tiểu luận lí sinh phóng xạ

BUÔN MA THUỘT, THÁNG 5 NĂM 2015 TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÂY NGUYÊN KHOA Y DƯỢC BỘ MÔN LÝ SINH TÁC GIẢ: NGUYỄN TRUNG TƯỜNG 14307543 NGUYỄN HOÀN HẢI 14307547 NGUYỄN THỊ THÁI LINH 14307549 HOÀNG NỮ MINH THƯ 14307557 BÀI TIỂU LUẬN LÝ SINH VỀ PHƯƠNG PHÁP ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ PHƯƠNG PHÁP ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ  MỤC TIÊU. - Hiểu được nguồn gốc và bản chất của các loại bức xạ ion hóa; - Hiểu được cơ chế tác dụng của bức xạ ion hóa lên vật chất; - Hiểu và mô tả được các loại tổn thương do bức xạ ion hóa gây nên đối với cơ thể sống; - Phân tích được các yếu tố ảnh hưởng đến tác dụng sinh học của bức xạ ion hóa; - Biết được các ứng dụng của bức xạ ion hóa trong y – sinh học; - Nắm vững nguyên tắc an toàn phóng xạ; - Nhận thức đúng và có kỹ năng phòng tránh các tác dụng của bức xạ ion hóa.  NỘI DUNG THẢO LUẬN. A. ĐẠI CƯƠNG VỀ BỨC XẠ ION HÓA. I. Nguồn gốc bức xạ ion hóa. - Bức xạ ion hóa là bức xạ mang đủ năng lượng để giải phóng electron từ nguyên tử hay phân tử trực tiếp hoặc gián tiếp. Bức xạ ion hóa bao gồm năng lượng của các hạt hạ nguyên tử, tốc độ tương đối của ion hoặc nguyên tử, sóng điện từ ở đầu năng lượng cao của quang phổ điện từ. Bản chất là sóng điện từ, có bước s óng cực ngắn ( <10 A o ) gồm tia Roentgen ( tia X) và tia gamma (γ) . - 2 loại : Bản chất là hạt như hạt anpha ( a ) , p r oton ( p ) , not r on ( n ) , dòng điện tử ( e - ) , dòng po s it r on ( e + ) … II. Bức xạ ion hóa có bản chất là sóng điện từ. 1. Tia X(Tia Röntgen) Tổ 5 – Nhóm 4 2 N ăm 1895 Roentgen, nhà bác học người Đ ức, t r ong quá t r ình nghiên cứu s ự phóng điện t r ong khí nén đã phát hiện một tia có khả năng đâm xuyên qua lớp vật chất mỏng, làm đen kính ảnh, mắt người không thể nhận biết t r ực tiếp. Roentgen đặt tên loại tia này là tia X , s au này được gọi là tia Roentgen. Hình ảnh về ống roentgen Tổ 5 – Nhóm 4 3 Cấu tạo của ống roentgen Cấu tạo: - Ống Rơnghen là một ống tia Catod, trong đó có gắn thêm một điện cực bằng kim loại có nguyên tử lượng lớn rất khó nóng chảy để chắn dòng tia catod. - Cực kim loại này được gọi là đối âm cực, được nối với anod. Áp suất trong ống khoảng 10 -3 mmHg. Vấn đề kỹ thuật: - Khi ống Rơnghen hoạt động nó rất nóng, người ta phải cho dòng nước trong lòng ống để nó giải nhiệt. - Ngoài ra để tăng dòng electron trong tia âm cực, người ta dùng catod là một sợi dây kim loại bằng volfram nung nóng và bọc một lớp Thori oxit, lớp này còn dùng để tăng tuổi thọ của dây. S ự phát tia Roentgen có thể đ ư ợc giải thích nh ư s au : K hi katốt được đốt nóng các điện tử tách r a và dưới tác dụng của điện t r ường, từ nguồn điện cực lớn 100k V , s ẽ thoát bay đến anốt với vận tốc lớn. K hi điện tử đập vào anốt bị dừng lại một cách đột ngột và nhường phần lớn năng lượ n g cho các điện tử của ngu y ên tử chất làm cực