Дәріс. РАДИОАКТИВТІЛІК. ДОЗА НЕГІЗДЕРІ. РАДИОНУКЛИДТЕРДІ МЕДИЦИНАДА ҚОЛДАНУ.

Лекция жоспары

1. Радиоактивтілік туралы түсінік

2. Радиоактивтіліктің ыдырау заңы.

3. Дозаметрия туралы түсінік.

4. Доза түрлері: жұтылу,экспозициялық және эквиваленттік.

5. Доза қуаты.

6. Дозаның өлшем бірліктері.

7. Радионуклидті медицинада қолдану.

Лекция мақсаты:радиоактивтілік құбылысының негізін ашып көрсету, иондаушы сәулелердің әсерін сипаттауды, оның сандық көрсеткіштерін талдау, радионуклидтерді медицинада қолдануды қарстыру.

Радиоактивтілік құбылысын 1896 жылы А.Беккерель ашқан. Ол уран тұзының белгісіз сәулелер шығаратыдығын байқаған, бұл құбылыс радиоактивтілік деп аталады. Радиоактивтілік деп кей атом ядроларының өз бетінше ыдырып (қирап) басқа заттың ядросына айналуын атаймыз. Бұл құбылысты терең зерттеген Мария мен Пьер Кюрилер радиактивтілік ыдырау кезінде «альфа», «бета» және «гамма» сәулелері шығатындығын, «альфа» сәулесі деп гелиидің ядросын, «бета» дегеніміз электрон немесе позитрон бөлшегі екендігін, ал «гамма»- жоғары энергиялы электромагниттік толқын екендігін анықтады.

Кез келген атом ядросы протон және нейтроннан тұрады, оларды жалпы түрде нуклондар деп атайды. Ядродағы протон саны «р» химиялық элементтің реттік нөміріне Z сәйкес келеді және заттың химиялық қасиетін сипаттайды, ал ядродағы нуклондар саны A= p+n заттың массалық саны деп аталады, мұндағы «n» нейтрон бөлшегінің саны. Сонда кезкелген атом ядросы мына түрде белгіленеді: химиялық элементің белгісінің жоғары жағына массалық саны,төменгі жағына реттік саны көрсетіледі , мысалы мұндағы - 12 көміртегінің атомдық салмағы, 6- оның периодтық кестедегі реттік саны немесе протон саны.

Атомдық нөмірлері бірдей, бірақ массалық саны әр түрлі болатын заттар кездеседі, оларды изотоптар деп атайды, мысалы тұрақты көміртегі, ал оның изотопы болып келеді.

Радиоактивтілік құбылысы кезіндегі ядроның ыдырауы (басқа зат ядросына айналуы) мына өрнек бойынша сипатталады:

N = N₀e^-lt.

Бұл өрнек радиоактивтіліктің ыдырау заңы деп аталады, мұндағы N₀ - бастапқы ядролар саны, N- t уақыттан кейін әлі ыдырамаған ядролар саны, l-ыдырау тұрақтысы, ол сан жағыннан бірлік уақыт ішінде ядролардың ыдырау ықтималдығына тең шама. Сонда ыдыраған ядролар саны dN =N₀-N тең болады.

Радиоактитілік құбылысын сипататуда l-ыдырау тұрақтысының орнына жартылай ыдырау периоды Т деген шаманы қолданады. Жартылай ыдырау периоды деп барлық ядролардың тең жартысының ыдырауына кететін Т уақытты атайды. Бұл уақыт кей ядролар үшін миллиардтаған жылдарға созылады, ал кей ядролар үшін секундтың бір бөлігіне тең. Төмендегі кестеде осындай мәліметтер берілген:

Жартылай ыдырау периоды Т және ыдырау тұрақтысы l өз ара мына түрде байланыста: Т=ln2/l=0.693/l. Осы мәліметті қолданып радиоактивтіліктің ыдырау заңын мына түрде жазауға болады: N = N₀е^-0,69t/Т.

Радиоактивті зат ядросының ыдырау нәтижесінде ол басқа затқа айналады, осындай құбылыстың нәтижесінде табиғатты кең таралған ураның U-238 ядросы альфа сәулесін шығарып 4,47 миллиард жыл кейін Тh-234 айналады, ол өз кезегінде бета сәулесін шығарып 24,1 күннен кейін Проактиний-234, ол бета сәулесін шығарып 1,17 мин. кейін U-234 айналады, бұл үрдіс 15 рет жалғасып, ең соңында одан ары ыдырамайтын, ядросы тұрақты Pb-208 қорғасынға айналады. Бұл тізбекті реакция төменде көрсетілген ретпен жүреді.

Заттың радиоактивтілік белсенділігін активтілік деген шамамен сипаттайды, ол сан жағынан бірлік уақыт ішінде ыдыраған ядро санына тең: А = dN/dt. Активтілік Беккерель (Бк) деген шамамен өлшенді, сонымен қатар кюри (Ки) деген өлшеу бірлігі де қолданылады: 1 Ки =3,7×10¹⁰ Бк.

Енді радиоактивті ыдырау түрлерін талдайық. Өздеріңізге белгілі радиоактівтілік кезінде ядродан a, b және g бөлшектері ұшып шығатын. Зерттеулер a бөлшегі гелий ядросы екендігін көрсетті. Ол ыдырайтын радиоактивті зат ядросы құрамындағы протон бөлшегі, олай болса a ыдырауы нәтижесінде жаңадан пайда болатын зат мына реакация бойынша анықталынады: , мұндағы X- бастапқы зат ядросы, Y ыдырау нәтижесінде жаңадан пайда болған ядро, ал гелий ядросы. Жаңадан пайда болған ядро қозған күйде болады, сондықтан оның негізгі күйге көшуі g сәулесін шығарумен қатар жүреді, жалпы барлық ыдырау түрлері g сәулесін шығарумен ерекшеленеді. Альфа сәулесінің энергиясы 4-9 МэВ тең.

Радиоактивтілік кезінде бөлінетін b сәулесі е^- электрон немесе оған қарама қарсы е⁺ позитрон (антиэлектрон) бөлшегі екен. Өздеріңізге белгілі ядрода құрамында мұндай бөлшектер кездеспейді, бұл бөлшектер ыдырайтын зат ядросы құрамындағы протон немесе нейтрон бөлшектерінің радиоактивтілік кезінде басқа бөлшектерге айналуы кезінде пайда болады және мұндай ыдыраулар гамма сәулесін шығарумен қабаттасып жүреді. b- ыдырау екі түрде кездеседі.

1. Электронды b^- ыдырау. Бұл ядродағы нейтрон бөлшегінің протон және электронға айналуы кезінде орын алады: мұндағы -антинейтрино бөлшегі.

2. Позитронды b⁺ ыдырау. Бұл ядродағы протон бөлшегінің нейтрон және позитронға айналуы кезінде орын алады: мұндағы -нейтрино бөлшегі.

Радиоактивтіліктің электронды е-қармау деген түрі де кездеседі. Бұл құбылыс ядроның ішкі қабаттардың бірінен электронды қармап алып, нәтижесінде ядродағы бір протонның нейтронға айналуы кезінде байқалады: Бұл құбылыс тікелей иондаушы(гамма) сәулесін шығарумен қабаттасып жүрмегенмен, құбылыс нәтижесінде гамма сәулесі пайда болады. Электрон қабаттындағы босаған орынған сыртқы қабаттан электрон ауысқан кезде рентген сәулесі пайда болады.

ДОЗАМЕТРИЯ

Кей сәулелердің (ультракүлгін, рентген, гамма) немесе олардың бөлшектерінің (фотондарының) энергиясы өте жоғары болып келеді, соның нәтижесінде олар әсер еткен денелердің атомдары мен молекулары бұзылады, яғни ионданады. Сол себепті мұндай сәулелерді иондаушы сәулелер деп аталады. Бұл құбылыс әсірсе биологиялық құрылымдардың жеке бөлімдеріне үлкен зақым келтіреді, соның нәтижесінде оларда мутациялық құбылыстар орын алуы мүмкін. Иондаушы сәулелердің түрлі әсерлерін сипатушы үшін доза деген шама қолданылааы.

Жұтылу дозасы деп дене элементі жұтқан иондаушы сәуле энергиясының dE сол дене массасына dm қатынасына тең шаманы атайды: D= dE/dm. Жұтылу дозасы СИ өлшеу жүйесінде грей (Гр) деген шамамен өлшенеді, сонымен қатар рад деген өлшеу бірлігі де қолданылады 1 рад= 10^-2 Гр тең.

Жұтылу дозасы иондаушы сәулелердің денеге тигізетін түрлі радиациялық әсерлерін толық сипаттай алмайды. Осы олқылықты жою үшін иондаушы сәуленің әсерін сапа коэффициенті деген шамамен сипаттайды. Сапа коэффициенті сан жағынан дозалары бірдей, иондаушы сәуленің биологиялық әсерін рентген немесе гамма сәулесіне салыстырғанда қаншалықты жоғары немесе кем екендігін көрсететін шамаға тең. Иондаушы сәуленің биологиялық әсері ретінде сәуленің әсерінен денеде орын алатын құбылысты атайды. Мысалы, иондаушы сәуленің әсерінен зақымдалған жасуша саны, немесе денеде пайда болған зарядталған бөлшектердің саны және т.б. мәліметтерді атауға болады.

№1 кесте

Кестеден α сәулесі үшін сапа коэффициенті 20 тең. Мұны қалай түсіну керек, бұл α сәулесінің биологиялық әсері рентген сәулесіне салыстырғанда 20 есе көп дегенді білдіреді.

Сапа коэффицентін ескере отырып анықталған дозаны эквиваленті доза деп атайды, ол мына өрнекпен анықталынады: H =K×D. Эквиваленті доза зиберт (Зв) деген шамамен өлшенеді, сонымен қатар бэр(биологический эквивалент рентгена) деген өлшеу бірлігі де қолданылады 1 бэр= 10^-2 Эв тең.

Иондаушы сәулелердің ауаны иондау қабілетін ескеріп, экспозициялық доза деген шама енгізілген. Ол сан жағынан ауаның бірлік массасы көлемінде пайда болған барлық оң иондардың шамысына X =Q/m тең. Экспозициялық доза Кулон/кг өлшенеді, бірақ бұл өте үлкен шама болғандықтан, практикада одан көп кіші рентген-Р деген шама қолданылады 1Р = 2,58 10^-4 Кл/кг.

Жұтылу және экспозициялық доза арасында мына түрде өз ара байланыс бар: D=fX, мұндағы f-өтпелі коэфициент деп аталады. Жұмсақ ұлпалар үшін f=1 тең, сондықтан «рад» анықталған жұтылу дозасы «рентегнмен» анықталған экспозициялық дозаға сан жағынан тең болады.

Доза қуаты деп доза шамасының сол дозаны қабылдаған уақытқа қатынасымен анықталынатын шаманы атайды: N_D = D/t N_X=X/t N_H=H/t.

Жұтылу дозасының қуаты Гр/ мин; Гр/сағ экспозициялық доза қуаты микрР/сағ; милР/сағ; Р/сағ және т.б. өлшенеді. Эквивалентті доза Зв/мин; Зв/сағ; Зв/жыл; бэр/ мин; бэр/сағ. өлшенеді.