放射生物学的物理化学基础.ppt

放射生物学的物理和化学基础 本节课主要内容 辐射的种类 电离和激发 传能线密度与相对生物效应 自由基 直接作用与间接作用 氧效应与氧增强比 靶学说 影响电离辐射生物效应的主要因素 THANK YOU!!! 辐射的种类 (一)电磁辐射和粒子辐射 辐射可分为两大类：一类是电磁辐射，实质上是电磁波；另一类是粒子辐射，它们是一些组成物质的基本粒子，或者是由这些基本粒子构成的原子核。 辐射的种类 粒子辐射是一些高速运动的粒子，它们通过消耗自己的动能把能量传递给其他物质。 粒子辐射包括电子、质子、α粒子、中子、负π介子和带电重离子等。 粒子辐射的种类 α粒子：由两个中子和两个质子组成 β粒子或电子：带有一个最小单位负电核的粒子 负π介子：其质量介于电子和质子之间，电子质量的273倍，质子质量的1/6。 粒子辐射的种类 一般由加速器加速的高能质子轰击重金属靶产生。是高能质子与原子核里的中子碰撞发生核反应的结果。 当负π介子的能量在40~90MeV时，在组织中的射程可达6~13cm，可用于放射治疗。 粒子辐射的种类 重离子：某些原子被剥去或部分剥去外围电子后，形成带正电荷的原子核。 中子：不带电粒子，把能量传递给物质的主要方式是和元素的原子核相互作用。 粒子辐射的种类 热中子———能量小于0.5eV 中能中子——能量为0.5eV~10keV 快中子———能量为10keV~10或15keV 特快中子——能量在10~15MeV以上 辐射的种类 (一)电磁辐射和粒子辐射 电磁辐射仅有能量而无静止质量；粒子辐射既有能量，又有静止质量。 根据频率和波长，电磁辐射又可以分为无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、x射线和γ 射线等。 辐射的种类 (一)电磁辐射和粒子辐射 其中x射线、γ射线和紫外线被广泛应用于放射生物学研究。 辐射的种类 （二）电离辐射和非电离辐射 根据作用方式的不同，通常将辐射分成两类：电离辐射和非电离辐射。 高速的带电粒子，如α粒子、β粒子、质子等，能直接引起物质电离，属于直接电离粒子。 辐射的种类 （二）电离辐射和非电离辐射 致电离光子（X射线和γ射线）及中子等不带电粒子，是通过与物质作用时产生的带电的次级粒子引起物质电离的，属于间接电离粒子。 辐射的种类 （二）电离辐射和非电离辐射 由直接或间接电离粒子，或两者混合组成的任何射线所致的辐射，统称为电离辐射。 由此可见，电离辐射中既包括部分电磁辐射也包括部分粒子辐射。 辐射的种类 （二）电离辐射和非电离辐射 与电离辐射不同，非电离辐射一般不能引起物质分子的电离，而只能引起分子的振动、转动或电子能级状态的改变。 紫外线和能量低于紫外线的所有电磁辐射都属于非电离辐射。 α粒子 α粒子质量较大，运动较慢，因此，有足够时间在短距离内引起较多电离。 当α粒子穿入介质后，随着深度的增加和更多电离事件的发生，能量渐被消耗，粒子运动变慢，而慢速粒子又引起了更多的电离事件，故在其行径的末端，电离密度明显增大，形成峰值，称为布喇格峰(Bragg peak)。 α粒子 图示，布喇格电离峰过后α粒子的能量全部释出，电离能力下降至零。这时α粒子衰变为中性氦原子。 在生物组织中α粒子移动的距离比在空气中小得多，l Mev的粒子只能移动几十μm。 在短距离内释放α粒子的全部能量，产生很高的电离密度，故引起的损伤较重。 α粒子 α粒子由外照射对机体不会产生严重危害。 但发射α粒子的放射性核素进入体内时，造成的损伤较大。在放射治疗中用特快中子(＞20Mev)和负π介子照射组织时，在组织中可产生α粒子，对杀伤癌细胞起到重要作用。 β粒子 电子的质量小，带负电荷，故在介质中容易被介质原子的轨道电子所偏转，形成曲折的径迹，其实际穿透的深度(射程)小于其径迹的长度。 在其径迹的末端，由于能量逐渐降低，速度减慢，与介质原子作用概率加大，故电离密度增高。 β粒子 放射治疗中由直线加速器产生的电子流，其能量为几至十几MeV(高能电子)，主要在组织深部产生最大的电离作用。 而90Sr辐射源放出0.53MeV的β粒子则在浅层(1—2mm的深度)引起最大的电离作用。 电离和激发 电离作用： 高能粒子和电磁辐射的能量被生物组织吸收后引起效应的最重要的原初过程。 生物组织中的分子被粒子或光子流撞击时，其轨道电子击出，产生自由电子和带正电的离子，即形成离子对，这一过程称为电离作用。 电离和激发 激发作用：电离辐射与分子相互作用，其能量不足以将轨道电子击出时，可使电子跃迁到高能轨道上，使分子处于激发态，这一过程称为激发作用。 电离和激发 被激发的分子很不稳定，容易向邻近分子或原子释放其能量，在放射生物效应的发生中其作用不如电离重要，一般认为激发作用的效应可以忽略不计。 水的电离和激发 H2O__激发__H2O*→ H? +