anốt. Các điện tử nàynhận nănglượng chuyển lên t r ạng thái kích thích có mức năng lượng cao () khi t r ở về t r ạng thái ban đ ầu có mức năng lượng thấp ()s ẽ phát r a tia r oentgen có tần s ố v thỏa mãn hệ thức: Tổ 5 – Nhóm 4 4 N ăng lượng của tia được xác định theo hệ thức: T r o n g đó: h là hằng s ố P lanck; c là vận tốc ánh sang t r ong chân không; λ là bước s óng của tia r oent g en. K hi điện tử đập vào anốt chỉ có 0,2 % năng lượng phát r a tia r oentgen còn lại chuyển thành nhiệt, đ ố t nóng anốt. Ố ng phóng tia Roentgen hoạt động dưới điện áp 400k V , phát r a tia Roentge n có bước s óng ngắn nhất là 0,03 A o , t r ung bình là 0,06 A o . Ứng dụng: Trong đời sống: kiểm tra hành lý của hành khách đi máy bay… Trong công nghiệp: dùng để dò các lỗ hỏng khuyết tật trong các sản phẩm đúc. Trong y học: dùng để chiếu điện, chụp điện, chữa bệnh ung thư nông (gần ngoài da). 2. Tia gamma (Tia γ) - Tia gamma(Tia γ) là một loại bức xạ điện từ hay quang tử có tần số cực cao. - Tia gamma có bước sóng thấp nhất (<10 −12 m) và tần số cao nhất (10 20 - 10 24 Hz) trong số các sóng điện từ vì vậy nó mang nhiều năng lượng hơn so với sóng radio, vi sóng, ánh sáng, tia hồng ngoại, tia cực tím, tia X. - Tia gamma sinh ra từ quá trình phân rã các hạt nhân nguyên tử có trạng thái năng lượng cao. Vì vậy chúng thường phát ra từ các phản ứng hạt nhân, quá trình phóng xạ, hay tương tác giữa các hạt như quá trình hủy cặp electron-positron. Đây là một dạng bức xạ ion hóa nên rất nguy hiểm với các sinh vật sống. -Bức xạ gamma là bức xạ điện từ, bước s óng ngắn ( <1 A o ) . S ự khác nhau giữa bức xạ gamma và bức xạ r oentgen là nguồn gốc: bức xạ gamma phát r a từ t r ong nhân, còn tia X s inh r a ở ngoài nhân. - Sơ đồ phân rã như sau: Tổ 5 – Nhóm 4 5 Tốc độ lan t r uyền của bức xạ gamma bằng tốc đô ánh s áng. N ăng lượng của bức xạ phụ thuộc vào tần s ố hoặc độ dài của bước s ó n g. Bức xạ gamma không phải do nhân phóng xạ t r ực tiếp phát r a mà là một quá t r ình thứ phát, nghĩa là s inh r a từ nhân mới được tạo thành khi nó còn t r ong t r ạng thái kích thích chưa ổn định. K hi một nhân phân r ã theo kiểu β hoặc α s ẽ tạo thành một nhân mới, nhân mới có thể ở n h iều mức năng lượng khác nhau. K hi chuyển nhân từ t r ạng thái kích thích về t r ạng thái ổn định s ẽ phát xạ gamma. Bứcxạgamma phát r akhônglàm biến đổi cấu t r úcbên t r ongnhân. S ố lượngp r oton và neut r on t r ongnhân khôngthayđổi. P hổ b ức xạgamma là phổ vạch. Trên trái đất, tia gamma thường sinh ra bởi sự phân rã gamma từ đồng vị phóng xạ tự nhiên và bức xạ thứ cấp từ các tương tác với các hạt trong tia vũ trụ. Cũng cónhững nguồn gamma tự nhiên khác không có nguồn gốc hạt nhân, ví dụ như các tia sét. Bên ngoài vũ trụ có rất nhiều quá trình có thể sản sinh tia gamma, và đồng thời các điện tử có năng lượng rất cao được tạo ra. Từ đó chúng lần lượt gây ra các tia gamma thứ cấp bởi cơ chế của