21.6: Athari za kibiolojia za mionzi
- Page ID
- 176791
- Eleza athari za kibiolojia za mionzi ya ionizing.
- Eleza vitengo vya kupima mfiduo wa mionzi.
- Eleza uendeshaji wa zana za kawaida za kuchunguza radioactivity.
- Orodha vyanzo vya kawaida vya mfiduo wa mionzi nchini Marekani.
Kuongezeka kwa matumizi ya radioisotopu kumepelekea kuongezeka kwa wasiwasi juu ya madhara ya vifaa hivi kwenye mifumo ya kibiolojia (kama vile binadamu). Nuclides zote za mionzi hutoa chembe za juu-nishati au mawimbi ya Wakati mionzi hii inakabiliwa na seli hai, inaweza kusababisha inapokanzwa, kuvunja vifungo vya kemikali, au molekuli ionize. Uharibifu mkubwa zaidi wa kibiolojia husababisha wakati huu wa uzalishaji wa mionzi fragment au molekuli ionize. Kwa mfano, chembe za alpha na beta zilizotolewa kutoka athari za kuoza nyuklia zina nguvu nyingi zaidi kuliko nguvu za kawaida za dhamana za kemikali. Wakati chembe hizi hupiga na kupenya jambo, huzalisha ions na vipande vya Masi ambazo ni tendaji sana. Uharibifu huu unavyofanya kwa biomolecules katika viumbe hai unaweza kusababisha malfunctions kubwa katika michakato ya kawaida ya seli, kukodi utaratibu wa kutengeneza viumbe na uwezekano wa kusababisha ugonjwa au hata kifo (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)).
Ionizing dhidi ya mionzi Nonionizing
Kuna tofauti kubwa katika ukubwa wa madhara ya kibiolojia ya mionzi nonionizing (kwa mfano, mwanga na microwaves) na mionzi ionizing, uzalishaji nguvu ya kutosha kubisha elektroni nje ya molekuli (kwa mfano, α na β chembe, γ rays, X-rays, na high-nishati mionzi ultraviolet) (Mchoro\(\PageIndex{2}\)).
Nishati kufyonzwa kutoka mionzi nonionizing kasi ya harakati ya atomi na molekuli, ambayo ni sawa na inapokanzwa sampuli. Ingawa mifumo ya kibiolojia ni nyeti kwa joto (kama tunavyoweza kujua kutokana na kugusa jiko la moto au kutumia siku pwani katika jua), kiasi kikubwa cha mionzi isiyo na nonionizing ni muhimu kabla ya kufikia viwango vya hatari. Mionzi ya ionizing, hata hivyo, inaweza kusababisha uharibifu mkubwa zaidi kwa kuvunja vifungo au kuondoa elektroni katika molekuli za kibiolojia, kuharibu muundo na kazi zao. Uharibifu pia unaweza kufanywa kwa njia moja kwa moja, kwa ionizing ya kwanza H 2 O (molekuli nyingi zaidi katika viumbe hai), ambayo huunda H 2 O + ion ambayo humenyuka na maji, na kutengeneza ioni ya hidroniamu na radical hidroxyl:
Athari za kibaiolojia za Mfiduo wa
Mionzi inaweza kuharibu mwili wote (uharibifu wa somatic) au mayai na mbegu (uharibifu wa maumbile). Madhara yake yanajulikana zaidi katika seli zinazozalisha haraka, kama vile kitambaa cha tumbo, follicles ya nywele, uboho wa mfupa, na majani. Hii ndiyo sababu wagonjwa wanaopata tiba ya mionzi mara nyingi huhisi kichefuchefu au wagonjwa kwa tumbo, kupoteza nywele, kuwa na maumivu ya mfupa, na kadhalika, na kwa nini huduma maalum inapaswa kuchukuliwa wakati wa tiba ya mionzi wakati wa ujauzito.
