Види радіоактивного розпаду
Закон радіоактивного розпаду має вигляд:
де N - число не розпалися радіоактивних ядер; N 0-число ядер в момент часу, прийнятий за початок відліку; l - постійна розпаду.
Середній час життя t радіоактивного ядра:, де t - час, протягом якого число радіоактивних ядер зменшується в e раз, l - постійна розпаду.
Період напіврозпаду цей час, протягом якого число радіоактивних ядер зменшується вдвічі.
Спектри випромінювання альфа і бета - частинок.
Бета-випромінювання. Спектр енергії бета часток суцільний і приймає всілякі значення від 0 до максимальної.
Це пояснюється тим, що енергія, що виділяється при бета-розпаді, розподіляється між бета-частинкою і нейтрино або антинейтрино.
Альфа-випромінювання. Спектр лінійчатий. Енергії альфа частинок, що вилітають з різних ядер дискретні.
Активність. Число розпадів в одиницю часу називається активністю радіоактивної речовини. Активність ізотопу згодом зменшується згідно із законом:. Величина активності, що приходить на одиницю маси речовини, називається питомою активністю:.
Активність вимірюється в СІ в Беккерелях [Бк], 1 Бк = 1 роз / с або у позасистемних одиницях в Кюрі [Кі], 1 Кі = 3,77 × 1010 Бк.
Очевидно, що питома активність А m вимірюється в Бк / кг, Ки / кг.
Взаємодія іонізуючого випромінювання з речовиною
Лінійна щільність іонізації - це відношення числа пар іонів, утворених зарядженою іонізуючою частинкою до одиниці шляху її пробігу:. Середній лінійний пробіг - середнє значення відстані між початком і кінцем пробігу зарядженої іонізуючої частинки в даній речовині.
Лінійна гальмівна здатність - це відношення енергії, що втрачається зарядженою іонізуючою частинкою при проходженні елементарного шляху в речовині, до довжини цього шляху:.
Середній лінійний пробіг альфа-частинки залежить від її енергії. В повітрі він дорівнює кільком сантиметром, в живому організмі 10 -100 мкм.
Лінійна щільність іонізації альфа-частинки в повітрі становить (2 ¸ 8) × 106 пар іонів / м, а гальмівна здатність становить 70-270 МеВ / м.
Бета-випромінювання викликає іонізацію речовини з лінійною щільністю іонізації 4600 пар іонів / м.
Біофізичні основи дії іонізуючого випромінювання здійснюватиме на організм
Під дією іонізуючого випромінювання здійснюватиме відбуваються хімічні перетворення речовини, що отримали назву радіолізу, при проходженні іонізуючого випромінювання через живу тканину, яка містить велику кількість води, відбувається утворення високоактивних радикалів ОН або Н, виникають високоактивні в хімічному відношенні сполуки, які взаємодіють з молекулами біологічної системи, що призводить до порушення мембран, клітин і функцій всього організму; пошкодження механізмів розподілу і хромосомного апарату; блокування процесів ділення; блокування процесів регенерації тканин.
Для біологічної дії іонізуючого випромінювання специфічний прихований (латентний) період. Різні частини клітин по-різному чутливі до однієї і тієї ж дозі іонізуючого випромінювання. Найбільш чутливим до дії випромінювання є ядро клітини.
Використання радіонуклідів і нейтронів в медицині
Медичні додатки радіонуклідів можна представити двома групами. Одна група - це методи, які використовують радіоактивні індикатори (мічені атоми) з діагностичними та дослідницькими цілями. Інша група методів заснована на застосуванні іонізуючого випромінювання радіонуклідів з лікувальною метою.
Метод мічених атомів полягає в тому, що в організм вводять радіонукліди і визначають їх місцезнаходження і активність в органах і тканинах.
Для виявлення розподілу радіонуклідів в різних органах тіла використовують гамма-топограф, який автоматично реєструє розподіл інтенсивності радіоактивного препарату.
Незалежно від природи іонізуючого випромінювання його взаємодія може бути кількісно оцінений. Для цього визначають дозу випромінювання. Доза випромінювання (поглинена доза випромінювання) - це поглинена енергія будь-якого іонізуючого випромінювання, віднесена до одиниці маси речовини, що опромінюється. В СІ поглинена доза (D) вимірюється в Греях, [Гр]: 1 Гр = 1 Дж / кг. Позасистемна одиниця D - 1 рад. Важливим моментом є час, протягом якого опромінюється об'єкт, тому вводять поняття потужності дози випромінювання (Р):. Вимірюється потужність поглиненої дози в системі СІ - [Гр / с], у позасистемних одиницях - [рад / с].
