Історія відкриття радіоактивності: основні етапи розвитку радіології.
Радіологія (radius - промінь, logos – наука) - розділ медицини, який розробляє теорію і практику використання іонізуючого випромінювання з діагностичною(променева діагностика) та лікувальною метою (променева терапія).
Променева діагностика вивчає використання випромінювань для дослідження будови та функцій органів і систем людини. Променева діагностика включає — термографію, рентгенологічну діагностику (РД), радіонуклідну (РНД), ультразвукову (УЗД), комп’ютерно-томографічну діагностику (КТ) магнітно-резонансну діагностику (МРТ), інтервенційну радіологію.
Променева терапія вивчає використання іонізуючого випромінювання для лікування онкологічних та неонкологічних захворювань.
Наприкінці ХХ сторіччя усі методи діагностики та лікування захворювань людини, що ґрунтуються на використанні іонізуючих випромінювань, ультразвукових коливань, інфрачервоного випромінювання, магнітних полів ядер атомів об’єднали в одну наукову спеціальність — радіологію.
Історія розвитку медичної радіології.
Медична радіологія бере свій початок з часу відкриття В.К.Рентгеном 8 листопада 1895 р. нового роду променів, які він назвав Х-променями. 28 грудня 1895 року Рентген повідомив у пресі про відкриття Х-променів. 9 березня 1896 та в травні 1897 року Рентген опублікував в європейських журналах результати досліджень Х-променів.
Проте видатний український фізик Іван Пулюй (Відень) дещо раніше досліджував властивості Х-променів, але результати своїх робіт опублікував пізніше (13 лютого і 5 березня 1896 року). Враховуючи внесок І.Пулюя у відкриття та дослідження Х-променів його слід вважати основоположником науки про рентгенівські промені аж ніяк не в меньшій мірі, ніж Рентгена, ім’я якого широко відображено в сучасній медичній термінології та спеціальній літературі, а ім’я І.Пулюя практично невідоме.
Другою визначною подією було відкриття в 1896 р. французьким вченим Анрі Беккерелем явища природної радіоактивності.
Радіоактивність - це властивість ядер атомів деяких хімічних елементів до мимовільного поділу з виникненням іонізуючих випромінювань, наприклад:
Речовини, яким властивий мимовільний поділ ядер атомів та супроводжується виникненням іонізуючого випромінювання, називають радіоактивними.
Ці відкриття були основою для виділення з уранової руди полонію та радію Марією і Пьєром Кюрі в 1896 році. В теперішній час відомо біля 40 природних радіоактивних елементів, які зустрічаються в природі у складі так званих родин 238 U, 224 Ac, 232 Np, 237 Th і ін.
В І934 році друге покоління Кюрі - подружжя Ірен і Жоліо Кюрі відкрили штучні радіоактивні речовини (нукліди або ізотопи, ізос – рівний, топос – місце в періодичний таблиці Д.І.Мендєлєєва) – різновиди того ж елементу з однаковим числом протонів у ядрі, що відрізняються кількістю нейтронів, і мають той же порядковий номер в таблиці Менделєєва, але різні масові числа. Штучні радіоактивні речовини (радіонукліди) отримують в ядерних реакторах, опромінюючи стабільні хімічні елементи нейтронами, елементарними частинками у прискорювачах елементарних частинок. Ядра радіонуклідів розпадаються з виникненням іонізуючого випромінювання, наприклад:
Радіоактивність, зумовлена природними радіоактивними речовинами називається природною, а радіоактивність зумовлена штучними радіоактивними речовинами називається штучною.
В 1940 році Флеров Г.М. та Петржак К.О. відкрили явище самостійного поділу ядер урану на великі шматки, що супроводжується вивільненням двох-трьох нейтронів здатних викликати подальший поділ інших ядер урану. Це відкриття стало основою для здійснення ланцюгової реакції. У 1942 році Енріко Фермі в Чикаго /США/ вперше побудував діючий атомний реактор. В процесі роботи реактора отримували сировину, для виготовлення атомних бомб, і в 1945 році вперше в історії енергія атомного ядра була використана на шкоду людству - на японські міста Хіросіму та Нагасакі американськими військовими були скинуті атомні бомби, в результаті чого загинуло більше 300 тисяч людей.
Використання атомної зброї стало поштовхом до бурхливого розвитку радіобіології —науки, яка вивчає вплив іонізуючих випромінювань на живі організми. Радіобіологія включає: радіаційну гігієну, радіаційну біохімію, радіаційну генетику, радіаційну цитологію, радіаційну імунологію, радіаційну екологію, космічну радіобіологію, радіобіологію пухлин, профілактику та лікування променевих уражень.
У 1940 році в Харківському фізико-технічному інституті К.О.Петржак і Г.М.Флеров показали, що поділ ядер урану може виникати самостійно, без впливу ззовні. При кожному поділі утворюється 2-3 нейтрони, які, поглинаючись іншими ядрами урану, приводять до їх розпаду і створюють ланцюгову реакцію поділу.
У 1942 році в США італійський фізик Е.Фермі вперше отримав контрольовану ланцюгову реакцію на практиці, створивши ядерний реактор. Під час цієї реакції утворюються уламки ядер, із яких можна виділити практично всі хімічні елементи таблиці Менделєєва, більшість з яких радіоактивні. Тобто виникла можливість отримувати радіонукліди, вивчати їх метаболізм у живих організмах, вводити до складу великих молекул в якості мітки для хімічних чи біологічних сполук. Це використовується в діагностиці для вивчення морфології, функції та обміну речовин. В реакторі був отриманий збагачений уран. США його використали у двох атомних бомбах (“Малюк” та “Товстун”) і скинули їх у 1945 році в Японії (на міста Хіросіму та Нагасакі), внаслідок чого загинуло понад 300 тисяч людей.
У 1954 році у місті Обнинську (Росія) побудували першу в світі атомну електростанцію (АЕС). Були сконструйовані більш досконалі рентгенодіагностичні та рентгенотерапевтичні апарати, потужні лінійні та циклічні прискорювачі, циклофазотрони
для променевої терапії та отримання штучних радіонуклідів.
Першими на собі відчули властивості непомітних випромінювань дослідники, які працювали з радіоактивними речовинами. А.Беккерель не тільки першим встановив факт природної радіоактивності, але й першим помітив на собі шкідливу дію радіації. У квітні 1902 року П.Кюрі на прохання А.Беккереля підготував препарат радію для демонстрації його властивостей на засіданні фізико-технічного товариства. До цього він 6 годин носив склянку з радієм в кишені жилетки. Через 10 днів на шкірі під кишенею з’явилась еритема, а згодом - виразка, яка протягом тривалого часу не загоювалась.
2. Природа і властивості іонізуючих випромінювань: α-, β-, γ-, рентгенівських променів, нейтронів та протонів.
| Іонізуюче випромінювання — це будь-яке електромагнітне або корпускулярне випромінювання, взаємодія якого з речовиною призводить до виникнення електричних зарядів протилежних знаків. Таку здатність мають тільки ті випромінювання, енергія яких більша, ніж енергія зв’язку електрона в атомі. |
Відмінні властивості іонізуючих випромінювань.
Чим же відрізняються іонізуючі промені від інших?
Іонізуюче випромінювання має загальні властивості, 2 з яких - здібність проникати крізь різні товщі матеріалів (непрозорих для видимого світла) і здібність іонізувати повітря та викликати іонізацію і збудження великої кількості атомів і молекул живих клітин організму (тому їх називають іонізуючими променями або проникаючими) - заслуговують особливо пильної уваги. Ці відмінності обумовлені великою енергією. Наприклад, енергія світла 0,5 еВ (електрон-вольт), а - частки мають енергію до 10 МеВ. За рахунок цього і інших факторів ці промені мають сильну біологічну дію.. Але проникаюча здатність - часток дуже мала. Ці промені легко затримуються тонким шаром паперу. Тому при зовнішньому опроміненні вони не являють небезпеки для людини. Ця небезпека стає великою при проникненні випромінювачів у середину організму (інкорпорації радіонуклідів). Жорсткі R-промені, - промені здатні проникати крізь усе тіло людини, затримуючись тільки частково. Але питома іонізація цих променів значно менше ніж корпускулярних. А нейтрино (ми їх не використовуємо в діагностиці і лікуванні) можуть пройти не затримуючись крізь земну кулю.
Всі види іонізуючих випромінювань мають такі властивості:
1) велика енергія;
2) велика проникаюча здатність;
3) іонізуюча здатність — здатність утворювати багато пар іонів при взаємодії з атомами середовища;
4) фотохімічна здатність активувати молекули броміду срібла або інших хімічних сполук;
5) люмінесцентна здатність викликати світіння деяких речовин;
6) теплова дія – здатність енергії іонізуючого випромінювання перетворюватись на тепло;
7) сильно виражена біологічна дія.
Природа та властивості іонізуючих випромінювань
Всі іонізуючі випромінювання поділяються на корпускулярні та фотонні.
До корпускулярних відносяться альфа-випромінювання () (ядра атомів гелію), бета-випромінювання (електрони - і позитрони +), протони (р), нейтрони (n°) та інші (їх понад 200). Αльфа-частки мають дуже велику енергію (до 10 МеВ), за допомогою якої вперше у 1919 році опромінюючи ядра атомів, азоту отримали новий хімічний елемент - кисень та позитрон.
До фотонного випромінювання належать: γ- та рентгенівські промені. γ-випромінювання – це електромагнітні коливання (кванти) великої частоти, які утворюються при ядерних перетвореннях (довжина хвилі 10-10-10-13 м), розповсюджуються порціями - квантами з швидкістю світла. Вони були відкриті в 1900 році французом П.Вілардом.
Рентгенівське - теж електромагнітне квантове випромінювання, але спосіб його отримання – позаядерний (у вакуумних рентгенівських трубках при гальмуванні електронів мішенню - анодом).
Табл. 1.1. СПЕКТРИ ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ ТА ЗВУКОВИХ ВИПРОМІНЮВАНЬ
ЕЛЕКТРОМАГНІТНІ
Довжинахвилі , см 108 106 104 102 100 10-2 10-4 10-6 10-8 10-10 10-12
Енергія
квантів, еВ 10-12 10-10 10-8 10-6 10-4 10-2 100 102 104 106 108
Частота
, Гц 102 104 106 108 1010 1012 1014 1016 1018 1020 1022
ЯМР ІФВ УВ Рентгенівське та Радіохвилі (частоти енергії) (частоти енергії) - випромінювання
ЗВУКОВІ
Частота
, Гц 101 102 103 104 105 106 107 108 109 
УЗЗвукові коливання Ультразвукові
коливання
Табл. 1.2. Фізичні властивості іонізуючих випромінювань
| Вид проме нів | Енергія випромі-нювання, МеВ | Швидкість розповсюджен-ня в вакуумі, км/с | Довжина пробігу в повітрі | Довжина пробігу в тканинах організму. | Іонізуюча здатність (щільність іонізації на одиницю шляху пробігу в повітрі) |
| Альфа частки | 1-10 | 20000 | До 20 см. | До 50 мкм | 10000-20000 пар/мм |
| Бета частки | 0.1-2 | 270000 | До 15 м | До 1 см | 5-10 пар/мм |
| Гамма, рентгенів-ські промені | 0.1-20 | 300000 | Сотні метрів | Десятки сантиметрів | пара/см |
Особливості устрою радіологічних відділень для роботи з відкритими та закритими радіоактивними речовинами. Типи радіологічних відділень.
Основні нормативні документи, що регламентують роботу радіологічних відділень (НРБУ-1997, ОСПУ-2000).
(НРБУ - 97, НРБУ - 97/Д-2000)
Це - основні державні документи, що встановлюють гігієнічні норми протирадіаційного захисту людини.
Протирадіаційний захист населення ґрунтується на наступних принципах радіаційної безпеки:
- принцип виправданості - практична діяльність, яка супроводжується опроміненням людей, не повинна здійснюватися, якщо користь від неї не перевищує шкоду, яку вона завдає людині або суспільству;
- принцип неперевищення - рівні кумулятивних ефективних доз опромінення внаслідок промислової діяльності не повинні перевищувати встановленні ліміти доз (див. табл.1.3.);
- принцип оптимізації - індивідуальні дози та кількість опромінених осіб повинні бути настільки мінімальними, наскільки це може бути досягнуто з урахуванням соціальних і економічних факторів.
НРБУ - 97 встановлені наступні категорії осіб, які зазнають опромінення:
1. Категорія А (персонал) - особи, які безпосередньо працюють з джерелами іонізуючих випромінень.
2. Категорія Б (персонал) - особи, які безпосередньо не працюють з джерелами іонізуючих випромінень, але у зв'язку з розташуванням робочих місць в приміщеннях з радіаційно-ядерними технологіями можуть отримувати додаткове опромінення.
3. Категорія В - все населення країни.
Таблиця 1.3.Ліміти доз опромінення (мЗв/рік)
Примітка: а) розподіл дози опромінення протягом календарного року не регламентується;
б) для жінок репродуктивного віку (до 45 років) та вагітних жінок діють відповідні обмеження.
НРБУ - 97 включають 4 групи радіаційно-гігієнічних регламентованих величин.
Перша група регламентів встановлена для контролю за практичною діяльністю з метою обмеження професійного опромінення в умовах нормальної експлуатації індустріальних джерел іонізуючих випромінювань. Це - ліміти доз, похідні рівні, допустимі рівні (ДР) та контрольні рівні.
Числові значення лімітів доз (див. табл.. 1.3.) встановлені на рівнях, які виключають можливість виникнення детерміністичних ефектів опромінення від впливу суми ефективних доз усіх джерел випромінень.
Друга група регламентів встановлена з метою обмеження медичного опромінення людини в медичній практиці, до цієї групи входять рекомендовані граничні рівні. При проведенні рентгено- та радіонуклідних досліджень виділяють наступні категорії пацієнтів.
1 2 3 4 5