Лекции по дисциплине опд. Ф. 08: «Сельскохозяйственная радиобиология». для специальности 110401. 65-Зоотехния
Скачать 373.52 Kb.
|
ЯДРО АТОМА Ядро атома состоит из двух типов частиц: протонов и нейтронов, связанных между собой огромными силами. Протоны и нейтроны имеют общее название нуклон (ядерная частица от греч. nucleus — ядро); они в ядре могут превращаться друг в друга. Каждый атом любого элемента содержит в ядре определенное число протонов, которое постоянно и определяет физические и химические свойства элемента: так, в ядре атома серебра их 47, в ядре урана - 92. Число протонов в ядре называют атомным номером или зарядовым числом; оно соответствует порядковому номеру элемента в периодической системе Д. И. Менделеева. Вследствие своей электрической нейтральности нейтрон не отклоняется под действием магнитного поля, не отталкивается атомным ядром и, следовательно, обладает большой проникающей способностью, что создает серьезную опасность как фактор биологического действия излучения. Число нейтронов, находящихся в ядре, дает в основном только физическую характеристику элемента, так как в разных ядрах одного и того же химического элемента может быть далеко не одинаковое число нейтронов (от одного до десяти). В ядрах легких устойчивых элементов число протонов относится к числу нейтронов как 1:1. Чем дальше расположен элемент в периодической системе элементов Д. И. Менделеева (начиная с 21 -го элемента — скандия), тем больше в его атомах число нейтронов по сравнению с протонами. В самых тяжелых ядрах число нейтронов в 1,6 раза больше числа протонов. В настоящее время массы атомов измерены с большой точностью (до шестого и седьмого десятичных знаков) с помощью современных масс-спектрометров. ЯВЛЕНИЕ РАДИОАКТИВНОСТИ В конце прошлого столетия были сделаны два крупнейших открытия. В 1895 г. В. Рентген обнаружил лучи, которые возникали при пропускании тока высокого напряжения через стеклянный баллон с разреженным воздухом, а в 1896 г. А. Беккерель открыл явление радиоактивности. Беккерель обнаружил, что соли урана самопроизвольно испускают невидимые лучи, вызывающие почернение фотопластинки и флуоресценцию некоторых веществ. В 1898 г. Пьер Кюри и Мария Склодовская - Кюри открыли еще два элемента — полоний и радий, которые давали подобные излучения, но интенсивность их во много раз превышала интенсивность излучения урана. Впоследствии были установлены свойства этих излучений и определена их природа. Кроме того, было обнаружено, что радиоактивные вещества непрерывно выделяют энергию в виде теплоты. Явление самопроизвольного излучения было названо радиоактивностью, а вещества, испускающие излучения, — радиоактивными (от лат. radius — луч и activus — действенный). Радиоактивность — это свойство атомных ядер определенных химических элементов самопроизвольно (т. е. без каких-либо внешних воздействий) превращаться в ядра других элементов с испусканием особого рода излучения, называемого радиоактивным. Само явление называется радиоактивным распадом. Таким образом, радиоактивность является исключительно свойством атомного ядра и зависит только от его внутреннего состояния. Нельзя повлиять на течение процесса радиоактивного распада, не изменив состояния атомного ядра. На скорость течения радиоактивных превращений не оказывают никакого воздействия изменения температуры и давления, наличие электрического и магнитного полей, вид химического соединения данного радиоактивного элемента и его агрегатное состояние. Радиоактивные явления, происходящие в природе, называют естественной радиоактивностью; аналогичные процессы, происходящие в искусственно полученных веществах (через соответствующие ядерные реакции), — искусственной радиоактивностью. Однако деление это условно, так как оба вида радиоактивности подчиняются одним и тем же законам. ХАРАКТЕРИСТИКА РАДИОАКТИВНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ Радиоактивное излучение невидимо. Оно обнаруживается с помощью различных явлений, происходящих при его действии на вещество (свечение люминофоров или флуоресцирующих экранов, ионизация вещества, почернение фотоэмульсии после проявления и т. п.). Характер испускаемого радиоактивными веществами излучения изучен как по поглощению его в веществе, так и по отклонению этих лучей в электрическом и магнитном поле. Было обнаружено, что радиоактивное излучение в поперечном магнитном поле разделяется обычно на три пучка. Пока не была выяснена природа этих излучений, лучи, отклоняющиеся к отрицательно заряженной пластинке, условно были названы альфа-лучами, отклоняющиеся к положительно заряженной пластинке — бета-лучами, а лучи, которые совсем не отклонялись, были названы гамма-лучами. Такое разделение радиоактивного излучения в электрическом поле позволило установить, что только гамма-лучи представляют собой истинные лучи, так как они даже в сильном электрическом или магнитном поле не отклоняются; альфа- и бета-лучи являются заряжёнными частицами и способны отклоняться. Так как альфа-частицы массивны и обладают сравнительно большой энергией, путь их в веществе прямолинеен; они вызывают сильно выраженные эффекты ионизации и флуоресценции. В воздухе на 1 см пути альфа-частица образует 100...250 тыс. Ларионов. Поэтому альфа-излучатели при попадании в организм крайне опасны для человека и животных. Вся энергия альфа-частиц передается клеткам организма, что наносит им вред. Бета-частицы представляют собой поток частиц (электроны или позитроны) ядерного происхождения. Позитрон — элементарная частица, подобная электрону, но с положительным знаком заряда. Физическая характеристика электронов ядерного происхождения (масса, заряд) такая же, как и у электронов атомной оболочки. В отличие от альфа-частиц одного и того же радиоактивного элемента бета-частицы обладают различным запасом энергии (от нуля до некоторого максимального значения). Энергия, освобождаемая при каждом акте распада, распределяется между бета-частицей и нейтрино. Если бета-частица вылетает из ядра с большим запасом энергии, то нейтрино испускается с малым уровнем энергии и наоборот. Поэтому энергетический спектр бета-излучения сплошной или непрерывный. ЗАКОН РАДИОАКТИВНОГО РАСПАДА Количество любого радиоактивного изотопа со временем уменьшается вследствие радиоактивного распада (превращения ядер). Скорость распада определяется строением ядра, и поэтому нельзя повлиять на этот процесс никакими обычными физическими или химическими способами, не изменив состояния атомного ядра. Для каждого радиоактивного изотопа средняя скорость распада его атомов постоянна, неизменна и характерна только для данного изотопа. Постоянная радиоактивного распада альфа для определенного изотопа показывает, какая доля ядер распадается в единицу времени. Основной закон радиоактивного распада устанавливает, что за единицу времени распадается всегда одна и та же доля имеющихся в наличии ядер. Период полураспада — это время, в течение которого распадается половина исходного количества радиоактивных ядер. Для различных радиоактивных изотопов период полураспада имеет значения от долей секунды до миллиардов лет. Причем у одного и того же элемента могут быть изотопы с различными периодами полураспада. Соответственно и радиоактивные элементы разделяются на короткоживущие (часы, дни) и долгоживущие (годы). Особенность радиоактивного распада в том, что ядра одного и того же элемента распадаются не все сразу, а постепенно, в различное время. Момент распада каждого ядра не может быть предсказан заранее. Поэтому распад любого радиоактивного элемента подчиняется статистическим закономерностям, носит вероятностный характер и может быть математически определен для большого количества радиоактивных атомов. Иными словами, распад ядер происходит неравномерно — то большими, то меньшими порциями. Из этого следует практический вывод, что при одном и том же времени измерения числа импульсов от радиоактивного препарата мы можем получить разные значения. Контрольные вопросы. 1. Что такое атом? 2. Чем отличается один элемент от другого? 3. Какой атом называется нейтральным? 4. Из чего состоит ядро атома? 5. Что называют естественной радиоактивностью? Лекция 3 (2 ч.). ДОЗИМЕТРИЯ И РАДИОМЕТРИЯ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ План:
Радиометрия (отгреч. radio — луч + metro — измерять) — обнаружение и измерение числа распадов атомных ядер в радиоактивных источниках либо некоторой доли их по испускаемому ядрами излучению. Дозиметрия (от греч. dosis — доза, порция + metro — измерять) — измерение рассеяния и поглощения энергии ионизирующего излучения в определенном материале. Доза излучения строго зависит от энергии и вида падающего излучения, а также от природы поглощающего материала. Несмотря на различие задач радиометрии и дозиметрии, базируются они на общих методических принципах обнаружения и регистрации ионизирующих излучений. ДОЗА ИЗЛУЧЕНИЯ И ЕЕ МОЩНОСТЬ Доза излучения и единицы ее измерения. Биологическое действие рентгеновского и ядерных излучений на организм обусловлено ионизацией и возбуждением атомов и молекул биологической среды. На процесс ионизации излучения расходуют свою энергию. В результате взаимодействия излучений с биологической средой живому организму передается определенное количество энергии. Часть поступающего в организм излучения, которое пронизывает облучаемый объект (без поглощения), действия на него не оказывает. Поэтому основная физическая величина, характеризующая действие излучения на организм, находится в прямой зависимости от количества поглощенной энергии. Для измерения количества поглощенной энергии введено такое понятие, как доза излучения. Это величина энергии, поглощенной в единице объема (массы) облучаемого вещества. Различают дозу в воздухе, дозу на поверхности (кожная доза) и в глубине облучаемого объекта (глубинная доза), очаговую и интегральную (общая поглощенная доза) дозы. Так как поглощенная энергия расходуется на ионизацию среды, то для измерения ее необходимо подсчитать число пар ионов, образующихся при излучении. Однако измерить ионизацию непосредственно в глубине ткани живого организма трудно. За единицу экспозиционной дозы в Международной системе единиц (СИ) принят кулон на килограмм (Кл/кг), т. е. такая экспозиционная доза рентгеновских и гамма-лучей, при которой в 1 кг сухого воздуха образуются ионы, несущие заряд в один кулон электричества каждого знака. Мощность дозы и единицы ее измерения. В биологическом отношении важно знать не просто дозу излучения, которую получил облучаемый объект, а дозу, полученную в единицу времени. В одном случае суммарная доза, значительно превышающая смертельную, но полученная в течение длительного периода времени, не только не приведет к гибели животного, но даже не вызовет у него реакцию лучевого поражения. В другом случае доза меньше смертельной, но полученная в короткий отрезок времени, может вызвать лучевую болезнь различной тяжести. В связи с этим введено понятие мощности дозы. Мощность дозы (Р) — это доза излучения D, отнесенная к единице времени t: Р = D/t. Чем больше мощность дозы Р, тем быстрее растет доза излучения D. Понятие мощности дозы относится как к экспозиционной, так и к поглощенной дозе. Для измерения мощности экспозиционной дозы в СИ служит ампер на килограмм (А/кг), внесистемная единица — рентген в час (Р/ч) или рентген в минуту (Р/мин) и т. д. За единицу мощности поглощенной дозы в СИ принят ватт на килограмм (Вт/кг), внесистемные единицы — рад в час (рад/ч), рад в минуту рад/мин) и т. д. ДОЗИМЕТРЫ Дозиметры состоят из трех основных частей: детектора, радиотехнической схемы, усиливающей ионизационный ток, и регистрирующего (измерительного) устройства. Детекторами излучения в дозиметрах могут быть ионизационные камеры, газоразрядные и сцинтилляционные счетчики и др. Регистрирующим устройством может быть микроамперметр или устройство для цифровой, световой, звуковой индикации результатов измерений. Все дозиметры делят на стационарные, переносные, носимые (полевые) и индивидуальные. Принятая классификация дозиметрических приборов на группы не является строгой. Она отражает лишь основное назначение каждого прибора, но не исключает возможности использования его для решения дополнительных задач. Стационарные дозиметры. Их используют для контроля величины дозы и мощности дозы излучения в определенных (технологически и тактически обоснованных) точках радиологических лабораторий, технологических установок, участков или объектов местности. Конструктивно приборы этого типа разделены на два функционально самостоятельных узла: выносной детектор и сигнально-измерительный пульт для сигнализации о превышении установленной мощности дозы. Иногда используют