Vat ly quang tuyên tac dung sinh hoc an toan bx 10 2011 moi (1)

Cấu trúc của nguyên tử : cấu tạo - từ hạt nhân điện tích dương nằm ở giữa - các êlectrôn điện tích âm chuyền động trên các qũy đạo xung quanh hạt nhân... -Các hạt nhân đồng vị là các hạ

I- Cơ sở vật lý

1 Nguyên tử, hạt nhân và các tia bức xạ

2 Tương tác của bức xạ với vật chất và

sự suy giảm của chùm tia bức xạ khi đi qua vật chất

3 Các đơn vị đo lường bức xạ

- Nguyên tố gồm các nguyên tử nằm trong

cùng một ô trong bảng tuần hoàn

Mendeleev

nguyên tố hóa học có thể phân chia ra

được mà không mất đi tính chất hóa học

của nó Cấu trúc của nguyên tử : cấu tạo

- từ hạt nhân điện tích dương nằm ở giữa

- các êlectrôn điện tích âm chuyền động trên các qũy đạo xung quanh hạt nhân.

Hạt nhân

Z = +13e

Z = -13e

Nguyên tử : trung hòa về điện tích: VD

nguyên tử nhơm

hạt nhân mang điện tích dương Z = +13e

13 electron mang điện tích âm tổng cộng bằng -13e

M L K

Hạt nhân

Các lớp của các êlectrôn qũy đạo trong nguyên tử natrium (11

êlectrôn).

Các êlectrôn chuyển động trên các qũy đạo xung quanh hạt nhân:

- Các êlectrôn chuyển

động trên các qũy đạo

hay các lớp vỏ, mà tại

đó êlectrôn tồn tại

một cách độc lập và

có năng lượng xác định

- Ở qũy đạo càng thấp,

năng lượng liên kết của

êlectrôn càng lớùn

Theo thứ tự từ tâm ra,

được ký hiệu là K, L, M,

N

Trạng thái cơ bản của nguyên tử:

- Các êlectrôn của nguyên tử chiếm đầy các trạng thái thấp nhất ở các qũy đạo thấp nhất

- Ví dụ nguyên tử Na có 11 êlectrôn:

+ ù 2 êlectrôn chiếm nằm ở lớp K

+ 8 êlectrôn nằm ở lớp L

+ 1 êlectrôn còn lại nằm ở lớp M

- Các êlectrôn nằm ở lớp càng thấp thì càng

bị lực tác dụng hút mạnh vào hạt nhân

Trạng thái kích thích của nguyên tử:

- Khi một êlectrôn nào đó được cung cấp năng lượng chuyển từ lớp dưới lên lớp trên và để lại một lỗ trống ở lớp mà nó vừa bỏ đi thì nguyên tử ở trạng thái kích thích

Ion hóa nguyên tử:

-Nếu được cung cấp một năng lượng rất lớn,

êlectrôn có thể thoát ra ngoài nguyên tử, và để lại một lỗ trống tại lớp nó vừa bỏ đi Khi đó ta nói nguyên tử bị ion hóa

- Khi đĩ nguyên tử có điện tích dương bằng điện tích các êlectrôn bay ra ngoài

hóa, vị trí cũ của êlectrôn trở thành lỗ trống Nếu một êlectrôn nào đó ở lớp cao hơn rơi vào lỗ trống ở lớp thấp hơn thì nó giải phóng năng lượng dưới dạng bức xạ điện từ Khi lổ trống ở lớp K hay lớp L thì năng lượng bức xạ điện từ khá lớn và được gọi là tia X Eâlectrôn

lớp L Lỗ trống lớp K

Tia X

M L K

Nguyên tử

bức xạ tia X

1.1.2 Hạt nhân

- Cấu tạo từ các nucleon gồm

prôtôn ( p) cĩ điện tích dương + e

và các nơtrôn (n): hạt trung hịa

-Khối lượng cỡ 1840 lần khối lượng êlectrôn: trong đó khối lượng nơtrôn lớn hơn khối lượng prôtôn một ít