Aina tofauti za mionzi zina uwezo tofauti wa kupitisha nyenzo (Kielelezo\(\PageIndex{4}\)). Kizuizi nyembamba sana, kama karatasi au karatasi mbili, au safu ya juu ya seli za ngozi, kwa kawaida huacha chembe za alpha. Kwa sababu hii, vyanzo vya chembe za alpha huwa si hatari ikiwa nje ya mwili, lakini ni hatari kabisa ikiwa imeingizwa au kuvuta pumzi (tazama kipengele cha Kemia katika Maisha ya Kila siku kwenye Mfiduo wa Radon). Chembe za beta zitapita kwa mkono, au safu nyembamba ya nyenzo kama karatasi au kuni, lakini zinasimamishwa na safu nyembamba ya chuma. Mionzi ya Gamma inapenya sana na inaweza kupita kwenye safu nyembamba ya vifaa vingi. Baadhi ya mionzi ya juu ya nishati ya gamma inaweza kupita kwa miguu michache ya saruji. Vipengele vingine vyenye nene, vya juu vya atomiki (kama vile risasi) vinaweza kuzuia mionzi ya gamma kwa ufanisi na nyenzo nyembamba na hutumiwa kwa kuzuia. Uwezo wa aina mbalimbali za uzalishaji wa kusababisha ionization hutofautiana sana, na baadhi ya chembe zina karibu hakuna tabia ya kuzalisha ionization. Chembe za alpha zina takriban mara mbili ya nguvu ya ionizing ya neutroni zinazohamia haraka, takriban mara 10 ile ya chembe β, na takriban mara 20 ile ya mionzi γ na eksirei.
Kwa watu wengi, moja ya vyanzo vikubwa vya kutosha kwa mionzi ni kutoka gesi ya radon (Rn-222). Radon-222 ni emitter α yenye nusu—maisha ya siku 3.82. Ni moja ya bidhaa za mfululizo wa kuoza kwa mionzi ya U-238, ambayo hupatikana kwa kiasi kidogo katika udongo na miamba. Gesi ya radoni inayozalishwa polepole inatoroka kutoka ardhini na polepole huingia ndani ya nyumba na miundo mingine hapo juu. Kwa kuwa ni karibu mara nane zaidi kuliko hewa, gesi ya radon hujilimbikiza kwenye sakafu na sakafu ya chini, na hupungua polepole katika majengo (Kielelezo\(\PageIndex{5}\)).
Radon hupatikana katika majengo nchini kote, na kiasi kinategemea eneo. Mkusanyiko wa wastani wa radoni ndani ya nyumba nchini Marekani (1.25 PCI/L) ni takriban mara tatu kiwango kinachopatikana katika hewa ya nje, na takriban moja kati ya nyumba sita huwa na viwango vya radoni vya juu vya kutosha kwamba jitihada za kurekebisha za kupunguza mkusanyiko wa radoni zinapendekezwa. Mfiduo wa radoni huongeza hatari ya mtu kupata saratani (hasa kansa ya mapafu), na viwango vya juu vya radoni vinaweza kuwa mbaya kwa afya kama kuvuta sigara ya sigara kwa siku. Radon ni sababu namba moja ya saratani ya mapafu kwa wasiovuta sigara na sababu ya pili inayoongoza ya saratani ya mapafu kwa ujumla. Mfiduo wa Radon unaaminika kusababisha vifo zaidi ya 20,000 nchini Marekani kwa mwaka.
Upimaji wa mionzi
Vifaa kadhaa tofauti hutumiwa kuchunguza na kupima mionzi, ikiwa ni pamoja na counters Geiger, counters scintillation (scintillators), na dosimeters za mionzi (Kielelezo\(\PageIndex{6}\)). Pengine chombo cha mionzi kinachojulikana zaidi, counter Geiger (pia huitwa counter Geiger-Müller) hutambua na kupima mionzi. Mionzi husababisha ionization ya gesi katika tube ya Geiger-Müller. Kiwango cha ionization ni sawa na kiasi cha mionzi. Kukabiliana na mwangaza una skintillator-nyenzo ambazo hutoa mwanga (luminesces) wakati wa msisimko na mionzi ionizing - na sensor ambayo inabadilisha mwanga kuwa ishara ya umeme. Dosimeters za mionzi pia hupima mionzi ya ionizing na mara nyingi hutumiwa kuamua mfiduo wa mionzi binafsi. Aina za kawaida hutumiwa ni umeme, beji ya filamu, thermoluminescent, na dosimeters za nyuzi za quartz.
