Bài giảng bức xạ ion hóa và cơ thể sống năm 2024

Nội dung Text: Bài giảng Bức xạ ion hóa - ĐHYK Thái Nguyên

1. BỨC XẠ ION HOÁ Bộ môn Lý sinh Y học Trường Đại học Y khoa Thái Nguyên
2. Mục tiêu: 1. Định nghĩa được hiện tượng bức xạ ion hoá. 2. Trình bày được các dạng phân rã phóng xạ thường gặp. 3. Trình bày được các tính chất của tia X.
3. 1. Định nghĩa: - Bức xạ ion hoá là những bức xạ mà trong quá trình tương tác với vật chất sẽ tạo nên các ion âm, ion dương và các điện tử tự do một cách trực tiếp hay gián tiếp. - Bức xạ ion hoá có thể có sẵn trong tự nhiên (bức xạ tự nhiên) hoặc do con người tạo ra (bức xạ nhân tạo).Trong y sinh học, người ta quan tâm đến hai loại bức xạ: + Các tia phóng xạ. + Tia Rơnghen (tia X).
4. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ BỨC XẠ ION HOÁ BỨC XẠ LÀ HÌNH THỨC TRUYỀN NĂNG LƯỢNG TỪ MỘT VẬT THỂ NHẤT ĐỊNH RA MÔI TRƯỜNG. CÓ HAI DẠNG BỨC XẠ: BỨC XẠ KHÔNGmặt trời: TiaVÀ BỨC XẠ IONngoại 1. Bức xạ ION HOÁ hồng ngoại và tử HOÁ VÍ DỤ: mang năng lượng từ mặt trời lan toả vào môi trường làm nhiệt độ khí quyển nóng lên. 2. Bếp lửa (củi, than, khí…) bức xạ năng lượng dưới dạng tia hồng ngoại và các photon từ phản ứng oxy hoá cellulose (gỗ, than …) Ta dùng nó để đun nấu... Hiệu ứng của hai dạng bức xạ trên là hiệu ứng sinh nhiệt: 1: E =hc/l 2: E= m (kg)*C(J/kg) Không có khả năng đâm xuyên
5. Bức xạ ion hoá: alpha, beta, gamma, neutron, proton, tia X - Là bức xạ không sinh nhiệt!
6. Bức xạ ion hóa
7. Bức xạ ion hóa
8. 2. Phãng x¹. 2.1. HiÖn tîng phãng x¹. Lµ hiÖn tîng h¹t nh©n cña nguyªn tö tù biÕn ®æi (tù ph©n r·) ®Ó trë thµnh h¹t nh©n cña nguyªn tè kh¸c hoÆc tõ 1 tr¹ng th¸i cã møc n¨ng lîng cao vÒ tr¹ng th¸i cã møc n¨ng lîng thÊp h¬n. Trong qu¸ tr×nh biÕn ®æi ®ã h¹t nh©n ph¸t ra tia cã n¨ng lîng cao gäi lµ tia phãng x¹ hay bøc x¹ h¹t nh©n.
9. Cấu tạo nguyên tử
10. 2.2. Các dạng phân rã phóng xạ thường gặp. * Phân rã bêta âm (negatron  -): Trong điều kiện nhất định, trong hạt nhân có những đồng vị có số nơtron nhiều hơn số proton có thể xảy ra hiện tượng biến một nơtron thành một proton đồng thời phát ra một hạt electron (hạt -). Sơ đồ phân rã negatron (-) Sơ đồ phân rã phóng xạ của P32 A zX 32 (14,2 ngµy) 15P - (1,71 MeV) - 100% A Z+1Y 32 16S Phương trình biến đổi: zXA  z+1YA +- + Q Bán chất của phân rã: np +- + Q
11. * Phân rã bêta dương ( Pozitron + ). Trong hạt nhân của những đồng vị có số proton nhiều hơn số nơtron có thể xảy ra hiện tượng biến một proton thành một nơtron đồng thời phát ra hạt pozitron (+). Hạt pozitron có khối lượng đúng bằng khối lượng của điện tử, điện tích bằng điện tích của điện tử nhưng trái dấu, vì vậy nó được gọi là điện tử dương. Sơ đồ phân rã + Sơ đồ phân rã N13 A 13 (10 phót) zX 7N + + (1,20MeV) 100% 13 A 6C Z-1Y Phương trình biến đổi: zXA z-1YA + + + Q Bản chất phân rã: p n + + + Q
12. * Phân rã anpha (). - Loại phân rã này chỉ xảy ra trong phạm vi các hạt nhân của những nguyên tố có khối lượng nguyên tử lớn. Trong quá trình này, hạt nhân phát ra hạt anpha (hạt nhân của nguyên tử Heli). Sự phân rã này làm khối lượng giảm 4, điện tích giảm 2. Sơ đồ phân rã  Sơ đồ phân rã của 88Ra226 A 226 zX 88Ra 1 (4,61 MeV) 6,5% 2 (4,79 MeV)  Rn* 93,5%  (0,18 MeV) A-4 Z-2Y 222 86Rn Phương trình biến đổi: zXA  z-2YA-4 + 2He4 + Q - Các hạt  phát ra từ cùng 1 loại phân rã của cùng 1 loại hạt nhân có năng lượng giống nhau tính đơn năng của chùm tia 
13. * Phát xạ tia gamma () từ hạt nhân. - Trường hợp hạt nhân chuyển từ trạng thái bị kích thích về trạng thái cơ bản hay về trạng thái bị kích thích ứng với mức năng lượng thấp hơn, từ hạt nhân sẽ phát ra tia gamma. - Bản chất tia gamma là sóng điện từ có bước sóng cực ngắn. - Sơ đồ phân rã phóng xạ của Co và Th. 228 (1,9 n¨m) 90Th 27 Co60 (5,2 n¨m) 1 (5,17MeV) 0,2% - (0,31MeV) 0,25MeV 2 100% 1 2,50 MeV 0,22MeV 3 3 1 1,33 MeV 0,08MeV 4 2 2 4 0 MeV 0 MeV 28 Ni60 224 88Ra Ghi chó: 2 (5,21MeV) 0,4% 3 (5,34MeV) 88% 4 (5,42 MeV) 71%
14. Lưu ý: - Quá trình phát tia  không làm thay đổi cấu tạo của hạt nhân mà chỉ làm thay đổi trạng thái năng lượng của nó. - Khi có hiện tượng phóng xạ xảy ra ở 1 hạt nhân, hạt nhân đó có thể bị biến đổi nhiều hơn 1 lần, do đó có thể phát ra nhiều tia phóng xạ. Ví dụ: (, ), (, )
15. 2.3. Tính chất của tia phóng xạ  Tính chất hạt anpha  Tính chất hạt bêta  Tính chất tia gamma
16. Tính chất của hạt alpha  Hạt alpha có khối lượng lớn, phát ra từ 1 chất phóng xạ thì có năng lượng như nhau.  Hạt alpha có hai đơn vị điện tích dương, năng lượng giảm đI sau mỗi lần ion hoá, cuối cùng nhân thêm 2 điện tử để trở thành nguyên tử Heli.  Hạt alpha có khả năng ion hoá rất lớn, trung bình tạo ra 40000 cặp ion/1cm quãng chạy trong chất khí, càng về cuối khả năng ion hoá càng tăng.  Hạt alpha là hạt có khả năng đâm xuyên kém nhất, quãng chạy trong không khí 2,5-9 cm; trong cơ thể  0,04 mm
17. Tính chất của các hạt bêta  H¹t bªta lµ h¹t cã khèi lîng nhá, khi t¬ng t¸c víi vËt chÊt quÜ ®¹o lµ ®êng gÊp khóc.  H¹t bªta cã mét ®¬n vÞ ®iÖn tÝch, bÞ t¸c dông trong tõ trêng, quÜ ®¹o lµ mét ®êng cong.  Kh¶ n¨ng ion hãa trùc tiÕp kÐm h¬n h¹t alpha, trung b×nh t¹o ra 75 cÆp ion/1cm qu·ng ch¹y.  H¹t bªta 3.5MeV ®i ®îc gÇn 11m trong kh«ng khÝ hoÆc 17mm trong tÕ bµo  Kh¶ n¨ng ®©m xuyªn cña h¹t bªta lín h¬n h¹t alpha
18. Tính chất tia Gamma  Tia gamma là dòng photon năng lượng lớn, bước sóng ngắn, Emax= 1,1-3,5 Mev.  Khả năng đâm xuyên lớn, trong không khí đi được từ 10m đến hàng trăm mét, dễ dàng xuyên qua cơ thể người (dùng chì và bêtông để cản tia).  Khả năng ion hoá không cao.  Khi tác động vào môi trường vật chất sẽ truyền hết năng lượng qua một lần tương tác, sản phẩm là các hạt vi mô tích điện lại tiếp tục ion hoá vật chất tia gamma có tác dụng ion hoá gián tiếp vật chất.  Bản chất là sóng điện từ, không bị từ trường tác dụng, đường đI là một đường thẳng.
19. SO SÁNH KHẢ NĂNG ĐÂM XUYÊN CỦA CÁC DẠNG BỨC XẠ TỜ GIẤY TẤM NHÔM TẤM CHÌ BÊ TÔNG A B  VÀ TIA X N
20. 3. Bức xạ Rơnghen (X) 3.1. Hiện tượng bức xạ tia X. - Năm 1895 nhà bác học Rơnghen người Đức tình cờ tìm ra tia X. - Tia X có ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau: kỹ thuật, quân sự, sinh học và y học... - Trong Y học: + Chẩn đoán: khai thác đặc tính phản ánh cấu trúc vật chất của chùm tia sau khi xuyên qua lớp vật chất của các tổ chức trong cơ thể. + Điều trị: khai thác tác dụng của tia lên các tổ chức sống.