 |
Ионизирующих излучений на организм
|
|
|
|
ГОУ ВПО «Красноярская государственная медицинская академия
Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию»
Кафедра медицинской и биологической физики
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
ДЛЯ ПРЕПОДАВАТЕЛЕЙ
К ПРАКТИЧЕСКОМУ ЗАНЯТИЮ ПО ФИЗИКЕ
ТЕМА: Биологические основы действия
ионизирующих излучений на организм
Утверждены на кафедральном заседании
Протокол № 14 от «14» апреля 2007 г.
Зав. кафедрой медицинской и биологической физики
ГОУ ВПО КрасГМА Росздрава
д.б.н., проф. ___________________________В.Г. Суховольский
Составитель:
к.физ.-мат.н., доцент __________________О.П.Квашнина
Красноярск 2007
ТЕМА ЗАНЯТИЯ: Биологические основы действия ионизирующих излучений на организм
ФОРМА ОРГАНИЗАЦИИ УЧЕБНОГО ПРОЦЕССА: практическое занятие
ЗНАЧЕНИЕ ТЕМЫ:
Разделы «Радиоактивность» и «Основы дозиметрии» являются основополагающими при дальнейшем изучении материала на старших курсах. В этих разделах рассматриваются основные положения, законы радиоактивности, виды доз получаемых человеком, который попадает зону ионизирующих излучений, а также их анализ и расчет. Изучение этих разделов позволяет будущему врачу ответственно подходить к анализу используемых препаратов, как при лечении, так и при диагностики. Решение задач дает реальное представление о возможных ситуациях и их решений в реальной жизни.
ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ:
1. Общая цель:
Ознакомить студентов с основами ионизирующего излучения, его действия на биологические объекты и его оценка с помощью дозиметрии.
2. Учебная цель:
- Дать понятие радиоактивности
- Разобрать основные виды радиоактивного распада
- Разобрать законы радиоактивного распада
- Рассмотреть биофизическое действие ионизирующих излучений на организм
- Рассмотреть следующие дозы: дозы излучения, экспозиционная доза, эквивалентная доза, Определить понятие мощности дозы.
- Рассмотреть связь между дозами
- Научить решать медико-биологические задачи
3. Психолого-педагогическая цель:
|
|
|
При изучении основ радиоактивности и дозиметрии преподаватель обращает внимание студентов на важность этого раздела в дальнейшей практической деятельности. Воспитывает ответственность за действия будущего врача.
Место проведения практического занятия:
Учебная лаборатория кафедры медицинской и биологической физики
Оснащение занятия:
слайды «видов радиоактивного распада, виды основных доз», компьютер, CD- диск с файлом презентации «Радиоактивность и основы дозиметрии».
Структура содержания темы:
| № | Этапы практического занятия | Продолжительность | Содержание этапа и оснащенность |
| Организация занятия | 2 мин | Проверка посещаемости и внешнего вида студентов, список группы | |
| Формулировка темы, цели занятия. | 3 мин. | Преподавателем объявляется тема и ее актуальность, цели занятия. | |
| Контроль исходного уровня знаний, умений | 15 мин. | Тестирование, индивидуальный набор тестовых заданий (распечатанные варианты), | |
| Раскрытие учебно-целевых вопросов | 7 мин. | Устный опрос, фронтальный опрос | |
| Самостоятельная работа обучающихся (текущий контроль): | 50 мин. | Работа: выполнение лабораторной работы | |
| Итоговый контроль знаний, разбор ошибок, оценка знаний, контроль | 30 мин. | Ответы на контрольные вопросы Решение типовых задач | |
| Задание на дом | 3 мин. | Методические рекомендации для преподавателя | |
| всего | 110 мин |
КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ТЕМЫ. ТИПЫ РАДИОАКТИВНОГО РАСПАДА- Альфа –распад, 
.Бета распад: 
; 
; 
. 
Закон радиоактивного распада имеет вид: 
, N – число не распавшихся радиоактивных ядер;N0-число ядер в момент времени принятый за начало отсчета; l- постоянная распада. Среднее время жизни энергии t радиоактивного ядра, 
-время в течение которого число радиоактивных ядер уменьшается в e раз. Λ- постоянная распада. Период полураспада это время в течение которого число радиоактивных ядер уменьшается вдвое.
|
|
|
СПЕКТРЫ ИЗЛУЧЕНИЯ АЛЬФА И БЕТА ЧАСТИЦ.
Бета- излучение. Спектр сплошной энергия бета частиц принимают всевозможные значения от 0 до максимальной Это объясняется тем. Что энергия, выделяющаяся при бета-распаде, распределяется между бета-частицей и нейтрино или антинейтриною
Альфа- излучения. Спектр линейчатый Энергии альфа частиц, вылетающих из разных ядер дискретны.
