Promieniowanie jonizujące Flashcards
Naturalne źródła promieniowania jonizującego
- promieniowanie kosmiczne,
- substancje promieniotwórcze znajdujące się w organizmach żywych głównie potas-40,
- substancje promieniotwórcze znajdujące się w skorupie ziemskiej (uran, rad, radon, tor)
Sztuczne źródła promieniowania jonizującego
- w reakcjach jądrowych z cząsteczkami naładowanymi (akceleratory),
- w reakcjach jądrowych z neutronami (reaktory jądrowe) lub z fotonami
występowanie: - źródła używane w badaniach medycznych,
- odpady promieniotwórcze,
- niektóre przedmioty codziennego użytku np. świecące zegarki, odbiorniki telewizyjne
Radon
Bezbarwny, bezwonny radioaktywny gaz szlachetny. Występuje naturalnie jako produkt rozpadu radu, który z kolei powstaje z obecnego w przyrodzie w sporych ilościach uranu.
Radon występuje w powietrzu i powstaje blisko powierzchni minerałów.
Stężenie radonu
Na zewnątrz: większe stężenie radonu jest późnym latem, a mniejsze w zimie, największa aktywność w okolicy Sudetów.
Stężenie radonu jest znacznie większe wewnątrz budynków niż na zewnątrz - większe jest w zimie niż w lecie, co wynika z częstszego wietrzenia pomieszczeń latem niż zimą.
Jak radon przedostaje się do domów?
- z podłoża,
- z materiałów budowlanych,
- z wody i z gazu ziemnego używanych w codziennych czynnościach
Zastosowanie Radonu
- pomiar ruchów mas powietrza,
- wnioskowanie nt szybkości przemieszczania się wody,
- określenie lokalizacji ropy naftowej,
- wzrost koncentracji radonu w wodach podziemnych może być wskaźnikiem zbliżającego się trzęsienia ziemi
Wpływ radonu na organizm
- kąpiele radonowe stosowane w rehabilitacji narządów ruchu, do leczenia cukrzycy, chorób stawów, chorób tarczycy oraz schorzeń ginekologicznych
Radon nie jest szkodliwym pierwiastkiem, w przeciwieństwie do produktów jego rozpadu (metalów ciężkich), które mogą spowodować chorobę popromienną
Promieniowanie alfa
- emisja przez jądro ciężkie lekkiego jądra helu 4/2 He,
- słabo przenikliwe (silnie pochłaniane przez materię), zasięg do 10 cm,
- silnie jonizuje,
- zastosowanie: terapia BNCT
Przykład reakcji:
226/88 Ra -> 222/86 Rn
Promieniowanie beta-minus
- za dużo neutronów w jądrze,
- przenikliwe (do kilku m),
- jonizujące bezpośrednio,
- neutron -> proton + elektron + neutrino elektronowe,
- zastosowanie: testy oddechowe, radioterapia,
Przykład reakcji:
14/6 C -> 14/7 N
Promieniowanie beta-plus
- niedobór neutronów w jądrze,
- ciągłe widmo energetyczne,
- proton -> neutron + pozyton + neutrino elektronowe,
- zastosowanie: PET-CT, PET-NMR, cyklotron, FDG (fluodeoksyglukoza)
Przykład reakcji:
19/9 F -> 19/8 O
Wychwyt elektronu
- niedobór neutronów w jądrze,
- pochłanianie przez jądro elektronu z powłoki K atomu,
- inaczej wychwyt K
Przykład reakcji:
A/Z X -> A/Z-1 Y
Promieniowanie gamma
- pochodzenia jądrowego,
- jonizacja pośrednia,
- bardzo przenikliwe,
- jądro po rozpadzie nie osiąga stanu równowagi,
- istniejący nadmiar energii może zostać wyemitowany w postaci fotonu gamma (który może wywołać: efekt Comptona, efekt fotoelektryczny lub kreację par), bądź przekazany elektronom orbitalnym atomu (konwersja wewnętrzna)
Promieniowanie X
- pochodzenia atomowego,
- widmo złożone: widmo ciągłe + widmo charakterystyczne,
- wychwyt K, konwersja wewnętrzna => emisja promieniowania charakterystycznego,
- zastosowania: badania pośmiertne chorób neurodegeneracyjnych, rtg
Fotony gamma oraz promieniowanie X oddziałuje na:
- elektrony walencyjne,
- elektrony silnie związane w atomach,
- pole elektryczne jąder i elektronów atomowych,
- jądra atomowe
Skutkiem tego jest: - zjawisko Comptona,
- rozpraszanie koherentne fotonów,
- absorpcja fotonów - efekt fotoelektryczny, kreacja par
Elektrony (w tym cząstki beta) oddziałują na:
- elektrony atomowe,
- jądra atomowe
Skutkiem tego jest: - jonizacja atomów,
- wzbudzanie atomów
Efekt fotoelektryczny
foton o energii hv przekazuje całą swoją energię elektronowi na wewnętrznej powłoce elektronowej atomu, w rezultacie foton zanika a elektron zostaje wybity
Ek = hv - Ewiazania_elektronu_na_danej_powloce
Efekt Comptona
- niekoherentne rozproszenie kwantu promieniowania o energii hv0 na elektronach swobodnych,
- warunek: energia fotonu > energia wiązania elektronu na powłoce elektronowej,
- foton przekazuje elektronowi część swojej energii i zmienia kierunek propagacji (zzp)
Kreacja par elektron-pozyton
Zamiana energii fotonu w polu kulombowskim na masę dwóch cząstek - elektronu i pozytonu
Osłabienie strumienia fotonów
Jeżeli strumień fotonów przechodzi przez warstwę materii, to następuje osłabienie jego natężenia. Dla skolimowanej wiązki monochromatycznego promieniowania X lub gamma:
I = Io exp(-ux)
Współczynnik osłabienia
Jest funkcją energii promieniowania, składu chemicznego absorbentu i gęstości danego materiału.
Przyczyny osłabienia strumienia fotonów:
- absorpcja fotonów (efekt fotoelektryczny, kreacja par),
- rozproszenie koherentne i niekoherentne
Wtórne promieniowanie rozproszone
- promieniowanie rozproszone koherentne,
- promieniowanie rozproszone niekoherentne,
- promieniowanie anihilacyjne,
- promieniowanie hamowania,
- promieniowanie fluorescencyjne
Promieniowanie hamowania
Efekt hamowania elektronów obdarzonych energią kinetyczną w wyniku zjawisk Comptona, absorpcji fotoelektrycznej i kreacji par
Zasada ALARA
As low as reasonable achievable
odległość - im dalej od źródła, tym lepiej
Pozaukładowa jednostka aktywności
Kiur (Ci)
Jednostka aktynwości
1 Bq - bekerel - jeden rozpad na sekundę
Jednostka dawki pochłoniętej
D =dE/dm
1 Gy - grej - J/kg
Jest to średnia energia przekazana ośrodkowi przez promieniowanie przypadające na jednostkę masy
Moc dawki pochłoniętej
D’ = dD/dt [Gy/s]
dawka przypadająca na jednostkę czasu
Kerma
K = dE/dm [Gy]
Kinetic Energy Relased in Unit Mass
Jest to wielkość skalująca się z masą (?) XD
Czynniki wpływające na skutki biologiczne promieniowania
- dawka pochłonięta - ilość dawki przekazanej organizmowi przez promieniowanie,
- moc dawki,
- wrażliwość osobnicza,
- rodzaj promieniowania,
- jakie tkanki/narządy zostały napromieniowane
Dawka skuteczna
- daje informacje nt. ekspozycji całego ciała na promieniowanie
Drogi narażenia radiacyjnego
- zewnętrzne źródło promieniowania (metody diagnostyczne i radioterapeutyczne),
- kontakt ze źródłami otwartymi - skażenie na powierzchni skóry,
- wchłonięcie radioizotopu drogą oddechową lub pokarmową
Wielkości operacyjne (robocze)
Dawka skuteczna i równoważna nie są bezpośrednio mierzalne.
Dlatego stosuje się
- równoważnik dawki,
- indywidualny (osobniczy) równoważnik dawki Hp(d)
Wartość dopuszczalnej dawki dla oczu (dawka graniczna)
20 mSv/rok
Osłony
- stałe,
- ruchome,
- osobiste
Do zaprojektowania własnej osłony wymagana jest znajomość:
- charakterystyki promieniowania,
- materiału, z którego chcemy zrobić osłonę,
- krotność osłabienia k dla danej osłony, zależnej od rodzaju materiału (gęstości) oraz jego grubości
Krotność (krotność osłabienia)
stosunek dawki promieniowania zmierzony bez osłony D1 do dawki promieniowania zmierzonej w tej samej odległości, po umieszczeniu osłony miedzy punktem pomiarowym a źródłem D.
