä kohti ja säteilevä energia pienenevät suhteellisesti.

  Energia, kuten tiedät jo, on yksi tekijöistä, jotka määrittävät säteilyn negatiivisen vaikutuksen asteen henkilöön. Siksi on niin tärkeää löytää kvantitatiivinen riippuvuus (ts. Kaava), jonka avulla olisi mahdollista laskea, kuinka monta radioaktiivista atomia aineessa on jäljellä kulloinkin.

  Tämän riippuvuuden johtamiseksi on välttämätöntä tietää, että radioaktiivisten ytimien määrän vähenemisen nopeus eri aineille on erilainen ja riippuu fyysisestä suuruudesta, jota kutsutaan puoliintumisajaksi.

  • Puoliintumisaika T on ajanjakso, jonka aikana radioaktiivisten ytimien alkuperäinen lukumäärä keskimäärin puolittuu

  Johdetaan radioaktiivisten atomien lukumäärän N riippuvuus ajasta t ja puoliintumisajasta T. Aika lasketaan havainnoinnin aloitushetkestä t 0 \u003d 0, jolloin radioaktiivisten atomien määrä säteilylähteessä oli yhtä suuri kuin N 0. Sitten tietyn ajan kuluttua

  Kaavaa kutsutaan radioaktiivisen hajoamisen lakiksi. Se voidaan kirjoittaa esimerkiksi toisessa muodossa. Viimeisestä kaavasta seuraa, että mitä enemmän T, sitä vähemmän 2 t / T ja sitä enemmän N (annetuille arvoille N 0 ja t). Tämä tarkoittaa, että mitä pidempi elementin puoliintumisaika, sitä pidempään se "elää" ja lähettää, mikä aiheuttaa vaaran eläville organismeille. Tämä vahvistetaan kuviossa 165 esitetyillä N: n ja t: n käyrillä, jotka on piirretty jodin (Ti \u003d 8 päivää) ja seleenin (T Se \u003d 120 päivää) isotoopeille.

  

  Kuva: 165. Kaavio radioaktiivisten atomien lukumäärän riippuvuudesta ajalla jodi- ja seleeni-isotoopeille

  Osaa suojautua säteilyltä. Radioaktiivisia valmisteita ei saa koskaan käsitellä - ne otetaan erityisillä pitkäkahvaisilla pihdeillä.

  Helpoin tapa suojautua α-säteilyltä, koska sillä on heikko tunkeutumiskyky ja siksi sitä pidättää esimerkiksi paperiarkki, vaatteet, ihmisen iho. Samanaikaisesti kehoon (ruoan, ilman, avoimien haavojen kautta) pääsevät α-hiukkaset ovat suuri vaara.

  β-säteilyllä on paljon suurempi tunkeutumisvoima, joten sitä on vaikeampi suojata sen vaikutuksilta. β-säteily voi kulkea jopa 5 m ilmassa; se kykenee tunkeutumaan kehon kudoksiin (noin 1-2 cm). Esimerkiksi useita millimetrejä paksu alumiinikerros voi toimia suojana p-säteilyä vastaan.

  Gammasäteilyllä on vielä suurempi läpäisykyky, sitä pidättää paksu lyijy- tai betonikerros. Siksi y-radioaktiivisia valmisteita varastoidaan paksuseinämäisiin lyijysäiliöihin. Samasta syystä ydinreaktoreissa käytetään paksua betonikerrosta ihmisten suojaamiseksi y-säteiltä ja erilaisilta hiukkasilta (α-hiukkaset, neutronit, ydinfissiofragmentit jne.).

  Kysymyksiä

  1. Mikä on syynä säteilyn kielteisiin vaikutuksiin eläviin olentoihin?
  2. Mitä kutsutaan absorboituneeksi säteilyannokseksi? Onko säteily enemmän tai vähemmän haitallista keholle, jos kaikki muut olosuhteet ovat samat?
  3. Ovatko erityyppiset ionisoivat säteilyt elävässä organismissa samanlaisia \u200b\u200btai suurempia biologisia vaikutuksia? Antaa esimerkkejä.
  4. Mitä säteilyn laatutekijä osoittaa? Mitä arvoa kutsutaan ekvivalentiksi säteilyannokseksi?
  5. Mikä muu tekijä (energian, säteilytyypin ja ruumiinpainon lisäksi) tulisi ottaa huomioon arvioitaessa ionisoivan säteilyn vaikutuksia elävään organismiin?
  6. Kuinka suuri prosenttiosuus radioaktiivisen aineen atomista jää 6 päivän kuluttua, jos sen puoliintumisaika on 2 päivää?
  7. Kerro meille keinoista suojautua radioaktiivisten hiukkasten ja säteilyn vaikutuksilta.