Учебное пособие по радиационной медицине

Радиация («radiation» — излучение) — термин, широко ис-

Элементарные сведения о радиации

пользуемый среди неспециалистов для обозначения ионизирую-

щихАтомнаяизлученийрадиац, на самомя

деле относится ко всем видам излуче-

ний («солнечная радиация», «тепловая радиация» и т.д.).

элементарныхАтом

— спонтанное выделение из атомных ядер

частиц и электромагнитного излучения, сопрово-

ждающеесявыбросом большого количества энергии.

(от греч. atomos — неделимый) — мельчайшая частица

химического элемента, носитель его свойств; состоящая из ядра и

движущихся вокруг него отрицательно заряженных электронов.

РадиоактивностьАтомы образуют более сложные химические комплексы —

молекулы.

— самопроизвольное превращение одних

атомныхИонизацияядер в другие сопровождаемое выделением избыточной

энергииввидеиспусканиячастициэлектромагнитногоизлучения.

— это процесс образования положительно или от-

рицательноИонизирующзаряженныхе излученияионов—

или свободных электронов из

нейтрально заряженных атомов или молекул.

это излучения, вызывающие при

взаимодействии с веществом ионизацию и возбуждение его ато-

мов и молекул. Важной особенностью большинства видов иони-

зирующих излучений является их высокая проникающая спо-

собностьИсточниками, а отсюда способность взаимодействовать с атомами

вещества в глубине объекта.

ионизирующего излучения являются радиоак-

тивные вещества, которые в таблице Менделеева находятся по-

сле 83 номера (Висмут), а также различные устройства, способ-

ныеиспускатьионизирующееизлучение(рентгеновскиетрубки,

ускорители частиц, электронныеизотопамимикроскопы и др.).

Вещества, имеющие одинаковый. заряд ядра, но разную атом-

ную массу, называются

Изотопы бывают стабильные и нестабильные. Нестабильные

изотопы стремятся к стабильности. При этом они распадаются,

превращаясь в другие элементы, а распад их сопряжен с выделе-

нием энергии ионизирующего излучения.

Поэлсвоейктромфизическойгнитнымприродеизлучениямвсе ионизирующие излучения под-

разделяютсянаэлектромагнитныеикорпускулярныеизлучения.

и

К

относятся рентгеновское

γ-излучение, представляющие собой энергию электромагнитного

поля,которая

распространяетсявпространствесоскоростьюсвета.

13

К корпускулярным излучениям относятся электроны и пози-

троны (β-частицы), протоны (ядра водорода), дейтроны (ядра

дейтерия), α-частицы (ядра гелия) и тяжелые ионы (ядра других

элементов), не имеющие заряда нейтроны и отрицательно заря-

женныеРадиоактимезоныное, в(иончастностизирующееπ-)мезонызлучение, имеющие значительную

перспективу использования в радиационной онкологии.

можноразделитьнане-

сколькотипов,взависимостиотвидаэлементовизкоторогооносо-

стоит. Разные виды излучения вызваны различными микрочасти-

цами и поэтому обладают разным энергетическим воздействие на

вещество, разной способностью проникать сквозь него и как след-

ствиеразличнымбиологическимдействиемрадиации.

αПри–излучениерадиоактивном распаде имеют место несколько основ-

ных видов ионизирующих излучений: α, β, нейтронное и γ:

— поток ядер атомов гелия. Радиоактивный α-рас-

пад происходит внутри ядра. Суть его состоит в том, что тяже-

лое ядро спонтанно испускает α-частицу. При этом порядковый

номер вещества уменьшается на 2 единицы, а массовое число —

на 4 единицы. Альфа-частицы легко ионизируют материал, с ко-

торым приходят в соприкосновение, и передают энергию элек-

тронам этого материала. Длина пробега альфа частицы зависит

от ее энергии и среды — в воздухе альфа-частица может переме-

щатьсянарасстояниеотнесколькихмиллиметровдометра,нов

общем случае, при увеличении плотности среды, это расстояние

снижается. Например, альфа-частицы не проникают через внеш-

ний слой кожи человека, но при вдыхании они могут повредить

тканиβ–излучениелегкого(от0,016до0,069мм).Ионизация:30000парионов

на 1 см пробега.

— поток быстрых электронов, образующихся при

распаде ядер радиоактивных элементов. β-распад характерен

дляестественных иискусственныхисточников.β-частица—это

электрон или позитрон, и она намного легче, чем альфа-частица.

Поэтому, чтобы потерять энергию, ей потребуется переместить-

сянабольшеерасстояние,чемальфа-частице.Пробегбета-части-

цыввоздухеможетсоставлятьвзависимостиотэнергиидо25м,

в биологическихНейт онное излучениетканях до 1 см. Ионизация: от 40 до 150 пар ио -

нов на 1 см пробега.

— это техногенное излучение, возника-

Не обладая зарядом, нейтронное излучение сталкиваясь с ве-

ществом,слабовзаимодействуетсэлементамиатомовнаатомном

уровне, поэтому обладает высокой проникающей способностью.

Остановить нейтронное излучение можно с помощью материалов

с высоким содержанием водорода, например, емкостью с водой.

Нейтронное излучение при прохождении через биологические

ткани, причиняет клеткам серьезный ущерб, так как обладает

значительной–излучениемассой и более высокой скоростью чем альфа излу-

чениеγ . Ионизация: от 40 до 150 пар ионов на 1 см пробега.