Śmierć mitotyczna
utrata zdolności do nieograniczonej liczby podziałów -> niekorzystne dla komórek zdrowych, korzystne w kontekście leczenia nowotworów
promienioczułość komórki
jest wprost proporcjonalna do liczby podziałów a odwrotnie proporcjonalna do stopnia zróżnicowania (dlatego komórki nerwowe są bardziej promieniooporne) (komórki niedzielące się są bardziej odporne na promieniowanie)
Najbardziej promienioczułe tkanki
- limfatyczna,
- krwiotwórcza,
- komórki rozrodcze
Najmniej promienioczułe są:
- komórki nabłonka gruczołowego,
- tkanka wątroby, nerek, pęcherzyków płucnych i mięśniowa
Narządy krytyczne:
- skóra,
- układ krwiotwórczy i chłonny,
- krew obwodowa,
- narządy rozrodcze,
- soczewka oka,
- błona śluzowa jelita
Skutki stochastyczne
- choroby nowotworowe i skutki genetyczne,
- przyjęto bezprogową i liniową zależność dawka-skutek w obszarze małych dawek,
- takie podejście prowadzi do nieuzasadnionego zawyżeń wymaga w stosunku do ochrony radiologicznej przy niskich dawkach
Skutki deterministyczne
- poparzenia popromienne, uszkodzenia narządów lub choroba popromienna prowadząca w ostateczności do skutków letalnych,
- występują przy dużej ekspozycji i są następstwem śmierci pewnej liczby komórek,
- występują dopiero po przekroczeniu odpowiedniego progu dawki, gdyż przy niewielkich dawkach organizm może zastąpić zniszczone komórki, bez zauważalnego wpływu na zdrowie
Krzywa przeżywalności
- zależność przeżywalności od dawki, uzyskana dla różnych dawek promieniowania i różnych liczb komórek poddanych promieniowaniu,
- ilościowa ocena wpływu promieniowania na populację komórkową
Uśredniona dawka letalna (D37)
- miara wrażliwości komórek na promieniowanie,
- dawka, która redukuje liczę komórek do 37%, mierzona na prostoliniowym odcinku krzywej przeżywalności,
- dla większości typów komórek dzielących się, średnia dawka letalna wynosi ok. 2 Gy, a dla szczególnie wrażliwych ok. 0,5-1 Gy
Dawka quasi-progowa (Dq)
- informuje o wrażliwości komórek na promieniowanie,
- miara zdolności regeneracji komórek w zakresie niskich dawek promieniowania,
- oblicza się ją przedłużając prostoliniowy odcinek krzywej przeżywalności aż przetnie on przeżywalność na poziomie 100%,
- wysoka wartość Dq świadczy o dużej zdolności naprawczej komórek
Względna skuteczność biologiczna
Relative Biological Effectiveness (RBE)
- stosunek dwóch pochłoniętych dawek promieniowania różnego rodzaju lub energii, wywołujących taki sam skutek biologiczny,
- najczęściej promieniowaniem odniesienia jest promieniowanie X przy napięciu 250 kV lub wiązka promieniowania koblat-60
- RBE = (dawka promieniowania odniesienia wywołująca efekt F) / (dawka innego promieniowania wywołującego efekt F)
Względna skuteczność biologiczna
Relative Biological Effectiveness (RBE)
- stosunek dwóch pochłoniętych dawek promieniowania różnego rodzaju lub energii, wywołujących taki sam skutek biologiczny,
- najczęściej promieniowaniem odniesienia jest promieniowanie X przy napięciu 250 kV lub wiązka promieniowania koblat-60
- RBE = (Rdawka promieniowania odniesienia wywołująca efekt F) / (dawka innego promieniowania wywołującego efekt F)
RBE zależy od
Relative Biological Effectiveness
- rodzaju i energii promieniowania (różny LET),
- dawki promieniowania,
- liczby frakcji,
- mocy dawki,
- efektu biologicznego i rodzaju tkanki
Choroby popromienne:
- zespół mózgowy,
- zespół jelitowy,
- zespół szpiku kostnego
Hormeza
Korzystny wpływ czynnika w małych dawkach, podczas gdy w większych jest szkodliwy dla organizmu
Hormeza radiacyjna
postulowany pozytywny wpływ małych dawek promieniowania na organizmy żywe, polegający m.in. na zmniejszeniu prawdopodobieństwa zachorowania na nowotwory złośliwe i inne choroby o podłożu genetycznym poprzez stymulowanie komórkowych mechanizmów naprawczych