bức xạ hãm, Compton ngược và bức xạ điện tử. Phần lớn các tia gamma vũ trụ đều bị chắn lại bởi bầu khí quyển của trái đất và chỉ có thể được phát hiện bởi các trạm nghiên cứu trên không giàn hoặc tàu vũ trụ. Tổ 5 – Nhóm 4 6 III. Bức xạ ion hóa có bản chất là hạt. 1. Tia Alpha (Tia α). Hạt Alpha hay tia alpha là một dạng của phóng xạ. Đó là hạt bị ion hóa cao và khó có khả năng đâm xuyên.Hạt alpha gồm haiproton và hai neutron liên kết với nhau thành một hạt giống hệt hạt nhân nguyên tử hellium, do đó, hạt alpha có thể được viết là He2+. Hạt alpha xuất hiện trong phân rã của hạt nhân phóng xạ như là uranium hoặc radium trong một quá trình gọi là phân rã alpha. Đôi khi sự phân rã làm hạt nhân ở trạng thái kích thích khởi động phân rã gamma để giải thoát năng lượng.Như vậy, sự phân rã này làm giảm khối lượng và điện tích của hạt nhân. Phương trình biến đổi của phân rã Alpha (α) là: Q là năng lượng phát ra dưới dạng động năng của hạt alpha.Thông thường mỗi nguyên tố phóng xạ phát ra hạt alpha có một mức năng lượng xác định. Song cũng có trường hợp nguyên tố phóng xạ phát ra hai loại tia alpha có năng lượng khác nhau. Ví dụ như sự biến đổi của hạt nhân nguyên tử sẽ phát ra tia alpha có E = 4,77 MeV chiếm 94,3% và E = 4,59MeV chiếm 5,7%. Ta có sơ đồ phân rã như sau: Tia Alpha có một số đặc điểm sau: - Mang điện tích dương nên có khả năng ion hóa cao. - Có khối lượng tương đối lớn nên khả năng xuyên sâu yếu. Tổ 5 – Nhóm 4 7 - Có tính đơn năng. 2. Tia Bêta (β). - Hạt beta là tên gọi chung của điện tử (e−, β−) và positron (e+, β+) phát ra trong quá trình phân rã beta của hạt nhân và của nơtron ở trạng thái tự do - Có hai hình thức phân rã β: và . Tia β dựa theo tính chất phân rã được chia làm 2 loại: -Tia : là kết quả của quá trình phân rã negatron. Trong những điều kiện nhất định, trong hạt nhân nguyên tử có Z lẻ, N lẻ và có thì nó sẽ chuyển về trạng thái ổn định bằng cách chuyển neutron thành proton và phát ra điện tử âm () cùng với neutrino () là một thể trung hòa điện, có năng lượng rất thấp. - Phương trình biến đổi của phân rã được viết như sau: Bản chất của phân rã này là: Sơ đồ phân rã cụ thể như sau: Như vây, bức xạ (negatron) dẫn đến việc tăng điện tích hạt nhân lên một đơn vị nhưng không làm thay đổi số khối. Tổ 5 – Nhóm 4 8 -Tia : là kết quả của quá trình phân rã positron. Trong những điều kiện nhất định, trong hạt nhân có Z lẻ, N lẻ và có , nó sẽ chuyển về trạng thái ổn định bằng cách chuyển proton thành neutron và phát sinh ra positron kèm theo thể neutrino - Phương trình biến đổi của phân rã được viết như sau: - Bản chất của phân rã này là: - Sơ đồ phân rã như sau: Hạt positron có khối lượng bằng khối lượng điện tử và mang điện tích dương. So với điện tử thì positron rất không bền, nó rất dễ kết hợp với điện tử (gọi là sự hủy cặp) và phát ra hai lượng tử gamma có năng lượng . B. TÁC DỤNG CỦA BỨC XẠ ION HÓA LÊN VẬT CHẤT. - Mọi