- Số các nucleon trong hạt nhân gọi là số khối lượng (A) Nếu gọi số nơtrôn trong hạt nhân là N

Thì ta có A = Z + N

Ký hiệu hạt nhân :

Ta ký hiệu hạt nhân X có số khối lượng A và số nguyên từ Z là ZXA

VD: Hạt nhân lithium có A = 7 và Z = 3 nên được ký hiệu là 3Li7

-Các hạt nhân đồng vị là các hạt nhân có cùng số nguyên tử Z nhưng khác nhau về số khối lượng A

VD: Nguyên tố lithium hợp thành từ các nguyên tử có hạt nhân 3Li7 (92,5%) và 3Li6

(7,5%)

- Đối với mỗi nguyên tố tỉ lệ giữa các đồng vị thành phần trong nó gọi là độ phổ biến

Ví dụ độ phổ biến của đồng vị trong nguyên tố lithium là 3Li7 92,5%

-Các hạt nhân đồng vị gồm hai loại:

+ Đồng vị bền

+ Đồng vị phóng xạ: thường phát ra các bức xạ để trở thành các đồng vị bền Tính chất phát bức xạ này gọi là tính phóng xạ

Đồng vị phóng xạ tự nhiên : có sẵn trong

thiên nhiên như K40 , U238, Th232, v.v

Đồng vị phóng xạ nhân tạo: được chế tạo

trong lò phản ứng hạt nhân hay máy gia tốc, ví

dụ Am241, Cs137, Co60,131I, 99mTc v.v

-Năng lượng tia bức xạ thường đo bằng đơn vị

êlectrôn-volt, viết tắt là eV

- Đó là năng lượng của êlectrôn, có điện tích bằng e = 1,6.10-19 C, được gia tốc trong hiệu điện thế 1 volt

- Liên hệ giữa eV và các đơn vị năng lượng thường dùng J và erg như sau :

1 eV = 1,6021.10-19 J = 1,6021.10-12 erg

- Dạng hạt: anpha, beta, nơ trôn

- Dạng sóng điện từ: tia X và Gamma

• Vật lý: không nhận biết được

• Là đối tượng quan tâm trong an toàn

bức xạ

- Một số đồng vị phóng xạ nhân tạo có số khối lượng trong khoảng 60-85 cũng phát xạ

α

Ký hiệu quá trình phân hủy α như sau:

ZXA

→ α + Z-2YA-4

Tính chất của hạt α:

- Có khối lượng lớn bằng khoảng 4 lần khối lượng hạt nhân hydrogen và có điện tích bằng +2

- Gây ion hóa mạnh khi đi ngang qua môi trường

b Hạt bêta ( β - ) và pôsitrôn ( β + )

- Hạt β - là hạt có khối lượng bằng khối lượng êlectrôn và điện tích bằng - e

-Hạt β + là hạt có khối lượng bằng khối lượng êlectrôn và điện tích bằng +e, gọi là hạt

pôsitrôn (lỗ)

- Các hạt này không có trong thành phần

của hạt nhân Chúng được sinh ra nhờ các

Một số tính chất của hạt β :

- Hạt β - có điện tích -1 còn hạt β + có điện tích +1

- Ion hóa vật chất như hạt α nhưng cường độ

bé hơn hạt α

- Quãng đường hấp thụ phụ thuộc vào năng lượng:

quãng đường trong không khí khoảng vài mét (11m)

trong mơ cơ thế sống là 17mm

c Tia gamma ( γ )

Tia γ

-Là một loại bức xạ điện từ

- Có năng lượng từ 10 keV đến hàng chục MeV

- Không có khối lượng và không có điện tích

- Quá trình phân rã γ thường xảy ra sau quá trình phóng các hạt α hoặc β, khi hạt nhân cuối

