dr Natalia Targosz-Ślęczka Uniwersytet Szczeciński Wydział Matematyczno-Fizyczny Wpływ promieniowania jonizującego na materię ożywioną

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "dr Natalia Targosz-Ślęczka Uniwersytet Szczeciński Wydział Matematyczno-Fizyczny Wpływ promieniowania jonizującego na materię ożywioną"

Władysława Michalik
5 lat temu
Przeglądów:

1 Uniwersytet Szczeciński Wydział Matematyczno-Fizyczny na materię ożywioną

2 Promieniowanie Promieniowanie to proces, w wyniku którego emitowana jest energia przy pomocy cząstek lub fal Promieniowanie może przyjąć formę np. dźwięku, ciepła czy światła Najczęściej nazwy promieniowanie używa się w przypadku promieniowania fal elektromagnetycznych, od fal radiowych, przez światło widzialne, aż do promieniowania gamma

3 Budowa atomu i jądra atomowego Atomy to małe składniki materii składające się z dodatnio naładowanego jądra (protony i neutrony) i otaczającej go chmury negatywnie naładowanych elektronów

4 Promieniowanie jonizujące i niejonizujące Promieniowanie dzielimy na jonizujące i niejonizujące w zależności od tego czy niesie wystarczająco dużą energię by wybić elektrony z atomów, z którymi oddziałuje lub by spowodować zerwanie wiązań chemicznych w molekułach

5 Promieniowanie niejonizujące Z a g r o ż e n i e w y n i k a j ą c e z p r o m i e n i o w a n i a niejonizującego w oddziaływaniu z materią ożywioną jest związane jedynie z energią w postaci ciepła, które jest przekazywane materii Jest to proces dzięki któremu przyrządzamy posiłki za pomocą mikrofalówek Światło ultrafioletowe (UV) jest wyjątkowe, gdyż mimo, że nie ma właściwości jonizujących, to może powodować efekty podobne do tych, które powoduje promieniowanie jonizujące, np. wzrost ryzyka nowotworu ze względu na uszkodzenie molekuł DNA

6 Promieniowanie niejonizujące

Promieniowanie jonizujące Promieniowanie jonizujące jest głównie spowodowane niestabilnymi atomami oddającymi energię by osiągnąć bardziej stabilny stan S t a n o w i o n o w i ę k s z e z a g r o ż

7 Promieniowanie jonizujące Promieniowanie jonizujące jest głównie spowodowane niestabilnymi atomami oddającymi energię by osiągnąć bardziej stabilny stan S t a n o w i o n o w i ę k s z e z a g r o ż e n i e d l a organizmów żywych ze względu na powodowane z m i a n y s k ł a d u a t o m ó w w k o m ó r k a c h, a zwłaszcza zmiany w molekułach DNA Potrzeba bardzo dużej dawki promieniowania jonizującego, by znacząco zmienić strukturę komórki, gdyż w jednej komórce mogą znajdować się tryliony (10 18 ) atomów

8 Promieniowanie jonizujące Promieniowanie jonizujące (jądrowe) to strumień cząstek powstających w wyniku przemian jądrowych, a także promieniowanie rentgenowskie (X) oraz każdy strumień cząstek pochodzących z akceleratora, czy promieniowanie kosmiczne

9 Promieniowanie jonizujące Promieniowanie jądrowe, które możemy wytworzyć dzielimy na cztery grupy: promieniowanie alfa (jądra 4 He) promieniowanie beta (elektrony e lub pozytony e + ) promieniowanie gamma (fotony, np. rentgenowskie) strumień neutronów

Zastosowania Źródła promieniotwórcze, strumienie neutronów, wiązki cząstek naładowanych, wiązki promieniowania r e n t g e n o w s k i e g o i g a m m a s ą s

10 Zastosowania Źródła promieniotwórcze, strumienie neutronów, wiązki cząstek naładowanych, wiązki promieniowania r e n t g e n o w s k i e g o i g a m m a s ą s p e c y f i c z n y m i narzędziami, którymi można sięgać w miejsca n i e d o s t ę p n e, s t ą d m a j ą w i e l e z a s t o s o w a ń w działalności człowieka

11 Zastosowania Radiodiagnostyka, radioterapia, sterylizacja radiacyjna (medycyna) Dekontaminacja - odkażanie środków spożywczych (rolnictwo) pomiar zapylenia powietrza, czujniki przeciwpożarowe, badanie rozchodzenia się zanieczyszczeń (ochrona środowiska) Pomiary gęstości, stężenia, składu chemicznego, masy, grubości, szczelności; defektoskopia; poszukiwanie ropy naftowej (przemysł) Datowanie oraz badanie składu obiektów, skamielin (geologia, archeologia)

12 Jonizacja materii Każdy rodzaj promieniowania inaczej oddziałuje z materią, a zależy to dodatkowo od własności materii i energii niesionej przez cząstki Jonizacja atomów i cząsteczek lub ich wzbudzanie mogą prowadzić do rozpadu związków chemicznych, także do powstawania cząsteczek, rodników lub jonów silnie reaktywnych chemicznie Pojedyncza cząstka promieniowania może wywołać te procesy wielokrotnie, gdyż niesie duże zasoby energii

13 Jonizacja materii Takie oddziaływanie może prowadzić do śmierci komórek, a w przypadku masowego zaniku komórek może dojść do śmierci całej tkanki, narządu a w skutek tego nawet całego organizmu Może także nastąpić zmiana w funkcjonowaniu komórek - tzw. mutacja

14 Wtórne reakcje w materii Neutrony wnikają do jąder wywołując reakcje jądrowe, a produkty tych reakcji (fotony, protony) rozchodzą się w materii, powodując jonizację Pozytony oddziałują z elektronami materii, i w procesie anihilacji produkowane są fotony Foton może w zderzeniu z jądrem atomowym wyprodukować parę elektron-pozyton We wszystkich tych procesach powstają znane nam cząstki promieniowania jądrowego - nie powstają żadne inne, nowe obiekty

15 Przenikliwość

16 Przenikliwość Każdy rodzaj materii osłabia w i ą z k ę p r o m i e n i o w a n i a stopniowo Osłabienie jest tym większe im grubsza warstwa, przez którą promieniowanie przenika Zależność natężenia wiązki od grubości warstwy może mieć różny charakter i zależy g ł ó w n i e o d r o d z a j u promieniowania

17 Detekcja promieniowania Człowiek nie jest wyposażony w zmysł, który rejestrowałby promieniowanie jonizujące Jest to efekt ewolucji w środowisku, w którym promieniowanie to było zawsze obecne i nie stanowiło zagrożenia dla organizmów żywych Jednak, w ciągu ostatnich stu lat, promieniowanie jądrowe jest częściej obecne wskutek działalności człowieka Równolegle z coraz szerszymi zastosowaniami promieniowania jądrowego pracuje się nad nowszymi metodami jego detekcji i rejestrowania

18 Dozymetria Aktywność promieniotwórcza próbki wynosi jeden bekerel [Bq=s -1 ], kiedy następuje w niej jeden rozpad na sekundę Żyjący organizm pochłania dawkę jednego greja [Gy=J kg -1 ], kiedy absorbuje jeden dżul energii na kg masy swojego ciała U s z k o d z e n i e l u d z k i e j t k a n k i n a s k u t e k napromieniowania zależy nie tylko od dawki, lecz również od rodzaju promieniowania Równoważnik dawki, jest równy iloczynowi dawki pochłoniętej i współczynnika Q. Jednostką równoważnika dawki pochłoniętej jest siwert (Sv) o wymiarze [J kg -1 ]

19 Dozymetria Współczynnik jakości promieniowania Q przyjmuje wartości: Q=1 dla promieni X, promieni y, elektronów i pozytonów, Q=2,3 dla neutronów termicznych, Q=10 dla neutronów prędkich, Q=20 dla cząstek α i ciężkich jonów.

20 Licznik Geigera-Mullera Rura metalowa, która stanowi elektrodę ujemną - katodę, umieszczona jest w szczelnym szklanym cylindrze. Przez środek katody przebiega cienki drut stanowiący elektrodę dodatnią anodę. Cylinder szklany wypełniony jest mieszaniną gazów. Ciśnienie mieszaniny gazów w cylindrze jest znacznie mniejsze od atmosferycznego.

