輻射生物物理

1、輻射生物學(xué) 姓名：賈煒姣專(zhuān)業(yè)：生物化學(xué)與分子生物學(xué) 學(xué)號(hào)：2015202110026 1.輻射生物學(xué)的物理和化學(xué)基礎(chǔ) 1.1 輻射的概念 能量直接穿越空間傳至他處的傳播方式。輻射傳播的能量成為輻射能，也簡(jiǎn)稱(chēng)輻射。 電磁輻射（電磁波）有能量無(wú)靜止質(zhì)量 輻射 粒子輻射 有能量由靜止質(zhì)量 電磁輻射 其能量由電荷移動(dòng)產(chǎn)生，以相互垂直的電場(chǎng)和磁場(chǎng)隨時(shí)間的變化而傳遞或者有空間共同移送的電能量和磁能量組成。 電磁波可以對(duì)人體造成影響和傷害。 粒子輻射 電子、質(zhì)子、粒子和重離子輻射。1.2 核衰變 Define放射性核素原子核處于不穩(wěn)定狀態(tài)，需通過(guò)核內(nèi)結(jié)構(gòu)或能級(jí)調(diào)整才能趨于穩(wěn)定的核素。核衰變放射性核素由于核內(nèi)

2、結(jié)構(gòu)或能級(jí)調(diào)整，自發(fā)地釋放出一種或一種以上的射線(xiàn)并轉(zhuǎn)化為另一種核素的過(guò)程。* 一般中子數(shù)和質(zhì)子數(shù)的比例為11.5的核素是穩(wěn)定的，元素周期表中釙之前的元素有的是放射性元素，之后均為放射性元素。 核衰變有兩種方式： + （激發(fā)態(tài)）中子與質(zhì)子相互轉(zhuǎn)變 + 新核 （激發(fā)態(tài)) 光子 衰變衰變 衰變1.3 輻射與物質(zhì)的相互作用1.3.1 帶電粒子與原子的相互作用 電離作用 當(dāng)帶電粒子通過(guò)物質(zhì)時(shí)，與物質(zhì)原子核外電子發(fā)生靜電作用，使電子脫離原子軌道形成一個(gè)帶負(fù)電荷的自由電子，失去核外電子的原子帶有正電荷，與自由電子形成一離子對(duì)的過(guò)程。 激發(fā)作用 當(dāng)帶電粒子通過(guò)物質(zhì)時(shí)，與物質(zhì)原子核外電子發(fā)生靜電作用，核外電子獲

3、得能量，有低能級(jí)躍遷到高能級(jí)，使整個(gè)原子處于能量較高的激發(fā)態(tài)的過(guò)程。 散射作用 碰撞后改變運(yùn)動(dòng)方向和（或）能量的過(guò)程。 軔致輻射 帶電粒子受到物質(zhì)原子核電場(chǎng)的作用，方向，v都發(fā)生變化，多余的能量以X射線(xiàn)的形式輻射出來(lái)。 湮滅輻射 兩個(gè)電子的靜止質(zhì)量轉(zhuǎn)化為方向相反、能量均分的 光子而自身消失。 吸收作用 與物質(zhì)相互作用能量不斷損失，能量耗盡后停留在物質(zhì)中。1.3.2 不帶電電離粒子和物質(zhì)的相互作用 中子與物質(zhì)的相互作用 散射和吸收 含氫多的材料對(duì)中子有較好的屏蔽作用。 射線(xiàn)與物質(zhì)的相互作用 光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)和電子對(duì)生成1.4 物理劑量單位1.5 輻射與生物大分子間的作用 直接作用：射線(xiàn)直接將

4、能量傳遞給生物大分子，引起分子的激發(fā)和電離，會(huì)導(dǎo)致分子結(jié)構(gòu)的改變和活性的喪失，這種作用就是直接作用。 間接作用：射線(xiàn)首先作用于水，引起水分子的活化和自由基的產(chǎn)生，然后通過(guò)自由基 再作用于生物分子造成的損傷。1.6 輻射作用的時(shí)間進(jìn)程電離輻射直接作用癌癥和遺傳變化中樞神經(jīng)系統(tǒng)和胃腸道損傷顯示造血障礙性死亡晚期腎損傷肺纖維樣變性原核和真核細(xì)胞分裂受抑制繼發(fā)反應(yīng)生物自由基擴(kuò)散自由基與生物分子作用DNA周?chē)镔|(zhì)（水）激發(fā)電離間接作用分子內(nèi)轉(zhuǎn)移原始創(chuàng)傷生物體分子激發(fā)電離數(shù)天數(shù)月數(shù)年物理階段10-1810-11s生物階段化學(xué)階段10-111s生化階段110-3s數(shù)小時(shí)1.7 輻射生物效應(yīng)及其影響因素2.

5、電離輻射與生物大分子的相互作用電離輻射對(duì)生物學(xué)效應(yīng)是指電離輻射將能量傳遞給有機(jī)體引起有機(jī)體的生物學(xué)變化。其物質(zhì)基礎(chǔ)是生物分子損傷。生物分子損傷 自由基 化學(xué)反應(yīng) 分子化學(xué)鍵變化 歧化反應(yīng) 破壞生物分子Eg:電離輻射致DNA的損傷電離輻射可以導(dǎo)致DNA分子結(jié)構(gòu)的多種變化：堿基變化脫氧核糖變化DNA鏈斷裂交聯(lián)3. 輻射劑量的理論基礎(chǔ) 輻射生物效應(yīng)研究主要是探索和解釋生物效應(yīng)與吸收劑量之間的關(guān)系。 靶學(xué)說(shuō)（靶理論）：20世紀(jì)20年代，德國(guó)物理學(xué)家杰薩烏艾爾的“點(diǎn)熱理論”。 現(xiàn)代靶理論的基本原理： （1）輻射生物效應(yīng)“擊中事件”的結(jié)果。擊中事件在時(shí)間與空間上的分布與輻射種類(lèi)及強(qiáng)度有關(guān)。 （2）擊中事件

6、發(fā)生的敏感體積稱(chēng)為“靶”。 （3）在比較復(fù)雜的系統(tǒng)內(nèi)，輻射效應(yīng)有可能取決于靶內(nèi)幾個(gè)擊中事件的相互疊加或共同作用，輻射效應(yīng)的出現(xiàn)概率與造成損傷的相互作用的時(shí)間和空間特性有關(guān)。3.1 單靶單擊模型存活曲線(xiàn)死亡曲線(xiàn)3.2 多靶或多擊模型假定失活的必要條件是多次擊中同一敏感體積。存活率曲線(xiàn)S=1-1-exp(-vD)m， r=mm 1, m越大肩峰越明顯。大劑量情況：Lns=lnm-vD如果把多靶曲線(xiàn)的指數(shù)段外推到零劑量Dq=D0lnm4. 輻射誘變育種技術(shù)的應(yīng)用 始于1927年Dr.Muller首先應(yīng)用X射線(xiàn)誘導(dǎo)果蠅突變獲得成功。 輻射育種技術(shù) 我國(guó)科技工作者把低能重離子注入廣泛的應(yīng)用到植物誘變育種中去，取得了一系列引入矚目的科技成果。（1） 離子注入誘變育種技術(shù) 利用加速的氣體離子（等離子體）轟擊植物種子、胚芽、花粉等生物材料，使之產(chǎn)生基因突變，從而選育出新的品種。（2