излуче-

— коротковолновое электромагнитное-

ние с чрезвычайно-

малой длиной волны (γ кванты с длиной вол-

ны 10

10

–10

-14

м). Гамма-лучи могут проникатьрентгенглубжевские, чемлучиальфа»

-

и бета-частицы. Фотон гамма-лучей с«высокой энергией может

проходить сквозь человека. Понятие

так-

же часто используется для обозначения гамма-лучей, испуска-

емых в процессе радиоактивного распада,

которые приходятся

на нижнюю часть энергетического спектра электромагнитного

излучения, испускаемого в результате радиоактивного распада.

Длина пробега в воздухе 800–900 м. Ионизация: от 3 до 5 пар ио -

нов на 1 см пробега. Проникающая способность в биологические

ткани — до 1 м, т.е. пронизываетрадиоактивнымвсе телораспадомчеловека насквозь.

Весь

радионуклидомпроцесс самопроизвольного распада нестабильного ну-

клида называется

, а сам такой ну-

падаУстановлено, что радиоактивные вещества распадаются со

строго определенной скоростью, измеряемой

(Т1/2)—временем,закотороеисходноечислоактивныхядер

клид —

.

периодом полурас-

в среднем уменьшается вдвое.

В зависимости от длительности периода полураспада все ра-

диоактивные вещества делятся на:

• короткоживущие—отдолейсекундыдонесколькихдней;

•1/2

долгоживущие — от месяцев до миллиардов лет.

Тактивностьдлякаждогорадиоактивноговеществавеличинапостоянная.

Важной характеристикойккерель (Бк, Bq):радиоактивных1 Бк равен.одномувеществядерномуявляетсярас-

ихпаду

кунду. б— число распадов в секунду Единица измерения

активностиувеличением—

периода полураспада масса радиоактивного

С

вещества

при одной и той же активности возрастает. Так, одина-

ковой активностью обладают 0,008 мг

131

I (Т = 8,06 сут.) и 3 т

238

U(Т1/2

= 4,5 млрд. лет).

1/2

15

Изотоп

Период полураспада

Максимальная

энергия МэВ

19890Y (иттрий)

2,67 суток

2,26

32 Au (золото)

2,69 суток

0,96

144Р (фосфор)

14,3 суток

1,71

106Ce (церий)

284 суток

0,3

147Ru (рутений)

366 суток

0,039

204Pm (прометий)

2,62 года

0,223

90 Tl (таллий)

3,78 года

0,765

Sr (стронций)

29,1 года

0,61Таблица 2.

Изотоп

Период полураспада

Энергия МэВ

Радиоактивныеэлементы,используемыевкачествеγ-источников

182192Ir (иридий)

74 суток

0,137–0,651

75 Ta (тантал)

115 суток

0,462–1,23

170Se (селен)

120 суток

0,07–0,4

109Tm (тулий)

129 суток

0,08

127Cd (кадмий)

1,27 года

0,086; 0,336

134Te (теллур)

2,06 года

0,0885

60 Cs (цезий)

2,3 года

0,0566

154Co (кобальт)

5,27 года

1,7; 1,33

137Eu (европий)

8,8 года

0,399–1,4

Cs (цезий)

30 лет

0,202–1,367

периодом полу ыведе ия

Уменьшение концентрации радионуклидов в организме в два

раза называется

. К примеру, на терри-

• если равен 60–120 мкР/ч, местность объявляется зоной

Поглощеннаяповышенногодозавнимания;

• выше 120 мкР/ч — опасные зоны.

энергии ионизирующего

— это количество

излучения, поглощенное облучаемым телом (тканями организ-

ма), в перерасчете на единицу массы.

ИзмеряетсяиндивидуальнымидозиметрамиГрэй(Гр.,ЕдиницейGy):1Гр=1измереДж/кг-

ниявсистемеСИпоглощеннойдозырадявляетсяджоульнакилограмм

(Дж/кг)соспециальнымнаименованием

,

авнесистемнойединицейявляется .1Гр=100рад.

Если живые ткани облучить разными видами радиации, имею-

щимиодинаковуюэнергию,топоследствияальфадляживойизлучениятканибудут

сильноотличатьсявзависимостиотвидарадиоактивногоизлуче-

ния.Например,последствияотвоздействия

сгаммаэнер-

изгиейченияв 1 Дж на 1 кг вещества будут сильно отличаться от послед-

ствийвоздействияэнергиив1Джна1кгвещества,нотолько

. То есть при одинаковой поглощенной дозе радиации, но

только от разных видов радиоактивного излучения, последствия

будутразными.Тоестьдляоценкивлияниярадиациинаживойор-

ганизм недостаточноэквивалентн йпростодозы Эквивалентнпонятия поглощеннойдоза радиацииили экспози-

ционной дозы радиации. Поэтому.

для живых тканей было введено

понятие

излучения

—это

количествоэнергиипоглощённоеживойтканью(поглощеннаядоза

в Грей, рад или Дж/кг) от радиоактивного

с учетом сте-

пенивоздействияЗиверт(наносимого(Зв)

вреда)этойэнергиинаживыеткани

(коэффициентК).ВсистемеБэр(СИбэр)дляизмеренияэквивалентнойдозы

используетсяЭффективная— доза

. Используемая внесистемная единица

эквивалентнойдозы—

:1Зв=100бэр.