Все о радиобиологии

1.Дозиметрия и радиометрия (средства и методы обнаружения и регистрации ионизирующих излучений, дозиметрические и радиометрические приборы, принцип их работы и назначение.)

Дозиметрия- раздел ядерной физики и измерительной техники, в котором изучают величины, характеризующие действие ионизирующего излучения на вещества, а также методы и приборы для его качественного и количественного измерения.

Радиометрия– раздел прикладной ядерной физики, который разрабатывает теорию и практику измерения радиоактивности и идентификацию радиоизотопов.

Несмотря на различие задач радиометрии и дозиметрии, базируются они на общих методических принципах обнаружения и регистрации ионизирующих излучений.

Биологическое действие рентгеновского и ядерных излучений на организм обусловлено ионизацией и возбуждением атомов и молекул биологической среды. На процесс ионизации излучения растрачивают свою энергию (ионизационные потери). В результате взаимодействия излучений с биологической средой живому организму передается определенная величина энергий. Часть поступающего излучения, которая пронизывает облучаемый объект (без поглощения), действия на него не оказывает. Поэтому основная величина, характеризующая действие излучения на организм, находится в прямой зависимости от количества поглощенной энергии.

Радиоактивные излучения не воспринимаются органами чувств. Эти излучения могут быть обнаружены (детектированы) при помощи приборов и приспособлений, работа которых основана на физико-химических эффектах, возникающих при взаимодействии излучении с веществом. Практике наиболее употребительны ионизационные детекторы излучений, которые измеряют непосредственные эффекты взаимодействия излучения с веществом- ионизация газовой среды ( ионизационные камеры, пропорциональные счетчики и счетчики Гейгера- Мюллера, а также коронные и искровые счетчики).

Другие методы предусматривают измерение вторичных эффектов, обусловленных ионизацией- фотографический, люминесцентный, химический, калориметрический и др.

Ионизационные детекторы излучения представляют собой заполненную воздухом или газом камеру с электродами для создания в ней соответствующего электрического поля.

2 3 4

1

6 5

Рис.1. Схема работы ионизационной камеры:

1. камера, заполненная воздухом или газом; 2. анод; 3. катод; 4. изолятор; 5.прибор для измерения ионизационного тока камеры; 6. источник питания.

Ионизационная камера- один из распространенных детекторов излучения. Ее применяют для измерения всех типов ядерных излучений. По конструктивному оформлению ионизационные камеры могут быть плоские, цилиндрические и сферические с объемом воздуха 0,5-5 л. Есть миниатюрные ионизационные камеры - наперстковые, смонтированные в футляре, по форме похожей на авторучку. Их используют как индивидуальные дозиметры (ДК-0,2, КИД-1 и КИД-2, ДП-22В, ДП-24 и др.). Воздушный объем таких камер колеблется от нескольких кубических сантиметров до их долей.

Камеры с большим объемом более чувствительны, поэтому для измерения малых доз излучения используются камеры с большим объемом.

В плоской ионизационной камере электроды имеют вид пластин. Они заключены в корпус и разделены газовым слоем. Цилиндрическая ионизационная камера состоит из плоского цилиндра, по оси которого расположен металлический стержень – собирающий электрод. Высокое напряжение подводят к собирающему электроду, а цилиндрический корпус заземляют.

Ионизационные камеры в зависимости от назначения и конструкции могут работать в импульсном и токовым (интегральном) режимах. Импульсные камеры используют для регистрации отдельных тяжелых заряженных частиц (α - частиц, протонов и т.д.). удельная ионизация легких частиц (электронов, позитронов) сравнительно мала, поэтому регистрация их в импульсном режиме неэффективна. Токовые камеры применяют для измерения интенсивности всех типов излучения, которые пропорциональны среднему току, проходящему через камеру. Величина ионизационного тока пропорциональна энергии излучения, то ионизационные камеры измеряют ток насыщения в единицу времени, т.е. мощность дозы данного излучения. Поэтому они могут быть отградуированы в единицах мощности  дозы. Ионизационные камеры могут быть использованы не только для измерения дозы излучения, но и ее мощности.

