Dawki.pdf

DZIAŁ SZKOLENIA I DORADZTWA

INSTYTUTU PROBLEMÓW JĄDROWYCH im. ANDRZEJA SOŁTANA

RAPORT NR 15

WYBRANE ZAGADNIENIA Z RADIOBIOLOGII

CZŁOWIEKA

Ludwik Dobrzyński

Wojciech Trojanowski

Świerk, czerwiec 2002

Spis treści

1. Wstęp

2. Działanie promieniowania jonizującego na organizmy żywe

3. Działanie promieniowania na komórkę

4. Działanie promieniowania na materiał genetyczny

5. Działanie promieniowania na zapłodnione jajo, zarodek i płód

6. Promienioczułość tkanek. Narządy krytyczne

7. Skutki napromieniowania małymi dawkami (poniżej ok. 0,2 Sv)

8. Napromieniowaniedużymi dawkami. Choroba popromienna

9. Wczesne i odległe (późne) skutki napromieniowania

10. Zakończenie

11. Literatura pomocnicza w języku polskim

12. Słownik

13. Aneks – tabela wielokrotności i podwielokrotności

1. Wstęp

Opracowanie adresowane jest do wszystkich zainteresowanych posiadających wykształcenie

ogólne i tym samym wiedzę z fizyki i biologii odpowiadającą programowi szkolnemu.

Celem autorów nie było prezentowanie choćby zarysu radiobiologii, lecz wskazanie ważniej-

szych i zarazem bardziej interesujących zagadnień. Stąd miejscami nie jednakowy stopień

uszczegółowienia informacji. Pozostawiamy Czytelnikowi swobodę wyboru kierunku dal-

szych dociekań i mamy nadzieję, że nie będzie miał trudności z dotarciem do literatury.

Treści podane na szarym tle zawierają więcej szczegółowych informacji i adresowane są

głównie do nauczycieli przedmiotów związanych bezpośrednio lub pośrednio z tematyką

niniejszego opracowania (biologia, fizyka, środowisko, obrona cywilna itp.). Mogą być rów-

nież przydatne osobom, które nie są zawodowo zatrudnione przy promieniowaniu, lecz spora-

dycznie spotykają się z tą problematyką w swojej działalności.

Dla ułatwienia pracy Czytelnika, na końcu zamieszczono słowniczek trudniejszych pojęć

(oznaczonych w tekście symbolem * gwiazdki), wykaz literatury w języku polskim oraz tabe-

lę wielokrotności i podwielokrotności wraz z przykładami przeliczeń.

2. Działanie promieniowania jonizującego na organizmy żywe

Podstawowymi czynnikami, od których zależą skutki działania promieniowania jonizującego

na organizm są:

• wielkość dawki i rodzaj promieniowania,

• warunki napromieniowania,

• biologiczne cechy napromieniowanego ustroju.

Dawka jest miarą energii przekazanej przez promieniowanie jednostce masy absorbenta (po-

chłaniacza). W zależności od sposobu, w jaki będziemy ten przekaz energii opisywać wyróż-

niamy kilka rodzajów dawek.

Dawka ekspozycyjna (X) jest miarą jonizacji masy powietrza w warunkach znormalizowa-

nych. Ponieważ jonizacja polega na wytwarzaniu ładunków elektrycznych, jednostką tej daw-

ki jest kulomb na kilogram [C/kg] . Jednostką historyczną dawki ekspozycyjnej jest rentgen

[R]. Dawka ekspozycyjna pozwala przewidywać dawki pochłonięte przez obiekty w określo-

nych warunkach napromieniowania i ocenić związane z tym zagrożenia.

1 C/kg = 3876 R

Pojęcie dawki ekspozycyjnej odnosi się tylko do promieniowania X i gamma.

