buc xa

 Nguồn bức xạ tự nhiên : tia vũ trụ, tia tử ngoại, tia hồng ngoại, bức xạ mặt trời, các chất phóng xạ trong tự nhiên có trong đất, nước, không khí… viba, sóng vô tuyến, phóng xạ trong

BỨC XẠ ION HÓA VÀ

CƠ THỂ SỐNG

 Nguồn bức xạ tự nhiên : tia vũ trụ,

tia tử ngoại, tia hồng ngoại, bức xạ

mặt trời, các chất phóng xạ trong tự nhiên có trong đất, nước, không khí…

viba, sóng vô tuyến, phóng xạ trong các hoạt động nghiên cứu của con

người (y học, khai thác mỏ, năng

lượng nguyên tử, vũ khí hạt nhân…)

MỤC TIÊU

1. TRÌNH BÀY ĐƯỢC BẢN CHẤT CỦA CÁC

BỨC XẠ ION HÓA

2. PHÂN BIỆT CƠ CHẾ TÁC DỤNG CỦA BỨC

XẠ ION HÓA LÊN CƠ THỂ SỐNG VÀ CÁC MỨC ĐỘ TỔN THƯƠNG CỦA CƠ THỂ

NỘI DUNG

1 NGUỒN GỐC VÀ BẢN CHẤT

CỦA BỨC XẠ ION HÓA

1.1 CẤU TẠO CỦA HẠT NHÂN NGUYÊN

TỬ

1.2 HIỆN TƯỢNG PHÓNG XẠ

1.1 CẤU TẠO CỦA HẠT NHÂN NGUYÊN

TỬ

Cấu tạo HNNT: các nucleon

• Proton: P (q=e=+1,6.10 -19 C;m=1,00759u; 1u=1,66.10

1.2 HIỆN TƯỢNG PHÓNG XẠ

 1895,Wilhelm Roentgen phát hiện ra 1

tấm phim ảnh có thể bị cản quang bởi các bức xạ vô hình, có thể xuyên qua vật chất

 1896, nhà bác học Becquerel đã phát hiện thấy Urrani Sunfat đã phát ra những tia

không nhìn thấy nhưng có khả năng đâm xuyên mạnh

 Mari Curi và Pie Curi đã chứng tỏ rằng:

Chùm tia phát ra từ HN của một nhóm các nguyên tố

1.2 HIỆN TƯỢNG PHÓNG XẠ

ĐN: Hiện tượng hạt nhân nguyên tử tự biến đổi để trở

thành hạt nhân nguyên tử của nguyên tố khác, hoặc

từ một trạng thái năng lượng cao về một trạng thái năng lượng thấp hơn, trong quá trình biến đổi đó hạt nhân phát ra những tia không nhìn thấy được có năng lượng cao gọi là tia phóng xạ hay bức xạ hạt nhân.

Tính chất của các tia phóng xạ:

- Khả năng đâm xuyên mạnh

- Ion hóa không khí

- Làm đen kính ảnh

- Gây ra các phản ứng hóa học

16S32

Phân rã beta dương (β+)

Phân rã beta β

 Phổ năng lượng của các tia là liên tục: bản chất của các phân rã là sự biến đổi tương hỗ giữa n và p theo phản ứng

p n + β + + +Q

n p + β - + +Q

Phân rã alpha α

(2He4)

tố có khối lượng lớn

năng ion hóa cao

γ 0,18MeV

2,50 MeV

1,33 MeV

0 MeV

α1 (5,17 MeV) 0,2%

5 MeV 0,22MeV 0,08 MeV

0 MeV

α 3 (5,34MeV) 0,88%

α 1 (5,42 MeV) 71%

28Ni60

88Ra224

Phân loại bức xạ ion hoa

Photon năng lượng cao

1.3 Định luật phân rã phóng xạ

 Định luật: Nt = N0 e- λ t

λ: hằng số phân rã: Đặc trưng cho tính phóng xạ của từng nguyên tố, không phụ thuộc vào các điều kiện ngoài

 Chu kỳ bán rã T: Là khoảng thời gian cần thiết để số HN có tính phóng xạ của nguồn

đó giảm xuống một nửa so với ban đầu

• T= ln2/λ

• T đặc trưng cho tính phóng xạ của nguyên tố

phóng xạ

Tốc độ phân rã phóng xạ (hoạt độ phóng

xạ)

một đại lượng vật lý cho biết số hạt nhân

có tính PX của nguồn đó bị phân rã trong một đơn vị thời gian.