Активностью радиоактивного распада называется число частиц или гамма- фотонов, вылетающих из вещества за 1 сек;
АКТИВНОСТЬ. Число распадов в единицу времени 
называется активностью ядер. Аактивность изотопа со временем уменьшается по закону: 
Величина активности, приходящая на единицу массы вещества называется удельной активностью 
Активность измеряется в СИ в беккерелях Бк, 1Бк=1расп/с. Во внесистемных единицах в Кюри /Ки/ 1Ки=3,71010Бк. Аm Бк/кг, Ки/кг.
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ С ВЕЩЕСТВОМ
Линейная плотность ионизации- 
, отношение числа ионов, образованных заряженной ионизирующей частицей. Средний линейный пробег- среднее значение расстояния между началом и концом пробега заряженной ионизирующей частицы в данном веществе.
линейная тормозная способность 
отношение энергии, теряемой заряженной ионизирующей частицей при прохождении элементарного пути в веществе, к длине этого пути.
Средний линейный пробег альфа –частицы зависит от ее энергии. В воздухе он равен нескольким сантиметром, в живом организме 10 –100 мкм. Величина линейной плотности ионизации в воздухе составляет (2 –:- 8)106 пар ионов/м. Тормозная способность составляет 70 –270 МэВ/м.
Бета –излучение вызывает ионизацию вещества с линейной плотностью ионизации 4600 пар ионов/м.
БИОФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ДЕЙСТВИЯ ИОНИЗИРУЮШИХ ИЗЛУЧЕНИЙ НА ОРГАНИЗМ- Под действием ионизирующих излучений происходят химические превращения вещества, получившие название РАДИОЛИЗА, при прохождении ионизирующего излучения через живую ткань, содержащую большое количество воды, происходит образование высокоактивных радикалов ОН или Н, возникают высокоактивные в химическом отношении соединения, которые взаимодействуют с молекулами биологичесукой системы, что приводит к нарушению мембран, клеток и функций всего организма; повреждение механизмов деления и хромосомного аппарата; блокирование процессов деления; блокирование процессов регенерации тканей.
|
|
|
Для биологического действия ионизирующего излучения специфичен скрытый (латентный) период. Разные части клеток по разному чувствительны к одной и той же дозе ионизирующего излучения. Наиболее чувствительным к действию излучения является ядро клетки.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РАДИОНУКЛИДОВ И НЕЙТРОНОВ В МЕДИЦИНЕ
Медицинские приложения радионуклидов можно представить двумя группами. Одна группа – это методы, использующие радиоактивные индикаторы (меченые атомы) с диагностическими и исследовательскими целями. Другая группа методов основана на применении ионизирующего излучения радионуклидов для биологического действия с лечебной целью.
Метод мечены атомов заключается в том, что в организм вводят радионуклиды и определяют их местонахождение и активность в органах и тканях.
Для обнаружения распределения радионуклидов в разных органах тела используют гамма –топограф, который автоматически регистрирует распределение интенсивности радиоактивного препарата.
Гамма –топограф дает сравнительно грубое распределение ионизирующего излучения в органах. Более детальные сведения можно получить методом авторадиографии. В этом методе ни исследуемый объект, например биологическую ткань, наносится слой чувствительной фотоэмульсии. Содержащиеся в объекте радионуклиды оставляют след в соответствующем месте эмульсии, как бы фотографирую себя. Полученный снимок называют радиоавтографом или авторадиограммой.
ОСНОВЫ ДОЗИМЕТРИИ. Независимо от природы ионизирующего излучения его взаимодействие может быть количественно оценено. Для этого определяют дозу излучения. ДОЗА ИЗЛУЧЕНИЯ (ПОГЛОЩЕННАЯ ДОЗА ИЗЛУЧЕНИЯ)- это поглощенная энергия любого ионизирующего излучения отнесенная к единицы массы облучаемого вещества. В единицах СИ D измеряется в Греях,/ Гр/; 1 Гр=1 Дж/кг. Внесистемная единица D - рад. Важным моментом является время в течении которого облучается объект, поэтому вводят понятие мощность дозы излучения (Р), 
, измеряется мощность поглощенной дозы в СИ Гр/с, во внесистемных единицах, рад/с.