21 Licznik Geigera-Mullera

22 Dawki w środowisku człowieka Proces/Obiekt Roczna dawka graniczna na całe ciało, Polska (norma) Średnia roczna dawka od promieniowania naturalnego, Polska Średnia roczna dawka od procedur medycznych, Polska Średnia roczna od procedur medycznych Personel samolotów transkontynentalnych, rocznie, 1100 h lotów Umowna granica małych i dużych dawek Człowiek - śmierć 50% osób w ciągu 30 dni Węże - śmierć 50% osobników w ciagu 30 dni Przetrwa bakteria Deinococcus radiodurans Dawka skuteczna 1 msv 2.2 msv 0.85 msv/mieszkańca 1.2 msv (0.8 msv od RTG)/1 badanie msv 200 msv 3-5 Sv 800 Sv Sv

24 Skutki promieniowania jonizującego Deterministyczne przy dużych dawkach Stochastyczne przy małych dawkach rumień skóry, zaburzenia przewodu pokarmowego, zaćma nowotwory, zaburzenia genetyczne

25 Hipoteza LNT Hipoteza Linear No-treshold (liniowa, bezprogowa) dotyczy skutków stochastyczych małych dawek Zależność dawka-skutek jest liniowa i nie występuje w niej próg skutków Każda dawka jest szkodliwa H i p o t e z a j e s t p o d w a ż a n a, g d y ż m a ł e d a w k i promieniowania mają korzystne skutki dla organizmów żywych, powodując m.in. stymulację procesów b i o l o g i c z n y c h l u b w z m o c n i e n i e w ł a s n o ś c i immunologicznych

26 Hormeza radiacyjna Korzystny wpływ małych dawek promieniowania jonizującego na organizm żywy (zmniejszenie prawdopodobieństwa zachorowania na nowotwory złośliwe i choroby o podłożu genetycznym, stymulacja wzrostu i procesów naprawczych w komórkach) Wiele badań prowadzono na ludności zamieszkałej w rejonach o podwyższonym tle naturalnym, jednak dowody doświadczalne nie są wystarczające do uznania hipotezy za poprawną ze względu na trudności mierzenia biologicznych efektów powodowanych przez m a ł e d a w k i p r o m i e n i o w a n i a w o t w a r t y m, niekontrolowanym środowisku

27 Hormeza radiacyjna

28 Hormeza radiacyjna Mechanizmy hormezy radiacyjnej Pobudzenie podziałów komórkowych - zwiększenie liczby podziałów komórkowych i przywrócenie stanu równowagi Autofagia - złożony proces adaptacji do różnych w a r u n k ó w s t r e s o w y c h - z m n i e j s z a p r a w d o p o d o b i e ń s t w o w y s t ą p i e n i a c h o r o b y nowotworowej (niepożądana jeśli już doszło do zachorowania) O d p o w i e d ź r a d i o a d a p t a c y j n a - z w i ę k s z e n i e o d p o r n o ś c i n a d u ż ą d a w k ę c z y n n i k a p o zaaplikowaniu małej dawki

29 Źródła 90 Sr gromadzi się w tkance kostnej, emituje silne promieniowanie β, a jego czas połowicznego zaniku wynosi blisko 29 lat 60Co - ulega rozpadowi β z emisją dwóch kwantów gamma (używanych m.in. do napromieniania komórek nowotworowych), a jego czas połowicznego rozpadu wynosi 5.3 roku 137Cs - emituje promieniowanie β, a jego czas połowicznego rozpadu przekracza 30 lat. Dobrze wchłania się do organizmu, gdyż wbudowuje się w tkanki nerwowe oraz mięśniowe

30 Literatura Podstawy Biofizyki, A. Pilawski, PZWL, Warszawa 1985 Fizyka Środowiska, E. Boeker, R. von Grondelle, PWN Warszawa 2002 Nowoczesne kompendium Fizyki, H. SToecker, PWN

Podobne dokumenty

SYMULACJA GAMMA KAMERY MATERIAŁ DLA STUDENTÓW. Szacowanie pochłoniętej energii promieniowania jonizującego

SYMULACJA GAMMA KAMERY MATERIAŁ DLA STUDENTÓW Szacowanie pochłoniętej energii promieniowania jonizującego W celu analizy narażenia na promieniowanie osoby, której podano radiofarmaceutyk, posłużymy się