Файл: Число протонов в ядре (М) определяет его заряд и соответствует порядковому (атомному) номеру элемента в периодической системе.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 22.11.2023
Просмотров: 25
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
1
Ионизирующее излучение – излучение (электромагнитное, корпускулярное), которое при взаимодействии с веществом непосредственно или косвенно вызывает ионизацию и возбуждение его атомов и молекул.
Для понимания действия ионизирующего излучения на организм человека и правильного проведения оздоровительных мероприятий по защите больных и персонала нужно иметь определенные представления о радиоактивности и свойствах различных видов излучений.
Как известно, все атомы состоят из положительно заряженных ядер и вращающихся вокруг них отрицательно заряженных частиц – электронов. Последние вращаются вокруг ядра по замкнутым эллиптическим орбитам, которые располагаются в виде слоев или оболочек.
Чем больше заряд ядра, тем больше электронов содержит атом. Сумма зарядов электронов по абсолютной величине равна заряду ядра, что обеспечивает нейтральность атома в целом.
Ядро атома состоит из элементарных частиц нуклонов, которые существуют в виде протонов и нейтронов. Протон — это ядерная частица с положительным элементарным электрическим зарядом (+1). Нейтрон — ядерная частица, не обладающая зарядом.
Число протонов в ядре (М) определяет его заряд и соответствует порядковому (атомному) номеру элемента в периодической системе.
Сумма протонов и нейтронов соответствует массовому числу (М), которое является ближайшим целым числом по отношению к атомному весу.
Число нейтронов в ядре соответствует разнице между массовым числом и количеством протонов в ядре.
Атомы одного и того же элемента могут иметь ядра, содержащие одинаковые количества протонов, но отличающиеся друг от друга количеством нейтронов. Такие разновидности атомов получили название изотопов. Таким образом, у изотопов порядковый номер одинаков, а различаются массовые числа. Явление изотопии широко распространено. У водорода, например, имеется два устойчивых изотопа, у кислорода – три, у олова – десять.
Протоны и нейтроны, из которых состоит ядро, связаны между собой особыми силами притяжения, так называемыми ядерными силами. Особенность ядерных сил состоит в том, что их действие сказывается на очень коротких расстояниях, порядка размера ядра. Наряду с силами притяжения, действующими между всеми частицами ядра, между протонами существуют
также обычные электростатические силы отталкивания, уменьшающие устойчивость атомного ядра. Ядерные силы образуют устойчивые, наиболее крепко связанные комплексы нуклонов только при определенном соотношении протонов и нейтронов. У легких элементов периодической системы (у которых атомный номер меньше 20) отношение числа нейтронов к числу протонов соответствует приблизительно единице. Ядра таких элементов являются устойчивыми. С ростом атомного номера число нейтронов в ядре начинает превышать число протонов. Для тяжелых ядер соотношение между числом нейтронов и числом протонов достигает значений близких к 1,6, что и обуславливает их неустойчивость. Нарушение соотношения между числом протонов и нейтронов в ядре ведет к ослаблению ядерных сил и самопроизвольному превращению ядер, т. е. к радиоактивности.
Радиоактивность – это самопроизвольное превращение (распад) ядер одних элементов в другие, сопровождающееся испусканием ионизирующих излучений.
Многие химические вещества содержат радионуклиды и называются радиоактивными веществами.
Различают несколько видов радиоактивных превращений (таблица):
- альфа-распад с образованием ядер гелия;
- электронный и позитронный бета-распады;
- К-захват;
- деление ядер;
- термоядерные реакции.
В результате изучения процесса радиоактивного распада установлено, что не все ядра изотопа распадаются одновременно: в каждую единицу времени распадается лишь часть общего числа радиоактивного элемента – происходит уменьшение числа атомов вещества. Закон уменьшения количества радиоактивных атомов во времени называется законом радиоактивного распада. Сущность его заключается в следующем (таблица): количество радиоактивных атомов данного изотопа, распадающихся за единицу времени пропорционально количеству всех радиоактивных атомов или, иными словами, за одну секунду распадается всегда одна и та же доля радиоактивных атомов данного изотопа независимо от их количества.
Уменьшение количества радиоактивных атомов у одних изотопов идет быстрее, у других – медленнее. Для каждого радиоактивного изотопа средняя скорость распада атомов есть величина постоянная и неизменная, характерная для него: ее называют постоянной радиоактивного распада (λ). Так, например, для радия-226 постоянная распада 1,35·10-10 с-1 – это значит, что в секунду распадается 1,35·10-10 доля атомов радия.
Для характеристики радиоактивного изотопа большое значение имеет период полураспада (Т) – время, в течение которого распадается половина атомов данного изотопа. В зависимости от периода полураспада различают: короткоживущие радионуклиды – Т до нескольких суток; долгоживущие – Т – от нескольких месяцев до миллиардов лет.
Скорость ядерных превращений характеризуется активностью, то есть числом ядерных превращений в единицу времени. За единицу принят Беккерель (Бк) – одно превращение в единицу времени (внесистемная единица – кюри (Ки) 3,7·1010 ядерных превращений в 1 с).
Существует 2 вида ионизирующего излучения: корпускулярное и электромагнитное.
Корпускулярные – альфа- и бета-излучения, нейтронное излучение. Электромагнитные – гамма- и рентгеновское излучение.
Для оценки повреждающего действия ионизирующего излучения важно знать физические характеристики данного вида излучения:
- энергия излучения (максимальна у альфа)
- проникающая способность (максимальна у электромагнитных излучений).
