Старт в науке. Методы определения радиоактивности препаратов (относительный, расчетный, абсолютный) Цифровой монитор излучения

Заказать написание уникльной работы

" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">Тема: Методы определения радиоактивности препаратов

" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">Вопросы: " xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">1. Абсолютный метод измерения радиоактивности

2. Расчетный метод измерения радиоактивности

" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> 3. Относительный метод измерения радиоактивности

" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">Абсолютный метод измерения радиоактивности

Абсолютный метод применяют при отсутствии необходимых образцовых источников для измерения препаратов относительным методом или в случае неизвестного изотопного состава радионуклидов, содержащихся в исследуемой пробе.

При радиометрии препаратов абсолютным методом применяют установки, позволяющие регистрировать все бета-частицы, образующиеся при распаде радионуклидов, или точно установленную часть их. К таким приборам относятся установки с торцовыми или 4  -счетчиками (например, радиометр 2154-1М "Протока", УМФ-3 и др.). Измеряемый препарат помещают внутрь счетчика и со всех сторон окружают рабочим объемом газа. Благодаря этому улавливаются и регистрируются почти все бета-частицы, вылетающие из препарата, т. е. практически достигается почти 100 %-ная эффективность счета. Таким образом, при работе с таким счетчиком поправки на поглощение и рассеяние в препарате и подложке сводят к минимуму. Но детекторы подобного типа сложнее, чем газоразрядные счетчики.

" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">Для определения абсолютной активности на установках с 4 ;font-family:"Symbol"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> " xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">-счетчиками исследуемый материал наносят тонким слоем на специальные пленки (ацетатные, коллоидные и др.) толщиной 10-15 мкг/см ;vertical-align:super" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">2 " xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">. Для повышения точности измерения (лучше 10-15 %) пленки-подложки металлизируют нанесением металлического слоя с помощью специальных распылительных установок, например универсальной вакуумной распылительной установки УВР-2. Толщина нанесенного металлического слоя должна быть 5-7 мкг/см ;vertical-align:super" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">2 " xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">. Коэффициент пересчета (К) в этом случае будет равен 4,5 ;font-family:"Symbol"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> " xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">10 ;vertical-align:super" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">-13 " xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> Ки/(имп/мин).

Расчетный метод измерения радиоактивности

Расчетный метод применяют, если для измерения используют установки с торцовыми счетчиками. Для этого препараты помещают под окошко счетчика на расстоянии 20-30 мм от него. Бета-излучатели с малой энергией следует располагать на расстоянии 6-7 мм от счетчика. Для сопоставления скорости счета с активностью вводят в результаты измерения ряд поправочных коэффициентов, учитывающих потери излучения при радиометрии.

" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">Абсолютную активность препаратов А ;vertical-align:sub" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">пр " xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">(Ки) тонкого и промежуточного слоев определяют по формуле:

" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> " xml:lang="en-US" lang="en-US">N ;vertical-align:sub" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">0

" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">А ;vertical-align:sub" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">пр " xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">=

" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> 2,22 ;font-family:"Symbol"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> " xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">10 ;vertical-align:super" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">12 ;font-family:"Symbol"" xml:lang="en-US" lang="en-US"> " xml:lang="en-US" lang="en-US">KP ;font-family:"Symbol"" xml:lang="en-US" lang="en-US"> " xml:lang="en-US" lang="en-US">mqr ;vertical-align:super" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">

" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">где " xml:lang="en-US" lang="en-US">N ;vertical-align:sub" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">0 " xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> - скорость счета препарата (без фона), имп/мин; ;font-family:"Symbol"" xml:lang="en-US" lang="en-US"> " xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> - коэффициент, учитывающий геометрический фактор измерения; ;font-family:"Symbol"" xml:lang="en-US" lang="en-US"> " xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> - поправка на разрешающее время счетчика; К - коэффициент, учитывающий поглощение бета-излучения в слое воздуха и материале окошка счетчика; Р - коэффициент самопоглощения бета-излучения в материале препарата; ;font-family:"Symbol"" xml:lang="en-US" lang="en-US"> " xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> - поправка на гамма-излучение при смешанном излучении; " xml:lang="en-US" lang="en-US">m " xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> – масса измеряемого препарата; " xml:lang="en-US" lang="en-US">q " xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> - коэффициент, учитывающий обратное рассеяние бета-излучения от алюминиевой подложки; " xml:lang="en-US" lang="en-US">r ;vertical-align:super" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> " xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> - поправка на схему распада.

Коэффициент r , учитывающий поправку на схему распада, т. е. относительное содержание бета-излучения в препарате, для многих бета-излучателей равен 1. Для радионуклида калия-40 коэффициент г равен 0,88, так как из 100 % актов распада 88 % приходится на бета-распад, а 12 % - на К-захват, сопровождающийся гамма-излучением.

При определении удельной активности формула принимает вид:

" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> 1 ;font-family:"Symbol"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> " xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">10 ;vertical-align:super" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">6 ;font-family:"Symbol"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> " xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> " xml:lang="en-US" lang="en-US">N ;vertical-align:sub" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">0

" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">А ;vertical-align:sub" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">пр " xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">=

" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> 2,22 ;font-family:"Symbol"" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> " xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">10 ;vertical-align:super" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">12 ;font-family:"Symbol"" xml:lang="en-US" lang="en-US"> " xml:lang="en-US" lang="en-US">KP ;font-family:"Symbol"" xml:lang="en-US" lang="en-US"> " xml:lang="en-US" lang="en-US">mqr ;vertical-align:super" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">

где, 1  10 6 - переводной коэффициент при пересчете на 1 кг при измерении m в мг.

Относительный метод измерения радиоактивности

Относительный метод определения радиоактивности препаратов основан на сравнении скорости счета от эталона (препарат с известной активностью) со скоростью счета измеряемого препарата. Преимущество этого метода в простоте, оперативности и удовлетворительной достоверности. В качестве эталона используют радионуклиды, идентичные или близкие по физическим свойствам радионуклидам, содержащимся в измеряемых препаратах (энергия излучения, схема распада, период полураспада). Измерения эталона и препарата проводят в одинаковых условиях (на одной и той же установке, с одним и тем же счетчиком, на одинаковом расстоянии от счетчика, на подложке из одного материала и одинаковой толщины, препарат и эталон должны иметь одинаковые геометрические параметры: площадь, форму и толщину).

" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">Желательно иметь в качестве эталона долгоживущий радиоактивный изотоп, т.к. его можно использовать длительное время без внесения поправок. При радиометрии проб объектов внешней среды, содержащих бета-излучающие радионуклиды, в качестве эталона используют калий-40, стронций-90 + иттрий-90, Т " xml:lang="en-US" lang="en-US">h " xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">-234. Для изготовления эталона из калия-40 применяют химически чистые соли КС1 или " xml:lang="en-US" lang="en-US">K ;vertical-align:sub" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">2 " xml:lang="en-US" lang="en-US">SO ;vertical-align:sub" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">4 " xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">. ;vertical-align:sub" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> " xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">Сначала измеряют скорость счета от эталона " xml:lang="en-US" lang="en-US">N ;vertical-align:sub" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">эт " xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> затем скорость счета от препарата " xml:lang="en-US" lang="en-US">N ;vertical-align:sub" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">пр " xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">. Исходя из того, что скорость счета от эталона пропорциональна активности эталона, а скорость счета от препарата - активности препарата, находят радиоактивность исследуемого препарата.

А эт N пр

А эт  N эт = А пр  N пр  А пр =

" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> " xml:lang="en-US" lang="en-US">N ;vertical-align:sub" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">эт

" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">где А ;vertical-align:sub" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">эт " xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> - радиоактивность эталона, расп/мин; А ;vertical-align:sub" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">пр " xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> - радиоактивность препарата (пробы), расп/мин; " xml:lang="en-US" lang="en-US">N ;vertical-align:sub" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">эт " xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">- скорость счета от эталона, имп/мин; " xml:lang="en-US" lang="en-US">N ;vertical-align:sub" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">пр " xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> -скорость счета от препарата (пробы), имп/мин.

" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">Сравнительный метод дает удовлетворительные по точности результаты, если известно, что радионуклидный состав измеряемой пробы одинаковый или близкий к эталонному.