Оскільки важко оцінити поглинену дозу іонізуючого випромінювання безпосередньо людиною, то це роблять за допомогою експозиційної дози (Х), яка є мірою іонізації повітря рентгенівськими і гамма-променями. В СІ одиницею експозиційної дози є [Кл / кг], у позасистемних одиницях - Рентген [Р]. Так як доза випромінювання пропорційна падаючому іонізуючого випромінювання, то між поглиненої і експозиційної дозами повинна бути пропорційна залежність:, де f - деякий перехідний коефіцієнт, що залежить від ряду причин, і перш за все від речовини, що опромінюється та енергії фотонів. Для води і м'яких тканин тіла людини f = 1, отже, доза випромінювання в радах чисельно дорівнює відповідній експозиційній дозі в рентгенах. Для кісткової тканини коефіцієнт f = 4,5 і залежить від енергії фотонів. Зв'язок між активністю радіоактивного препарату і потужністю експозиційної дози визначається виразом:, де k g - постійна радіонукліда, А - активність препарату, t - час, r - відстань.
Кількісна оцінка біологічної дії іонізуючого випромінювання. Еквівалентна доза.
Щоб порівняти біологічні ефекти різних випромінювань з відповідними ефектами, викликаними рентгенівським і g -випромінюванням, вводять коефіцієнт відносної біологічної активності (ОБЕ) або коефіцієнт якості К.
Поглинена доза спільно з коефіцієнтом якості дає уявлення про біологічну дію іонізуючого випромінювання, тому твір D × K використовують як єдину міру цієї дії і називають еквівалентною дозою випромінювання (Н):. В СІ еквівалентна доза вимірюється в зіверт [Зв], у позасистемних одиницях в берах [бер].
Дозиметрическими приладами або дозиметрами називають пристрої для вимірювання доз іонізуючого випромінювання здійснюватиме або величин, пов'язаних з дозами. Дозиметри для вимірювання експозиційної дози рентгенівського і гамма-випромінювання або її потужності називають Рентгенометри. Для вимірювання активності або концентрації радіоактивних ізотопів застосовують прилади, які називаються радіометрами.
Захист від іонізуючого випромінювання
Розрізняють три види захисту: захист часом, відстанню і матеріалом. Це можна пояснити виходячи з формули. Чим більше час і чим менше відстань, тим більше експозиційна доза. Отже, необхідно мінімальний час перебувати під впливом іонізуючого випромінювання і на максимально можливій відстані від джерела цього випромінювання. Захист матеріалом грунтується на різній здатності речовин поглинати різні види іонізуючого випромінювання. Звичайна захист від альфа-випромінювання - це простий аркуш паперу; захист від бета-випромінювання - пластина з алюмінію або скла товщиною кілька сантиметрів.
Самостійна робота по темі:
· Підготовка до заняття;
· Рішення типових задач по темі заняття.
Підсумковий контроль знань:
· Відповіді на питання по темі заняття;
· Рішення ситуаційних завдань, тестових завдань по темі.
Домашнє завдання для з'ясування теми заняття
Контрольні питання :
1. Що називається радіоактивністю? Чим це поняття відрізняється від ядерних перетворень?
2. Запишіть закон радіоактивного розпаду. Дайте характеристику величин, що входять в закон.
3. Що таке постійна розпаду l. Що таке період напіврозпаду?
4. Що називається активністю, питомою активністю? В яких одиницях вимірюється? Як змінюється активність ізотопу згодом?
5. Що являє собою альфа-випромінювання? Якими особливостями воно володіє?
6. Дайте характеристику радіоактивних випромінювань.
7. Які біофізичні дії надає на живу тканину іонізуюче випромінювання?
8. Якими характеристиками оцінюється взаємодія заряджених частинок з речовиною?
9. Якими процесами супроводжується проходження іонізуючого випромінювання через речовину?
10. Які можливі зміни в клітині можуть статися під дією іонізуючого випромінювання?
11. Дайте визначення «доза випромінювання». В яких одиницях вона вимірюється?
12. Що таке потужність дози випромінювання (Р)? З якою метою вводиться це поняття? В яких одиницях вимірюється Р?
13. З якою метою вводиться визначення «експозиційна доза Х»?
14. За якою формулою можна обчислити експозиційну дозу, створювану точковим джерелом? В яких одиницях вимірюється експозиційна доза?
15. З якою метою вводиться поняття «еквівалентна доза Н»? Що таке коефіцієнт якості або ВБЕ? В яких одиницях вимірюється еквівалентна доза?
16. Як пов'язані між собою дози: випромінювання (D), експозиційна (Х), еквівалентна (Н)? Поясніть сенс коефіцієнтів, що пов'язують дози.