Groźny atom 1

Ten wpis będzie dotyczył energetyki jądrowej, a konkretnie wpływu promieniowania jonizującego na organizmy żywe. Promieniowanie jonizujące należy do promieniowania elektromagnetycznego. Promieniowanie elektromagnetyczne jest to drganie pola magnetycznego. Promieniowanie gamma i rentgenowskie (X) maja najwyższą przenikliwość i największą energię z całego promieniowania elektromagnetycznego. Jest ona tak silna, że wybija elektrony z atomów i cząsteczek oraz ze struktur krystalicznych. Fale gamma mają długość poniżej 0.01 nm i największą przenikliwość. Fale gamma niszczą wszystkie żywe komórki. Fale X mają długość od 0.01 do 10 nm, pozytywne aspekty tego promieniowania to radioterapia. Są szkodliwe dla zdrowia, uszkadzają tkanki i mogą inicjować nowotwory, są jednak pożyteczne dla medycyny. Wykorzystuje się je do diagniostyki chorób: prześwietlenia, mammografia, tomagrafia komputerowa. Promieniowanie ma energię zdolną wybijania elektronów z atomów i cząsteczek, jednostką jest elektronowolt (eV), który jest jednostka pracy ładunku jednego elektronu w poly jednego wolta. Do promieniowania jonizującego zaliczamy też promieniowanie alfa i beta. Promieniowanie alfa polega na emitowaniu z jąder atomowych cząsteczek, uszakdzają one komórki, jednak w powietrzu rozchodzą się na kilka cm i maja słąbą przenikliwość, zatrzymuje je kartka papieru. Promieniowanie beta polega na emitowaniu z jąder elektronów (beta-) lub pozytonów (beta+). Promieniowanie emitujące strumień cząstek to promieniowanie korpuskularne obok alfa i beta wlicza się tu promieniowanie neutronowe, protonowe oraz promieniowanie kosmiczne, które jest strumieniem kilku typów cząstek. Zjawisko wybicia elektronów to jonizacja. Nauka badająca wpływ promieniowania jonizującego na istoty żywe to radiobiologia. Ma zastosowanie w medycynie i ochronie środowiska. Promieniowanie wpływa negatywnie na organizmy żywe. Dawka pochłonięta (dawka LET) to dawka przekazana materii na jednostkę masy, energia przekazana to energia zużyta na jonizację, wzbudzenie, wzrost energii chemicznej lub energii sieci krystalicznej, która ostatecznie daje efekt cieplny, wzrost energii wewnętrznej układu.

D=ΔED/Δm

LPE to liniowy przekaz energii - L=ΔEL/Δl określa dawkę przekazaną materii podczas przebycia drogi l. Pochłonięcie oznacza Wyróżniamy wczesne i późne efekty popromienne. Wczesne to oparzenia skóry i uszkodzenia nabłonów narządów wewnętrznych (objawy to krwawienia z przewodu pokarmowego), uszkodzenia szpiku. Późne to nowotwory, poronienia, deformacje płodów, bezpłodność, zmętnienie rogóki. Jeśli chodzi o zagrożenie dla zdrowia, wyróżniamy efekty stochastyczne i deterministyczne. Efekty stochastyczne zachodzą zgodnie z rachunkiem prawdopodobieństwa. Ryzyko nowotworu jest wprost proporcjonalne do dawki D. Są tu nowotwory i deformacje płodu. Efekty te zależą od dawki, im większa dawka tym większe ryzyko raka. Nie istnieje próg dawki, poniżej którego wartość promieniowania byłaby bezpieczna. Pojedynczy foton X lub gamma zainicjować nowotwów jeśli uszkodzi odpowiednie miejsce w komórce. Na podstawie rachunku prawdopodobieństwa powstała liniowa hipoteza radiacyjna, która mówi, że najmniejsza dawka stanowi zagrożenie. Ryzyko nowotworu rośnie liniowo wraz ze wzrostem dawki. Im więcej trafień tym więcej uszkodzeń materiału genetycznego. Im więcej uszkodzeń tym większa mozliwośc rozwoju raka. Na tej podstawie bazuje teoria trafienia w cel, czyli miejsce, gdzie uszkodzenie DNA wywołuje biologiczne konsekwencje, takim celem jest gen TP53, który koduje białko p53, które bierze udział w inicjacji apoptozy. Apoptoza to programowana śmierć komórki. Uszkodzenie genu TP53 powoduje, że komórki mogą dzielić się w nieskończoność. Takie podziały komórek powodują rozwój zmian nowotworwych. Jeśli dodatkowo inne obszary DNA takiej komórki są uszkodzone (im większa dawka tym więcej uszkodzeń) dochodzi do namnożenia patologicznych komórek. Z tej teorii rozwinęła się teoria tarczy, która mówi, że każda komórka ma wrażliwe miejsce tarczę (target), którego trafienie uśmierca komórkę, tarczą mogą być geny odpowiedzialne za metabozlim podstawowy komórki, cytochromy. Im mniej trafień, tym mniejsze ryzyko trafienia w tarczę. Teoria podwójnego peknięcia zakłada, że pojedyncze uszkodzenia materiału genetycznego są naprawialne, podwójne nie, teoria podwójnych uszkodzeń dotyczy nie tylko promieniowania jonizującego, ale też chemicznych czynników rakotwórczych. Dwa fotony (kwant energii promienistej to foton) uszkadzają łańcuch DNA w dwóch miejscach, nie są ważne miejsca uszkodzenia łańcucha tylko fakt podwójnego uszkodzenia. Więcej uszkodzeń też jest nienaprawialne. Popromienne efekty deterministyczne pokazują ryzyko zgonu wynikające z puli uszkodzonych tkanek. W przypadku efektów deterministycznych jest próg dawki poniżej, któego organizm może przeżyć np. można żyć z oparzonymi rękami, oparzone ponad 50% ciała stanowi zagrożenie dla życia. Kolejny podział efektów popromiennych to efekty somatyczne i genetyczne. Do efektów genetycznych zaliczamy bezpośrednie skutki, czyli uszkodzenia nici DNA przez fotony, w przypadku fal gamma 20% uszkodzeń powstaje na drodze bezpośrednich zderzeń i pośrednie czyli związane z wolnymi rodnikami, powstałymi na drodze radiolizy wody oraz działaniem tlenu singletowego. Jako skutki genetyczne wyróżniamy mutacje genowe, genomowe, chromosomowe, powstawanie dimerów purynowych i pirymidynowych, pęknięcia łańcucha DNA. Promieniowanie również powoduje drgania struktur komórkowych przez co zaburza przebieg procesówprzebiegających w komórkach i podziałów komórkowych. Tarię podwójnych uszkodzeń opisuje model L-Q (liniowo - kwadratowy). Model uwzględnia dwa rodzaje podwójnych pęknięć, pierwszy to prawdopodobieństwo podwójnego uszkodzenia łańcucha DNA przez jeden foton, który przecina łańcuch za jednym razem, ta zależność rośnie liniowo ze wzrostem dawki. Druga część opisuje prawdopodobieństwp przerwania łańcucha przez dwa różne fotony. Składowa liniowa modelu L-Q jest równoważna teorii tarczy, gdzie jedno uderzenie daje uszkodzenie ważnego fragmentu DNA, zarówno w tej składowej jak i teorii tarczy prawdopodobieństwo uszkodzenia tkanek rośnie ze wzrostem dawki D, jest do niej proporcjonalne S=e-αD. Składowa kwadratowa, prawdopodobieństwo uszkodzeń w wyniku jednego trafienia jest proporcjonalne od dawki D. W wyniku drugiego trafienia też jest proporcjonalne do dawki D, ale oba zdarzenia zachodzą niezależnie od siebie. Prawdopodobieństwo, że zdarzenia zajdą jednocześnie jest proporcjonalne do kwadratu dawki D S=e-βD2. Wykres uzwględnia też zdolności naprawcze poszczególnych komórek. Różne typy komórek maja różną radiooporność. Najbardziej wrażliwe są komórki w takcie mitozy, gdyż wtedy jest podział materiału genetycznego pomiędzy dwie komórki, drgania wywołane energią promienistą oraz strumień fotonów/cząstek zaburzają ten proces powodując aberracje chromosomowe. Kolejną fazą cyklu komórkowego jest faza S, gdzie dochodzi do podwojenia ilości materiału genetycznego, tu drgania powodują pomyłki polimeraz (enzymów replikujących DNA i RNA), a strumień fotonów wywoduje szereg mutacji genowych, które przesuwają ramkę odczytu i w rezultacie jest kodowane inne białko niż powinno, gdy powstanie kodon stop jest koniec replikacji. Jest korelecja pomiędzy radioczułością i zdolnością do apoptozy. Takie mutacje dają nowotwory, uszkodzenia płodów oraz mogą spowodować natychmiastową śmierć komórki, gdy uszkodzone są geny ważnych enzymów komórkowych. Rezultatem uśmiercenia pewnej puli komórek jest stan zapalny. Dawka równoważna natomiast jest to dawka pochłonięta przez tkankę lub narząd, jest ważona dla rodzaju i energii promieniowania R HT = ∑ ωRDTR  

       R
DT,R oznacza dawkę pochłoniętą od promieniowania jonizującego R, uśrednioną w tkance lub narządzie T,

- wR oznacza czynnik wagowy promieniowania.

Legalną jednostką miary dawki równoważnej jest siwert o oznaczeniu "Sv".

wzór i dane z właśnie z Ekologii:) Siwert ma 100 remów. Jest to jednostka promieniowania pochłoniętego przez masę tkanki.
Równoważnik dawki to ilość energii deponowanej przez foton w żywych tkankach, przez które przenika. uwzględnia się uszkodzenia wywołane różnymi typami promieniowania: dla jednorodnego promieniowania R np. X:

gdzie:

 – równoważnik dawki dla promieniowania R i tkanki T; – współczynnik wagowy promieniowania R; – średnia dawka pochłonięta promieniowania R przez tkankę TDla mieszanego np. X+gamma:

gdzie:

HT – całkowity równoważnik dawki (wzór z wikipedii)