ở trạng thái kích thích chuyển về trạng thái cơ bản

Một số tính chất của tia γ :

- Đó là bức xạ điện từ, không có điện tích

- Ion hóa vật chất không trực tiếp

- Có khả năng đâm xuyên sâu: Năng lượng càng cao, khả năng đâm xuyên

càng lớn

Tia γ có thể dễ dàng đâm xuyên qua cơ thể

người

d Tia X:

Tia X cũng là một loại bức xạ điện từ như tia γnhưng năng lượng thấp hơn, khoảng từ vài keV đến vài trăm keV Có hai cơ chế sinh tia X:

1 Khi êlectrôn bay đến gần hạt nhân của bia thì thay đổi quỹ đạo và mất một phần năng lượng Động năng mất này được phát sinh ra

dưới dạng tia X, gọi là bremstrahlung

2 Khi êlectrôn va chạm và đánh bật một êlectrôn, chẳng hạn êlectrôn ở vỏ K, và để lại lổ trống ở đó Một êlectrôn ở vỏ cao hơn, chẳng hạn vỏ L, về chiếm chỗå trống và năng lượng thừa được giải phóng bằng cách phát ra

tia X đặc trưng.- X-ray fluorescence

Một số tính chất của tia X:

Tia X cũng có tính chất như tia gamma nhưng do năng lượng thấp hơn nên khả năng đâm

xuyên thấp hơn Năng lượng tia X thường từ

vài keV đến vài trăm keV.

Bê tông, chì, thép Thủy tinh hữu cơ

Tờ giấy

α β γ

Khả năng đâm xuyên của các tia bức xạ

25

Ion hóa thứ cấp

- Kích thích

NT lân cận

tác giữa tia γ với một êlectrôn ở vỏ ngoài cùng của nguyên tử, đánh bật êlectrôn này ra còn tia γ giảm năng lượng và thay đổi hướng bay (Năng lượng trung bình 0.2-5MeV)

-γ’

e

lượng lớn hơn 1,02MeV thì tia γ tạo nên một cặp êlectrôn và position trong trường hạt nhân Hạt position sau đó hủy cặp với một êlectrôn để tạo nên 2 tia γ với năng lượng 0,51 Mev mỗi tia, và chúng bay ngược chiều nhau Năng lượng cao > 1.02MeV)

I0 là cường độ chùm tia vào

I(x) là cường độ chùm tia sau khi đi qua một quảng đường x trong vật chất µ là hệ số suy giảm tuyến tính Thứ nguyên của µ là

cm-1 Trong thực tế còn dùng hệ số suy giảm khối lượng µm = µ/ρ, trong đó ρ là mật độ vật chất (g/cm3) Khi đó thứ nguyên của µm là

cm2/g

Độ dày giảm một nửa d 1/2 là độ dày vật

chất mà chùm tia đi qua bị suy giảm cường độ hai lần, nghĩa là còn một nửa cường độ ban đầu Độ dày giảm một nửa T1/2 liên hệ với hệ số suy giảm tuyến tính µ như sau:

Với x = nd 1/2 ta cũng có công thức: I(x)/I 0 = 1/2 n

↑

các tia bức xạ gamma của nguồn Co60 Hệ số suy giảm tuyến tính của chì đối với tia gamma nguồn Co60 bằng µ = 0,655 cm-1 Hỏi sau khi qua tấm chì dày 2,12 cm, số tia gamma của Co60 bị giảm đi bao nhiêu lần?