В целях установления возможности получения организмом внешних облучений и количественного определения таковых, принимая во внимание связанный с облучением риск возникновения той или иной степени лучевой болезни, практикуются методы дозиметрии излучений как в обстановке окружающей среды, так и по отношению к отдельному человеку.

В условиях возможности подвергнуться облучению для констатации этого факта и определения дозы гамма- и рентгеновых лучей, получаемых за определенный промежуток времени, предлагается метод индивидуального фотографического контроля с помощью фотопленок. Человек носит на себе маленькую кассету с чувствительной фотопленкой, которая чернеет под влиянием облучений. Степень почернения зависит от дозы облучения, возрастая вместе с ней. По измерению степени почернения пленки за определенное время можно установить полученную дозу.

Другой метод индивидуального дозиметрического контроля состоит в использовании портативных маленьких ионизационных камер. Камеры, предварительно заряженные, при ношении их в условиях наличия радиации теряют свой заряд. По спаду заряда за определенное время можно вычислить величину полученной дозы.

Полученная доза нейтронного облучения определяется по степени наведенной нейтронами активности. Под воздействием нейтронов в тканях активируются многие входящие в их состав элементы: натрий, фосфор, хлор, сера, углерод, кальций и др. Наибольшую дозу составляют излучения натрия и фосфора.

Для определения дозы нейтронов исчисляется, какая часть находящихся в организме натрия и фосфора, содержание которых мало колеблется, стала под влиянием нейтронов активной. Определение ведется по крови и моче. В точном объеме субстрата устанавливают концентрацию натрия и фосфора химическим путем. Субстрат высушивают, сжигают, и сухой остаток наносят на мишень. При помощи бета-счетчика определяют степень полученной активности с учетом удельной активности и концентрации натрия и фосфора в субстрате.

Спустя несколько часов после нейтронного облучения наведенная активность обусловливается в основном натрием, испускающим бета-частицы и гамма-кванты. При незначительном периоде полураспада активного натрия (15 часов) уже через несколько часов значение этого изотопа снижается, и активность обусловливается в основном фосфором, период полураспада которого составляет 14,3 дня.

Так как человек, облученный нейтронами, становится источником гамма-излучения, то по интенсивности такового, измеряемого большими счетчиками, располагаемыми вокруг корпуса пострадавшего, можно также определить дозу нейтронов. При оценке полученной дозы принимается во внимание время, протекшее от облучения до исследования, так как степень наведенной активности непрерывно падает.

После попадания активных веществ внутрь организма и депонирования их эти вещества частично могут выделяться с секретами и экскретами, где присутствие их может быть определено или специальным химическим путем (если это вещества, чуждые организму в естественных условиях), или по вызываемой ими активности исследуемых биосубстратов. Чаще всего подвергаются исследованию кал и моча. Активные вещества могут быть альфа-, бета- и гамма-излучателями.

Гамма-излучение тела человека может быть определено методом, используемым для определения полученной дозы нейтронов. Активность мочи и кала определяется после высушивания и сжигания субстрата, нанесения его на мишень и измерения с помощью альфа- и бета-счетчиков.

Нельзя ожидать, однако, точных и постоянных отношений между содержанием инкорпорированного вещества в организме и величиной его выделения экскретами.

Некоторые активные изотопы могут быть определены измерением активности в крови, если эти вещества, равномерно распределяясь по органам, обусловливают известное соотношение между их содержанием в организме и концентрацией в крови (натрий, углерод, сера).

Если активные вещества или продукты их распада выделяются в газообразном виде через легкие, то обнаружить их наличие можно путем измерения удельной активности выдыхаемого воздуха с помощью ионизационной камеры, соединенной с прибором, измеряющим ионизационный ток.

Очень малые активности в препаратах можно определять, пользуясь толстослойными чувствительными пластинками. Препарат прикладывают к фотоэмульсии и после должной экспозиции и проявления пластинки в эмульсии обнаруживают почерневшие участки - линии, обусловленные действием движущихся активных заряженных частиц (треки).

Альфа-частицы дают короткие, толстые, прямолинейные треки, электроны же (бета-частицы) - более тонкие, длинные и изогнутые. Пластинки изучают под микроскопом при увеличении в 200-600 раз.

В течение короткого времени, прошедшего после второй мировой войны, нововведения в медицине охватили почти все ее отрасли, и если некий врач недавно сетовал, что теперь можно отложить в сторону почти все руководства по медицине, вышедшие в свет до 1945 года, он до известной степени был прав. Это относится и к основной отрасли медицины - к внутренним болезням, которая в течение последних десятилетий почти полностью изменила свое лицо. Примером этого может служить сахарная болезнь.

С 1921 года мы располагаем инсулином. Это открытие также принадлежит к числу романов медицины. Уже в 1869 году Лангерганс открыл в поджелудочной железе особые клетки, включенные в виде островков в ее ткани. Ученые, будучи не в состоянии это доказать, предположили, что сахарная болезнь каким-то образом связана с нарушением деятельности поджелудочной железы. Но через двадцать лет об этом уже можно было говорить уверенно. Исследователи Меринги Минковский в 1889 году удалили поджелудочную железу собаке, чтобы наблюдать дальнейшую судьбу оперированного животного. Через некоторое время после операции собаку случайно поставили на лабораторный стол, и она помочилась. Стол забыли вытереть, а когда на другое утро ассистент Минковского пришел в лабораторию, он увидел, что стол покрыт белым порошком. Желая узнать, с чем имеет дело, ассистент попробовал порошок на вкус и обнаружил, что это сахар.

Но как мог сахар оказаться на столе? Естественно, ученые пожелали это выяснить. Они вспомнили, что накануне проводили опыт на собаке, которая повела себя неприлично. Все стало ясно: в поджелудочной железе вырабатывается вещество, влияющее на сахарный обмен и использование сахара в организме.

В 1900 году всю проблему уже можно было бы разрешить. Тогда русский исследователь Соболев проделал хорошо продуманный опыт. Поджелудочная железа выделяет через выводной проток в тонкую кишку сок, столь важный для пищеварения. Соболев перевязал у собаки этот проток, после чего железистая ткань, которая стала излишней, сморщилась. Несмотря на это, животное не заболело диабетом. Очевидно, заключил ученый, в железе что-то сохранилось, и этот остаток предотвратил возникновение сахарной болезни. При вскрытии трупа животного он нашел в железе клетки Лангерганса. Они, как можно было заключить, и представляют собой орган, который регулирует сахарное хозяйство в организме. Открытие Соболева вначале оставалось неизвестным ученому миру, так как было описано лишь в русской литературе.

Только через двадцать лет Баррон извлек эту работу из забвения и проверил данные Соболева, а хирург Бантинг из Торонто (Канада) оценил все ее значение. Он пошел по пути, указанному Соболевым, но ему был нужен физиолог, который проводил бы исследования сахара крови, и он нашел помощника в лице молодого студента-медика Беста. Бантинг прооперировал несколько собак и перевязал им выводной проток поджелудочной железы. Через несколько недель, когда железа уже сморщилась, он умертвил животных и приготовил из остатков поджелудочной железы кашицу, с которой вместе с Бестом начал проводить эксперименты.

Вскоре они впрыснули собаке, у которой была полностью удалена поджелудочная железа и которая тем самым, казалось бы, была обречена на смерть, некоторое количество сока из этой кашицы в шейную артерию. И собака не умерла от сахарной болезни, а исследование ее крови показало, что тотчас же после впрыскивания содержание сахара в крови уменьшилось. Стало ясно, что введенный сок содержал вещество, способное спасать больных сахарной болезнью. Дело теперь было только в том, чтобы добывать его в больших количествах и впрыскивать людям, страдающим сахарной болезнью. Сок этот, вернее, содержащийся в нем гормон, был назван инсулином. С того времени лечению инсулином подвергнуты миллионы людей. Они были избавлены от непосредственно грозившей им опасности, их жизнь продлена.

Приблизительно через тридцать лет в лечении сахарной болезни достигнут новый большой успех: найдено лекарство, понижающее содержание сахара в крови, но в отличие от инсулина обладающее тем большим преимуществом, что его не надо впрыскивать, а можно принимать в виде таблеток. Препараты эти принадлежат к группе сульфонамидов, незадолго до начала второй мировой войны открытых Домагком и оказавшихся чудодейственным средством против всевозможных инфекций. Впоследствии появился ряд подобных лекарств против диабета, которые можно принимать внутрь. В их состав входит сульфанил-мочевина, и они являются ценным дополнением к классическому лечению сахарной болезни диетой и инсулином.