bức xạ đều mang năng lượng, khi gặp vật chất sẽ truyền năng lượng. Có 2 cơ chế cơ bản: kích thích và ion hóa vật chất. - Tia bức xạ được chia làm 2 loại: bức xạ dạng sóng điện từ (tia γ, tia X) và bức xạ là các hạt vi mô tích điện (, proton, neutron,…). I. Tác dụng của bức xạ ion hóa có bản chất sóng điện từ. Tổ 5 – Nhóm 4 9 Tia γ , tia X có bản chất là s óng điện từ với bước s óng cực ngắn, là photon năng lượng lớn. S ản phẩm của quá t r ình tương tác với vật chất là những hạt vi mô tích điện có năng lượng lớn, các hạt này s ẽ ion hóa vật chất. Tùy theo mức năng lượng mà chúng tương tác với vật chất theo một t r ong ba hiệu ứng s au: 1. Hiệu ứng quang điện. Hiệu ứng quang điện là một hiện tượng điện - lượng tử, trong đó các điện tử được thoát ra khỏi nguyên tử (quang điện trong) hay vật chất (quang điện thường) sau khi hấp thụ năng lượng từ các photon trong ánh sáng làm nguyên tử chuyển sáng trạng thái kích thích làm bắn electron ra ngoài. Hiệu ứng quang điện đôi khi được người ta dùng với cái tên Hiệu ứng Hertz, do nhà khoa học Heinrich Hertz tìm ra. Hiệu ứng chủ yếu xảy ra đối với tia X và tia gamma có năng lượng từ . D ưới tác dụng của tia gamma hay tia X điện tử bị bức r a khỏi lớp vỏ điện tử của nguyên tử. N ăng lượng của photon được chia làm hai phần, một phần dùng để ion hóa nguyên tử, phần còn lại làm động năng cho điện tử. G iá t r ị này được xác định như s au: T r o n g đó: là năng lượng của photon; là năng lượng cần thiết để đánh bật điệ n tử r a khỏi quĩ đạo. Q uang điện tử có năng lượng lại tiếp tục gây r a s ự ion hóa lên các nguyên tử vật chất khác. S ơ đồ hiệu ứng mô tả như s au: Tổ 5 – Nhóm 4 10 [...]... C TÁC DỤNG SINH HỌC CỦA BỨC XẠ ION HÓA I.Mở đầu Việc hiểu biết các tác dụng sinh học của bức xạ là cần thiết trong hai lĩnh vực: An toàn bức xạ: Nhằm bảo vệ con người khỏi những tác hại của bức xạ Xạ trị : Nhằm sử dụng bức xạ một cách hợp lý để tiêu diệt tế bào nguy hại cho cơ thể a Trong an toàn bức xạ, người ta thường gặp : Liều hấp thụ thường là rất thấp, khoảng mGy/năm Nhiều loại bức xạ khác nhau(gamma,... nhiều phân tử sinh học phức tạp: Phân tích cấu trúc phân tử DNA và ảnh thu được III.Ứng dụng trong y học 1.Phương pháp đánh dấu phóng xạ: Tổ 5 – Nhóm 4 34 a.Cơ sở Cho đến nay việc ứng dụng đồng vị phóng xạ vào chẩn đoán bệnh và điều trị đã khá phát triển, bao gồm nhiều kỹ thuật, trong đó rộng rãi nhất vẫn là kỹ thuật đánh dấu phóng xạ Kỹ thuật này dựa vào những đặc điểm sau đây: Đồng vị phóng xạ và đồng... trong xạ trị, thường thì Liều khá cao, khoảng vài chục Gy, được chiếu trong vòng 1 tháng Bức xạ thường được dùng là tia X và Electron, có LTE xấp xỉ bằng nhau Tổ 5 – Nhóm 4 17 Sau khi tìm hiểu về chương này chúng ta cần phải nắm được : - Chuỗi quá trình xảy ra từ khi bức xạ đi vào cơ thể cho đến những biểu hiện lâm sàng - Những yếu tố vật lý và sinh học ảnh hưởng đến tác dụng sinh học của bức xạ - Quan... sau đây: Đồng vị phóng xạ và đồng vị bền chịu mọi quá trình sinh lý và sinh hoá như nhau trong tổ chức sống Nói một cách khác là tổ chức sống từ mức độ phân tử đến toàn cơ thể hay cả quần thể nhiều vi sinh vật cũng không phân biệt được đồng vị bền và đvpx trong hoạt động sinh học của mình trong lúc đó lại có thể dễ ghi đo chúng qua các phóng xạ phát ra Khối lượng các chất đánh dấu thường rất nhỏ và không... thương mô cục bộ : + Ung thư tuyến giáp + Da -Tổn thương mô cục bộ: + Tuyến sinh dục + Da + Tứ chi + Tuyến sinh dục -Suy giảm huyết học -Tổn thương tế bào di -Giảm tuổi thọ truyền +Mắt -Tổn thương di truyền -Hiệu ứng đối với bào thai +Chết trước/trong khi sinh + Bị bệnh/u bẩm sinh + Chậm/kém phát triển D MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA BỨC XẠ ION HÓA I Cấu tạo của máy phát tia X Máy X quang hiện nay rất đa dạng và... và biển đổi dữ liệu, cắt bỏ dữ liệu không cần thiết và tái tạo hình ảnh cắt lớp Hiện tượng nhiễu xạ và giao thoa của tia X Tia Roentgen(tia X) có bản chất sóng điện từ như sóng ánh sáng nên cũng có các hiện tượng phản xạ, khúc xạ, nhiễu xạ và giao thoa khi gặp những điều kiện thích hợp Hiện tượng nhiễu xạ tia X Tổ 5 – Nhóm 4 33 Hiện tượng giao thoa của tia X trên các mạng tinh thể Như vậy: để cường... sống còn của tế bào Nếu màng tế bào bị tổn thương do bức xạ, chức năng thẩm thấu của màng có thể bị thay đổi Độ nhạy bức xạ của các tiểu thể gắn với màng có thể bị thay đổi Ảnh hưởng lên màng tế bào ( hình vẽ ) Tổ 5 – Nhóm 4 23 Tác dụng của bức xạ ở cấp tế bào – Sự chết của tế bào Ở cấp tế bào, ba hiệu ứng chính có thể quan sát được từ sự chiếu xạ ADN là sự chết của tế bào ( cell death ) và sự đột biến... xảy ra khi các tế bào sinh dục (sex cells) bị tổn thương Các tế bào sinh dục rất nhạy bức xạ b.Tác dụng ngẫu nhiên( stochastic ) và tất nhiên ( deterministic ) Đây là cách phân loại theo quan hệ giữa liều hấp thụ và đáp ứng Tác dụng ngẫu nhiên : Khi 1 cá thể bị chiếu xạ thì cá thể đó có thể bị hoặc không bị tác dụng ( ví dụ ung thư ) Nhưng khi xét một số lớn cá thể cùng chịu chiếu xạ như nhau, thì sẽ... Nếu đột biến xảy ra ở tế bào sinh dục ( germ cell) thì nó có thể di truyền cho thế hệ sau Sự đột biến có thể xảy ra tự phát ( không bị chiếu xạ) Lượng bức xạ để làm số đột biến tăng gấp đôi gọi là liều gấp đôi Đối với cơ thể người, liều gấp đôi trung bình là 0,6 Gy Nghĩa là khi nhận một liều 0,6 Gy, xác suất bị bệnh ung thư tăng lên gấp đôi 3.Phân loại các tác dụng của bức xạ ở mức lâm sàng Tác dụng... tác dụng của bức xạ ở mức lâm sàng Tác dụng cá thể (somatic) và tác dụng di truyền Tổ 5 – Nhóm 4 24 Tác dụng sinh học của bức xạ là từ dùng để chỉ chung các triệu chứng lâm sàng xác định, ví dụ sự nổi đỏ da, ung thư, sự chết của tế bào, các tổn thương di truyền,vv… Tác dụng sinh học của bức xạ có thể được phân loại theo nhiều cách: a.Tác dụng cá thể (somatic) và tác dụng di truyền (genetic) Đây là