Dawka pochłonięta (D) jest miarą energii przekazanej przez promieniowanie jednostce ma-

sy. Jednostką dawki pochłoniętej jest grej [Gy]:

1 Gy = 1 J/kg

Jednostką historyczną dawki pochłoniętej jest rad od ang. radiation absorbed dose

1 Gy = 100 rad

Ponieważ poszczególne rodzaje promieniowania różnią się gęstością jonizacji wytwarzanej

w pochłaniaczu (a ta zależy od liniowego przekazu energii LET, ang. Linear Energy Trans-

fer) , to wywołują różne skutki biologiczne w napromieniowanych tkankach. Dla ułatwienia

porównywania tych skutków wprowadzono pojęcie względnej skuteczności biologicznej

( RBE, ang. Relative Biological Effectiveness ) , będącej miarą skuteczności jakiegoś promie-

niowania w porównaniu do skuteczności promieni X o energii 250 keV, dla których arbitral-

nie przyjęto RBE=1. Wartość RBE otrzymuje się dzieląc dawkę promieniowania odniesienia

wywołującą określony skutek biologiczny (np. śmierć 50% komórek) przez dawkę innego

promieniowania wywołującą taki sam skutek. Ponieważ RBE w dużym stopniu zależy od

rodzaju tkanki, wchodzącego w grę efektu biologicznego i wchodzących w grę dawek, to de-

finiuje się go dla określonego rodzaju promieniowania o konkretnej energii działającego na

układ znajdujący się w dobrze określonych warunkach.

W tej sytuacji zdecydowano, iż współczynnik RBE będzie używany w badaniach radiobiolo-

gicznych, natomiast w ochronie radiologicznej wprowadzono prostszy tzw. współczynnik

jakości promieniowania ( QF, ang. Quality Factor ), który obecnie występuje jako wagowy

współczynnik promieniowania ( w R ).

Wartości wagowego czynnika promieniowania w R

wg „Sources and effects of ionising radiation” UNSCEAR 2000 Report to the General As-

sembly, with Scientific Annexes. Vol. 1, Annex A, str. 56

Rodzaj i zakres energii promieniowania

w R

Fotony, elektrony i miony wszystkich energii

Neutrony <10 keV lub >20 MeV, protony >2 MeV

Neutrony 10-100 keV lub >2-20 MeV

Neutrony 0,1-2 MeV, cząstki α, ciężkie jony, fragmenty rozszczepienia wszystkich

energii

Iloczyn wartości współczynnika jakości/skuteczności biologicznej W i dawki pochłoniętej D

wyznacza dawkę równoważną ( równoważnik dawki ) (H), będącą miarą działania promie-

niowania na organizmy żywe:

H = W · D

gdzie współczynnik W jest równy RBE lub w R w zależności od celu, któremu ma służyć dane

wyliczenie. Jednostką dawki równoważnej (równoważnika dawki) jest siwert [Sv] .

Dla promieni X dawka równoważna równa się dawce pochłoniętej:

1 Sv = 1 Gy

Jednostką historyczną dawki równoważnej jest rem od ang. roentgen equivalent man .

1 Sv = 100 rem

Aby uwzględnić różnice w reakcji tkanek na promieniowanie i ich odmienność w pochłania-

niu różnych rodzajów promieniowania wprowadzono czynniki wagowe w T i pojęcie dawki

efektywnej* , która ponadto musi uwzględniać dawkę równoważną* . Jeśli całe ciało zostaje

napromieniowane dawką jednostkową, czynniki w T mówią, jaki ułamek całości dawki stał się

udziałem poszczególnej tkanki.

W obliczaniu dawki efektywnej E dla danego narządu i rodzaju promieniowania posługujemy

się wzorem E = D · w R · w T .

Przykładowo, dla wywołanej cząstkami alfa dawki 10 mGy pochłoniętej w skórze dawka

efektywna wynosi E = 10 · 20 · 0,01 = 2 mSv. W bardziej złożonych sytuacjach obliczenia

wymagają większej finezji.

Wartości wagowego współczynnika w T dla różnych tkanek

(wg: „Sources and effects of ionising radiation”. UNSCEAR 2000 Report to the General As-

sembly, with Scientific Annexes. Vol. 1, Annex A, str. 56 ):

Tkanka lub narząd

w T

Gonady

0,20

Płuca

0,12

Jelito grube

0,12

Czerwony szpik

0,12

Żołądek

0,12

Wątroba

0,05

Tarczyca

0,05

Przełyk

0,05

Pęcherz moczowy

0,05

Gruczoły sutkowe

0,05

Skóra

0,01

Powierzchnia kości

0,01

Pozostałe

0,05

Całe ciało razem

1,00

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: