Радиоактивность. Основной закон радиоактивного распада. Активность.

Какой эффект будет от облучения  можно сказать если знать величины доз, их мощность, объем облученных тканей и органов, виды излучения.

Если мощность дозы уменьшается, то и уменьшается биологический  эффект.

Различия связаны с возможностью восстановления поврежденного облучением организма. С увеличением мощности дозы значимость восстановительных процессов снижается.

Поглощённая доза излучения измеряется энергией ионизирующего излучения, переданного массе облучаемого вещества. Единица поглощённой дозы – грей (Гр), равный 1 джоулю, поглощённому 1 кг вещества ( 1 Гр = 1Дж/кг = 100 рад ).

Органные повреждения  и зависимость проявлений от дозы на ткань 

Клинический синдром	Минимальная доза, рад
Гематологический : первые признаки цитопении (тромбоцитопении до 10*10 4 в 1 мкл на 29-30-е сутки) агранулоцитоз (снижение лейкоцитов ниже 1*10 3 в 1 мкл), выраженная тромбоцитопения Эпиляция : начальная постоянная  Кишечный : картина энтерита язвенно-некротические изменения  слизистых оболочек ротовой полости, ротоглотки, носоглотки Поражения кожи	50 – 100 200 и более     свыше 250 – 300 700 и более  500, чаще 800 – 1000 1000     800 – 1000 1000 – 1600 1600 – 2500 2500 и более

Эффект биологического действия излучений  зависит также от пространственного распределения поглощённой энергии, которая характеризуется линейной передачей энергии (ЛПЭ), что учитывается при оценке различных видов излучения показателем относительной биологической эффективности (ОБЭ). При этом ОБЭ рентгеновского и g -излучения принимают равной 1.

ОБЭ зависит не только от ЛПЭ излучений, но и от ряда физических и биологических факторов, например, от величины дозы, кратности облучения и др. По предложению Международной комиссии по радиологическим единицам, показатель ОБЭ для оценки различных видов излучения используется только в радиобиолигии. Для решения задач радиационной защиты предложен коэффициент качества излучения k , зависящий от ЛПЭ

ЛПЭ, кэВ/мкм воды	<3,5	7,0	23	53	>175
K	1	2	5	10	20

В области радиационной безопасности для оценки возможного ущерба здоровью человека при хроническом облучении  введено понятие эквивалентной  дозы Н , которая равна произведению поглощенной дозы D на средний коэффициент качества ионизирующего излучения k в данном элементе объёма биологической ткани:

H=Dk

Единица эквивалентной дозы – зиверт (Зв), равный 1 Дж/кг (1 Зв = 100 бэр).

При определении эквивалентной  дозы ионизирующего излучения используют следующие значения коэффициента качества :

Вид излучения	k
Рентгеновское и g -излучение	1
Электроны, позитроны, b -излучение	1
Протоны с энергией <10 МэВ	10
Нейтроны с энергией < 20 кэВ	3
Нейтроны с энергией 0.1 – 10 МэВ	10
a -излучение с энергией < 10 МэВ	20
Тяжёлые ядра отдачи	20

Для оценки ущерба здоровью человека при неравномерном облучении  введено понятие эффектной эквивалентной дозы Н эфф , применяемый при оценке возможных стохастических эффектов – злокачественных новообразований :

Н эфф = S W T H T

где Н Т – среднее значение эквивалентной дозы в органе или  ткани; W T – взвешенный коэффициент, равный отношению ущерба облучения  органа или ткани к ущербу облучения  всего тела при одинаковых эквивалентных  дозах.

Значения коэффициентов W T для различных  органов и тканей приведены ниже :

Орган или ткань	W T
Половые железы	0,25
Молочные железы	0,15
Красный костный мозг	0,12
Лёгкие	0,12
Щитовидная железа	0,03
Кость (поверхность)	0,03
Остальные органы (ткани)	0,3
Всё тело	1,0

Для оценки ущерба от стохастических эффектов воздействий ионизирующих излучений на персонал или население используют коллективную эквивалентную дозу S , равную произведению индивидуальных эквивалентных доз на число лиц, подвергшихся облучению. Единица коллективной эквивалентной дозы – человеко-зиверт (чел.-Зв).

Непосредственно после облучения  человека клиническая картина оказывается скудной, иногда симптоматика вообще отсутствует. Именно поэтому знание дозы облучения человека играет решающую роль в диагностике и раннем прогнозировании течения острой лучевой болезни, в определении терапевтической тактики до развития основных симптомов заболевания.

В соответствии с дозой лучевого воздействия острую лучевую болезнь  принято разделять на четыре степени  тяжести:

Дифференциация  острой лучевой болезни по степени  тяжести в зависимости от биологических показателей в латентный период

Тяжесть ОЛБ, Доза (Гр)	Рвота	Лимфоциты через 48-72 ч. после  облучения (в 1 мкл)	Лейкоциты на 7-9-е сутки  после облучения (в 1 мкл)	Тромбоциты на 20-е сутки после облучения (в 1 мкл)	Сроки Госпитализации (сут.)	смертность
Крайне тяжёлая (>6)	через 10-30 мин. Многократ-ная	100	Менее 1000	Менее 80000	1-е	через 2 недели
Тяжёлая ( 4 – 6 )	через 30 мин. – 3 ч., 2 раза и  более	100-400	1000 – 2000	То же	8-е	без лечения – до 70 %
Средняя ( 2 – 4 )	через 30 мин. – 3 ч., 2 раза и  более	500 – 1000	2000 – 3000	То же	20-е	через 1.5 – 2 мес. может вызвать до 20 %
Лёгкая  ( 1 – 2 )	нет или позже чем через 3 ч., однократная	Более 1000	Более 3000	Более 80000	Необяза-тельно	не смертельна

Дифференциация  острой лучевой болезни по степени  тяжести в зависимости от проявлений первичной реакции

Степень тяжести и доза (рад)	Косвенные признаки
	Общая слабость	Головная боль и состояние  сознания	Температура	Гиперемия кожи и инъекция склер
Легкая (100-200)	Лёгкая	Кратковременная головная боль, сознание ясное	Нормальная	Лёгкая инъекция склер
Средняя (200-400)	Умеренная	Головная боль, сознание ясное	Субфебрильная	Отчётливая гиперемия  кожи и инъекция склер
Тяжелая (400-600)	Выраженная	Временами сильная головная боль, сознание ясное	Субфебрильная	Выраженная гиперемия  кожи и инъекция склер
Крайне тяжёлая (более 600)	резчайшая	Упорная сильная головная боль, сознание может быть спутанным	Может быть 38-39 о С	Резкая гиперемия кожи и инъекция склер

 

  

Само по себе разделение больных  по степеням тяжести весьма условно  и преследует конкретные цели сортировки больных и проведение в отношении  их конкретных организационно-терапевтических  мероприятий. Абсолютно необходимо определять степень тяжести пострадавших при массовых поражениях, когда число пострадавших определяется десятками, сотнями и более.

Острая лучевая  болезнь представляет собой самостоятельное заболевание, развивающееся в результате гибели преимущественно делящихся клеток организма под влиянием кратковременного (до нескольких суток) воздействия на значительные области тела ионизирующей радиации. Причиной острой лучевой болезни могут быть как авария, так и тотальное облучение организма с лечебной целью – при трансплантации костного мозга, при лечении множественных опухолей.

Клиническая картина острой лучевой  болезни весьма разнообразна; она  зависит от дозы облучения и сроков, прошедших после облучения. В своём развитии болезнь проходит несколько этапов. В первые часы после облучения появляется первичная реакция ( рвота, лихорадка, головная боль непосредственно после облучения ). Через несколько дней ( тем раньше, чем выше доза облучения ) развивается опустошение костного мозга, в крови – агранулоцитоз, тромбоцитопения. Появляются разнообразные инфекционные процессы, стоматит, геморрагии. Между первичной реакцией и разгаром болезни при дозах облучения менее 500-600 рад отмечается период внешнего благополучия – латентный период. Деление острой лучевой болезни на периоды первичной реакции, латентный, разгара и восстановления неточное : чисто внешние проявления болезни не определяют истинного положения.

Хроническая лучевая болезнь представляет собой заболевание, вызванное повторными облучениями организма в малых дозах, суммарно превышающих 100 рад. Развитие болезни определяется не только суммарной дозой, но и её мощностью, то есть сроком облучения, в течение которого произошло поглощение дозы радиации в организме. В условиях хорошо организованной радиологической службы в стране случаев хронической лучевой болезни не наблюдается. Плохой контроль за источниками радиации, нарушение персоналом техники безопасности в работе с рентгенотерапевтическими установками приводит к появлению случаев хронической лучевой болезни.

Клиническая картина хронической  лучевой болезни определяется прежде всего астеническим синдромом и  умеренными цитопеническими изменениями  в крови. Сами по себе изменения в  крови не являются источниками опасности  для больных, хотя снижают трудоспособность.

При хронической лучевой болезни  очень часто возникают опухоли  – гемобластозы и рак. При хорошо поставленной диспансеризации, тщательном онкологическом осмотре 1 раз в год и исследовании крови 2 раза в год удается предупредить развитие запущенных форм рака, и продолжительность жизни таких больных приближается к нормальной.

Наряду с острой и хронической  лучевой болезнями, можно выделить подострую форму , возникающую в результате многократных повторных облучений в средних дозах на протяжении нескольких месяцев, когда суммарная доза за сравнительно короткий срок достигает 500-600 рад. По клинической картине это заболевание напоминает острую лучевую болезнь.

Основной закон радиоактивного распада

Каждое радиоактивное  ядро распадается независимо от поведения  всех других ядер, а потому общая скорость распада, т.е. число ядер, распадающихся в единицу времени (активность) пропорционально числу имеющихся радиоактивных ядер. Самопроизвольные превращения радиоактивных ядер приводят к непрерывному уменьшению числа атомов (ядер) исходного радиоактивного изотопа и к образованию дочерних продуктов. Радиоактивный распад относится к разряду вероятностных процессов, и к нему применимы методы статистического анализа.

Уравнение радиоактивного распада (основной закон радиоактивного распада  в дифференциальной форме) имеет вид:

dt

−dN =λN= A

где N -число атомов, не претерпевших распад к моменту времени t, λ - константа, А – радиоактивность радионуклида.

Коэффициент пропорциональности λ называется константой (постоянной) радиоактивного распада (радиоактивной постоянной) и равен вероятности распада каждого отдельного ядра за единицу времени.

Константа λ характеризует неустойчивость ядер радиоактивного изотопа. Из равенства

dN

N

dt         = λ

очевидно, что постоянная распада λ численно равна доле атомов dN/N, распадающихся в единицу времени, при условии, что единица времени достаточно мала по сравнению с перидом полураспада, к имеет размерность обратного времени и чаще всего выражается в сек-1. Смысл основного закона радиоактивного распада состоит в том, что за равные промежутки времени подвергается  распаду постоянная часть от общего количества имеющихся в данный момент атомов радиоактивного изотопа.

С математической точки зрения кинетика распада радионуклида полностью соответствует кинетике необратимой химической реакции 1-го порядка. Интегрирование уравнения (1) при условии, что в начальный момент времени t=0 количество радиоактивных ядер составляет N0 даёт

lnN = −λt + a

Постоянная интегрирования а определяется из начального условия: N=N0 при t=0. Отсюда следует, что a=lnN0. Сопоставляя  эти выражения, получаем

lnN/N0=-λt или N = N е−λt 0 .

Закон радиоактивного распада  описывает убывание со временем среднего числа радиоактивных ядер: N = N е−λt 0

Согласно экспоненциальному  закону, в равные промежутки времени  всегда распадаются равные части  имеющихся радиоактивных атомов. В качестве меры устойчивости радиоактивного нуклида используют период полураспада Т, т.е. промежуток времени, в течение которого распадается половина данного количества радиоактивного нуклида:

T = ln 2 = 0,69315

            λ         λ

 

Период  полураспада - время, требующееся для распада половины атомов данного радиоактивного вещества.