4.ABSORPCJA
PROMIENIOWANIA
JONIZUJĄCEGO W
TKANKACH
4.ABSORPCJA
PROMIENIOWANIA
JONIZUJĄCEGO W
TKANKACH
a)
Dawki promieniowania jonizującego;
ekspozycyjna i absorpcyjna, jednostki.
b)
Porównanie oddziaływania z materią
różnych rodzajów promieniowania; liniowe
przenoszenie energii (LET), zasięg.
c)
Skutki biologiczne wywołane absorpcją
promieniowania jonizującego na
poziomach: molekularnym i komórkowym.
Radioliza wody.
DAWKA
ABSORPCYJNA
ILOŚĆ ENERGII
PROMIENIOWANIA
POCHŁONIĘTEJ PRZEZ
JEDNOSTKĘ MASY OŚRODKA
POCHŁANIAJĄCEGO.WYRAŻANA
JEST W GREJACH (Gy)
1
Gy =
1
J/Kg
(DAWKA 1 Gy ODPOWIADA
POCHŁONIĘCIU PRZEZ
1
kg
NAPROMIENIOWANEJ SUBSTANCJI
ENERGII
1
J )
(DAWNIEJ JEDNOSTKĄ BYŁ RAD – 1
RAD= 0,01 Gy)
(MOC DAWKI POCHŁONIĘTEJ
Gy/S
)
DAWKA
EKSPOZYCYJNA
DAWKA PROMIENIOWANIA ,
KTÓRA W 1 kg SUCHEGO
POWIETRZA WYWOŁUJE
JONIZACJĘ DAJĄCĄ ŁADUNEK 1
C JONÓW JEDNEGO
ZNAKU.JEDNOSTKA:
C/Kg
(POPRZEDNIO JEDNOSTKĄ
BYŁ RENTGEN – 1R= 2,58 *
10 -
4
C/Kg )
( MOC
DAWKI EKSPOZYJNEJ- AMPER/Kg)
TAKIE SAME DAWKI PROMIENIOWANIA RÓŻNYCH RODZAJÓW
MOGĄ POWODOWAĆ RÓŻNE SKUTKI.ODMIENNA SKUTECZNOŚĆ
BIOLOGICZNA RÓŻNYCH RODZAJÓW PROMIENIOWANIA
UWZGLĘDNIANA JEST PRZEZ WSPÓŁCZYNNIK JAKOŚCI Q ,
KTÓREGO WARTOŚĆ MÓWI NAM JAKI JEST STOSUNEK
POCHŁONIĘTYCH DAWEK POROWNYWANYCH RODZAJÓW
PROMIENIOWANIA, DAJĄCYCH JEDNAKOWY SKUTEK BIOLOGICZNY.
RÓWNOWAŻNIK DAWKI H=DNQ (D- WIELKOŚĆ DAWKI
POCHŁONIĘTEJ,)
JEDNOSTKA SIEVERT(Sv)
DAWKA PÓŁLETALNA 50/30 – MÓWI PRZY JAKIEJ DAWCE
PROMIENIOWANIA 50% POPULACJI NAPROMIENIOWANYCH
ORGANIZMÓW GINIE W CZASIE 30 DNI OD NAPROMIENIOWANIA.
DAWKA SKUTECZNA-suma wszystkich
zarówno
od narażenia zewnętrznego jak i wewnętrznego, we wszystkich
narządach i tkankach z uwzględnieniem
poszczególnych narządów i tkanek. Dawka skuteczna określa stopień
narażenia całego ciała na promieniowanie nawet przy
napromieniowaniu tylko niektórych partii ciała. Określa się ją wzorem:
gdzie:H
T
– równoważnik dawki pochłoniętej dla tkanki T,
w
T
– współczynnik wagowy tkanki T,
w
R
–
współczynnik wagowy promieniowania R,
D
T,R
– średnia dawka pochłonięta promieniowania R przez tkankę
T.