|
|
|
Поскольку трудно оценить поглощенную дозу ионизирующего излучения непосредственно человеком, то это производят с помощью экспозиционной дозы (Х), которая является мерой ионизации воздуха рентгеновскими и гамма-лучами. каких единицах экспозиционная доза измеряется в единицах СИ Кл/кг, во внесистемных единицах, Рентген. Так как доза излучения пропорциональна падающему ионизирующему излучению, то между излученной и экспозиционной дозами должна быть пропорциональная зависимость
, где f- некоторый переходный коэффициент, зависящий от ряда причин, и прежде всего от облучаемого вещества и энергии фотонов. Для воды и мягких тканей тела человека f = 1; следовательно доза излучения в радах численно равна соответствующей экспозиционной дозе в рентгенах. Для костной ткани коэффициент f = 4.5 и зависит от энергии фотонов. Связь между активностью радиоактивного препарата и мощностью экспозиционной дозы определяется выражением 
kg-постоянная радионуклида; А- активность; t-время; r-расстояние.
КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ОЦЕНКА БИОЛОГИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ. ЭКВИВАЛЕНТНАЯ ДОЗА Чтобы сравнить биологические эффекты различных излучений с соответствующими эффектами, вызванными рентгеновским и g-излучением, вводят коэффициент относительной биологической активности (ОБЭ) или коэффициент качества К.
| Вид излучения | Величина коэффициента качества, К. |
| Рентгеновское, гамма и бета- излучения | |
| Альфа излучение | |
| Нейтроны с энергией 5 МэВ | |
| Протоны |
Поглощенная доза совместно с коэффициентом качества дает представление о биологическом действии ионизирующего излучения, поэтому произведение DK используют как единую меру этого действия и называют эквивалентной дозой излучения Н: 
В СИ Н измеряется в Зиверах /Зв/, во внесистемных единицах в бэрах /бэр/.
ДОЗИМЕТРИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ. Дозиметрическими приборами или дозиметрами называют устройства для измерения доз ионизирующих излучений или величин, связанных с дозами. Дозиметры для измерения экспозиционной дозы рентгеновского и гамма –излучения или ее мощности называют рентгенометрами. Для измерения активности или концентрации радиоактивных изотопов применяют приборы, называемые радиометрами.
|
|
|
ЗАЩИТА ОТ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ. Различают три вида защиты: защита временем, расстоянием и материалом. Это можно объяснить исходя из формулы . Чем больше время и чем меньше расстояние, тем больше экспозиционная доза. Следовательно, необходимо минимальное время находиться под воздействием ионизирующего излучения и на максимально возможном расстоянии от источника этого излучения. Защита материалом основывается на различной способности веществ поглощать разные виды ионизирующего излучения. Защита от альфв –излучения это простой лист бумаги; защита от бета –излучения – пластина из алюминия или стекла толщиной в несколько сантиметров.
Вопросы для самоподготовки
1.Написать реакцию 
.
2.Написать реакцию a-распада для висмута 
.
3.Запишите закон радиоактивного распада. Дайте характеристику величин, входящих
в закон.
4.Объясните основной закон радиоактивного распада.
5. Что такое период полураспада?
6.Рассчитайте период полураспада, если постоянная распада l =0,0348 год-1.
7.Что определяет среднее время жизни энергии t радиоактивного ядра?
8.Что называется радиоактивностью? Чем оно отличается от ядерных превращений?
9.Что называется активностью, удельной активностью? В каких единицах измеряется
10.Как изменяется активность изотопа со временем?
11.Что представляет собой a-излучение? Какими особенностями оно обладает?
12. Дайте характеристику радиоактивных излучений.
13. Какие биофизические действия оказывает на живую ткань ионизирующее излуче-
ние?
14. Какими характеристиками оценивается взаимодействие заряженных частиц с ве-
ществом?
15. Какими процессами сопровождается прохождение ионизирующего излучения че-
рез вещество?
16. В чем заключается радиолиз воды?
17.Какие возможные изменения в клетки могут произойти под действием ионизи-
рующего излучения?
18.Дайте определение «доза излучения». В каких единицах она измеряется?
19.Что такое мощность дозы излучения (Р)? С какой целью вводится это понятие? В
каких единицах измеряется Р?
20.По какой формуле можно вычислить экспозиционную дозу, создаваемую точеч-
ным источником?
21.С какой целью вводится определение «экспозиционная доза Х»?
22.В каких единицах измеряется экспозиционная доза?
23.Что называется активностью, удельной активностью? В каких единицах измеряется
24.Как связаны между собой дозы: излучения (D), экспозиционная (Х), эквивалентная
(Н)? Объясните смысл коэффициентов, связывающих дозы.
25.Найти эквивалентную дозу (Н), если экспозиционная доза Х равна 5Р (f=0,9.К=1)
В единицах СИ Х Кл/кг, во внесистемных единицах Х Рентген.
26.С какой целью вводится понятие «эквивалентная доза Н»? Что такое коэффициент
качества или ОБЭ? В каких единицах измеряется эквивалентная доза?
Тестовые задания по теме:
1. Самопроизвольный распад неустойчивых ядер с испусканием других ядер и элементарных частиц называется
1) рентгеновским излучением 2)явлением дифракции 3)радиоактивностью 4)явлением интерференции
2. Самопроизвольное превращение ядра атома с испусканием положительно заряженных a- частиц называется
1) бета- распадом 2) альфа- распадом 3) электронным захватом 4) радиолизом вод
3. Схема альфа –распада
1) 
2) 
3) 
4) 
4. Гамма-излучение это поток
1)положительно заряженных частиц 2)отрицательно заряженных частиц 3)электромагнитных волн 4)нейтральных по знаку частиц
5. Формула, выражающая закон радиоактивного распада
1) 
2) 
3) 
4) 
6. Период полураспада это время, в течение которого распадается
1) 1/е радиоактивных ядер 2)произвольное число радиоактивных ядер 3)половина радиоактивных ядер 4)1/3 радиоактивных ядер
7. Если в течении 1 секунды распадается 100 ядер вещества, тогда активность препарата в Бк составляет
1) 10 2)100 3)1000 4)10000
8. Спектр бета- излучения показан на рисунке
|
9. Лучи, обладающие наибольшей линейной плотностью ионизации это-
1) бета- лучи 2)гамма –лучи 3)альфа –лучи 4)рентген –лучи
10. Спектр альфа- излучения показан на рисунке
 |
11. Количество энергии поглощенное единицей массы облучаемого вещества называется
1)экспозиционной дозой 2)эквивалентной дозой 3)дозой излучения 4)мощностью дозы
: 12. Величина дозы отнесенная ко времени называется
1)экспозиционной дозой 2)эквивалентной дозой 3)дозой излучения 4)мощностью дозы.
13.Мощность экспозиционной дозы вычисляется по формуле
1) 
2) 
3) 
4) 
14. Активность радиоактивного препарата со временем
1) не изменяется 2)увеличивается 3)уменьшается
15. Активностью радиоактивного распада называется число частиц или гамма –фотонов
1) падающих на вещество в единицу времени 2)поглощенных веществом за секунду
3)вылетающих из вещества в секунду
16. Гамма-топограф применяется в медицине для
1) облучения отдельных органов гамма- лучами
2) определения радиоактивного фона окружающей среды
3) определения местонахождения и активности радионуклидов в органе
4) получения характеристического рентгеновского излучения
17. Радиоактивные изотопы применяются в медицине для
1) определения остроты зрения
2) диагностирования заболеваний отдельных органов
3) получения характеристического рентгеновского излучения
5) определения местонахождения и активности радионуклидов в органе
18. Радиолиз вещества это химические превращения вещества, вызванные действием квантов
1) света видимого диапазона 2)света ультрафиолетового излучения 3)ионизирующих излучений 4)света инфракрасного излучения
19. Эквивалентной дозой радиоактивного излучения называется произведение
1) поглощенной дозы на коэффициент качества радиоактивного излучения
2) экспозиционной дозы на переходной коэффициент
3) мощности поглощенной дозы на время, в течении которого произошло поглощение
20. Прибор, применяемый для измерения доз ионизирующих излучений называется
1) томограф 2)рентгенометр 3)радиометр 4)компьютерный -томограф
21. Радиометром измеряют
1) экспозиционную дозу радиоактивного излучения
2) мощность рентгеновского излучения
3) активность радиоактивного изотопа
4) эквивалентную дозу радиоактивного излучения
22. Ионизирующее излучение, коэффициент качества которого имеет наибольшее значение это-
1) гамма –излучение 2)рентгеновское излучение 3)альфа- излучение 4)бета -излучение
23. Среднее время жизни препарата в с, постоянная распада которого составляет 100 с-1 равно
1) 100 2)10 3)0,1 4)0,01
24. Единица измерения естественного радиационного фона это
1) бэр/год 2)мкР/ч 3)Гр/с 4)Кл/кг
25.Средним временем жизни радиоактивного ядра называется время, в течение которого число радиоактивных ядер
1) уменьшается в два раза 2)уменьшается в e раз 3)увеличивается в e раз 4)увеличивается в два раза
26..Поглощенная доза излучения в Гр для тела массой 50 кг и полученной энергии ионизирующего излучения 2 Дж составит
1) 0,04 2)50 3)100 4)150
27. Коэффициент качества для альфа излучения К=20. Поглощенная доза от этого излучения составляет 0,1 рад, тогда эквивалентная доза в бэрах равна
1) 0,1 2) 2 3) 20 4) 200
28.Второй продукт ядерной реакции 
представляет собой
1) Протон 2)альфа –частицу 3)нейтрон 4)электрон
29. Период полураспада ядер атомов некоторого вещества составляет 15 с. Это означает, что
1) за 15 с атомный номер каждого атома уменьшается вдвое
2) распадается один атом за 15 с
3) распадается половина изначально имевшихся атомов за 15 с
4) распадаются все атомы за 30 с
30. Ионизирующее излучение это
1)ультразвук 2)радиоволны 3)гамма-излучение 4)инфракрасное излучение
Ответы
| В | ||||||||||
| О | ||||||||||
| В | ||||||||||
| О | 3 | 3 | ||||||||
| В | ||||||||||
| О |
Ситуационные задачи по теме:
1.Найти активность исследуемого препарата, взятого в количестве 0,02 мКи через 23 дня, если период полураспада Т=46 дней?