многоканальные дозиметрические устройства, что позволяет измерять одним регистрирующим устройством информацию, попадающую от нескольких десятков детекторов. В ряде случаев дозиметры имеют дополнительные узлы для вывода информации на ленту самописца или экран дисплея, а также для передачи звуковой или световой сигнализации о превышении дозы облучения выше допустимого уровня. Дозиметры подобного типа незаменимы для контроля дозы и мощности дозы излучения, получаемой объектом, подвергающимся специальному облучению, при использовании радиационной технологии в сельском хозяйстве, контроле уровня радиации в хранилищах, очистных сооружениях, при лучевой терапии и т. д. Переносные дозиметры. Их применяют для измерения дозы и мощности дозы излучения в производственных и лабораторных помещениях, где по условиям работы не требуется проводить постоянный дозиметрический контроль, а осуществляют лишь периодический контроль. Дозиметр-радиометр бытовой применяют для индивидуального контроля радиационной обстановки на местности, в жилых и рабочих помещениях по уровню гамма-излучения, а также для оценки плотности потока бета-излучения от загрязненных поверхностей и измерения удельной активности проб воды, почвы, продуктов питания и т. д. Для проведения дозиметрических измерений в лабораторных условиях можно использовать и другие дозиметры, которые по принятой классификации относят к носимым (полевым). Носимые (полевые) дозиметры представляют собой большую группу приборов, которые широко применяют для обнаружения радиоактивных веществ, а также для определения их количества и качества по уровню гамма-излучения. БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ Ионизирующие излучения обладают высокой биологической активностью. Они способны вызывать ионизацию любых химических соединений биосубстратов, образование активных радикалов и этим индуцировать длительно протекающие реакции в живых тканях. Поэтому результатом биологического действия радиации является, как правило, нарушение нормальных биохимических процессов с последующими функциональными и морфологическими изменениями в клетках и тканях животного. МЕХАНИЗМ БИОЛОГИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ До конца он пока не выяснен. Однако результаты многочисленных исследований свидетельствуют о том, что у различных излучений он в основном одинаковый, начиная от исходных актов поглощения и переноса энергии излучения и кончая физиологическими и морфологическими изменениями в облученном организме. Особенности биологического действия радиации, во-первых, в том, что у животных отсутствуют специальные анализаторы для восприятия излучения, и, во-вторых, оно в основном связано с формой передачи энергии клеткам. Например, при гамма-облучении дозой 1000 Р, смертельной для большинства млекопитающих, ткани поглощают ничтожно малую энергию — около 8,4 кДж/г. Для сравнения можно сказать, что такое же количество энергии расходуется при повышении температуры тела только на 0,001 °С. В механизме биологического действия ионизирующих излучений на живые объекты условно можно выделить два основных этапа. Первый этап — первичное (непосредственное) действие излучения на биохимические процессы, функции и структуры органов и тканей; второй — опосредованное действие, которое обусловливается нейрогенными и гуморальными сдвигами, возникающими в организме под влиянием радиации. Для объяснения механизма первичного действия ионизирующих излучений на биосубстрат предложено более десяти гипотез и теорий, многие из которых, по современным представлениям, не выдерживают критики и имеют уже только историческое значение. Со временем был накоплен большой фактический материал подтвеждающем действии ионизирующих излучений. Однако биологический и патогенетический механизм оставался неизвестным. Для изучения этих вопросов были взяты в качестве биологической модели простые белки, протеиды, ферменты, вирусы, бактерии и грибы различных видов. Их подвергали облучению в различных условиях и агрегатных состояниях: сухом (высушенном) виде, в растворах, при глубоком замораживании в жидком азоте, в различных условиях кислородного режима (при насыщении среды кислородом или при отсутствии его). Исследования проводили на