Jednostką dawki skutecznej w układzie SI jest siwert (Sv).
Dawka graniczna (wartość graniczna dawki skutecznej) dla ogółu ludności (wyłączając osoby
zawodowo narażone na działanie promieniowania jonizującego) wynosi 1 mSv/rok ponad
promieniowanie tła. Jeśli wartość tła naturalnego nie jest ustalona, przyjmuje się pewną wartość
odniesienia. W Polsce wynosi ona 2,4 mSv/rok.
Dawka graniczna (wartość graniczna dawki skutecznej) dla osób zawodowo narażonych na
działanie promieniowania jonizującego zakwalifikowanych do kategorii A wynosi 20 mSv/rok, przy
czym dawka skuteczna może zostać przekroczona w ciągu roku do 50 mSv pod warunkiem, że w
ciągu dowolnych, kolejnych pięciu latach dawka skuteczna wynosić będzie łącznie nie więcej niż
100 mSv. Dawka graniczna dla osób zawodowo narażonych zakwalifikowanych do kategorii B
wynosi 6 mSv/rok
W zależności od typu i własności promieniowania, czyli jego
energii, zasięgu, ładunku, materia, którą owo promieniowanie
napotyka na swej drodze, reaguje inaczej. najogólniej można
podzielić promieniowanie jonizujące na dwie kategorie:
1.PROMIENIOWANIE , W KTÓRYM NOŚNIKIEM ENERGII SĄ CIĘŻKIE CZĄSTKI
NAŁADOWANE LUB PRĘDKIE ELEKTRONY.
CZĄSTKI TE ODDZIAŁUJĄ W SPOSÓB CIĄGŁY Z ELEKTRONAMI OBECNYMI W
ŚRODOWISKU.JEST TO BEZPOŚREDNIE PRZEKAZYWANIE ENERGII ELEKTRONOM
ŚRODOWISKA.
2.PROMIENIOWANIE CZĄSTEK NIEPOSIADAJĄCYCH ŁADUNKU
ELEKTRYCZNEGO.
W PRZYPADKU TYCH CZĄSTEK MUSI NAJPIERW ZAJŚĆ ODDZIAŁYWANIE, W KTÓRYM
ENERGIA PRZEKAZYWANA JEST WTÓRNEJ CZĄSTECZCE NAŁADOWANEJ.POŚREDNIE
PRZENOSZENIE ENERGII.
Elektrony atomów absorbujących promieniowanie mogą być
przenoszone na wyższe poziomy energetyczne, co oznacza
wzbudzenie atomu lub mogą być z nich całkowicie
usunięte, co odpowiada jonizacji.
1.
PROTONÓW I CZĄSTEK α
DODATNI ŁADUNEK ELEKTRYCZNY CZĄSTKI I UJEMNY ŁADUNEK ELEKTRYCZNY ELEKTRONÓW
ATOMÓW ABSORBENTA WZAJEMNIE SIĘ PRZYCIĄGAJĄ. ODDZIAŁYWANIA Z JĄDRAMI
ATOMOWYMI SĄ BARDZO RZADKIE .
CIĘŻKA CZĄSTKA NAŁADOWANA ODDZIAŁUJE Z WIELOMA ELEKTRONAMI, WYWOŁUJĄC
WZBUDZANIE ATOMÓW LUB JONIZACJĘ. W KOLEJNYCH ZDERZENIACH Z POJEDYŃCZYMI
ELEKTRONAMI ZACHODZĄ MAŁE ZMIANY KIERUNKU PĘDU, KTÓRE KOMPENSUJĄ SIĘ NAWZAJEM
I W ZASADZIE CZĄSTKA PORUSZA SIĘ PO LINII PROSTEJ. W KAŻDYM ZDERZENIU Z
ELEKTRONEM CZĄSTKA TRACI MAŁĄ CZĘŚĆ ENERGI I W SPOSÓB CIĄGŁY ULEGA
SPOWOLNIENIU , AŻ DO CALKOWITEGO ZATRZYMANIE SIĘ.