Само собой разумеется, мы, несмотря на новые средства, принципиально не можем отказаться ни от диеты, ни от инсулина; но Место для этих новых лекарств все же обеспечено; они оказались благодеянием, особенно для пожилых людей с давним диабетом. Правда, уже получены препараты инсулина, способные откладываться в организме больного, их достаточно впрыскивать один раз в день.

Сахарная болезнь наблюдается в последнее время значительно чаще, чем раньше. По статистике терапевтической клиники Лейпцигского университета число больных увеличилось с 2450 почти до 4600. Особенно интересным и важным становится вопрос о зависимости частоты этого заболевания от питания населения и от экономического положения в стране.

Профессор Шенк в Штарнберге, занимавшийся этим вопросом, указал, например, на то, что в Вене после войны, точнее в октябре 1948 года, было установлено, что сахарной бо- лезнью чаще всего страдали не пекари, не мясники или официанты в ресторанах, находившиеся в благоприятных условиях питания, а академики, врачи, юристы и профессора. Точно установить число диабетиков в стране, конечно, очень трудно. И так как диабет не относится к болезням, требующим обязательного оповещения властей, а в свидетельствах о смерти часто указывается только непосредственная причина смерти, получить точные статистические данные очень трудно.

Наблюдениям, сделанным в Вене в 1948 году, не противоречат данные швейцарского физиолога Флейша, который решил выяснить связь между благосостоянием людей, умственным трудом, деревенской жизнью, с одной стороны, и частотой диабета, с другой стороны. Флейш пришел к следующим выводам: работники умственного труда болеют диабетом чаще, чем люди физического труда. Деревенские жители заболевают диабетом реже. В разных швейцарских кантонах и в некоторых местностях ФРГ - в Бонне и Эссене - было установлено, что в наиболее зажиточных слоях населения число диабетиков в три-четыре раза больше, чем среди рабочих.

Увеличение количества диабетиков объясняется возросшей средней продолжительностью жизни, и много людей теперь достигает возраста, в котором предрасположение к сахарной болезни становится заметным и она проявляется. Именно то обстоятельство, что сахарная болезнь может долго оставаться скрытой и не проявляться, побудило американскую службу здравоохранения произвести широко задуманное массовое обследование населения отдельных штатов; целью его было выявить случаи скрытого диабета.

Что же касается большой разницы в частоте заболеваний среди людей физического труда, с одной стороны, и среди людей умственного труда, с другой стороны, она вполне объяснима. Ведь с физическим трудом связана повышенная затрата энергии и тем самым усиленный распад сахара.

В США, при тогдашней численности населения в 175 миллионов человек, было выявлено около трех миллионов диабетиков. Это большое число. В годы войны, когда продукты питания выдавались по карточкам, в Германии можно было получить точные сведения о числе диабетиков, так как они учитывались в учреждениях по выдаче карточек. Их оказалось немного, и преобладали люди старше пятидесяти лет. Число молодых больных (моложе пятнадцати лет) составляло только 1,5 процента.

Отсюда вывод: питание, несомненно, имеет огромное значение для развития диабета.

За последние годы, по меньшей мере в наших широтах, люди потребляют относительно немного углеводов, но зато значительно больше жиров. К началу XX века отношение жиров к углеводам, выраженное в калориях, составляло 1:4,5; в настоящее время оно возросло 1:2. Это приводит к тому, что сейчас на Западе много людей, отличающихся избыточным весом, что, в свою очередь, ведет к нарушению деятельности желез внутренней секреции и, в частности, тех, с которыми связана утилизация энергии, ее потребление. Это имеет большое значение для появления диабета. Лечение сахарной болезни инсулином, а в наше время и сульфонамидами спасло или, во всяком случае, продлило жизнь многим людям, что, разумеется, следует оценивать как большой шаг вперед, но вместе с тем это отражается на общей цифре больных диабетом, более или менее нормальная жизнедеятельность которых поддерживается лекарствами.

Диабет в некотором отношении принадлежит к болезням с единообразной передачей по наследству; однако следует сказать, что передается только предрасположение, в то время как проявление, развитие признаков наблюдается приблизительно в 50 процентах всех случаев. С одной стороны, это утешительно для людей, чьи родители болели сахарной болезнью, с другой стороны, указывает, что возможно осуществить профилактику, предупреждение заболевания, особенно у тех людей, которым угрожает опасность, и вносить изменения в уклад их жизни, в систему питания. Что задача трудна, известно каждому врачу. Ведь люди в большинстве случаев не склонны говорить себе «нет», даже если они убеждены в правильности советов, которые даются.

Сахарная болезнь, являясь тяжелой нагрузкой для обмена веществ, таит в себе большие опасности. Наибольшая и острейшая из них - диабетическая кома, то есть отравление продуктами неполного сгорания сахара. Наряду с этим существуют и другие опасности и осложнения - со стороны почек, глаз и артерий.

Сосудистые осложнения у диабетиков стали важной проблемой. В 20 процентах случаев диабетических сосудистых нарушений есть легкое поражение артерий головного мозга; более чем в трети случаев - заболевания сетчатой оболочки глаза; более чем в половине случаев - исключительно или одновременное расстройства кровообращения в венечных сосудах сердца; в 30 процентах случаев - заболевания кровеносных сосудов нижних конечностей, часто сопровождающиеся гангреной.

Итак, проблема сахарной болезни, как мы видим, весьма обширна. Самое важное - ранний диагноз, а для больного - разумное и постоянно контролируемое регулирование обмена веществ. Диабетик должен научиться отказываться от многого и при этом сознавать, что это не отказ от великих благ, от истинного смысла существования. Несомненно, благодаря успехам науки удастся разрешить остающиеся нам проблемы, а пока следует удовлетвориться тем, что мы в настоящее время знаем о сахарной болезни, и тем, чем мы располагаем для ее лечения.

Аллергия, несомненно, представляет собой одно из самых таинственных явлений в биологии и медицине. В разрешении этого вопроса заинтересованы не только терапевты, но и другие специалисты. Как объяснить это своеобразное явление? От ягодки земляники у одного появляется крапивница на всем теле, а другой может безнаказанно съесть целый килограмм этих ягод, и его организм вовсе не сопротивляется этому. Но это еще довольно ясный, острый и быстро проходящий случай. А ведь наблюдаются аллергические состояния, например экземы, при которых врачи ломают голову в поисках причины, вызывающей длительное заболевание, и им так и не удается решить эту загадку. Врач должен иногда стать искусным детективом, чтобы найти виновника.

Но независимо от практической необходимости искать причину аллергии в каждом отдельном случае, чтобы помочь больному, ученые стараются выяснить сущность аллергии, установить, что именно происходит в организме при этом процессе.

И здесь наука располагает новыми данными. Профессор

Дэрр предположил, что возникновение аллергических явлений связано со столкновением между, например, вредящим веществом, содержащимся в землянике, так называемым аллергеном, и его противниками, защитными веществами, имеющимися в организме данного человека. Подобная точка зрения в некоторой степени ставит аллергию на одну плоскость с инфекционными болезнями. Ведь понятия «антиген» и «антитело» относятся к учению о заразных болезнях и объясняют некоторые неясные для нас явления. Было много других предположений и теорий, но в конце концов ученые пришли к общему мнению о «механизме» возникновения этой невосприимчивости.

Вследствие столкновения вредящего вещества - антигена с защитным веществом, антителом, которое, как предполагается, содержится и возникает в стенке клетки, изменяются молекулы белков. Это приводит к тому, что освобождаются биологически активные вещества, имеющие разный характер и разное действие, например гистамин, брадикинин, серотонин, ацетилхолин, гепарин и другие. В связи с этим изменяется напряжение, тонус, а по сути дела, равновесие вегетативной нервной системы, которая поддерживает определенный уровень жизнедеятельности всех внутренних систем организма. По этим причинам возникает спазм гладкой мускулатуры (из которой состоят, в частности, бронхи, сосуды и другие внутренние органы), нарушается проницаемость мелких и мельчайших сосудов - капилляров, и жидкость выходит в ткани, что ведет к отекам, возникновению пузырьков на коже (при крапивнице) и на внутренних органах. Отдельные ступени этих реакций видны. Так, экзему, столь частое проявление аллергии, можно объяснить повышенной проницаемостью клеток кожи. Присутствие гистамина можно установить но его действию на отделение желудочного сока, присутствие гепарина - по появлению особого вещества, антитромбина, замедляющего свертывание крови.

