Docsity
Docsity

Przygotuj się do egzaminów
Przygotuj się do egzaminów

Studiuj dzięki licznym zasobom udostępnionym na Docsity


Otrzymaj punkty, aby pobrać
Otrzymaj punkty, aby pobrać

Zdobywaj punkty, pomagając innym studentom lub wykup je w ramach planu Premium


Informacje i wskazówki
Informacje i wskazówki

Promieniowanie jonizujące - naturalne, Ćwiczenia z Ochrona radiologiczna

i wytworzone przez promieniowanie kosmiczne. Page 9. Roczne dawki promieniowania od źródeł naturalnych. Polska. 2.4 mSv.

Typologia: Ćwiczenia

2022/2023

Załadowany 24.02.2023

chomik_82
chomik_82 🇵🇱

4.8

(11)

117 dokumenty

Podgląd częściowego tekstu

Pobierz Promieniowanie jonizujące - naturalne i więcej Ćwiczenia w PDF z Ochrona radiologiczna tylko na Docsity! Biologiczne skutki promieniowania jonizującego Mirosław Lewocki Zachodniopomorskie Centrum Onkologii w Szczecinie Instytut Fizyki Uniwersytetu Szczecińskiego Środowisko człowieka zawiera wiele źródeł promieniowania jonizującego, które powodują stałe napromienianie żywych organizmów. Ponad 30 radionuklidów (dwudziestu kilku pierwiastków) od H-3 do Bi-205, w tym 25 nuklidów o okresie połowicznego zaniku dłuższym niż 1 miesiąc, a 15 radionuklidów dłuższym niż 1 rok, wytwarzanych w oddziaływaniu pierwotnego promieniowania kosmicznego z atmosferą. Są one najczęściej wytwarzane w sposób ciągły w reakcjach w reakcjach jądrowych wysokoenergetycznych cząstek (p, n, α) tego promieniowania z jądrami atomów atmosferycznych. Tak powstają m.in. izotopy: węgla C-14, trytu H-3, berylu Be-7 i in. Śladowe ilości tych izotopów przychodzą wprost z Kosmosu. Źródła promieniowania jonizującego: - naturalne - sztuczne Źródła naturalne: - promieniowanie pochodzące od naturalnych nuklidów znajdujących się w skorupie ziemskiej (tor-232, uran-238) - promieniowanie kosmiczne - izotopy promieniotwórcze wchłaniane do organizmu: potas-40, węgiel-14, rad-226 oraz radon-222 Dawki skumulowane w okresie 70 lat życia Polska 168 mSv Norwegia 365 mSv Indie 2000 mSv Iran 3000 mSv Ramsar (Iran) 17000 mSv Obszary o znacznie podwyższonej zawartości naturalnych pierwiastków promieniotwórczych, na których żyje około 5% ludności świata, znajdują się we Włoszech, Brazylii, Francji, Indiach, Chinach, Iranie, Nigerii i na Madagaskarze. Dawki skumulowane w okresie 70 lat życia Jakkolwiek u mieszkańców tych rejonów nie stwierdza się zwiększonej zachorowalności na nowotwory i inne schorzenia genetyczne (hormeza radiacyjna ?) powszechnie przyjmuje się bezprogowy liniowy model odpowiedzi biologicznej na działanie promieniowania jonizującego. Model liniowej odpowiedzi dawka - skutek W. Gorączko: Radiochemia i ochrona radiologiczna Model hormetyczny Działanie bezpośrednie | Działanie pośrednie | "| zmiany ważnych biologicznie cząsteczek aktywacja procesów reparacyjnych modyfikacja metabolizmu i fizjologii 5 zapoczątkowanie procesu homeostazy zmiany morfologiczne i funkcjonalne poprzez wolne rodniki i utlenianie zwiększenie średniej długości życia zwiększenie płodności i szybkości ogólnego wzrostu i rozwoju prawa funkcji neurologicznych wzrost efektywności systemu immunologicznego wzmocnienie ogólnej odporności j F| zwiększenie przeżywalności w obecności toksyn | [obniżenie śmiertelności ogólnej i śmiertelności noworodków | zmniejszenie podatności na infekcje || spadek zachorowalności na nowotwo W. Gorączko: Radiochemia i ochrona radiologiczna Promieniowanie kosmiczne, którego natężenie nie jest jednakowe, wzrasta wraz z wysokością nad poziomem morza i wynosi od 0.2 do 0.5 mSv na rok. Szczyt Mount Everest – około 40 mSv/rok Orientacyjne dawki roczne (w mSv) jakie otrzymujemy z różnych źródeł promieniowania jonizującego Podstawowe wielkości Promieniowanie jonizujące przechodząc przez materię ożywioną lub nieożywioną oddaje jej swoją energię. Miarą pochłaniania promieniowania jonizującego jest dawka pochłonięta. dawka pochłonięta - energia promieniowania jonizującego pochłonięta przez jednostkową masę materii, uśredniona w tkance lub narządzie Jednostką dawki pochłoniętej jest grej (Gy) 1 Gy = 1 J/kg Skutki biologiczne promieniowania jonizującego zależą nie tylko od pochłoniętej dawki, ale