2
.PRĘDKICH ELEKTRONOW
ODDZIAŁYWANIA ELEKTRONÓW Z JĄDRAMI ATOMÓW ŚRODOWISKA MOGĄ
SPOWODOWAĆ GWAŁTOWNĄ ZMIANĘ KIERUNKU TORU.PROWADZI TO DO ODMIENNEJ, W
STOSUNKU DO CZĄSTEK α, CHARAKTERYSTYKI PROCESU PRZENIKANIA PRĘDKICH
ELEKTRONÓW PRZEZ MATERIĘ. STRATA ENERGI NASTĘPUJE ZAZWYCZJ SKOKOWO, Z
MNIEJSZĄ CZĘSTOŚCIĄ, A TORY ELEKTRONÓW RÓŻNIĄ SIĘ OD LINII PROSTEJ I MOGĄ
ULEGAĆ WILOKROTNEMU ZAKRZYWIENIU W RÓŻNYCH KIERUNKACH. . ELEKTRON TRACI
ENERGIĘ RÓWNIEŻ W PROCESACH RADIACYJNYCH . KAŻDY ŁADUNEK ELEKTRYCZNY
ULEGAJĄCY ZMIANIE WEKTORA PRĘDKOŚCI ,EMITUJE PROMIENIOWANIE
ELEKTROMAGNETYCZNE , TRACĄC CZĘŚĆ SWOJEJ ENERGII KINETYCZNEJ.
CAŁKOWITA STRATA ENERGII PRĘDKIEGO ELEKTRONU NA JEDNOSTKĘ DROGII JEST SUMĄ
WSZYSTKICH STRAT WYWOŁANYCH:
1) ODDZIŁYWANIEM Z INNYMI ELEKTRONAMI I JĄDRAMI ATOMOWYM
2) ODDZIAŁYWANIEM NA SKUTEK KTÓRYCH EMITOWANE JEST PROMIENIOWANIE
ELEKTROMAGNETYCZNE
3) JONIZACJĄ
1.PROMIENIOWANIE γ I X
PROMIENIOWANIE GAMMA JEST STROMIENIEM KWANTÓW PROMIENIOWANIA
ELEKTROMAGNETYCZNEGO , CZYLI POZBAWIONYCH ŁADUNKU ELEKTRYCZNEGO
NOŚNIKÓW , TZW. FOTONÓW , KTÓRYCH ODDZIAŁYWANIE Z MATERIĄ JEST ZNACZNIE
BARDZIEJ ZŁOŻONE NIŻ CZĄSTEK NAŁADOWANYCH. GDYŻ ZACHODZI WTEDY WIELE
RÓŻNYCH PROCESÓW , W KTÓRYCH FOTONY ODDZIAŁUJĄ Z ELEKTRONAMI, JĄDRAMI
I POLAMI ELEKTRYCZNYMI. WARTO ZWROCIĆ UWAGĘ NA 3 MECHANIZMY:
a)
ZJAWISKO FOTOELEKTRYCZNE
b)
EFEKT COMPTONA
c)
I ZJAWISKO TWORZENIA PAR ELEKTRONOWYCH.
W KAŻDYM Z TYCH TRZECH PROCESÓW DOCHODZI DO PRZEKAZANIA ENERGII FOTONU
ELEKTRONOWI ŚRODOWISKA ABSORBUJĄCEGO .
2.PROMIENIOWANIE NEUTRONOWE
NEUTRONY PRZEKAZUJĄ ENERGIĘ KINETYCZNĄ ABSORBENTOWI ZA
POŚREDNICTWEM WTÓRNEJ CZĄSTKI NAŁADOWANEJ, POWSTAŁEJ W
ODDZIAŁYWANIU PIERWOTNYM .NEUTRONY ODDZIAŁUJĄ PRAWIE WYŁĄCZNIE Z
JĄDRAMI ATOMOWYMI ABSORBENTA. ZDERZENIA TE MOGĄ BYĆ:
a)
SPRĘŻYSTE – ENERGIA ODDAWANA PRZEZ NEUTRONY ZWIĘKSZA ENERGIĘ
KINETYCZNĄ JĄDRA
b)
NIESPRĘŻYSTE- ENERGIA JEST POCHŁANIANA PRZEZ JĄDRO, KTÓRE ULEGA
WZBUDZENIU, NASTĘPNIE PRZECHODZI DO STANU PODSTAWOWEGO I
WYPROMIENIOWUJE KWANT PROMIENIOWANIA γ LUB NEUTRON.
LET OKREŚLA ILOŚĆ ENERGII TRACONEJ PRZEZ PROMIENIOWANIE
(ROZPROSZONEJ) NA JEDNOSTKĘ DŁUGOŚCI PRZEBYWANEJ PRZEZ NIE DROGI.
DLA PROMIENIOWANIA KORPUSKULARNEGO LET OKREŚLA SIĘ WZOREM
BETHEGO :
B – wielkość zależna m.in. od ilości ładunków elementarnych niesionych przez
cząstkę promieniowania;
v – prędkość cząstki jonizującej
ρ – gęstość absorbującego ośrodka
Z – liczba atomowa
A – liczba masowa
d – pochodna funkcji
DLA OKREŚLONEGO RODZJU PROMIENIOWANIA (PODANE B I v)
ABSORBCJA ENERGII JEST PROPORCJONALNA DO GĘSTOŚCI
OŚRODKA POCHŁANIAJĄCEGO
ABSORPCJA ENERGII ROŚNIE W MIARĘ SPADKU
PRĘDKOŚCI CZĄSTKI
LET=dE/dx
x
Zasięg promieniowania - parametr
charakteryzujący dany rodzaj promieniowania
jonizującego, określany w jednostkach
długości. Zależy od:
rodzaju ośrodka
prędkości
energii promieniowania.
Zasięg cząstek alfa
w powietrzu wynosi 2-
8 cm, a w innych
ośrodkach znacznie
mniejszy -ułamek
milimetra. Zasięg
promieniowania beta i
jego przenikliwości przez
materię są większe niż
promieniowania alfa.
Promieniowanie gamma
jest promieniowaniem
elektromagnetycznym
-jednym z najbardziej
przenikliwych rodzajów
promieniowania
Uszkodzenie kwasów nukleinowych , którego
efektem może być m. in. Rozregulowanie pracy
komórki , jej śmierć lub pojawienie się mutacji w
następnych pokoleniach komórek, powstawanie zmian
nowotworowych.
Uszkodzenie aminokwasów prowadzące do zmiany
właściwości całych cząsteczek (zmiany aktywności
enzymów , zaburzenia innych funkcji sprawowanych
przez białka)
Zakłócanie funkcji błon
biologicznych np. zmiany
w procesach syntezy
białek zachodzących w
błonie retikulum
endoplazmatycznego,
zaburzenia procesu
fotosyntezy, zmiana
przepuszczalności błon
dla jonów, zaburzenia
fosforylacji oksydacyjnej
w mitochondriach.
USZKADZANIE
MATERIAŁIAŁU
GENETYCZNEGO
Radioliza wody – rozpad wody pod wpływem promieniowania .
Radioliza wody prowadzi do powstania rodników: wodorowego
(H*) wodorotlenowego (OH*) i wodoronadtlenowego ( HO
2
* ).
Produkty radiolizy wody mogą uszkadzać substancje pełniące
ważne funkcje biologiczne (kwasy nukleinowe, białka,
lipidy).Schemat radiolizy wody:
H
2
O
+
H
2
O
+
+e
-
H
2
O
+
H
+
+
OH
H
2
O
+
+ e
-
H
2
O
-
H
2
O
-
H
*
+
OH
-
H
*
+ O
2
HO
2
*