Hvordan ioniserende str˚aling p˚avirker menneskers ... - Gamma

More documents

Recommendations

Info

Gamma 147 Rune Høirup Madsen er lysets fart, N er antals-densiteten i det absorberede materiale, e er elementarladningen, m0 er hvilemassen af en elektron og I er materialets ionisationspotential, som bestemmes empirisk. Udfra Bethe’s formel kan man se, at α-partikler (z = 2) taber deres energi over en kortere distance end β − -partikler (z = −1), eftersom S er proportional med z 2 . Man bør ogs˚a bemærke, at S er proportional med Z. Med andre ord taber partiklen sin energi p˚a en væsentligt kortere afstand i bly (Z = 82) end i fx. silicium (Z = 14). Dette er temmelig relevant viden indenfor str˚alingsbeskyttelse og medicinske anvendelser af str˚aling. Lad os nu se lidt nærmere p˚a henholdsvis α-str˚aling og β-str˚aling 5 . α-str˚aling N˚ar en α-partikel trænger ind i stof, bliver den p˚avirket af Coulombkræfter fra stoffets elektroner (og vice versa). Ved tæt passage kan αpartiklen løsrive en elektron og dermed ionisere atomet. Hvis afstanden er lidt større, vil elektronen blot blive exciteret (flyttet til en højere skal) ved vekselvirkningen. α-partiklen vekselvirker et stort antal gange og skaber dermed et tæt spor af ionpar [4]. Ved hver vekselvirkning taber αpartiklen noget af sin kinetiske energi. Rækkevidden af α-str˚aling er meget kort - selv i luft er den kun f˚a centimeter. I materialer med højere densitet (papir, hud, glas osv.) er rækkevidden typisk i størrelsesordnen mikrometer [9]. Kilder til α-str˚aling udenfor kroppen er derfor normalt ikke farlige for mennesker - men ved ind˚anding af α-radioaktive isotoper kan der ske alvorlige skader. Udover at α-partiklen virker direkte ioniserende, vil der ogs˚a ske indirekte ionisationer p˚a grund af de løsrevne elektroner. S˚adanne elektroner betegnes delta-str˚aling og kan virke ioniserende via de samme mekanismer som β-str˚aling [4]. β-str˚aling Der findes to slags β-str˚aling, nemlig β − som best˚ar af elektroner og β + som best˚ar af positroner. N˚ar en β-partikel kommer ind i stof, vil der ske Coulomb-vekselvirkninger med stoffets elektroner. β + og β − kan ionisere 5 En mere præcis og matematisk beskrivelse af vekselvirkningerne mellem partikelstr˚aling og stof findes i [11] kapitel 3 og 4. 13
Hvordan ioniserende str˚aling p˚avirker menneskers sundhed Gamma 147 atomer i stoffet ved henholdsvis at tiltrække eller frastøde atomets elektroner. Eftersom en β-partikel har samme masse som en elektron, vil den afbøjes markant ved hver vekselvirkning. Sporet af β-partiklen er dermed et zig-zag mønster [9]. Rækkevidden af β-str˚aling er betydeligt længere end den tilsvarende for α-str˚aling. Udover at β-str˚aling er direkte ioniserende, vil der ogs˚a forekomme indirekte ionisationer fra delta-str˚aling, s˚afremt de løsrevne elektroner har tilstrækkelig energi [9]. Grundlæggende str˚alingsbiologi Str˚alingsbiologi er et videnskabeligt omr˚ade, der undersøger hvordan ioniserende str˚aling p˚avirker levende celler6 . Ioniserende str˚aling kan for˚arsage ændringer i celler enten direkte eller indirekte. Den direkte m˚ade er, n˚ar str˚alingen bryder en elektronbinding i et makromolekyle (RNA, DNA eller et protein), hvilket kan ændre molekylets struktur og funktion. Ændringer i DNA er selvfølgelig de mest kritiske, eftersom fejlen kan spredes ved celledeling. Den indirekte m˚ade er, at et vandmolekyle ioniseres (mellem 70% og 85% af en celle best˚ar af vand), hvorved der dannes en fri elektron. Hvis denne elektron efterfølgende bindes til et andet vandmolekyle, dannes en fri radikal, som er kemisk ustabil p˚a grund af den ekstra elektron i en ydre skal. Efter yderligere en række reaktioner7 , kan der dannes hydrogen peroxid, som skønnes at være ˚arsagen til 2 3 af alle celleskader [5]. Efter ioniserende str˚aling har skabt en mutation (ændring) i en celles DNA, kan der ske tre forskellige udviklinger. Den første mulighed er, at der sker en reparation af skaden. Det er sandsynligt i de tilfælde, hvor kun den ene DNA-streng er beskadiget. Den anden mulighed er, at skaden ikke repareres og cellen lever videre. Dermed vil mutationen spredes ved celledeling. Hvis mutationen er sket i en kønscelle, taler man om en genetisk skade, som senere vil kunne nedarves til næste generation 8 . Hvis den er sket i en af de øvrige celletyper, kaldes det en somatisk skade. Et eksempel p˚a langtidsvirkningen af en somatisk skade er kræft. Den tredje 6 For en detaljeret beskrivelse af cellens struktur kan jeg anbefale at læse [5] side 86-95. 7 Disse reaktioner er beskrevet i [5] side 106 eller [11] side 124-125. 8 Her er det værd at bemærke, at ikke alle mutationer er skadelige. En stor brøkdel af mutationer er (tilsyneladende) uden betydning. Desuden kan mutationer p˚a længere sigt forsvinde ud af arvepuljen igen, se herom [3] side 74. 14
Page 1 and 2: Hvordan ioniserende str˚aling p˚a
Page 3: Hvordan ioniserende str˚aling p˚a
Page 17: Hvordan ioniserende str˚aling p˚a

Hvordan ioniserende str˚aling p˚avirker menneskers ... - Gamma

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?