Vitengo mbalimbali hutumiwa kupima mambo mbalimbali ya mionzi (Jedwali\(\PageIndex{1}\)). Kitengo cha SI kwa kiwango cha kuoza kwa mionzi ni becquerel (Bq), na 1 Bq = 1 kugawanyika kwa pili. Curie (Ci) na millicurie (MCI) ni vitengo vikubwa sana na hutumiwa mara kwa mara katika dawa (1 curie = 1 Ci =\(3.7 \times 10^{10}\) disintegrations kwa sekunde). Kitengo cha SI cha kupima kipimo cha mionzi ni kijivu (Gy), na 1 Gy = 1 J ya nishati kufyonzwa kwa kilo ya tishu. Katika maombi ya matibabu, kipimo cha mionzi kinachotumiwa (rad) hutumiwa mara nyingi (1 rad = 0.01 Gy; Matokeo ya rad 1 katika ngozi ya 0.01 J/kg ya tishu). Kitengo cha SI kupima uharibifu wa tishu unaosababishwa na mionzi ni sievert (Sv). Hii inachukua kuzingatia nishati na madhara ya kibiolojia ya aina ya mionzi inayohusika katika kipimo cha mionzi.
| Kusudi la Upimaji | Kitengo | Kiasi Kipimo | Maelezo |
|---|---|---|---|
| shughuli ya chanzo | becquerel (Bq) | kuoza mionzi au uzalishaji | kiasi cha sampuli kwamba inakabiliwa 1 kuoza/pili |
| Curie (Ci) | kiasi cha sampuli kwamba hupitia\(\mathrm{3.7 \times 10^{10}\; decays/second}\) | ||
| dozi ya kufyonzwa | kijivu (Gy) | nishati kufyonzwa kwa kilo ya tishu | 1 Gy = 1 J/kg tishu |
| mionzi kufyonzwa dozi (rad) | 1 rad = 0.01 J/kg tishu | ||
| dozi ya biologically ufanisi | sievert (Sv) | uharibifu wa tishu | Sv = RBE × Gy |
| roentgen sawa kwa mtu (rem) | Rem = RBE × rad |
Roentgen sawa kwa mtu (rem) ni kitengo cha uharibifu wa mionzi ambayo hutumiwa mara nyingi katika dawa (1 rem = 1 Sv). Kumbuka kuwa vitengo vya uharibifu wa tishu (rem au Sv) vinajumuisha nishati ya kipimo cha mionzi (rad au Gy), pamoja na sababu ya kibiolojia inayojulikana kama RBE (kwa ufanisi wa kibiolojia wa jamaa), yaani kipimo cha takriban cha uharibifu wa jamaa uliofanywa na mionzi. Hizi zinahusiana na:
\[ \text{number of rems}=\text{RBE} \times \text{number of rads} \label{Eq2} \]
na RBE takriban 10 kwa mionzi α, 2 (+) kwa protoni na nyutroni, na 1 kwa β na γ mionzi.
Kobalt-60 (t 1/2 = 5.26 y) hutumiwa katika tiba ya saratani kwani\(\gamma\) mionzi inayotoa inaweza kulenga katika maeneo madogo ambako kansa iko. Sampuli ya 5.00-g ya Co-60 inapatikana kwa matibabu ya kansa.
- Shughuli yake katika Bq ni nini?
- Shughuli yake katika Ci ni nini?
Suluhisho
Shughuli hutolewa na:
\[\textrm{Activity}=λN=\left( \dfrac{\ln 2}{t_{1/2} } \right) N=\mathrm{\left( \dfrac{\ln 2}{5.26\ y} \right) \times 5.00 \ g=0.659\ \dfrac{g}{y} \ of\ \ce{^{60}Co} \text{ that decay}} \nonumber \]
Na kubadili hii kwa kuoza kwa pili:
\[\mathrm{0.659\; \frac{g}{y} \times \dfrac{y}{365 \;day} \times \dfrac{1\; day}{ 24\; hours} \times \dfrac{1\; h}{3,600 \;s} \times \dfrac{1\; mol}{59.9\; g} \times \dfrac{6.02 \times 10^{23} \;atoms}{1 \;mol} \times \dfrac{1\; decay}{1\; atom}} \nonumber \]
\[\mathrm{=2.10 \times 10^{14} \; \frac{decay}{s}} \nonumber \]
(a) Tangu\(\mathrm{1\; Bq = 1\; \frac{ decay}{s}}\), shughuli katika Becquerel (Bq) ni:
\[\mathrm{2.10 \times 10^{14} \dfrac{decay}{s} \times \left(\dfrac{1\ Bq}{1 \; \frac{decay}{s}} \right)=2.10 \times 10^{14} \; Bq} \nonumber \]
(b) Tangu\(\mathrm{1\ Ci = 3.7 \times 10^{11}\; \frac{decay}{s}}\), shughuli katika curie (Ci) ni:
\[\mathrm{2.10 \times 10^{14} \frac{decay}{s} \times \left( \dfrac{1\ Ci}{3.7 \times 10^{11} \frac{decay}{s}} \right) =5.7 \times 10^2\;Ci} \nonumber \]
Tritium ni isotopu ya mionzi ya hidrojeni (\(t_{1/2} = \mathrm{12.32\; years}\)) ambayo ina matumizi kadhaa, ikiwa ni pamoja na taa za kujitegemea, ambazo elektroni zinazotolewa katika kuoza kwa mionzi ya tritium husababisha fosforasi kuangaza. Kiini chake kina protoni moja na nyutroni mbili, na masi atomia ya tritiamu ni 3.016 amu. Ni shughuli gani ya sampuli iliyo na 1.00mg ya tritium (a) katika Bq na (b) katika Ci?
- Jibu
-
\(\mathrm{3.56 \times 10^{11} Bq}\)
- Jibu b
-
\(\mathrm{0.962\; Ci}\)
Madhara ya Mfiduo wa Mionzi ya Muda mrefu juu ya Mwili
Madhara ya mionzi hutegemea aina, nishati, na eneo la chanzo cha mionzi, na urefu wa mfiduo. Kama inavyoonekana katika Kielelezo\(\PageIndex{8}\), mtu wa kawaida ni wazi kwa mionzi background, ikiwa ni pamoja na rays cosmic kutoka jua na radon kutoka uranium katika ardhi (angalia Kemia katika Everyday Life kipengele juu ya Radon Mfiduo); mionzi kutoka yatokanayo matibabu, ikiwa ni pamoja na scans CAT, vipimo radioisotopu, X- rays, na kadhalika; na kiasi kidogo cha mionzi kutokana na shughuli nyingine za binadamu, kama vile ndege za ndege (ambazo zimepigwa na idadi kubwa ya mionzi ya cosmic katika anga ya juu), radioactivity kutoka kwa bidhaa za walaji, na aina mbalimbali za radionuclides zinazoingia miili yetu tunapumua (kwa mfano, carbon- 14) au kupitia mlolongo wa chakula (kwa mfano, potasium-40, strontium-90, na iodini-131).
Kipimo cha muda mfupi, ghafla cha kiasi kikubwa cha mionzi kinaweza kusababisha madhara mbalimbali ya afya, kutokana na mabadiliko katika kemia ya damu hadi kifo. Mfiduo wa muda mfupi kwa makumi ya rems ya mionzi huenda kusababisha dalili au ugonjwa unaoonekana sana; kipimo cha karibu rems 500 inakadiriwa kuwa na uwezekano wa 50% wa kusababisha kifo cha mwathirika ndani ya siku 30 za kufidhiwa. Mfiduo wa uzalishaji wa mionzi una athari za ziada kwenye mwili wakati wa maisha ya mtu, ambayo ni sababu nyingine kwa nini ni muhimu kuepuka athari yoyote isiyohitajika kwa mionzi. Madhara ya afya ya muda mfupi yatokanayo na mionzi yanaonyeshwa katika Jedwali\(\PageIndex{2}\).
| Mfiduo (rem) | Afya Athari | Muda wa Kuanza (Bila Matibabu) |
|---|---|---|
| 5—10 | mabadiliko katika kemia ya damu | — |
| 50 | kichefuchefu | saa |
| 55 | uchovu | — |
| 70 | kutapika | — |
| 75 | kupoteza nywele | Wiki 2—3 |
| 90 | kuhara | — |
| 100 | kuvuja damu | — |
| 400 | kifo kinachowezekana | ndani ya miezi 2 |
| 1000 | uharibifu wa kitambaa cha tumbo | — |
| kutokwa damu ndani | — | |
| kifo | Wiki 1—2 | |
| 2000 | uharibifu wa mfumo mkuu wa neva | — |
| kupoteza fahamu | dakika | |
| kifo | masaa kwa siku |
Haiwezekani kuepuka baadhi ya yatokanayo na mionzi ya ionizing. Sisi ni daima wazi kwa mionzi background kutoka vyanzo mbalimbali vya asili, ikiwa ni pamoja na mionzi cosmic, miamba, taratibu za matibabu, bidhaa za walaji, na hata atomi zetu wenyewe. Tunaweza kupunguza mfiduo wetu kwa kuzuia au kuzuia mionzi, kuhamia mbali zaidi kutoka chanzo, na kupunguza muda wa kufidhiliwa.
Muhtasari
Sisi ni daima wazi kwa mionzi kutoka kwa aina mbalimbali za vyanzo vya asili na vinavyotokana na binadamu. Mionzi hii inaweza kuathiri viumbe hai. Mionzi ya ionizing ni hatari zaidi kwa sababu inaweza ionize molekuli au kuvunja vifungo vya kemikali, ambayo huharibu molekuli na husababisha matatizo katika michakato ya seli. Inaweza pia kuunda radicals ya hidroxyl tendaji ambayo huharibu molekuli za kibiolojia na kuharibu michakato ya kisaikolojia Mionzi inaweza kusababisha uharibifu wa somatic au maumbile, na ni hatari zaidi kwa seli zinazozalisha haraka. Aina ya mionzi hutofautiana katika uwezo wao wa kupenya nyenzo na kuharibu tishu, na chembe za alpha hupenya zaidi, lakini zinaweza kuharibu zaidi, na mionzi ya gamma hupenya zaidi.
Vifaa mbalimbali, ikiwa ni pamoja na counters Geiger, scintillators, na dosimeters, hutumiwa kuchunguza na kupima mionzi, na kufuatilia yatokanayo na mionzi. Tunatumia vitengo kadhaa kupima mionzi: becquerels au curies kwa viwango vya kuoza mionzi; kijivu au rads kwa nishati kufyonzwa; na rems au sieverts kwa madhara ya kibiolojia ya mionzi. Mfiduo wa mionzi unaweza kusababisha madhara mbalimbali ya afya, kutoka madogo hadi kali, ikiwa ni pamoja na kifo. Tunaweza kupunguza madhara ya mionzi kwa shielding na vifaa vidogo kama vile risasi, kusonga mbali na chanzo cha mionzi, na kupunguza muda wa mfiduo.
maelezo ya chini
- Chanzo cha 1: Shirika la Ulinzi wa Ma
faharasa
- becquerel (Bq)
- SI kitengo cha kiwango cha kuoza kwa mionzi; 1 Bq = 1 kugawanyika/s.
- Curie (Ci)
- Kitengo kikubwa cha kiwango cha kuoza kwa mionzi mara nyingi hutumiwa katika dawa; 1 Ci = 3.7 × 10 10 disintegrations/s.
- Geiger counter
- Chombo kinachotambua na kupima mionzi kupitia ionization zinazozalishwa katika tube ya Geiger-Müller.
- kijivu (Gy)
- SI kitengo cha kupima kipimo cha mionzi; 1 Gy = 1 J kufyonza/kg tishu.
- mionzi ionizing
- Mionzi ambayo inaweza kusababisha molekuli kupoteza elektroni na kuunda ioni.
- milicurie (MCI)
- Kitengo kikubwa cha kiwango cha kuoza kwa mionzi mara nyingi hutumiwa katika dawa; 1 Ci = 3.7 × 10 10 disintegrations/s.
- mionzi isiyo na nonionizing
- Mionzi inayoharakisha mwendo wa atomi na molekuli; ni sawa na kupokanzwa sampuli, lakini si juhudi za kutosha kusababisha ionization ya molekuli.
- mionzi kufyonzwa dozi (rad)
- SI kitengo cha kupima kipimo cha mionzi, mara nyingi hutumika katika maombi ya matibabu; 1 rad = 0.01 Gy.
- dosimeter ya mionzi
- Kifaa kinachopima mionzi ya ionizing na hutumiwa kuamua mfiduo wa mionzi ya kibinafsi.
- jamaa ufanisi wa kibiolojia (RBE)
- Kipimo cha uharibifu wa jamaa uliofanywa na mionzi.
- roentgen sawa mtu (rem)
- Kitengo cha uharibifu wa mionzi, mara nyingi hutumiwa katika dawa; 1 rem = 1 Sv.
- mwangaza counter
- Chombo kinachotumia skintillator-nyenzo zinazotoa mwanga wakati wa msisimko na mionzi ionizaji-kuchunguza na kupima mionzi.
- sievert (Sv)
- SI kitengo cha kupima uharibifu wa tishu unaosababishwa na mionzi; inachukua nishati na athari za kibiolojia za mionzi katika akaunti.