Пропорциональные счетчики выгодно отличаются от ионизационной камеры тем, что начальное усиление первичной ионизации происходит внутри самого счетчика (Кгу=10 в 3й -10 в 4й степени). Наличие пропорциональности усиления в счетчиках позволяет определить энергию ядерных частиц и изучать их природу. Пропорциональные счетчики изготовляют и торцового типа, например САТ-7 и САТ-8 (счетчик α- частиц торцовый0, СИ-3Б и др. Чтобы обеспечить проникновение в плоскость счетчика α – частиц, входное слюдяное окно делают очень тонким (4-10 мкм). Наполняют счетчик смесью неона с аргоном почти до уровня атмосферного давления. Есть счетчики открытые, рабочая полость которых сообщается с внешним воздухом. Такие счетчики работают при атмосферном давлении, они допускают непрерывные протекание или циркуляцию наполняющего их газа и поэтому их часто используют для регистрации активности газовых проб.

Счетчики Гейгера – Мюллера  (газоразрядные счетчики) конструктивно мало чем отличаются от пропорциональности счетчиков цилиндрического торцового типа.

Основное отличие состоит в том, что внутренний объем счетчика Гейгера наполнен инертным газом при пониженном давлении (15-75 гПа), а работа осуществляется в области Гейгера, т.е. в режиме самостоятельного газового разряда.

Счетчики для регистрации гамма – излучения имеют некоторую особенность в конструкции. Регистрация гамма – излучения возможна в результате выбивания вторичных электронов из катода счетчика на основе известных трех механизмов взаимодействия этого излучения с веществом: фотоэффекта, компотонэффекта, образования электронно – позитронных пар.

Вторичные электроны (фотоэлектроны, электроны отдачи, электронно-позитронные пары), попадая чувствительный объем счетчика, вызывают газовый разряд (ударную ионизацию), который и регистрируется радиометрическим устройством.

Сцинтилляционный (люминесцентный) метод регистрации излучений.

В некоторых веществах (сцинтилляторах, фосфорах0 под действием излучений происходят ионизация и возбуждение атомов. При переходе атомов из ионизированного и возбужденного состояний в основное высвечивается энергия в виде вспышки света (сцинтилляции), которая может быть зарегистрирована различными способами. Лучший из них состоит в преобразовании энергии света в электрический сигнал с помощью оптически связанного со сцинтиллятором фотоэлектронного умножителя (ФЭУ).Сцинтилляционные счетчики обладают более высокой эффективностью счета (до 100%) и разрешающей способностью по сравнению с газоразрядными счетчиками.

Полупроводниковые детекторы (ППД) ионизирующих излучений представляют собой твердотельную ионизационную камеру, в которой роль носителей электрического заряда выполняют электроны и так называемые дырки. Действие ППД основано на свойствах полупроводников проводить электрический импульс под действием ионизирующих излучений. Из всех полупроводников наиболее пригодны для детекторов монокристаллы германия и кремния.

Фотографический метод исторический был первым способом обнаружения ядерных излучений, позволивших открыть радиоактивность. Он основан на том , что излучение, взаимодействуя с галогенидами серебра (АgВr или АgСl) фотоэмульсии, восстанавливает металлическое серебро подобно видимому свету, которое после проявления выделяется в виде почернения. Степень почернения фотоэмульсии (фотопластинки) пропорциональна дозе излучения. В настоящее время фотографический метод широко применяется в ядерной физике при исследовании свойств самых различных заряженных частиц, их взаимодействий и ядерных реакций.

При химических методах регистрации излучений учитывают те или иные химические изменения, возникающие под влиянием излучения (например, изменение цвета растворов или кристаллических тел, выделение газов, осаждение некоторых коллоидов и т.п.), степень изменения пропорциональна поглощенной энергии излучения.

Приборы для измерения ионизирующих излучений можно условно разделить на три категории: радиометрические (радиометры), дозиметрические (дозиметры), блоки и устройства электронной аппаратуры для ядерно – физических исследований.

Радиометры – эти приборы с газоразрядными, сцинтилляционными счетчиками и другими детекторами, предназначенные для измерения активности радиоактивных препаратов и источников излучения, для определения плотности потока или интенсивности ионизирующих частиц и квантов, поверхностей радиоактивности предметов, удельной активности аэрозолей, газов и жидкостей.

Для более точных измерений активности препаратов и потоков частиц применяют стационарные радиометры, которые осуществляют дискретный счет попавших в детектор частиц и квантов (дифференциальные измерения).

Дозиметры (рентгенометры) – приборы, измеряющие экспозиционную и поглощенную дозы излучения или соответствующие мощности доз. Дозиметры состоят из трех основных частей: детектора, радиотехнической схемы, усиливающей ионизационный ток, и регистрируемого (измерительного) устройства.

По характеру применения дозиметры делятся на стационарные, переносные и приборы индивидуального дозиметрического контроля. Это такие как «Кактус», ПМР-1, РМ-1М, МРМ-2, РП-1, ДП-5А, КИД-1, КИД-2, и т.д.

 ВЫВОД:

 

В данном вопросе мы рассмотрели биологическое действие рентгеновского и ядерных излучений на организм. Мы уяснили что оно обусловлено ионизацией и возбуждением атомов и молекул биологической среды.

Так же изучили, что радиоактивные излучения не воспринимаются органами чувств. Эти излучения могут быть обнаружены (детектированы) при помощи приборов и приспособлений, работа которых основана на физико-химических эффектах, возникающих при взаимодействии излучении с веществом

В результате взаимодействия излучений с биологической средой живому организму передается определенная величина энергий. Часть поступающего излучения, которая пронизывает облучаемый объект (без поглощения), действия на него не оказывает. Поэтому основная величина, характеризующая действие излучения на организм, находится в прямой зависимости от количества поглощенной энергии.

Так же рассмотрели средства и методы обнаружения и регистрации ионизирующих излучений. К ним мы отнесли дозиметры, радиометры. Узнали их назначение и принцип работы.

2.Токсикология радиоактивных веществ (физические и химические средства радиоактивных веществ), обуславливающие их радиоактивность: пути поступления радионуклидов в организм и распределение по органам и тканям, выведение радиоактивных веществ из организма, биологическое действие инкорпорированных радионуклидов.

 

Токсикология радиоактивных веществ изучает пути поступления, закономерности распределения в организме и включения в молекулярные структуры тканей (инкорпорирование); накопление (депонирование) радиоактивных изотопов в различных органах и выведение их из организма.

Биологическое действие радиоактивных изотопов определяется параметрами их радиоактивных излучений. Действие радионуклидов, попадающих внутрь организма, в принципе не отличается от действия внешних источников ионизирующего излучения. Их особенностью является лишь то, что они, включаясь в обмен веществ, могут оставаться в тканях длительное время. Активность радионуклидов нельзя погасить ни химическими, ни физическими средствами.

При внутреннем поступлений радионуклидов в организм их биологическое действие во многом будет определяться агрегатным состоянием вещества. Наибольшее действие оказывают те радионуклиды, которые легко образуют газ и водорастворимые соединения. Они интенсивно и в большом количестве всасываются в кровь, быстро распространяются по всему организму или концентрируются в соответствующих органах.

Биологическое действие малорастворимых или нерастворимых радионуклидов определяется степенью дисперсности аэрозоля или порошка, в форме которого вещество поступает в организм. Нерастворимые радиоактивные частицы, попадая в легкие, на слизистые оболочки, в желудочно – кишечный тракт с кормом или водой, могут адсорбироваться клетками эпителиальными или ретикуло – эндотелиальной системы или задерживаться в желудке, кишечнике и длительное время облучать ткани, вызывая выраженное местное радиационное поражение. На степень биологического действия радионуклидов при внутреннем поступлении большое влияние оказывает наличие нерадиоактивных изотопов этого элемента или химического элемента – аналога в данном веществе. Например, элементы- аналог кальций и стронций принадлежат ко второй группе элементов.

Пути поступления радионуклидов в организм. Радиоактивные вещества могут проникать в организм животных через легкие при вдыханий загрязненного воздуха через пищеварительный тракт с кормом и водой содержащими радиоактивные вещества; через неповрежденную кожу, слизистые оболочки и раны.

Степень проникновения радиоактивного аэрозоля и задержка его в легких зависят от заряда частиц и их размеров. Газообразные радиоактивные вещества очень быстро всасываются с поверхности легких в кровь и разносятся по всему организму. Частицы диаметром менее 0,5 мкм легко проникают в легкие и также легко покидают их, не задерживаясь в них. Частицы размером от 0,5 до 1 мкм задерживаются в легких на 90%, пылинки размером более 5 мкм фиксируются до 20%. Более крупные частицы оседают в верхних дыхательных путях, отхаркиваются и затем заглатываются, поступая в желудок.

Задержавшиеся в легких радиоактивные частицы быстро всасываются в кровь, однако определенная часть их фагоцитируется макрофагами, в результате чего в легочной ткани может создаваться большая радиоактивность на длительное время.

Резорбция из мест введения радионуклидов, за исключением внутривенного, зависит так же, как и при поступлении через рот, от физико – химических свойств радиоактивного вещества. Различая скорости всасывания определяются иногда валентностью радиоактивных изотопов.

Распределение радионуклидов в организме. Поведение всосавшихся в кровь радионуклидов определяется:

1). Биогенной зависимостью для организма стабильных изотопов данных элементов, тропностью их к определенным тканям и органам; например, кальций выполняет специфическую роль, всегда входит в состав тканей, проявляет большую тропность к костной системе; йод имеет большую тропность к щитовидной железе;

2). Физико – химическими свойствами радионуклидов – положением элементов в периодической системе Д.И. Менделеева, валентной формой радиоизотопа и растворимостью химического соединения, способностью образовывать коллоидные соединения в крови и тканях и другими факторами.

Для всех радионуклидов критическими органами будут кроветворная система и половые железы. Эти органы выделены как критические потому, что они являются наиболее уязвимыми, даже при малых дозах радиации в них происходят существенные изменения.

Попавшие в организм радиоактивные изотопы, так же как и стабильные изотопы элементов, выводятся в результате обмена из организма с калом, мочой, молоком, яйцами и другими путями.

 

ВЫВОД:

 В данном вопросе мы рассмотрели физические и химические средства радиоактивных веществ, пути поступления радионуклидов в организм и распределение по органам и тканям, выведение радиоактивных веществ из организма. Мы убедились что радиоактивные изотопы любого химического элемента периодической системы Д.И. Менделеева при попадании в организм участвуют в обмене веществ точно так же, как стабильные изотопы данного элемента. При одновременном поступлении в организм радионуклида и его носителя всасывание и отложение их в тканях идет в прямо пропорциональном отношении к поступающему количеству. Радиоактивные вещества могут проникать в организм животных через легкие при вдыханий загрязненного воздуха через пищеварительный тракт с кормом и водой содержащими радиоактивные вещества; через неповрежденную кожу, слизистые оболочки и раны. Уменьшение радиоактивных изотопов в организме происходит по биологическим закономерностям и по закону радиоактивного распада.

3.Основы радиационной безопасности при работе с радиоактивными веществами и источниками ионизирующих излучений (способы защиты при работе с источниками ионизационных излучений). Меры индивидуальной защиты и личной гигиены при работе в радиологической лаборатории, оборудование помещений ветеринарной радиологической лабораторий.

В радиологических лабораториях радиоактивные вещества могут использоваться как источники ионизирующего излучения в закрытом и открытом виде. Закрытом принято называть источник излучения , устройство и применение которого исключает возможность попадания радионуклидов в окружающую среду (закрытый в металлическую или стеклянную оболочку, металлический диск и т.д.). При использовании открытого источника радионуклиды могут попасть в окружающую среду (порошки, жидкости, газы). Поэтому возможно два пути воздействия излучений – внешнее (от закрытых и открытых источников) и внутреннее (при попадании радиоактивных веществ внутрь организма при работе с открытыми источниками излучения).

Устройство, оборудование и основные требования к радиологическим лабораториям. Согласно основным санитарным правилам работы с радиоактивными веществами (ОСП-72), все работы с открытыми радиоактивными изотопами делят на три класса в зависимости от группы радиотоксичности радиоизотопа и фактического его количества (активности) на рабочем месте. Класс работ определяет требования к размещению и оборудованию помещений, в которых проводят работы с открытыми радиоактивными веществами. Категорический запрещено располагать радиобиологические лаборатории в жилых зданиях и вблизи них.

По характеру работы ветеринарные радиологические лаборатории относят к III классу. К размещению их специальные требования не предъявляются. Однако желательно размещать такие лаборатории в отдельном здании или на первом этаже служебного помещения с обособленным входом. Внутренняя планировка лаборатории должна иметь не менее трех зон: «чистую», «условно – чистую» и «грязную». В чистую зону категорический запрещается вносить радиоактивные вещества в любом агрегатном состоянии; в условно – чистой проводят радиометрию радиоактивных препаратов; в грязной – хранят и расфасовывают радиоактивные вещества, а также готовят радиоактивные препараты для исследования.

Оборудования и рабочая мебель лаборатории должны иметь гладкую поверхность, простую конструкцию и слабосорбирующие покрытия, облегчающие удаление радиоактивных загрязнений. Применение мягкой мебели запрещено.

В целях предупреждения загрязнения помещений радиоактивными веществами все оборудование, инструменты и мебель закрепляют за соответствующими комнатами. Передача их из одного помещения в другое разрешается только после радиометрического контроля.

Вентиляцию оборудуют приточно - вытяжную с таким расчетом, чтобы поток воздуха шел из помещений чистой зоны в грязную и обеспечивал трехкратный воздухообмен в час при работе с изотопами по III классу и пятикратный – II классу.

Уборку проводят ежедневно влажным способом. Раз в месяц делают полную уборку (моют стены, полы, двери, оборудование). Сухая уборка запрещена.

Все лица, работающие с открытыми радиоактивными веществами и источниками ионизирующих излучений, должны быть обеспечены средствами индивидуальной защиты: халатами, шапочками, резиновыми перчатками, пластикатовыми фартуками и нарукавниками, тапочками или спецобувью (бахилами, галошами), а при необходимости – средствами защиты органов дыхания (респираторами). Для хранения спецодежды оборудуют шкафы. Дезактивацию основной спецодежды и белья проводят только в специальных прачечных. Дополнительные индивидуальные средства защиты (пленочные, резиновые) подвергают дезактивации специально отведенном месте.

В помещениях, где работают с радиоактивными изотопами, запрещается:

а) пребывание сотрудников без указанных выше средств индивидуальной защиты;

б) хранение пищевых продуктов, папирос, косметики, домашней одежды и других предметов, не имеющих прямого отношения к выполняемой работе с РВ;

При работе с радиоактивными веществами первостепенное значение приобретает правильная организация труда, исключающая превышение установленных предельно допустимых уровней облучения и предупреждающая возможность проникновения РВ внутрь организма.

Защита от внешнего облучения частицами альфа – излучения и мягкого бета – излучения не требуется, так как пробеги их очень малы. Одежда, резиновые перчатки полностью защищают от их воздействия.

Наиболее эффективная защита от излучений достигается применением поглощающих экранов. Для защиты от бета – излучения изготовляют экраны из материалов с малой атомной массой (стекло, оргстекло, алюминий) или двухслойные экраны: первый слой из материала с малой атомной массой, который будет поглощать β – частицы, второй – из тяжелых материалов (свинец и т.п.) для поглощения образовавшего тормозного рентгеновского излучения.

Для защиты от гамма – излучения следует использовать экраны из материала с большой атомной массой (свинец, чугун и т.п.).

По конструкции все защитные экраны делятся на стационарные (стены, ниши, колодцы) и передвижные (переносные экраны, защитные фартуки и ширмы, контейнеры).

ВЫВОД

В данном вопросе мы рассмотрели основы радиационной безопасности при работе с радиоактивными веществами. Согласно основным санитарным правилам работы с радиоактивными веществами (ОСП-72), все работы с открытыми радиоактивными изотопами делят на три класса в зависимости от группы радиотоксичности радиоизотопа и фактического его количества (активности) на рабочем месте.

Так же изучили способы защиты при работе с источниками, какие меры индивидуальной защиты и личной гигиены используются, как оборудуются помещений радиологической лабораторий. Определили, что наиболее эффективная защита от излучений достигается применением поглощающих экранов.

А к средствам индивидуальной защиты можно отнести халаты, шапочки, резиновые перчатки, пластикатовые фартуки и нарукавники, тапочки или специальная обувь (бахилы, галоши), а при необходимости – средства защиты органов дыхания (респираторы).

Заключение

В настоящее время почти во всех сферах деятельности человека в той или иной степени используются ионизирующие излучения и радиоактивные изотопы. В связи с этим возникает очень важная проблема – защита животных организмов, и в первую очередь человека от вредного действия ионизирующей радиации.

Зная эти вредные факторы дают изучить эффекты биологического развития возникающих при этом патологических процессов у сельскохозяйственных животных. На основании полученных данных разрабатываются методы радиационной экспертизы объектов ветеринарного надзора и определяются возможности использования атомной энергии в медицине, ветеринарии и сельском хозяйстве.

В развитии данной науки можно выделить несколько этапов, обусловленных темпами достижений в области биологии, общей и ядерной физики, радиохимии и технических наук. Установлено , что излучение оказывает действие на все системы и органы животного, при этом обнаруживаются значительные различия в степени поражения отдельных клеток, тканей и органов.