Источник ионизирующего излучения – объект, который содержит радиоактивное вещество, или техническое устройство, которое создает или в определенных условиях способно создавать ионизирующее излучение.
Облучение - влияние на человека ионизирующего излучения от источников, которые находятся вне организма (внешнее облучение), или от источников, которые находятся внутри организма (внутреннее облучение).
2
В медицине используются закрытые и открытые источники ионизирующих излучений.
Закрытый источник - радиоактивный источник излучения, устройство которого исключает поступление радиоактивных веществ в окружающую среду в условиях применения и износа, на которые он рассчитан.
Закрытые источники, используемые в медицине, делятся на изотопные и неизотопные.
К неизотопным источникам относятся рентгеновские установки и ускорители элементарных частиц. Данные источники периодически генерируют излучение только в период их применения (когда на рентгеновскую трубку будет подано напряжение, и будет запущен ускоритель). Опасность для персонала отмечается только в период работы данных установок (опасность определяется напряжением, силой тока и материалом анода).
К изотопным относятся радионуклидные источники. Эти источники постоянно генерируют ионизирующее излучение, так как в основе их действия лежит распад радиоактивных веществ, который подчиняется основному закону радиоактивного распада.
Открытый источник - радионуклидный источник излучения, при использовании которого возможно поступление содержащихся в нем радиоактивных веществ в окружающую среду. Открытый источник дает излучение и радиоактивное загрязнение окружающей среды. Работа персонала с открытым источником может сопровождаться попаданием РВ как внутрь организма, так и на поверхность тела.
В действии ионизирующего излучения на вещество выделяют первичные и вторичные процессы.
Первичные – взаимодействие излучения с молекулой с образованием возбужденных молекул, ионов или осколков молекул – свободных радикалов.
Положительные ионы теряют электрон, отрицательные – присоединение электрон к нейтральному атому.
Вторичные – последующее превращение возбужденных молекул, ионов или радикалов. Химически активные вещества взаимодействуют с биологическими структурами, при которых отмечается деструкция структур, образование новых, не свойственных облучаемому организму соединений, а значит и структур.
Основные факторы,
определяющие выраженность действия ионизирующего излучения на человека.
1. Поглощенная доза облучения.
Поглощенная доза облучения – это количество энергии поглощенной единицей массы облучаемого объекта от ионизирующего излучения. Единица измерения – Грей (Гр).
Биологическое действие ионизирующего излучения зависит не только от поглощенной энергии, но и от удельной плотности ионизации, создаваемой излучением. Это зависит от вида излучения.
2. Вид излучения.
Альфа излучение обладает максимальной ионизационной способностью. Для сравнения биологического действия различных видов излучений в радиобиологии было введено понятие радиационного взвешивающего фактора – коэффициент, учитывающий относительную биологическую эффективность разных видов ионизирующей радиации. За единицу приняты эффективности рентгеновского и гамма-излучения. То есть, сравниваем биологические повреждения от альфа- (коэффициент равен 20) и гамма-излучения (соответственно коэффициент равен 1) при одинаковых условиях облучения и одинаковых поглощенных доза облучения – получим, что альфа излучением вызовет «условно» 20-ти кратный повреждающий эффект.
Таким образом, для человека важна не только сама поглощенная доза, а доза облучения с учетом действия данного вида излучения – эквивалентная доза облучения органа – определяется произведением поглощенной в органе
дозы на радиационный взвешивающий фактор. Единица измерения – Зиверт (Зв), внесистемная – бэр.
Если облучение тела неравномерное (отложение радионуклида в отдельном органе, прицельный снимок), то используется производная от эквивалентной дозы облучения – эффективная доза облучения тела – произведение эквивалентных доз облучения органов на соответствующий тканевой взвешивающий фактор.
Тканевой взвешивающий фактор – коэффициент, который отражает относительную (относительно всего тела) вероятность стохастических (отдаленных, вероятностных) эффектов в ткани (органе) – равен отношению вреда облучения органа к вреду от облучения всего тела при одинаковых эквивалентных дозах.
3. Длительность и дробность облучения.
Более длительное и дробное облучение вызывает меньший повреждающий эффект в организме, нежели быстрое и одномоментное за счет восстановительных (репарационных) процессов в клетке и тканях.
4. Объем облучаемых тканей.
Биологический эффект зависит от того облучается все тело или только часть (как правило больший объем – большее повреждение). Облучение тела собаки в смертельных дозах при экранировании живота не дает летального исхода. Облучение органа человека при злокачественном новообразовании проводится дозами в несколько десятков Гр (несколько смертельных доз при общем облучении).
5. Радиочувствительность и функциональное назначение органов и тканей.
Радиочувствительность (степень повреждения) различных органов и тканей неодинакова. Большая радиочувствительность у половых клеток, красного костного мозга, значительно меньшая – кожи, мышц.
6. Способ облучения (внешнее и внутреннее).
Внутреннее облучение, при прочих равных условиях, более опасно (радионуклид разносится по всему организму – облучение всех органов и тканей).
7. Индивидуальные особенности организма.
Для каждого организма характерна своя скорость восстановительных (репарационных) процессов, что обуславливает выраженность повреждающего действия ионизирующей радиации.
8. Условия внешней среды.
При воздействии на человека наряду с ионизирующей радиацией других неблагоприятных (вредных) факторов, как правило, усиливаются изменения в облучаемом организме.
Радиационная опасность при работе с РВ и источниками ионизирующих излучений определяется радиотоксичностью. Радиотоксичность - свойства радионуклидов вызывать патологические изменения при попадании в организм.
Радиотоксичность изотопов зависит от: