Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

19.10: 辐射的生物效应
目录

JoVE Core
Chemistry

A subscription to JoVE is required to view this content.
You will only be able to see the first 20 seconds.

Education
辐射的生物效应
 
文字本

19.10: 辐射的生物效应

所有放射性核素都会发射高能粒子或电磁波。 当这种辐射遇到 Living 电池时,它会导致发热,化学键破裂或使分子电离。 当这些放射性排放物碎片或电离分子时,会造成最严重的生物损害。 例如,核衰减反应释放的 α 和 β 粒子的能量比普通化学键能量高得多。 当这些粒子撞击并穿透物质时,它们会产生极具反应性的离子和分子碎片。 这对活生物体中的生物分子造成的损害可能导致正常电池过程中的严重故障,对生物体的修复机理造成负担,并可能导致疾病甚至死亡。

非电离辐射 (例如光和微波) 和电离辐射的生物效应的大小有很大的差异,这些辐射的能量足以将电子从分子中分离出来 (例如, α 和 β 粒子, γ 光线, X 射线和高能紫外线辐射)。

从非电离辐射吸收的能量加速原子和分子的移动,这相当于加热样品。 虽然生物系统对热量敏感,但在达到危险水平之前,必须有大量的非电离辐射数量。 但是,电离辐射可能会通过破坏键或去除生物分子中的电子,从而导致更严重的损坏,从而破坏电子的结构和功能。 这种损坏也可以通过第一个电离 H2O 间接造成, H2O+ 离子形成与水反应,形成水合氢离子和氢氧基激进化物。

由于羟基基激进型有一个未配对的电子,所以它具有高度反应性。 这种羟基致变可与各种生物分子 (脱氧核糖核酸(DNA) ,蛋白质,酶等) 发生反应,从而对分子造成损害并破坏生理过程。

各类辐射向组织提供的能量不同,以吸收剂量 (SI 单位为灰色) 来测量。 一公斤材料中一焦耳能量的气相沉积对应一个灰色。 CGS 单位 (即半径) 也仍然被广泛使用 (1 rad = 0.01 Gy)。

对每种辐射吸收剂量的生物反应由辐射权重因子来描述,这取决于电离功率和穿透能力。 吸收剂量乘以辐射权重因子被称为等效剂量,以西韦特单位测量。 作为对物的 CGS 单元也仍然被广泛使用 (1 对物 = 0.01 SV)。

1. 1. 20. 10. 11. 2.
核排放  辐射权重系数。  
伽马射线, X 射线
Beta 粒子
Alpha 粒子
 中子 (未知能量)   
中子 (快速)
中子 (热)

表 1. 辐射权重系数。

不同的人体组织对电离辐射具有不同的敏感性。 如果曝光集中在身体的一个部位,或者同等剂量在整个身体中也不存在,则会使用组织权重因子来确定由于剂量不均匀而对身体造成的整体损伤。 通过对所有器官的加权等效剂量求和来计算身体的有效剂量。

有几种不同的设备用于检测和测量辐射,包括 盖革-米勒(GM)计数器(Geiger-Müller counters) ,闪烁计数器和辐射剂量计。 盖革-米勒计数器(Geiger-Müller counter) 有两个部分:一个圆柱形管中装有氩气或氦气等惰性气体,另一个是计数器。 管内有一对电极,它们之间的电压很高。 任何电离辐射都会启动气体分子电离层叠,从而在阳极和阴极之间产生电流,因为电子流被收集,放大,并由计数器显示为每分钟计数或每秒分解。 GM 计数器不能区分辐射类型,但能量补偿变体可以测量剂量,因此可以用作个人剂量计。 闪烁计数器包含闪烁器 (电离辐射激发时发出光的材料) 和将光转化为电信号的传感器。 辐射剂量计也测量电离辐射,通常用于确定个人辐射暴露。 常用类型包括电子个人剂量计,胶片标记,热发光和石英纤维剂量计。

辐射的影响取决于辐射源的类型,能量,位置以及照射的长度。 普通人受到背景辐射的影响,包括太阳发出的宇宙射线和地面铀发射的氡,包括 CAT 扫描,放射性同位素测试, X 射线等医学辐射; 以及其他人类活动的少量辐射,例如飞机飞行 (在高层大气中宇宙射线数量增加而受到轰炸) ,以及来自消费型生成物的放射性, 当我们呼吸 (例如,碳 -14) 或通过食物链 (例如,钾 -40 ,锶 -90 和碘 -131) 时,进入人体的各种放射性核素。

短期,突然剂量大数量辐射会对健康造成广泛影响,从血液化学的变化到死亡。 短期暴露于数十毫秒的辐射可能会导致非常明显的症状或疾病; 500 毫秒或 5 SV 的急性剂量估计在暴露后 30 天内造成受害者死亡的概率为 50%。 暴露于辐射会在人体生命周期内对人体产生累积影响,这也是避免任何不必要的辐射暴露非常重要的另一个原因。

本文改编自 Openstax, 化学 2e, 第21.6节:辐射的生物效应。

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter