of 29/29
Gama zračenje, fizičke osobine i Gama zračenje, fizičke osobine i djelovanje na organske molekule i djelovanje na organske molekule i vodu vodu

Gama zračenje, fizičke osobine i djelovanje na

  • View
    221

  • Download
    13

Embed Size (px)

Text of Gama zračenje, fizičke osobine i djelovanje na

Gama zraenje, fizike osobine i djelovanje na organske molekule i vodu

Uvod Jonizujue zraenje, jeste oblik energije poput svijetlosti i toplote. Obuhvata estice i zrake, odnosno estino i elektromagnetno zraenje. U estino zraenje ubrajamo alfa ( ) i beta ( ) zraenje, dok u elektromagnetno ubrajamo gama zraenje ( ) i iks zrake ( x ). Gama i iks zrake imaju dovoljno energije da pri sudaru izbiju elektron iz ljuske atoma, odnosno da ga jonizuju pa stoga se i ovakvo zraenje zove jonizovano. Izvori jonizovanog zraenja su razliiti, a dijelimo ih na prirodne i vjetake.

Elektromagnetno zraenje Elektromagnetno zraenje je fizika pojava irenja elektrinih i magnetnih talasa, odnosno ultrasitnih estica zvanih fotoni Fotoni su estice bez mase koje se kreu brzinom svijetlosti (300000 km/s) i sadre odreenu koliinu energije Dijeli se na: nejonizujue i jonizujue zraenje Nejonizujui zraci su: radiotalasi, mikrotalasi, vidljiva svijetlost, infracrveni i ultraljubiasti zraci Jonizujui zraci su: rengenske x zraci, gama zraci, kosmiki zraci.

Gama zraenje Gama zraka je paket elektromagnetne energije, tj. foton. Gama fotoni su fotoni s najvie energije u elekromagnetnom spektru. Emituju ih jezgre nekih radioaktivnih atoma. Gama fotoni nemaju masu ni elektrini naboj, ali imaju vrlo visoku energiju, otprilike 10000 puta veu od energije fotona u vidljivom dijelu elektromagnetnog spektra. Zbog visoke energije gama estice putuju brzinom svjetlosti i u zraku mogu prijei stotine hiljada metara prije nego to potroe energiju. Mogu proi kroz mnogo vrsta materijala ukljuujui i ljudsko tkivo.

Do emisije gama zrake dolazi kada jezgra radioaktivnog atoma ima previe energije, a obicno slijedi emisiju beta estice. Cezij-137 prua dobar primjer radioaktivnog raspada emisijom gama zrake. Neutron iz jezgre se transformie u proton i beta esticu. Dodatni proton mijenja atom u Barij-137. Jezgra izbacuje beta esticu, ali jo uvijek ima previe energije pa emituje gama foton da bi se stabilizovala. Mo prodiranja gama zraka ima mnogo upotreba. Iako gama zrake mogu prodrijeti kroz mnoge materijale, one ne ine te materijale radioaktivnim.

Fizike osobine gama zraenjakroz formaciju, -zraci stupaju u interakciju sa Prilikom prolaskaatomima sredine, gube energiju i na kraju bivaju apsorbovani Od energije upadnog -zraenja zavisi koji e tip interakcije -zraka sa atomima formacije biti dominantan (fotoelektrini efekat, Komptonov efekat, produkcija para) Elektronska gustina formacije

NA - Avogadrov broj, - gustina formacije, Z - atomski broj elementa, A - atomska masa elementa. U najveem broju kolektorstena nalaze se uglavnom atomi lakih elemenata, te je odnos Z/A najee konstantan i iznosi 0.5 (pesak/pear kvarc SiO2 - 0.499, krenjak - kalcit CaCO3 0.500, dolomit CaMg(CO3)2 0.499), a elektronska gustina je proporcionalna gustini formacije.

Izvori jonizujueg zraenja Izvori zraenja kao to je ve ranije navedeno mogu biti: prirodni i vjetaki

Prirodni izvori jonizujueg zraenja Prirodno pozadinsko jonizujue zraenje dolazi iz tri glavna izvora: kosmiko zraenje, prirodno zraenje radioaktivnih materijala i radon. Kosmiko zraenje dolazi iz svemira i ukljucuje energetske protone, elektrone, gama zrake i X-zrake. Primarni radioaktivni elementi u prirodi su uran, torij, kalij i njihovi radioaktivni derivati. Ovi elementi emituju alfa i beta estice ili gama zrake. Meutim, veina prirodnog zraenja potie od plina radona, koji je produkt raspada urana i torija

Kosmiko jonizujue zraenje

Kosmiko zraenje ini otprilike 13% od ukupnog prirodnog pozadinskog zraenja. Dijeli se na dva tipa, primarno i sekundarno Primarno kosmiko zraenje sastoji se od estica vrlo visoke energije (do 1018 eV), a to su uglavnom protoni, alfa estice, tei

joni i elektroni. Veliki postotak primarnog kosmikog zraenja dolazi izvan naeg Sunevog sistema, dok jedan dio dolazi od naeg Sunca. Vrlo malo primarnog kosmikog zraenja prodre do Zemljine povrine. Velika veina reagira s Zemljinom atmosferom proizvodei sekundarno kosmiko zraenje koje se sastoji od fotona, elektrona, neutrona i gama zraka i koje dolazi do povrine

Prirodno zraenje radioaktivnih materijala

Radioaktivni materijali prisutni su svuda u prirodi, u tlu, stijenama, vodi, zraku i vegetaciji. Najvaniji nuklidi to se tie prirodnog zraenja su kalij, uran i torij. Dotini nuklidi prisutni su jo iz vremena stvaranja Zemlje i imaju vrlo velika vremena poluraspada, esto i reda 100 milijuna godina.

U slijedecoj tablici prikazana je koliina prirodne radioaktivnosti u tlu po kvadratnoj milji na dubini od jedne stope. Treba napomenuti da aktivnost uveliko zavisi od tipa tla, sastava minerala i gustoe.

U slijedecoj tablici prikazana je koliina prirodne radioaktivnosti u okeanima.

Prirodne radionuklide moemo pronai i u ljudskom tijelu.

Prirodna radioaktivnost moe se nai i u nekim graevinskim materijalima. U slijedeoj tablici su navedeni neki uobiajni graevinski materijali i procjene koncentracije urana, torija i kalija u njima

Vjetaki izvori jonizujueg zraenja

Vjetaki izvori su po svojoj prirodi i uinku identini prirodnim izvorima. Glavni korisnici vjetakog jonizujueg zraenja su: medicinske ustanove poput bolnica i farmaceutskih ustanova; ustanove za istraivanje i uenje; nuklearni reaktori i njihove pomone

ustanove.

Djelovanje jonizujueg zraenja na organske molekule Efekti zraenja na ivu materiju mogu biti: Direktni ili indirektni Reverzibilni ili ireverzibilni Akutni ili hronini

Organizam koji je ozraen bilo izvana, bilo izbutra moe pretrpjeti znatne tete, odnosno biohemijske i morfoloke promjene. Zraenje dovodi do promjena u organizmu djelujui na molekule. Dvije su teorije o mehanizmu djelovanja: Teorija direktnog djelovanja Teorija indirektnog djelovanja

Teorija direktnog djelovanja

Teorija direktnog djelovanja objanjava da jonizacijsko zraenje, tj. odreeni kvant energije, djeluje na vane organske molekule direktnim pogotkom nekog osjetljivog mjesta u toj molekuli. Pri tome kvant energije izaziva ekscitaciju i jonizaciju uslijed ega pucaju kovalentne veze; pucaju molekule na dva manja fragmenta.

Ako novonastali fragmenti nose ne-spareni elektron zovu se slobodno radikali. Slobodni radikali, gotovo trenutno, im nastanu, reagiraju s drugim molekulama, mijenjajui ih ili reagiraju meusobno stvarajui nove, organizmu strane molekule.

Teorija indirektnog djelovanja

Teorija indirektnog djelovanja objanjava promjene na molekulama putem proizvoda radiolize vode izazvanog jonizacijskim zraenjem. Jonizacijom i ekscitacijom molekula vode nastaju reaktivni radikali, i to OH i H radikal, te hidratizovani elektron i hidratizovani proton koji takoer reaguju brzo s drugim

molekulama mijenjajui ih.

Reverzibilna i ireverzibilna oteenja

Neka od nastalih oteenja mogu biti ispravljena elijskim mehanizmima reparacije i u tom sluaju govorimo o reverzibilnim oteenjima. Ona uglavnom nastaju pri izlaganju organizma niim dozama zraenja u kraem vremenskom periodu. Kada su elije izloene veoj dozi zraenja, ili je to zraenje dugotrajnije, dolazi do akumulacije veeg broja oteenja koje reparacioni mehanizmi vie nisu u stanju da korektno ispravljaju dolazi do ireverzibilnih oteenja elije. Ukoliko su u pitanju oteenja genetskog materijala, pri emu dolazi do njihove nekorektne reparacije zraenje e imati mutageni efekat. Ako su lezije DNA takve da se ni na koji nain ne mogu ispraviti, ili je dolo do veih oteenja strukturnih elemenata elije zraenje je po eliju letalno.

Akutni i hronini efekti

Izlaganje niim dozama zraenja dovodi do ispoljavanja hronnih efekata zraenja. Da bi dolo do hroninog efekta organizam treba da bude izloen zraenju dui vremenski period manjim dozama zraenja, za koje se podrazumjeva da nemaj letalan uticaj na jedinku. Sa druge strane ukoliko je doza zraenja dosta vea I intenzivnija dolazi do pojave akutnog efekta I ono ima letalan efekat na jedinku.

Naini kontaminacije

Kontaminacija probavom zapoinje unoenjem kontaminiranih materija kroz usta. To je najvaniji i najopseniji put unoenja kod organizama. Od unoenja inhalacijom se moemo zatiti, al u dananje vrijeme industrijskog napretka koje sa sobom nosi i negativne strane esto dolazimo u situaciju da ne znamo porijeklo hrane. Takoe predstavlja problem i to da je vrlo teko nai zdravu i prirodno ne taknutu hranu. Posljedice kontaminacije zavise od: Koliini nuklida u hrani Fiziko hemijskom obliku nuklida Rastvorljivosti nuklida u vodi Apsorbcijskoj sposobnosti crijevne sluznice. Mlade ivotnje mnogo bolje apsorbuju materije Potrebi organizma za odreenim elementom. Ukoliko je titnjaa zasiena jodom ona nece metabolisati radioaktivni J131, dok ako je sluaj suprotan ona e metabolisati radioaktivni. Takoe neki elementi mogu da se ponaaju kao homologi, tj. da imaju sposobnost da nadoknauju nedostatak nekog drugog elementa. Kontaminacija putem koe, organizam usvaja tricij H3, a drugi radionuklidi ulaze u maloj mjeri. No i to moe biti opasno. Opasnost od perkutane kontaminacije organizma radionuklidima zavisi od: Vrsti i koliini nuklida Rastvorljivosti nuklida u vodi i mastima Debljini potkonog tkiva

Uticaj gama zraenja na molekule vode Glavno i ciljno mijesto djelovanja zraenja na organizam jeste elija, osnovni funkcionalni i gradivni element svakog organizma. Upravo u eliji se dogaaju razliite hemijske i biohemijske promjene nakon djelovanja zraenja, to na organizam ostavlja razliite posljedice. elije su graene od razliitih molekula i to preteno od sledeih pet: 80 % molekule vode 15 % proteini 2 % lipidi 1 % ugljeni hidrati 1 % nukleinske kiseline 1 % sve ostale molecule

Kao to vidimo u eliji su najvie zastupljeni molekuli vode sa 80 %, a to su ujedno i najjednostavnije molekule u organizmu. Zbog najvee zastupljenosti u organizmu, pri izlaganju zraenju najvea je mogunost interakcije zraenja sa molekulima vode. Pa se najveci dio zraenja apsorbuje u ovim molekulima. Zraenje na molekule vode deava se na sledei nain,

Djelovanjem zraenja na molekule vode nastali su slobodni radikali OH* i H*, koji su veoma nestabilni i u nekoliko mikrosekundi stupaji u razliite hemijske reakcije sa drugim molekulima. Vezivanje radikala za molekule koje su od vitalnog znaaja za funkcionisanje elije, npr. za metabolike procese u eliji, dolazi do poremeeja samih procesa. Takav je sluaj kod inaktivacije enzima pod uticajem slobodnih radikala. Jo jedan primjer djelovanja slobodnih radikala je stvaranje vodonik peroksida OH* + OH* = H2O2, koji je veoma snaan toksikant koji dovodi do oteenja elija i do oteenja same DNK.