Как мы уже говорили, задача врача - в каждом отдельном случае выявить вредное вещество, антиген, чтобы иметь возможность сказать больному, чего он непременно должен избегать, если хочет избавиться, например, от своей экземы. Методов выявления аллергена много. Наиболее простой и распространенный - нанести вещество, вызывающее подозрение, на кожу больного. При повышенной чувствительности на ней образуются волдыри или же характерная краснота и припухание. Но при некоторых антигенах это невозможно; кожная реакция не помогает. Так бывает при некоторых новых лекарствах, это же относится и к предметам питания; они не дают кожной реакции. Были предложены методы, позволяющие определять путем исследования кровяной плазмы, какие антитела в ней образуются. На этом основании можно судить о характере антигенов.

Существуют различные методы, позволяющие доказать наличие антител в сыворотке крови. Данные, полученные при изучении групп крови, позволили применять сходные методы. Они дают возможность обнаруживать антигены, находящиеся в цветочной пыльце и вызывающие сенную лихорадку, сенную астму и им подобные состояния. Если пыльцу привести в соприкосновение с сывороткой крови людей, обладающих аллергией к этому виду растений, пыльца собирается в кучки.

Сейчас особое внимание уделяется распространенному аллергическому заболеванию - бронхиальной астме. В раннем возрасте почти у всех астматиков получаются положительные кожные тесты и чаще всего с домашней пылью или же со смесью домашней пыли с цветочной пыльцой. При астме, возникшей в молодом возрасте, легче выяснить причину аллергии, в то время как у тех, кто заболел поздно, имеют значение и длительно существующие воспалительные процессы в бронхах, легких, а также другие факторы.

Исследования различных видов домашней пыли показали, что самой активной оказалась пыль из матрацев; пыль из ковров и мебели имеет меньшее значение. Постельная пыль жилищ в горных местностях обычно вообще не содержит антигена, но зато его весьма часто можно найти в постельной пыли из жилищ долин. Антиген этот, по-видимому, не является белковым телом, так как домашняя пыль не теряет свойств антигена даже после нагревания ее до 120 градусов. Плесневые грибки сами по себе также не действуют аллергически. Они, возможно, играют роль при образовании антигена в постельной пыли, так как больные с грибковыми заболеваниями кожи особенно чувствительны к ней. Типичен следующий случай: молодой человек страдал с детства сенным насморком, который из года в год проявлялся у него ранним летом. Потом он заболевает грибковым поражением стоп и теперь страдает сенным насморком не только в определенное время, а круглый год. К этому часто присоединяется астма, припадки которой наблюдаются только ночью и в ранние утренние часы. Они полностью исчезают при перемене климата, особенно на высотах более 1500 метров, но тотчас же появляются после возвращения в низко расположенную местность.

Аллергики отличаются повышенной чувствительностью к пенициллину и стрептомицину. У них возникают желудочно-кишечные нарушения после приема пищи, содержащей вещества типа плесневых грибков, например сыра, пива, белого вина.

Астматики реагируют не только на вдыхание антигенов, не воспринимаемых ими веществ, но и на прием их внутрь. В дерматологической клинике профессора Шуппли в Швейцарии пробовали давать мед людям, страдающим аллергией к цветочной пыльце. У детей с такой формой аллергии наблюдались непорядки со стороны желудка и кишечника. Такие дети в большинстве случаев вообще относятся к меду с отвращением. Аллергики по отношению к пыльце дают положительную кожную реакцию на цветочный мед. В поисках способов лечения было отмечено, что, если детям в возрасте до десяти лет давать глотать мед, это делает их нечувствительными. Оказалось, что таким способом можно лечить детскую форму аллергии. Взрослым с этой целью проводятся впрыскивания вытяжек из цветочной пыльцы, что тоже оказывается полезным.

Следует упомянуть еще об одном - о фотоаллергии, повышенной чувствительности к солнечным лучам. Установлен ряд лекарств, которые делают кожу более чувствительной к свету. Например, ларгактил, часто применяемый в психиатрии, обладает таким побочным действием.

Вся проблема аллергии полна интересных частностей. Они имеют значение для всех разделов медицины.

С инфекционными болезнями, вызываемыми бактериями, медицина уже до известной степени научилась справляться при помощи антибиотиков, сульфонамидов и других препаратов. Но при заболеваниях, вызываемых вирусами, положение иное, хотя уже в то время, когда еще не было и речи ни о бактериях, ни о вирусах, против одного из опаснейших вирусных, как потом выяснилось, заболеваний, а именно оспы, была предложена вполне действенная предохранительная прививка.

Успешная борьба с детским параличом, которая велась в последнее время, показала, что болезни вирусного происхождения не являются непобедимыми. Изучение вирусов привело в последние годы к открытию, которому суждено большое будущее. Речь идет об интерфероне.

Приведем историю интерферона. Еще в 1935 году ученый Маграсси, изучая на кроликах вирус, вызывающий лихорадку, при которой на губах образуются пузырьки (герпес), обратил внимание на одно странное на первый взгляд обстоятельство. Он вводил кроликам в глаз культуру вируса и через несколько дней обнаруживал этот вирус в мозге у подопытных животных. Когда он вводил этим кроликам через 4 дня в мозг культуру вируса, вызывающего во всех ста процентах случаев смертельное воспаление мозга, на кролика с вирусом герпеса это не действовало. Он как бы не допускал вирус в мозг, подавлял его действие и тем предохранял от болезни. Так вот, подавление действия одного вируса другим при смешанной инфекции и было названо интерференцией вирусов. Через 22 года поисков и исследований учеными многих стран двум американцам - Айзексу и Линдеману удалось частично раскрыть это загадочное явление и направить исследования на путь практического эксперимента, который может привести и к лечению вирусных болезней человека. Айзеке и Линдеман сообщили об этом в лондонском медицинском журнале. Эти ученые заражали куриные зародыши вирусами инфлюэнцы, которые размножаются в яйцевых оболочках зародыша. Но для опыта они брали не живые, а умерщвленные, инактивированные вирусы инфлюэнцы. Затем заражали эти куриные зародыши живыми, активными вирусами, но неудачно. Это наблюдается не только при пользовании вирусами инфлюэнцы и яйцевыми оболочками куриного зародыша. Такое же явление можно отметить при свинке, кори, герпесе и не только при использовании яйцевых оболочек куриного зародыша, но и на тканях щитовидной железы, почечных клетках человека и так далее.

Хотя опыт и напоминает нам предохранительную прививку, например, против оспы, все-таки вопрос в целом еще был весьма неясен, и оба исследователя продолжали свою работу. Они доказали, что в жидкую часть культуры, в которой размножаются клетки, переходит какое-то вещество. Оно и вызывает явление интерференции, почему Айзеке и Линдеман и называли его интерфероном.

После того как интерферон появится в жидкой части культуры, можно заставить его действовать и на другие клетки; последние тогда оказываются предохраненными от соответствующей вирусной инфекционной болезни.

Любопытно, что интерферон не специфичен. Полученный, например, при помощи вирусов инфлюэнцы, он действует так же и при оспе, но, по-видимому, особенно хорошо тогда, когда применяется на том же виде животного, на каком был получен.

Можно полагать, открытие интерферона будет особенно ценным для практической медицины. В настоящее время ставится вопрос о возможности получения интерферона в более сильной концентрации. Если в этом направлении будут достигнуты успехи, со временем начнется причинное лечение вирусных заболеваний. Это была бы действительно еще одна великая победа в медицине.

Женщину, которая только что сошла со стола для врачебного исследования, полгода назад оперировали по поводу опухоли. Теперь она явилась снова, так как опять почувствовала недомогание, и, хотя профессор вначале ничего не сказал своим помощникам об этом случае, они знали, в чем дело. У больной, очевидно, был рецидив, возобновление роста злокачественной опухоли, из-за чего она и явилась.