 Đơn vị: 1Bq = 1 Pr/s

• Bq là tốc độ phân rã của nguồn mà cứ mỗi giây trung bình có một HN bị phân rã

• 1Ci = 3,7.1010 Bq

Một số khái niệm khác

• Mật độ bức xạ tại một điểm trong không

gian là số tia phóng xạ truyền qua một đơn

vị diện tích đặt vuông góc với phương

truyền của tia tại điểm đó trong một đơn vị thời gian

J = n/S = n/4πR2

• Cường độ bức xạ tại một điểm là số

năng nượng do tia phóng xạ truyền qua một đơn vị diện tích đặt vuông góc với phương truyền của tia tại điểm đó trong một đơn vị thời gian

I= J.E; E: năng nượng của của mỗi tia phóng xạ

Nếu các tia phóng xạ có năng nượng không

đồng nhất

I = ΣJIEI

2 sau bao nhiêu lần phân rã phát tia

α và bao nhiêu lần phân rã phát tia

β - sẽ biến thành

2 sau bao nhiêu lần phân rã phát tia

α và bao nhiêu lần phân rã phát tia

β - sẽ biến thành

SỰ HẤP THỤ NĂNG LƯỢNG BỨC XẠ

QUY LUẬT

GIẢM MẬT ĐỘ TIA α

SỰ SUY GIẢM CƯỜNG ĐỘ BỨC XẠ

QUY LUẬT GIẢM CƯỜNG ĐỘ

TIA γ ,X, β

QUY LUẬT GIẢM MẬT ĐỘ TIA α

 Các hạt α trong chùm tia có năng lượng đồng đều, quỹ đạo trong vật chất là đường thẳng

 Khi tương tác với VC năng lượng của từng hạt

α sẽ giảm dần dọc theo quỹ đạo của nó cho đến khi dừng lại

 Quy luật giảm mật độ tia

J=Jo nếu x< R J=0 nếu x ≥R

• Jo, J là mật độ chùm tia α song song trước và sau khi di qua môi trường VC.

• x là chiều dày lớp vật chất

• R là quãng chạy của chùm tia α trong vật chất

Tia α (vệt màu)

QUY LUẬT GIẢM CƯỜNG ĐỘ TIA γ ,X, β

 Chùm β có phổ năng liên tục, quỹ đạo của hạt β trong vật chất là đường gấp khúc

 Hiệu ứng tương tác của tia γ, tia X với vật chất xảy ra theo quy luật xác suất

 Quy luật giảm cường độ tia

QUY LUẬT GIẢM CƯỜNG ĐỘ TIA γ ,X, β

_ Cường độ bức xạ của vật chất chiều dày x (cm) có mật

độ vật chất ρ (g/cm3)ta phải dùng tích số:

d = x ρ

d gọi là chiều dày khối của bản vật chất (g/cm3)

- Qui luật giảm cường độ tia

I =I 0 e -μ

μ =μx/ρ: hệ số giảm khối

- Đối với tia β sự giảm cường độ tia là do sự lệch

hướng của chùm tia sau tương tác

QUY LUẬT GIẢM CƯỜNG ĐỘ TIA γ ,X, β

 Đối với chùm tia γ và tia X sự giảm

cường độ tia là do sự biến mất và sự suy giảm năng lượng của chùm tia thông qua

3 hiệu ứng:

μ = τ + σ + χ

τ: hệ số hấp thụ theo hiệu ứng QĐ σ: hệ số hấp thụ theo hiệu ứng Comton χ: Hệ số hấp thụ theo hiệu ứng tạo cặp

μ: hệ số hấp thụ toàn phần

 Như vậy đối với các chùm tia β,γ, X về lý thuyết không thể che chắn để có được giá trị cường độ chùm tia bằng 0

QUY LUẬT GIẢM CƯỜNG ĐỘ TIA γ ,X, β

chiều dày thực tế của lớp vật chất mà cường độ chùm tia khi xuyên qua đó thì bị giảm đi một nửa so với cường độ ban đầu, được ký hiệu la d1/2

D 1/2 = 0,693/μ

Khái niệm HVL có mục đích để tính toán

nhanh giá trị gần đúng chiều dày VC cần che chắn chùm tia

LIỀU LƯỢNG BỨC XẠ

Liều lượng bức xạ

Liều hấp thụ

Liều

chiếu

Liều tương đương

Liều hiệu dụng

LIỀU CHIẾU

 Liều chiếu (liều biểu kiến) chỉ dùng cho tia X,

tia gama

 Liều chiếu là đại lượng cho biết tổng số diện

tích của các ion cùng dấu được tao ra trong một đơn vị khối lượng không khí ở điều kiện tiêu

chuẩn dưới tác dụng của các hạt mang điện

sinh ra do tia gama hoặc tia X tương tác với các nguyên tử, phân tử khí.

Dc= ∆Q/ ∆m Đơn vị: 1C/kg = 1R

1R=2,57976.10^-4 C/kg

1 C/kg ≈3876 R

Liều hấp thụ

Liều hấp thụ D là tỷ số giữa năng lượng ∆E

mà một đối tượng hấp thụ từ chùm tia chiếu tới và khối lượng ∆m của nó.

D= ∆E / ∆m Đơn vị: 1J/kg = 1Gy.

1 rad = 0,01 Gy

1 Gy = 100 rad

Liều hấp thụ

 Suất liều hấp thụ

P = ∆D/∆t Đơn vị: Gy/s

1Gy/s =1W/kg

Liều tương đương

 Với cùng một liều hấp thụ các loại bức xạ khác nhau gây ra những tổn thương khác nhau

 Hệ số chất lượng tia Q: Cho biết ảnh hưởng nguy hiểm của các loại bức xạ khác nhau

 Giá trị Q của một số bức xạ

Tia X, β, γ P và n nhanh n nhiệt Tia α

Liều tương đương

 Liều tương đương

H = D.Q

 Nếu bức xạ gồm những thành phần khác nhau

H = Di.Qi

 Đơn vị: 1Sv= 1J/kg

1Rem = 10-2 SvSuất liều tương đương

P* = ∆H/∆t

Liều hiệu dụng

 Liều hiệu dụng

Hhd = H.W

 Đơn vị: Sv

Tác dụng của bức xạ ion hóa lên vật chất sống

Cơ chế tác dụng Các tổn thương

ở cơ thể sinh vật

Cơ chế trực tiếp Cơ chế gián tiếp

4 Tác dụng của bức xạ ion hóa lên

vật chất sống

Cơ chế tác dụng trực tiếp

Bức xạ ion hóa Kích thích và ion hóa vật chất Thay đổi ở các phân tử

Tổn thương sinh lý Tổn thương hóa sinh

Tác dụng trực tiếp Tác dụng gián tiếp

(thông qua gốc tự do)

Phát triển các tổn thương hóa sinh

Cơ chế tác dụng trực tiếp

cho các phân tử cấu tạo tổ chức sinh học

 AB  (AB)*

(AB) * tạo ra phản ứng hóa học

(AB)*  A* + B* hoặc A’ + B’

Các phân tử nhỏ ở trạng thái kích thích dễ tham gia phản ứng hóa học

Các phân tử mới có động năng nhất dịnh di chuyển trong môi trường

Cơ chế tác dụng trực tiếp

ra các phản ứng hóa học với các

phân tử hữu cơ khác.

 Quá trình khích thích và ion hóa các phân tử nguyên tử gây nên các tổn thương tại chỗ sau đó có thể lan

truyền ra các phân tử khác ở xung quanh.

Cơ chế tác dụng gián tiếp

có thể gây tử vong ở người

Thực nghiệm: liều hấp thụ 1Rad trong

1µm3 ở mô chỉ có 2 phân tử hữu cơ bị tổn thương Mỗi TB trung bình có 500µm3 và chứa khoảng 1012 phân tử hữu cơ

Vậy nếu hấp thụ 1rad trong tế bào sẽ có khoảng 1000 phân tử bị tổn thương trực tiếp Chỉ số đó rất nhỏ (1/109) so với hậu quả tử vong

Các quá trình của cơ chế tác dụng gián tiếp

OH* + OH*  H2O2

cơ chế tác dụng gián tiếp

 Tác dụng của BX ion hóa đối với vật chất sống có tính chất lan truyền,

kéo dài sau chiếu xạ

Hiệu ứng tức thời: Khi cơ thể nhận được 1

sự chiếu xạ mạnh bởi các bức xạ ion hóa

trong một thời gian ngắn làm ảnh hưởng

trực tiếp đến hệ mạch máu, hệ tiêu hóa,

hệ thần kinh trung ương

bức xạ ion hóa với liều lượng cao hay

thấp  bệnh ung thư, đục thủy tinh

thể, giảm thọ, rối loạn di truyền…

Với cùng một liều lượng như nhau :

bị hãm lại một cách nhanh chóng và

truyền năng lượng của chúng ngay tại chỗ

trong cơ thể và truyền từng phần năng lượng trên đường đi.

1 Cơ sở của cơ chế tác dụng trực tiếp của

các bức xạ iôn hoá lên cơ thể sống

a ảnh hưởng của nồng độ oxy đối đối với các hiệu ứng sinh học do chiếu xạ

b sự xuất hiện của các gốc tự do và phân

tử H2O2 trong đối tượng bị chiếu xạ

c ảnh hưởng của hàm lượng nước và nhiệt

độ đối với các hiệu ứng sinh học do chiếu xạ

d Bức xạ ion hóa có khả năng kích thích hoặc ion hóa mọi loại phân tử, bao gồm

cả các đại phân tử hữu cơ

1 Cơ sở của cơ chế tác dụng trực tiếp của

các bức xạ iôn hoá lên cơ thể sống

a ảnh hưởng của nồng độ oxy đối đối với các hiệu ứng sinh học do chiếu xạ

b sự xuất hiện của các gốc tự do và phân

tử H2O2 trong đối tượng bị chiếu xạ

c ảnh hưởng của hàm lượng nước và nhiệt

độ đối với các hiệu ứng sinh học do chiếu xạ

hoặc ion hóa mọi loại phân tử, bao gồm

cả các đại phân tử hữu cơ

2 Buồng iôn hoá:

a là thiết bị đo liều lượng hấp thụ dựa vào

2 Buồng iôn hoá:

a là thiết bị đo liều lượng hấp thụ dựa vào

Một số áp dụng

1