Giải đáp:

Các giải thứ nhất: Sử dụng công thức (1.5)

và thay giá trị các thông số µ = 0,655 cm-1 và

4 lần

Hay do x = 2 d1/2 nên n = 2 và I/I0 = 1/2n = 1/4

1.3 CÁC ĐƠN VỊ ĐO LƯỜNG BỨC XẠ

Các đơn vị chính được sử dụng để đo lường bức xạ là hoạt độ, liều hấp thụ, liều tương đương, liều chiếu

1.3.1 Hoạt độ phóng xạ (đối với nguồn

phĩng xạ)

Hoạt độ phóng xa ï là số hạt nhân bị phân rã

của nguồn phóng xạ trong một đơn vị thời gian : trong đó N là số hạt nhân chưa bị phân rãa = - dN/dt

Đơn vị đo hoạt độ phóng xa ï trong hệ SI là

Becquerel (Bq)

1 Bq là 1 phân rã trong 1 giây

Đơn vị thường dùng khác là Curie (Ci)

Liên hệ với đơn vị Bq như sau: 1 Ci = 3,7.1010 Bq

Liên hệ giữa các bội số của Bq với Ci và các ước số của Ci như sau:

1 GBq = 109 Bq 1 Ci = 37 GBq

1 MBq = 106 Bq 1 mCi = 37 MBq

1 kBq = 103 Bq 1 µCi = 37 kBq

mCi Hỏi hoạt độ tính theo đơn vị Bq là bao nhiêu?

100 mCi = 37x100 MBq = 3,7x103 MBq = 3,7 GBq

Hoạt độ phóng xạ riêng là hoạt độ

phóng xạ của một đơn vị nguồn phóng xạ, đơn vị thường dùng là Bq/kg (thường dùng cho nguồn dạng rắn) , Bq/m3 (thường dùng cho nguồn dạng lỏng hay khí)

Đơn vị thường dùng trước đây là rad:

1 rad = 0,01 Gy hay 1 Gy = 100 rad

Suất liều hấp thu ï là liều hấp thụ trong

một đơn vị thời gian Đơn vị suất liều hấp thụ trong hệ SI là Gy/s Đơn vị khác là rad/s hay

1Gy của hạt α cho hiệu ứng sinh học lớn hơn

20 lần so với 1Gy của bức xạ γ

Liều hấp thụ tương đương H là đại lượng để

đánh giá mức độ nguy hiểm của các loại

bức xạ, bằng tích của liều hấp thụ D với trọng số đối với mỗi loại bức xạ Wr (chất lượng BX.) : H = D x Wr

Hệ số chất lượng QF đối với một số bức xạ

< 10 MeV

1 1 3 10 10 20

Đơn vị liều hấp thụ tương đương trong hệ SI

là

Sievert (ký hiệu là Sv)

Theo công thức (1.13) ta có

1 Sv = 1 Gy x WrĐơn vị liều hấp thụ tương đương ngoài hệ SI rem:

1 rem = 1 rad x Wr

1 Sv = 100 rem hay 1 rem = 0,01 Sv

Ví dụ : Một nhân viên bức xạ làm việc tiếp

xúc với nguồn phóng xạ chịu một liều 20 mrem trong 1 ngày Hỏi người đó chịu liều bao nhiêu theo đơn vị Sv?

20 mrem = 0,01 x 20 mSv = 0,2 mSv

Suất liều hấp thụ tương đương là liều hấp

thụ tương đương trong một đơn vị thời gian Đơn vị suất liều hấp thụ tương đương trong hệ SI là

Sv/s Đơn vị khác là rem/s hay rem/h

1.3.5 Liều chiếu (ký hiệu là X)

-Liều chiếu X là tỉ số giữa giá trị tuyệt đối

tổng điện tích dQ của tất cả các ion cùng dấu được tạo và khối lượng dm của thể tích nguyên tố không khí đó.X = dQ/dm

-Liều chiếu cho biết khả năng ion hóa

không khí của bức xạ tại một vị trí nào đó

-

Đơn vị liều chiếu trong hệ SI là C/kg

Đơn vị ngoài hệ SI thường dùng là

Roentgen (R)