Мы дадим ей радиоактивный препарат, - сказал профессор молодым врачам; обратившись к больной, он прибавил: - Это снова приведет вас в порядок.

Препарат, о котором говорил профессор, металл, искусственно сделанный радиоактивным, помещенный в тело больного человека, испускает лучи, как известно, способные разрушать клетки и прежде всего более чувствительные клетки раковой опухоли. С тех пор как ученые узнали об этом, вещества, искусственно сделанные радиоактивными, стали играть важную роль в медицине. Но если мы хотим поговорить об их сущности и строении, мы сначала должны рассказать об изотопах, особенных веществах, лишний раз свидетельствующих о том, что современный человек способен сделать очень много.

Когда Вильгельм Конрад Рентген в 1895 году открыл лучи, впоследствии названные его именем, то не только физики, но и весь мир был глубоко взволнован этим переворотом, и от него тотчас же стали ждать большой практической пользы.

Французский физик Анри Беккерель в поисках сильно флюоресцирующих веществ обратил внимание на урановые соединения калия, о которых в то время много говорилось в ученых кругах. Радий тогда еще не был известен.

И вот оказалось, что урановые соединения калия, подвергнутые действию света, действительно испускали лучи. Вначале ученые думали, что это рентгеновы лучи, но затем выяснилось, что это неверно. Беккерель открыл особый вид лучей, которые способны проникать через бумагу и тонкую жесть и вызывать почернение фотографической пластинки, помещенной позади листа жести. Эти лучи вначале назвали беккерелевыми, а потом радиоактивными.

О работах Беккереля узнал также и физик Пьер Кюри, который предложил своей молодой жене Марии, урожденной Склодовской, заняться изучением лучей Беккереля, как темой докторской работы. К чему этот совет привел, известно: Мария Кюри открыла радий и предложила для лучей Беккереля принятое теперь название «радиоактивное излучение».

Рассказывать здесь роман о радии надобности нет. Он известен большинству читателей. Мария Кюри открыла и другие радиоактивные вещества, например полоний, названный ею в честь ее родины, Польши. Это было одно из величайших научных открытий. С того времени тысячи исследователей изучали радий, желая выяснить его свойства. Они установили, что его излучение ослабевает чрезвычайно медленно и вещество оказывается израсходованным наполовину лишь в течение 1580 лет. Далее открыли, что при этом образуется газ, так называемая эманация, который тоже испускает лучи, но с продолжительностью действия значительно более короткой, чем у самого радия. Наконец, было установлено, что излучение радия представляет собой смесь трех видов лучей, которые были обозначены тремя первыми буквами греческого алфавита. Альфа-лучи представляют собой положительно заряженные ядра гелия, с огромной силой выбрасываемые последними; бета-лучи обладают большой проникающей способностью, позволяющей им проходить через дерево и тонкую жесть; гамма-лучи наделены такой способностью в еще большей степени, являются жесткими лучами и напоминают собой рентгеновы лучи.

При дальнейшем изучении радиоактивности установили, что химический элемент не является чем-то абсолютно единым, а состоит порой из атомов нескольких видов. Такие элементы называют изотопами. Они отличаются один от другого не различными особыми свойствами, но различным атомным весом. Все это едва ли представляло бы интерес для медиков, если бы в 1934 году дочери великой Марии Кюри, Ирен Кюри и ее мужу Фредерику Жолио не удалось создать искусственное радиоактивное вещество. Они подвергли кусок алюминия действию альфа-лучей, разрушили такой бомбардировкой ядра атомов алюминия и получили изотоп фосфора - вещество, которого не существует в природе. Это был первый искусственный радиоактивный препарат. Впоследствии было создано много других, причем для получения их, естественно, были разработаны новые, лучшие способы. Вскоре выяснилось, что искусственные изотопы должны иметь большое значение для медицины, в частности радиоактивный фосфор, радиоактивный йод и другие. Вначале имелись в виду диагностические исследования и физиологические наблюдения с целью изучения, например, процесса обмена веществ в организме, скорости кровотока в организме и в отдельных органах, особенно в сердце, что даст возможность выявить имеющиеся в нем дефекты. Применением искусственных радиоактивных препаратов иногда можно дополнять рентгенологические исследования.

Искусственные радиоактивные препараты обладают некоторыми свойствами, отсутствующими у рентгеновых лучей. Для них нужны контрастные вещества, сквозь которые они не могут проникать. Если человек проглотил железный гвоздь, он непосредственно виден на экране и на снимке очень ясно. Но при язве желудка положение иное: контраст нужно создать искусственно. Поэтому больной, подвергаемый рентгенологическому исследованию, должен пить взвесь сернокислого бария, поглощающего рентгеновы лучи. Благодаря этому врач видит на экране соответствующие изменения в слизистой оболочке желудка и может поставить диагноз.

При применении искусственного радиоактивного препарата положение несколько иное. Возьмем для примера щитовидную железу, как известно, представляющую собой весьма сложный орган. Мы знаем, что она жадно поглощает йод. Желая узнать путь йода в щитовидной железе, мы можем дать больному человеку радиоактивный йод. Препарат этот распадается естественным путем и испускает лучи; мы, правда, не в состоянии видеть их, но можем установить их присутствие, измерить и тем самым проследить судьбу введенного йода с помощью специальных аппаратов. Радиоактивный йод применяется для уничтожения новообразования (опухоли) щитовидной железы, злокачественного зоба. Если дать такому больному радиоактивный йод, то последний, жадно поглощаясь щитовидной железой, в течение короткого времени распадается и испускает лучи в окружающие ткани, то есть в раковые клетки опухоли, а лучи эти, как уже было сказано, обладают разрушительной силой. Таким способом можно попытаться спасти жизнь больному или, по меньшей мере, продлить ее.

Эта область знаний необычайно разрослась, и в большинстве клиник уже существуют отделения для лечения изотопами. При многих заболеваниях это пока единственный путь, который может привести к успеху. Кроме йода, в настоящее время применяется ряд других элементов, превращенных в радиоактивные и оказывающих необходимое действие.

Разумеется, это должны быть элементы, обладающие каким-то отношением, «сродством», к соответствующим органам. Такие «склонности», «сродство», наблюдаются часто. Как щитовидная железа нуждается в йоде и поэтому поглощает его, так костный мозг нуждается в фосфоре. Следовательно, в этом случае можно применять радиоактивный фосфор и вводить его в организм, так как он жадно поглотится костями и костным мозгом.

Большое значение для лечения различных болезней и, в частности, некоторых злокачественных опухолей имеют препараты радиоактивного золота. К ним прибегают, когда хирургическое лечение невозможно или не показано. Но этот метод лечения требует известной осторожности и контроля со стороны врача. Кровь и костный мозг могут давать также и неблагоприятную реакцию, а при непорядках со стороны печени и почек или при более значительных нарушениях кровообращения лечение радиоактивным золотом плохо переносится больными.

Существует еще один металл, тоже весьма подходящий для лечения злокачественных новообразований, если он искусственно сделан радиоактивным. Это кобальт. Ему можно придать радиоактивность в атомном реакторе. Радиоактивность кобальта сохраняется долго, в течение нескольких лет. Кроме того, в некоторых случаях лечить кобальтом более удобно, чем применять рентгенолечение, так как кобальт можно вводить в различные полости тела. Наибольшую ценность представляет лечение кобальтом рака женских половых органов. Радиоактивный кобальт обладает тем свойством, что его лучи способны проникать сквозь кожу и действовать на расположенные под нею образования, которые необходимо разрушить или повредить.

Существуют и другие изотопы, применяемые в медицине. Несомненно, что и эта ее глава еще далеко не завершена. Понадобится найти металлы и другие элементы, обладающие особым сродством и склонностью к определенным органам, подобно сродству между йодом и щитовидной железой. Тогда будет легко искусственно сделать эти элементы радиоактивными и с их помощью лечить ряд заболеваний.