животных pa- личных видов. В результате этих опытов было выдвинуто две теории механизма первичного, т. е. непосредственного, действия ионизирующей радиации, которые в настоящее время являются признанными: теория прямого действия излучений на составляющие молекулы вещества; теория косвенного действия. Было показано, что при прохождении излучения через вещество или макромолекулы биологического субстрата энергия радиоактивных излучений передается атомам вещества, вызывая в них возбуждение и ионизацию. Этот первый этап воздействия излучения характеризует акт прямого их взаимодействия. Следовательно, под прямым действием ионизирующей радиации понимают такие изменения; которые возникают в результате поглощения энергии излучения самими молекулами, а поражающее действие связано с актом возбуждения и ионизации атомов и макромолекул. Под косвенным (непрямым) действием радиоактивных излучений понимают изменение молекул клеток и тканей, обусловленных радиолизом воды и растворенных в ней веществ, а не энергией изучения, поглощенной самими молекулами. |
Похожие:
 | Методические рекомендации по изучению дисциплины опд. Ф. 06: «Микробиология... Министерство сельского хозяйства российской федерации федерального государственного образовательного учреждения |  | Аннотация рабочей программы по дисциплине Изучение дисциплины предусмотрено в учебном цикле – естественнонаучные дисциплины по специальности 110401. 65 «Зоотехния» |
| Программа по дисциплине сд. Ф. 04: «Зоогигиена с основами проектирования... Целью дисциплины является изучение влияния комплекса факторов внешней среды на физиологическое состояние и продуктивные качества... | | Рабочая программа по дисциплине физиология и этология животных для специальностей Рабочая программа составлена на основании Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования для специальности... |
| Методические указания к самостоятельной работе студентов по дисциплине... Индивидуальные задания к самостоятельным занятиям по расчету систем водоснабжения, навозоудаления и канализации животноводческих... | | Методические указания для самостоятельной работы по дисциплине «сельскохозяйственная... Методические указания разработаны доцентами кафедры физиологии и кормления сельскохозяйственных животных, к б н. Зеленской Л. А.... |
| Примерная рабочая программа по дисциплине «Морфология животных» Учебная программа по морфологии животных составлена в соответствии с государственным образовательным стандартом высшего профессионального... | | Программа для высших сельскохозяйственных учебных заведений по специальности... Министерство сельского хозяйства российской федерации федерального государственного образовательного учреждена |
| Рабочая программа по дисциплине сд. 12. 04 «Нутриеводство» Рабочая программа составлена на основании гос впо специальности 110401«Зоотехния» и учебного плана фгбоу впо «мгту» | | Рабочая программа по дисциплине сд. 12. 01 «Кролиководство» Рабочая программа составлена на основании гос впо специальности 110401«Зоотехния» и учебного плана фгбоу впо «мгту» |
| Программа вступительного экзамена в аспирантуру по специальности... Охватывает вопросы, отражающие важнейшие фундаментальные понятия в области разведения, селекции и генетики сельскохозяйственных животных... | | Основная образовательная программа специальность Приложение Государственный образовательный стандарт высшего профессионального образования по специальности 110401. 51 Зоотехния |
| Методические указания к написанию рефератА по дисциплине «Философия» «Технология производства и переработки сельскохозяйственной продукции» 110305. 65, «Зоотехния» 110401. 65, «Садово-парковое и ландшафтное... | | Рабочая программа составлена на основании гос впо и учебного плана... Знание этих закономерностей дает возможность управлять процессами жизнедеятельности с целью повышения продуктивности животных и улучшения... |
| Майкопский государственный технологическйи университет Дисциплина «Кормопроизводство с основами ботаники и агрономии» является одной из ведущих дисциплин учебного плана при подготовке... | | Программа и методические рекомендации к выполнению выпускных квалификационных... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