Suất liều chiếu là liều chiếu trong một đơn

vị thời gian Đơn vị suất liều chiếu trong hệ SI là C/kg.s Đơn vị ngoài hệ SI thường dùng là

1.3.6 Liên hệ giữa suất liều

chiếu và hoạt độ phóng xạ của

một nguồn phóng xạ

Nguồn phóng xạ có hoạt độ phóng xạ a (mCi) thì suất liều chiếu P (R/h), R là Roentgen, tại

một vị trí cách nguồn phóng xạ một khoảng r (cm) tuân theo biểu thức:

P = aKγ /r2 (1.19)trong đó Kγ là hệ số có thứ nguyên R x

cm2 / (h x mCi) Trên bảng 1.2 dẫn ra hệ số Kγ

đối với một số đồng vị phóng xạ phát

gamma Theo biểu thức này, suất liều P tăng tuyến tính theo hoạt độ a và giảm theo bình

phương khoảng cách r

Lieàu töông ñöông H H = D× Wr Sv rem =

-ảnh h ởng của thời gian và tác dụng của tia X:

.Liều quang tuyến là tích số thời gian và c ờng

độ

.Khi phát triển có lúc TB cảm thụ có lúc kháng

tia X

-Cảm thụ khác nhau của các thành phần TB

.Nhân gấp 20 lần nguyên sinh chất

.TT nguyên sinh hồi phục , ở nhân ảnh h

ởng đến phân bào, th ơng tổn NST gây biến dị

-Cảm thụ khác nhau tuỳ từng loại TB

.TB sinh sản càng mạnh,tác dụng của quang tuyến mạnh

.Các TB đang hoạt động nhiều thì cảm

thụ tăng lên( TB tuyến đang bài tiết )

tÁC DỤNG SINH HỌC

tÁC DỤNG SINH HỌC

2 Cơ chế tác dụng của tia X.

-Tác dụng trực tiếp: bẻ gẫy liờn kết, chuyển đổi cấu trỳc

.Trực tiếp lên các phân tử quan trọng: ADN, các cơ quan của TB, màng TB

.Phá huỷ gây biến đổi thể dịch , gián tiếp

đến toàn thân

-Tác dụng gián tiếp: ion húa

.Ion hoá các phân tử cấu tạo lên chất sống, ion hoá dung môi nhất là n ớc.

.N ớc chiếm 80% cơ thể, 90-95% mô non nên ion hoá nó quan trong hơn trực tiếp.

N ớc oxy đóng vai trò quan trọng trong tác

dụng sinh học của tia.

Giai đoạn hóa học ( trong vài giây)

Thành phần hoá học tế bào thay đổi do

các gốc tự do và độc chất.

Giai đoạn sinh học( vài giờ, vài năm)

- Các thay đổi của TB:

.Chết

Ngừng, chậm phân bào

-Biến đổi trong phân bào

tÁC DỤNG SINH HỌC

-Biến đổi ADN:

.Gãy 1 hay hai cành Thay đổi kết nối: chéo, đứt

.Sửa chữa các sai sót bằng enzym

Tæ chøc bÞ tæn th

NSTC¸c hËu qu¶ l©u

dµi

HËu qu¶ di truyÒn l©u dµi

3.C¸c lo¹i t¸c dông sinh häc:

- C¸c t¸c dông sinh häc

+ Hiệu ứng tất định: Hậu quả cấp tính

Mức trầm trọng tăng theo liều

Xác xuất sảy ra không phụ thuộc liều

chiếu

+ Hiệu ứng ngẫu nhiên: Tác dụng lâu dài Mức trầm trọng không phụ thuộc vào liều Xác xuất sảy ra thì phụ thuộc vào liều

theo quy luật tuyến tính

tÁC DỤNG SINH HỌC

2 N- 2 T : håi phôc bªn ngoµi

3ng-3t :ch¶y m¸u, Øa ch¶y,

sèt rông tãc( chÕt kho¶ng 50%)

>8tuÇn: Håi phôc ng êi sèng sãt

tÁC DỤNG SINH HỌC

>15 HÖ thÇn kinh 1-5

B¶ng liÒu g©y chÕt

tÁC DỤNG SINH HỌC

C¬ quan vµ hËu qu¶ do tia

Tinh hoµn:

V« sinh t¹m thêi

V« sinh vÜnh viÔn

0,153,5-6

Tuû x ¬ng: Suy gi¶m TB tuû 0,5

Ng ìng liÒu g©y t¸c h¹i

tÁC DỤNG SINH HỌC

chiÕu(phót )

 Thể trội: Ung thư cho cá nhân bị chiếu

.BÖnh m¸u tr¾ng trong 5-7 n¨m, kÕt thóc sau

20 n¨m

.Ung th ; 30 n¨m

Xác suất gây ung thư do chiếu xạ: 0.005%/mSV

 Thể trễ: Gây hiệu ứng di truyền

Xác suất gây hiệu ứng di truyền: 0.0003-0.0005%/mSV

Phạm vi thay đổi

Đơn

giản Chụp CSChụp phổi 1,80,02 0,4-1,40,01-1,3

Chụp x ơng 0,15 0,01-0,5Chụp bụng 0,98 0,12-9,9Cột sống ngực 0,7 0,16-4,4Tiểu khung 1,0 0.09-5.7Phức tạp Chụp UIV 3.5 1.4-35.1

Kh¶ n¨ng bÞ bÖnh di

III- AN TOÀN BỨC XẠ

- Quản lý nhà nước

- Các biện pháp an toàn bức xạ

C¬ së Bøc x¹

Së KHCN

Nhân sự cần thiết để đảm bảo ATBX

Người quản lý cơ sở bức xạ

Người phụ trách

nào bức xạ mang lại lợi ích lớn hơn mức rủi ro

- Hạn chế mức liều: người quản lý đảm bảo phương

tiện đầy đủ, nhân viên tuân thủ nội quy để đảm bảo liều nhận được trong giới hạn cho phép của cơ quan quản lý nhà nước về ATBX

- Nguyên lý tối ưu hóa: giảm liều chiếu đến mức hợp lý (ALARA: As Low As Reasonable Achievable)

69III- AN TOÀN BỨC XẠ

Nhân viên bức xạ

Bảo vệ tia X đối với thầy thuốc

Yêu cầu che chắn với cơ sở chẩn đoán xquang

Diện tớch phũng: tối thiểu 12m2

Chì tấm 15kg/m2( lát gối lên nhau)

Hai lớp vữa baryt dày 16mm( 2x 16) (4,5 xi + 1 barit)

- Chụp vú: che t ơng đ ơng 0,3 mm chì ở 30kVp

- Chụp răng: 0,5mm chì -100kVp

Bảo vệ tia X đối với thầy thuốc

Yêu cầu che chắn với cơ sở chẩn đoán xquang

+Bình phong bảo vệ.

- Chì mật độ 15kg/cm2( dày 1,2mm) hay t ơng đ ơng

nếu khoảng cách <2m thì dày hơn

- Tấm chì đ ợc đỡ hai mặt ( kẹp thịt) gối nhau

- Bình phong cao tới trần >2m, rộng >90cm

- Cửa sổ kính chì dày nh chì, rộng >30 x 30cm( dày 6mm

=1,5mm chì)

- Chụp vú; bình phong tối thiểu 3mm chì ở 30kVp

Bảo vệ tia X đối với thầy thuốc

Yêu cầu che chắn với cơ sở chẩn đoán xquang

-Cửa ra vào:

-Cửa ra vào:chắn chì t ơng đ ơng 10kg/m2

-Hộp giữ catxet, cửa sổ chuyển phim:

-Hộp giữ catxet, cửa sổ chuyển phim: chì tấm 15kg/cm2