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Мы, люди, живём в мире, который можно назвать радиоактивным. Места, где существует абсолютное отсутствие радиоактивности, в природе, среде обитания животных, людей нет. Радиоактивность - это природное образование, космические лучи, рассеянные в окружающей среде радиоактивные нуклиды, то есть вещества, которые создают радиоактивный фон, в котором мы живём. За время эволюции, всё живое приспособилось к этому уровню фона. Также нужно ещё учитывать, что уровень радиоактивности на Земле всё время понижается, каждые 10-15 тыс. лет уровень радиоактивности уменьшается примерно в два раза. В целом только крупные аварии на какой-то территории связанные, как правило, с атомными станциями нарушают этот средний уровень. И самым опасным для человека стечением обстоятельств считается, когда внутрь организма человека попадают радионуклиды. Причём, при внутреннем облучении наиболее опасное воздействие производят α-частицы. Принято считать, что эта опасность α-облучения вызвана их большой массой по сравнению с электронами и повышенной ионизирующей способностью из-за двойного заряда.

Актуальность работы заключается в том, что в общественном сознании практически закреплено представление об абсолютной опасности любого радиоактивного облучения, и поэтому представляется необходимым рассмотрение физической природы патологического воздействия радиоактивности на живые организмы и оценка уровней риска и опасности.

Цель работы: сделать попытку оценить тормозное электромагнитное излучение альфа-частиц как фактора патологического воздействия на живой организм при внутреннем облучении.

Задачи:

1.Ознакомиться с природой радиоактивности и методами ее исследования;

2.Исследовать возможность использования школьного физического оборудования;

3.Разработать эксперимент и исследовать его результат.

Гипотеза : одним из компонентов патологического действия на организм при внутреннем облучении является электромагнитное излучение, вызванное торможением (движением с отрицательным ускорением) на треке, и приводящее к нарушениям молекул ДНК за счёт большой плотности мощности излучения в группе клеток рядом с треком с последующим развитием онкологического заболевания.

Объект исследования: α-частица при её торможении в биологических тканях при внутреннем облучении.

Предмет исследования: компонент потери энергии α-частицы на электромагнитное излучение.

Часть 1. О природе радиации.

1. 1. Рис. 1. А.Беккерели

      ткрытие радиоактивности и его биологического действия

1896 г. Французский физик А.Беккерель, изучая явление люминесценции солей урана, установил, что урановая соль испускает лучи неизвестного типа, которые проходят сквозь бумагу, дерево, тонкие металлические пластины, ионизируют воздух. В феврале 1896 г. Беккерели не удалось провести очередной опыт из-за облачной погоды. Беккерель убрал пластинку в ящик стола, положив на неё сверху медный крест, покрытый солью урана. Проявив на всякий случай пластинку два дня спустя, он обнаружил на ней почернение в форме отчётливой тени крестика. Это означало, что соли урана самопроизвольно, без каких-либо внешних явлений, создают какое-то излучение. Начались интенсивные исследования.

1898 г. Мария Склодовская-Кюри, исследуя урановые руды, обнаружила новые химические элементы: полоний, радий. Оказалось, что все химические элементы, начиная с порядкового номера 83, обладают радиоактивностью. Явление самопроизвольного превращения неустойчивых изотопов в устойчивые, сопровождающееся испусканием частиц и излучением энергии, называется естественной радиоактивностью.

1. 1. Формы радиоактивности

1898 г. Подвергая радиоактивное излучение действию магнитного поля, Э.Резерфорд выделил два вида лучей: α-лучи - тяжёлые положительно заряженные частицы (ядра атомов гелия) и β-лучи - лёгкие отрицательно заряженные частицы (тождественны электронам).Два года спустя П. Виллард открыл гамма-лучи. Гамма-лучи - это электромагнитные волны с длиной волны от Гамма-лучи не отклоняются электрическими и магнитными полями.

Рис. 3. Альфа-излучение

Рис. 2. Влияние магнитного поля на траекторию движения частиц

Рис. 4. Бета-излучение

После установления Резерфортом структуры атома стало ястно, что радиоактивность представляет собой ядерный процесс.1902 г. Э.Резерфорд и Ф.Содди доказали, что в результате радиоактивного распада происходит превращение атомов одного химического элемента в атомы другого химического элемента, сопровождаемое испусканием различных частиц.

Альфа-частицы, бета-частицы, выброшенные из ядра, обладают значительной кинетической энергией и, воздействуя на вещество, с одной стороны производят его ионизацию, а с другой проникают на определенную глубину. Взаимодействуя с веществом, они теряют эту энергию, в основном в результате упругих взаимодействий с ядрами атомов или электронами, отдавая им всю или часть своей энергии, вызывая ионизацию или возбуждение атомов (т.е. перевод электрона с более близкой на более удаленную от ядра орбиту). Ионизация и проникновение на определенную глубину имеют принципиальное значение для оценки воздействия ионизирующего излучения на биологическую ткань различных видов излучений. Зная свойства различных видов излучений проникать через разные материалы, человек может использовать их для своей защиты.

Часть 2. Альфа - излучение и его характеристики

2.1. Патогенность и опасность α-излучения

Альфа-излучение — это поток ядер атомов гелия. Возникает в результате распада атомов тяжелых элементов, таких как уран, радий и торий. Вид радиоактивного распада ядра, в результате которого происходит испускание ядра гелия 4 He - альфа-частицы. При этом массовое число ядра уменьшается на 4, а атомный номер - на 2.

В общем виде формула альфа - распада выглядит следующем образом:

Пример альфа - распада для изотопа 238 U:

Рис.5. Альфа распад урана 238

Альфа-частицы, образованные при распаде ядра, имеют начальную кинетическую энергию в диапазоне 1,8—15 МэВ. При движении альфа-частицы в веществе она создаёт сильную ионизацию окружающих атомов, в результате очень быстро теряет энергию. Энергии альфа-частиц, возникающей в результате радиоактивного распада, не хватает даже для преодоления мёртвого слоя кожи, поэтому радиационный риск при внешнем облучении такими альфа-частицами отсутствует. Внешнее альфа-облучение опасно для здоровья только в случае высокоэнергичных альфа-частиц (с энергией выше десятков МэВ), источником которых является ускоритель. Однако проникновение альфа-активных радионуклидов внутри тела, когда облучению подвергаются непосредственно живые ткани организма, весьма опасно для здоровья, поскольку большая плотность ионизации вдоль трека частицы сильно повреждает биомолекулы. Считается, что при равном энерговыделении (поглощённой дозе) эквивалентная доза, набранная при внутреннем облучении альфа-частицами с энергиями, характерными для радиоактивного распада, в 20 раз выше, чем при облучении гамма- и рентгеновскими квантами. Таким образом, опасность для человека при внешнем облучении могут представлять α-частицы с энергиями 10 МэВ и выше, достаточными для преодоления омертвевшего рогового слоя кожного покрова. Гораздо большую опасность для человека представляют α-частицы, возникающие при альфа-распаде радионуклидов, попавших внутрь организма (в частности, через дыхательные пути или пищеварительный тракт). Достаточно микроскопического количества α-радиоактивного вещества, чтобы вызвать у пострадавшего острую лучевую болезнь, зачастую с летальным исходом.

Будучи довольно тяжелыми и положительно заряженными, альфа-частицы от радиоактивного распада имеют очень короткий пробег в веществе и при движении в среде быстро теряют энергию на небольшом расстоянии от источника. Это приводит к тому, что вся энергия излучения высвобождается в малом объеме вещества, что увеличивает шансы повреждения клеток при попадании источника излучения внутрь организма. Однако внешнее излучение от радиоактивных источников безвредно, поскольку альфа-частицы могут эффективно задерживаться несколькими сантиметрами воздуха или десятками микрометров плотного вещества — например, листом бумаги и даже роговым омертвевшим слоем эпидермиса, не достигая живых клеток. Даже прикосновение к источнику чистого альфа-излучения не опасно, хотя следует помнить, что многие источники альфа-излучения излучают также гораздо более проникающие типы излучения (бета-частицы, гамма-кванты, иногда нейтроны). Однако попадание альфа-источника внутрь организма приводит к значительному облучению.

Рис. 6. Проникающая способность альфа, бета частиц и гамма-квантов.

2.2. Расчет характеристик α-частицы

Существование электромагнитных волн было главным предсказанием. Дж.К.Максвелла (1876 г.), эта теория изложена в разделе школьного курса физики - электродинамика. «Электродинамика»- это наука об электромагнитных волнах, о природе их возникновения, распространении в разных средах, взаимодействии с различными веществами, структурами.

И в этой науке есть одно из фундаментальных утверждений, что любая имеющая электрический заряд частица, движущаяся с ускорением, является источником электромагнитного излучения.

Именно благодаря этому в рентгеновских установках рождаются рентгеновские волны при быстрой остановке потока электронов, которые после ускорения в приборе тормозятся при столкновении с анодом рентгеновской трубки.

Нечто аналогическое происходит за очень короткое время и с α-частицами, если их источник - ядра радиоактивных атомов, расположенных в среде. Имея при вылете из ядра большую скорость и пробежав всего от 5 до 40 микрон - α-частица останавливается. При этом, испытывая громаднейшее замедление и имея двойной заряд, не могут не создавать электромагнитный импульс.

Я, пользуясь обычными школьными законами механики и законом сохранения энергии, подсчитал начальную скорость α-частиц, величину отрицательного ускорения, время движения α-частицы до остановки, силу сопротивления её движения и развиваемую ей мощность.

Понятно, что энергия α-частицы идёт на разрушение клеток организма, ионизацию атомов, в одном случае больше, при вылете из других радиоактивных ядер меньше, но энергия излучения, созданная за короткое время пролета примерно от 5 до 40 микрон, не может превышать энергию α-частиц, которую они имеют при вылете.

При расчетах я использовал в качестве исходных известных характеристик, только энергию α-частиц (это её кинетическая энергия) и среднюю длину пробега в биологических тканях организма (L= 5 - 40 мкм). Массу α-частицы и её состав, я нашёл в справочнике.

Энергия их α-частиц равна 4-10 МэВ. Вот для таких α-частиц я и проводил расчёты.

Масса α-частицы равна 4 а.е.м.; 1 а.е.м.=1.660·10 -27 кг;

m = 4·1,660·10 -27 = 6,64·10 -27 кг - масса α-частицы.

Длина трека α-частицы.

q = 2 ·1,6·= 3,2 · - заряд

E к = 7МэВ = 7·10 6 ·1,6·10 -19 = 11,2·10 -13 Дж - кинетическая энергия α-частицы.

F = ma = 6.64·10 -27 ·8,4·10 18 =5,5 ·10 -8 Н- сила сопротивления α-частицы.

Таб.1 характеристика α-частицы.

Данные из справочника:

1.Глубина δ проникновения электромагнитных волн частотой 10 ГГц в биологических тканях с большим содержанием воды (вода - поглотитель электромагнитных волн) составляет 3,43 мм (343 мкм). При проникновении электромагнитной волны на глубину δ её плотность мощности уменьшается в e=2,71 раза.

2.Из норм безопасности при времени воздействия менее 0,2 часа плотность мощности (критическая) не должна превышать

В (1) указаны глубины проникновения, ослабления электромагнитной волны для частоты 10 ГГц. В нашем случае одиночный импульс электромагнитной волны можно интерпретировать как положительную часть одного периода, т.е. наиболее близким значением частоты будет 230 ГГц.

Для биологической ткани в максимальной чистоте указанной в справочнике равной 10 ГГц. По нашим расчётам единичный импульс электромагнитной волны может быть представленным как короткий импульс частоты 230 ГГц. Из справочника можно сделать вывод, что с повышением частоты электромагнитных волн толщина δ уменьшается. Оценим толщину δ для нашего случая. Частота 230 ГГц превышает приведённую в справочнике 10 ГГц в 23 раза. Предполагая, что соотношению частот в 23 раза будет постоянным и для предшествующего участка диапазона (10 ГГц будет в 23 раза больше частоты 433 МГц) - для которого (т.е. в 10 раз). Тогда и для частоты 230 ГГц можно принять δ = 34 мкм.

Принимая, что, проходя из центра сферы, излучение через поверхности мысленно построенных сфер с общим центром и с расстоянием между ними, равны δ, то пройдя через n таких поверхностей начальная интенсивность (мощность) электромагнитной волны будет уменьшена в раз. Чтобы Расчёты оказались близкими к истине возьмём n при количестве слоёв равных 8; тогда

Так как; Начальную энергию электромагнитных волн можно оценить как 0,01; т.к механическая энергия альфа-частицы в основном тратится на образовании трека ионизированных частиц. Поэтому можно принять.

Будут убиты импульсом волны. Это подтверждают количественные оценки.

Т.к. расчётная плотность мощности излучения, исходящего из центра сферы и проходящего через неё при радиусе сферы (8δ =272 мкм) с площадью 4,65 , будет сопоставимой с критической плотности мощностью излучения требуемой нормы СанПиНа, можно утверждать, что внутри этой сферы, в её объёме все клетки погибнут.

Т.о. наши оценки приводят к результату, что все биологические клетки в объёме сферы, к поверхности которой проходит излучение из центра сферы от трека α-частицы погибнут, т.е. они будут находится в пространстве, объёме, через который проходит электромагнитная волна с плотностью мощности излучения, превышающей критическую плотность излучения, определённую нормами СанПиНа. Эти погибшие клетки (точнее их останки) за счёт механизмов регенерации организма практически без каких теперь либо последствий будут удалены из организма.

Самым опасным из последствий, такого электромагнитного шока для клеток будет то, что в некотором шаровом слое клеток, окружающих опасную сферу, будут такие полуубитые клетки, правильное функционирование некоторых наверняка будет нарушено тем электромагнитным импульсом, который «сломал» (разорвал, нарушил) структура ДНК, которая ответственна за «правильную» регенерацию данной клетки.

Часть 3. Разработка и проведение экспериментов

3.1. Измерение радиоактивного фона на территории МБОУ СОШ №11

Цель: измерить радиоактивный фон на территории МБОУ СОШ №11.

Гипотеза: осадки и ветер переносят разные виды частиц (в нашем случае нас интересуют именно радиоактивные частицы).

Оборудование: дозиметр.

Цифровой монитор излучения

Для экспериментов я использовал датчик ионизирующего излучения (дозиметр).Датчик ионизирующего излучения (дозиметр) предназначен для автоматического подсчёта числа попавших в него ионизирующих частиц. Прибор может использоваться для измерения уровня альфа-, бета- и гамма- излучения. Так как прибор оснащен собственным экраном, то его можно использовать независимо от компьютера и других устройств фиксации данных в полевых условиях для определения уровня радиации.

Рис. 7 Датчик ионизирующего излучения (дозиметр)

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ 1. Диапазоны измерений: . Х1: 0 - 0,5 мР/ч; 0 - 500 циклов/мин (СРМ); . Х2: 0 - 5 мР/ч; 0 - 5000 циклов/мин (СРМ); . Х3: 0 - 50 мР/ч; 0 - 50000 циклов/мин (СРМ). 2. Чувствительность: 1000 циклов/мин/мР/Ч относительно цезия-137. 3. Точность: . при визуальной калибровке: ± 20 % от полной шкалы; . при инструментальной калибровке: ± 10 % от полной шкалы. 4. Калибровка: применяется Цезий-137. 5. Диапазон рабочих температур: 0 - 50 °С. 6. Электропитание: . элемент питания (9В); . средний срок cлужбы элемента питания: 2000 часов при нормальном уровне фоновой радиации.

Ход работы: Для этого мы, в разные месяцы измеряли радиационный фон нашей школы. В зимний период направление ветра направленно в южную сторону (сторона AB).

Рис. 8 План МБОУ СОШ №11

Таб 2.Радиоактивный фон территории МБОУ СОШ №11.

Результаты

В южной стороне измеренный радиоактивный фон больше, чем в северной стороне, а это значит, ветер и осадки и правда переносят разные виды частиц.

Также я провел измерения у канализации (это точки F и K) и показатели дозиметра, там немного выше, а это доказывает то, что именно вода является переносчиком радионуклидов.

3.2.Исследование зависимости поглощенной дозы от расстояния до геометрического центра препарата при плоской геометрии.

Цель работы: исследование зависимости поглощенной дозы от расстояния до геометрического центра препарата при плоской геометрии.

Оборудование: линейка, дозиметр, гидроксид калия.

Ход работы: измерить радиоактивный уровень, отдаляя препарат от дозиметра на каждый сантиметр.

Рис. 9 Результаты зависимости поглощенной дозы от расстояния до геометрического центра препарата при плоской геометрии.

Эксперимент показывает, что при плоской геометрии радиоактивного препарата зависимость поглощённой дозы от расстояния до центра препарата отличается от квадратичной в случае точечного препарата. При плоской геометрии эта зависимость от расстояния более слабая.

Заключение.

Оценки и расчёты показывают, что плотность мощности излучения в области тканей, ближайшего окружения трека превышают в десятки раз допустимые нормы электромагнитной безопасности, что приводит к полной гибели клеток этой области. Но существующий механизм регенерации восстановит убитые клетки и сохранит все функции этих клеток. Главная опасность для организма - наличие шарового слоя клеток, окружающих эту центральную область. Клетки шарового слоя остаются живыми, но мощный электромагнитный импульс, может повлиять на молекулы их ДНК, что может привести к их неправильному развитию и образования их реплик с патологией онкологического характера.

Литература

1. Ш.А.Горбушкин - Азбука физики

2. Г.Д.Луппов - Опорные конспекты и тестовые задания («Учебная литература», 1996);

3.П.В.Глинская - Для поступающих в вузы («Братья Гринины», 1995);

Химическая энциклопедия (Советская Энциклопедия, 1985);

4.Гусев Н. Г., Климанов В. А., Машкович В. П., Суворов А. П. - Защита от ионизирующих излучений;

5.Абрамов А. И., Казанский Ю. А., Матусевич Е. С. Основы экспериментальных методов ядерной физики (3-е изд., перераб. и доп. М., Энергоатомиздат, 1985);

6.Нормы радиационной безопасности (НРБ-99/2009) (Минздрав России, 2009);

7.Моисеев А. А., Иванов В. И. Справочник по дозиметрии и радиационной гигиене (2-е изд., перераб. и доп. М., Атомиздат, 1974);

8.Физическая энциклопедия (Советская энциклопедия, 1994. Т. 4. Пойнтинга-Робертсона);

9.Мухин К. Н. - Экспериментальная ядерная физика (Кн. 1. Физика атомного ядра. Ч. I. Свойства нуклонов, ядер и радиоактивных излучений. — М.: Энергоатомиздат, 1993);

10.Биофизические характеристики тканей человека. Справочник/Березовский В.А. и др.; Киев: Наукова думка, 1990.-224 с.

РАДИОАКТИВНЫЕ ПРЕПАРАТЫ - радиоактивные вещества, содержащие радиоактивные нуклиды, изготовленные в разнообразных формах и предназначенные для различных целей. В медицине Р. п. используются для диагностики заболеваний, а также лечения гл. обр. злокачественных новообразований.

Различают две группы Р. п.- закрытые и открытые.

Закрытые Р. п. заключены в оболочку из нетоксичного материала (платины, золота, нержавеющей стали и др.), препятствующую непосредственному контакту радиоактивного вещества с окружающей средой. У гамма-излучающих Р. п. оболочка выполняет функцию фильтра для бета-излучения (см.) и низкоэнергетического гамма-излучения (см.). Эти препараты применяют для аппликационной, внутритканевой и внутриполостной лучевой терапии (см.). Наиболее часто применяют гамма-излучающие Р. п., в которых в качестве радионуклидов используют искусственные радиоактивные изотопы кобальта (60 Co), золота (198 Au), тантала (182 Ta), цезия (131 Cs) и др. В прошлом широко использовался естественный радиоактивный нуклид радий. Применяют также препараты радиоактивного изотопа калифорния (252 Cf), являющегося в основном источником быстрых нейтронов (см. Нейтронная терапия). Закрытые Р. п. отличаются большим разнообразием внешней формы. Наибольшее распространение получили линейные Р. п. в виде игл и трубочек (цилиндров). Иглы представляют собой полые цилиндры, один конец которых заострен, а на другом имеется ушко для продергивания нити. Внутрь иглы помещают отрезки проволоки (штифты) диаметром, как правило, менее 1 мм из сплава никеля и кобальта, содержащего радиоактивный 60Со. Длина штифта называется активной длиной Р. п. В стандартные наборы входят кобальтовые иглы с длиной штифта от 5 до 50 мм, а общая длина игл - от 13,5 до 58,5 мм. Трубочки (цилиндры) отличаются от игл тем, что не имеют заостренного конца, активная длина их колеблется от 10 до 60 мм. В линейных Р. п. радионуклид распределен либо равномерно по всей длине - 0,0625 мкюри/мм (2,3 МБк/мм), либо неравномерно с повышенной линейной активностью на концах. Разновидностью линейных Р. п. являются отрезки кобальтовой, танталовой или иридиевой проволоки очень малого размера (диам. 0,7 мм, длина 3 мм), покрытой слоем золота или платины, которые вводят в нейлоновые полые нити (трубки). Используют также препараты 198Au, имеющие форму гранул диам. 0,8 мм и длиной 2,5 мм, поверхность которых покрыта слоем платины. Активность каждой гранулы порядка 3,5 мкюри (130 МБк). Помимо линейной, закрытые Р. п. могут иметь сферическую форму со сквозным отверстием в центре для продевания нити (радиоактивные бусы).

Иногда для поверхностных аппликаций предварительно из легко формующегося материала (воска, пластмассы) изготавливают муляж, повторяющий форму части поверхности, подвергающейся облучению. Этот муляж с внедренными в него закрытыми Р. п. называют радиоактивной маской. При внутритканевой лучевой терапии закрытые Р. п. в виде игл, штырьков, гранул, нейлоновых нитей внедряют непосредственно в ткань опухоли с помощью специальных инструментов (см. Радиологический инструментарий , Радиохирургия). При внутриполостной лучевой терапии (см. Гамма-терапия) закрытый Р. п. линейной формы вводят в эндостат - полую трубку, предварительно введенную в матку, мочевой пузырь, прямую кишку и др.

Открытые Р. п. - радионуклиды, находящиеся в различных агрегатных состояниях (истинные и коллоидные р-ры, газы, суспензии, рассасывающиеся нити и пленки), вступающие при их использовании в непосредственный контакт с органами и тканями, т. е. участвующие в обмене веществ и деятельности отдельных органов и систем. Открытые Р. п. применяют с диагностической и лечебной целями. Для диагностики используют препараты радионуклидов с коротким эффективным периодом полураспада (см.), что обусловливает незначительную лучевую нагрузку на организм. Они характеризуются отсутствием токсического действия и наличием бета- или гамма-излучения, к-рое может быть зарегистрировано методами радиометрии (см.). Наиболее широко применяют при исследовании функций почек, печени, головного мозга, легких и других органов, центральной и периферической гемодинамики различные соединения, меченные изотопами технеция (99m Tc), йода (131 I), индия (111 In, 113m In), а также газообразные Р. п. ксенона (133 Xe), криптона (85 Kr), кислорода (15 O) и др. Введение Р. п. в зависимости от их формы осуществляется путем приема внутрь, внутривенного введения, вдыхания и др. (см. Радиофармацевтические препараты).

С леч. целью открытые Р. п. чаще всего используют в виде коллоидных р-ров (см. Радиоактивные коллоиды). Выбор радионуклида определяется небольшим (желательно не более нескольких дней) периодом полураспада, небольшим эффективным периодом полувыведения соединения, подходящими физическими свойствами используемого излучения и отсутствием токсического действия на организм. Наиболее полно этим требованиям отвечают радиоактивные изотопы иттрия (90 Y), фосфора (32 P) и золота (198 Au). В ткань опухоли открытые Р. п. вводят путем инъекции с помощью защитных шприцев (см. Бета-терапия),

Р. п. изготавливаются промышленным способом и поставляются в леч. учреждения. Р. п. содержат в специальных защитных помещениях - хранилищах, откуда в транспортных свинцовых контейнерах доставляют в радиоманипуляционные (см. Радиологическое отделение). Подготовку и разведение открытых Р. п. производят в специальных боксах, вытяжных шкафах и радиоманипуляционных камерах, чтобы исключить возможность попадания радиоактивных изотопов на поверхность тела или внутрь организма медперсонала в результате загрязнения рук, инструментов, вдыхаемого воздуха (см. Противолучевая защита , Радиологическое защитно-технологическое оборудование).

Библиография: Зедгенидзе Г. А. и Зубовский Г. А. Клиническая радиоизотопная диагностика, М., 1968; Павлов А. С. Внутритканевая гамма- и бетатерапия злокачественных опухолей, М., 1967; Afterloading, 20 years of experience, 1955-1975, ed. by В. Hilaris, N. Y., 1975.

В. С. Даценко, М. А. Фадеева.