Ответ: 
2. Найти активность препарата, если в течение 10 мин распадается 10000 ядер этого вещества?
Ответ: А=16,7 Бк.
3. Вычислить число ядер N, распавшихся в течение первых суток, если первоначальное число ядер N0 =1022.
Ответ: N-N0=0,75 1022
4. Телом массой m=60 кг в течение t = 6ч была поглощена энергия E =1 Дж. Найдите поглощенную дозу и мощность поглощенной дозы в единицах СИ и во внесистемных единицах.
Ответ: D=0,017Гр, D=1,7 рад; Р=2,8 10-3 Гр/час, Р=0,28 рад/ч.
5. Поглощенная доза от гамма излучения составила 10 рад, а от альфа излучения – 20 рад. Найти суммарную эквивалентную дозу, если Кg=1; Кa=20.
Ответ:Н=410 бэр
6. Точечный источник 60Со транспортируется в течение 48 часов. Активность источника А = 5,4 мКи. Определите экспозиционную дозу, которую может получить экспедитор, если он будет находиться на расстоянии 2 м от источника (Кg =12,9).
Ответ: Х= 0,08Р
7. Предельно допустимая поглощенная доза, полученная под действием g-излучения составляет DgПДД=5 10-2 Дж/кг. Найти поглощенную энергию гамма фотонов, если масса человека 65 кг.
Ответ: 3,25 Дж
8. Предельно допустимая доза при профессиональном облучении составляет 100 мбэр/нд. Пересчитайте эту величину на год. О какой дозе идет речь?
Ответ: Н=1,9 мбэр/год. Эквивалентная доза.
9. Найти эквивалентную дозу (Н), полученную от рентгеновских лучей, если экспозиционная доза Х равна 5Р (f=0,9)
Ответ: 4,5 бэр
10. Найти экспозиционную дозу Х, если поглощенная доза D равна 30 рад (f=0,8)
Ответ: 24 Р
11.Предельно допустимая поглощенная доза, полученная под действием g-излучения составляет НgПДД=5 10-2 Дж/кг. Найти поглощенную энергию гамма фотонов, если масса человека 70 кг.
Ответ:3,5 Дж
12.Найти активность исследуемого препарата, взятого в количестве 0,01 мКи через 24 дня, если период полураспада Т=48 дней?
Ответ: 0,007 мКи
13.Рассчитайте период полураспада, если постоянная распада
l =0,0348 год-1.
Ответ: 20 лет
Рекомендации по учебно-исследовательской работе студентов (УИРС):
При работе с научной литературой студенту предоставляется возможность выбрать оптимальный путь получения необходимой информации, который позволяет наилучшим образом осуществить познавательный процесс. Выполнение УИРС закрепляет теоретические знания, полученные на лекциях и практических занятиях.
Реферат состоит из следующих разделов:
а) введение- обоснование выбора темы, общая характеристика цели исследования, статистические данные;
б) основное содержание работы
в) список использованной литературы, включающий не менее 5-6 источников (из них 2-3 не позднее последних 3-х лет издания), ссылки на интернет.
Рекомендуемые темы УИРС:
1. Биофизические основы действия ионизирующих излучений на организм.
2. причины ослабления гамма излучения при прохождение через вещество.
3. Защита от радиоактивных излучений.
4.Детекторы ионизирующих излучений.
5. Использование радионуклидов и нейтронов в медицине.
6. Ускорители заряженных частиц и их использование в медицине.
7.Дозиметрические приборы.
8.Космические лучи.
|
|
|