również od rodzaju promieniowania oraz typu tkanki i narządu jakie zostały napromienione. Każda tkanka lub narząd wykazuje inną wrażliwość na promieniowanie, dlatego dla każdej tkanki lub narządu określono współczynniki wagowe, wT, których wartości reprezentują względne ryzyko związane z ich napromienianiem. Współczynniki wagowe tkanek wyznaczone są tak, aby ich suma dla wszystkich tkanek i narządów była równa jedności. Mnożąc wartości dawki równoważnej dla każdej tkanki lub narządu przez odpowiedni współczynnik wagowy tkanki, a następnie sumując iloczyny otrzymuje się wartość dawki skutecznej (efektywnej) wyrażonej w siwertach dawka skuteczna (efektywna) - suma dawek równoważnych pochodzących od zewnętrznego i wewnętrznego narażenia, wyznaczona z uwzględnieniem odpowiednich współczynników wagowych narządów lub tkanek, obrazująca narażenie całego ciała E = T wT HT E = T wT R wR DT,R wT – współczynnik wagowy tkanki Siwert jest jednostką dawki określającą narażenie człowieka na promieniowanie jonizujące. Czynniki wagowe-tkanki (narządu), w. Tkanka (narząd), T 0.20 0,12 0.12 0.12 W wyniku działania promieniowania na materię żywą w przeciągu 10-18 s zachodzi absorpcja energii przez atomy i cząsteczki leżące na drodze wiązki promieniowania. Pochłonięcie energii powoduje w cząsteczkach zjawiska jonizacji i wzbudzenia. Powstają pierwotne produkty: cząsteczki zjonizowane, wzbudzone oraz elektrony, rzadziej lub gęściej rozłożone w napromienianym obszarze. Gęstość tych produktów zależy od prędkości i ładunku elektrostatycznego cząstki jonizującej. Zwykle jest ona określana przez Liniowe Przekazywanie Energii (LET). Jest to ilość energii tracona przez cząsteczkę na jednostkę jej drogi. Wyrażana jest w keV/mm. Dla promieniowania fotonowego i elektronowego gestość produktów i aktów jonizacji jest mała, dlatego promieniowania te nazywamy „nisko- LETowymi”. Natomiast promieniowanie „wysoko-LETowe”, złożone z protonów, cięższych jonów lub neutronów powoduje powstanie skupisk aktów wielokrotnej jonizacji. Wielokrotna jonizacja w większym stopniu uszkadza komórki biologiczne. Dlatego można oczekiwać, że na jednostkę dawki, promieniowanie „wysoko-LETowe” wykazuje wyższą skuteczność biologiczną. Faza chemiczna obejmuje okres w którym atomy lub cząsteczki reagują z innymi elementami składowymi komórki w czasie szybkich (10-5 s) reakcji chemicznych. Jonizacja lub wzbudzenie prowadzi do przerwania wiązań chemicznych i tworzenia wolnych rodników. W odniesieniu do wody zjawisko to nazywamy radiolizą. Wolne rodniki to atomy, cząsteczki lub część cząsteczki, w której pojawił się niesparowany elektron. Wolne rodniki zachowują się jak biologiczne pociski uszkadzając wszystko w co uderzą: lipidową błonę komórkową, DNA i białka. Faza biologiczna zaczyna się od reakcji enzymatycznych, których celem jest naprawa uszkodzeń chemicznych. Reakcje te mogą trwać sekundy, wiele dni lub tygodni. Większość uszkodzeń indukowanych fotonami może ulec naprawie. Przyczyną śmierci komórki są uszkodzenia niemożliwe do naprawy, lub naprawione nieprawidłowo. Dotyczy to zwłaszcza promieniowania o wysokim LET. Mechanizm działania biologicznego  Szkodliwe działanie promieniowania jonizującego zauważono klinicznie już w czasie pierwszych prac z promieniowaniem rentgenowskim i minerałami radioaktywnymi.  Wiele lat potem doświadczenie zdobyte w wyniku długotrwałych studiów o charakterze epidemiologicznym populacji narażonych na promieniowanie, szczególnie osób, które przeżyły ataki bombowe w Hiroshimie i Nagasaki w Japonii w 1945 r. wykazało, że promieniowanie ma również zdolność wzbudzania chorobowych skutków opóźnionych. PRZEWIDYWANE SKUTKI PO JEDNORAZOWYM NAPROMIENIENIU CAŁEGO CIAŁA CZŁOWIEKA Brak objawów klinicznych Brak objawów klinicznych. Okresowe zmiany w obrazie krwi. Bardzo małe prawdopodobieństwo skutków późnych. Objawy kliniczne. Okresowe zmiany w obrazie krwi. Duże prawdopodobieństwo skutków późnych. Ciężkie objawy kliniczne. Ostra choroba popromienna. Dawka śmiertelna dla 50% napromienionych osób. Śmierć w ciągu kilkunastu do kilkudziesięciu dni. Śmierć w ciągu kilku do kilkunastu dni. Śmierć w ciągu kilkunastu godzin do 3 dni. 2-3 Ciężkie objawy kliniczne. Zmiany w obrazie krwi. Częste skutki późne. Dawka śmiertelna dla 25% napromienionych osób. Śmiertelne dawki promieniowania LDsv Organizm LDso [SV] Wirusy 5000 Ameba 1000 Osa 1000 Wąż 800 Ślimak 200 Nietoperz 150 Kura domowa Ryby Szczur Małpa Człowiek Pies Swinia domowa SKUTKI DETERMINISTYCZNE  Po dużych dawkach promieniowania ujawniają się klinicznie takie efekty jak: nudności, rumień skóry, lokalne martwicze zmiany skóry i innych narządów, uszkodzenie układu krwiotwórczego, zaćma popromienna, zmiany zanikowe, zwyrodnieniowe i zwłóknienia w różnych narządach lub w cięższych przypadkach poważniejsze ostre zespoły chorobowe krótko po ekspozycji.  Wynikają one z ogólnego lub miejscowego napromienienia powodującego zabicie tak dużej liczby komórek, że ich brak nie może być skompensowany mnożeniem się nowych. Skutki deterministyczne są łagodniejsze wówczas, gdy nie jest napromieniony cały organizm a tylko jego część. SKUTKI STOCHASTYCZNE  Oprócz skutków deterministycznych promieniowanie może również wzbudzać efekty ujawniające się przypadkowo, takie jak nowotwory, które można wykryć epidemiologicznie w populacji po okresie latencji. Uważa się, że to wzbudzanie zachodzi w całym zakresie dawek bez progu dlatego, w przeciwieństwie do skutków deterministycznych, uniknąć ich nie można.  Wykryto również statystycznie w populacjach ssaków efekty dziedziczne.  Nie stwierdzono efektów dziedzicznych w badanych napromienionych populacjach ludzi. Nowotwory i skutki dziedziczne nazywane są stochastycznymi ponieważ ujawniają się one przypadkowo tylko u niektórych osób. Skutki stochastyczne występują wówczas, gdy napromieniona komórka zostanie zmieniona a nie zabita. Nowotwory powstają po uszkodzeniach komórek zwanych somatycznymi (nie biorącymi udziału w procesach rozrodczych) a zmiany dziedziczne po uszkodzeniach komórek rozrodczych. Prawdopodobieństwo wystąpienia obu rodzajów skutków stochastycznych wzrasta liniowo z dawką bez progu, poniżej którego zaistnienie tych skutków byłoby niemożliwe. Skutki stochastyczne charakteryzują się również tym, że w przypadku wystąpienia choroby nowotworowej lub zmian dziedzicznych nie można jednoznacznie stwierdzić, że zostały one wywołane promieniowaniem m.in. dlatego, że zarówno nowotwory jak i choroby dziedziczne są powodowane nie tylko przez promieniowanie lecz głównie przez wiele często do dziś jeszcze nieznanych czynników. Ciepło, promieniowanie ultrafioletowe, chemikalia, promieniowanie jonizujące działają stale na wszystkie organizmy żywe na Ziemi, powodując w nich zmiany, które nie tylko mogą wywołać choroby nowotworowe, ale również uważane są za istotną przyczynę ewolucji roślin, zwierząt i ludzi. Nowotwory. Zmodyfikowana komórka somatyczna może się rozwinąć po długim okresie utajenia w nowotwór. Mechanizmy naprawcze i obronne organizmu sprawiają, że ten rozwój jest bardzo mało prawdopodobny po małych dawkach, jednakże nie ma dowodów na istnienie progu, poniżej którego nowotwór nie może powstać. Ponad bilion par jonów jest co roku wytwarzane w całej masie DNA w ciele ludzkim pod wpływem naturalnego promieniowania. Tymczasem to promieniowanie jest odpowiedzialne za niewielki odsetek zgonów na choroby nowotworowe, na które współcześnie umiera prawie co czwarty człowiek. Procesy zachodzące od momentu wytworzenia przez promieniowanie pary jonów w DNA niesłychanie rzadko kończą się w pełni i ujawniają jako nowotwór. Na prawdopodobieństwo naprawy uszkodzenia DNA wpływa wiele czynników takich jak: rasa, płeć, stan zdrowia, dieta, tryb życia, narażenie na inne czynniki toksyczne i przede wszystkim wiek.  Prawdopodobieństwo wzbudzenia nowotworu przez promieniowanie jest wyższe po dawkach wysokich, lecz ostrość każdego z rodzajów nowotworów jest niezależna od dawki.  Od momentu inicjacji zmian do chwili ewentualnego ujawnienia się nowotworu upływa wiele lat. Najszybciej, bo już w trzy lata po ekspozycji na promieniowanie jonizujące może pojawić się białaczka, której najwięcej przypadków obserwowano w Japonii po 5-6 latach. Inne rodzaje nowotworów pojawiły się tam później z największą liczbą przypadków po ponad 30 latach.