辐射生物物理学优质PPT.ppt

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1902年后，人们认识到电离辐射还可以引起癌症。

于是，辐射生物物理作为生物物理最早的一支问世了。

（一）辐射生物物理的早期发现,早期的辐射生物物理主要是纯经验的定性研究，重要的发现有：

富氧组织的辐射敏感性比乏氧组织高12倍（“氧效应”）；

细胞和组织的温度和代谢的旺盛程度常与辐射敏感性相关；

利用电离辐射的生物学效应与组织吸收能量相关的特性，建立起用测量空气电离来推断组织中吸收能量的第一种剂量学方法，为定量辐射生物物理研究奠定了基础。

（二）辐射理论的初次建立,20年代后期，H.J.马勒发现X射线可引起果蝇的突变，从而引起人们对辐射遗传效应的重视和辐射在遗传育种上的应用。

30年代末，B.拉耶夫斯基和A施劳布证明肺癌是由氡及其子体的射线引起的。

这是对环境科学的最早贡献。

1935年，H.B.季莫费耶夫-列索夫斯基和K.G.齐默尔创立了“靶理论”，认为细胞内有一个叫做“靶”的敏感区，只要带电粒子击中了这个“靶”，细胞即被损伤或致死。

他们用数学和统计学的方法，第一次建立了剂量-存活曲线的数学描述，虽然这个理论有很多缺陷，但它第一次把量子物理与生物过程联系起来。

（三）辐射生物物理的发展,20世纪40年代出现的核反应堆和原子弹，极大地刺激了辐射生物物理的发展。

一方面，辐射致癌、致突变、致畸等远后效应的研究大大加强；

另一方面，反应堆被用来大量廉价地生产人工放射性同位素。

辐射生物物理学家最早认识到放射性示踪方法对医学、生物学研究的巨大价值，他们用放射性同位素诊断多种疾病，用同位素标记方法研究细胞周期和遗传密码的转录和翻译（见同位素技术）。

从50年代开始，辐射生物物理学家利用加速器产生的高能电子、高能X射线、中子和高能重带电粒子治疗癌症，从而开创了“超高压放射治疗”的新时代。

对线性能量转移（LET）辐射的物理学和生物学效应的研究，特别是相对生物学效应（RBE）的研究也随之兴起。

50年代末和60年代初，电子自旋共振（ESR）和脉冲辐射分解两项新技术被引进辐射生物物理的实验研究。

它们能定量测量和直接观察辐射在生命系统中产生的自由基和寿命极限（甚至短至10-11秒）的瞬态产物。

使辐射在分子水平上最初引起的物理和化学过程的研究成为可能。

70年代，M.M.埃尔金德从细胞存活率-辐射剂量关系的研究中，得到细胞在辐射损伤后可以被部分修复的证据，并进而证明这种修复过程发生在分子水平。

这一发现使人们越来越深入了解了生命过程的一个基本特征，即活细胞在某些条件下可以“修补”受损伤的大分子而不论损伤是由电离辐射、紫外线或化学致癌、致突变物质中的哪一种因素所引起的。

（四）辐射生物物理的应用,80年代以后，辐射生物物理研究正转向一些更基本的问题，例如，辐射与癌基因的相互作用、基因的表达和调控在辐射引起的细胞转化和DNA损伤修复过程中所起的作用等。

核能与核技术的开发利用是20世纪最伟大的成就之一。

放射性同位素技术作为科学技术的重要组成部分，是核能和平利用中最活跃的领域。

生命科学、材料科学和环境科学将是今后放射性同位素技术充分发挥优势作用的领域。

在农业上，利用植物辐射诱变育种技术与生物技术、空间技术相结合，可塑造大量优良突变种质资源和新品种；

应用示踪技术研究有毒有害物质在生态环境中的迁移规律及污染物与环境因子相互作用机理，有利于对农业生态环境污染进行控制与治理；

利用昆虫辐射不育技术可进行害虫的生物防治研究，进行不育雄虫的工厂化饲养和大面积田间释放，消灭害虫。

辐射生物学在农业上的应用举例,电离辐射（，N，射线等）生物技术已被广泛应用于农业生产中，应用辐射育种可以得到一般育种方法不易得到的品种，且育种速度快，缩短生育周期，育种方法简单，易于推广，适于群选、群育。

顾得法利用钼钯X射线对具有香味、优质而产量较低、抗性较差的香味特种稻品种进行辐射处理，成功地选育出晚粳新品系SX0832，具有香味、优质、矮杆、多抗、高产等特点。

在工业上，利用核测控技术、核无损检测技术、核分析技术与计算机信息处理技术相结合，开发放射性同位素仪器、仪表，实现工业过程的现场实时控制与生产自动化；

利用Co-60源，可对大型集装箱和行李邮件中的毒品、炸药、走私物品进行快速检测。

在化工、冶金、石油、水文等方面示踪技术的应用，可用氚标记正丁醇等示踪剂，对油田剩余油进行测定，完成多次回采。

5.1辐射的物理基础,5.1.1辐射的基本概念辐射包括能引起物质分子电离的电离辐射（如X射线、射线、电子、质子、中子、介子和其他重带电粒子等）和非电离辐射（如可见光、红外光、紫外光等）。

由于与非电离辐射有关的生物物理学内容已独立为光生物物理，所以辐射生物物理一般指电离辐射的生物物理，又称放射生物物理。

1.原子、原子核和同位素,自然界的一切物质都是由原子组成。

原子由带正电的原子核和围绕核不停运动的电子构成。

原子半径为10-8cm左右，质量很小，一个氢原子的质量只有1.67710-24g。

原子核由质子和中子组成，其大小只有原子大小的万分之一。

原子的质量集中于原子核上。

同位素的概念,符号AZX表示不同的元素，A表示原子的质量数，是原子核内质子数和中子数之和。

Z表示原子核内的质子数也即原子序数。

每种元素都有确定的质子数，但可以包含不同的中子数，这意味着每一种元素都可能有一系列不同质量的原子，它们互称为同位素，在元素周期表中处于同一位置，具有相同的化学性质。

同质异能态：

核内质子数和中子数都相同，但所处的能态不同。

2.放射性核素及其衰变,核素：

具有特定质量数、原子序数和核能态，且其平均寿命长到足以被观察的一类原子。

放射性核素：

自发地放出、等带电粒子或射线，或在俘获轨道电子后放出X射线，或自发裂变。

放射性核素能自发地放出射线并同时变成另一种核素，如218Po发射一个粒子变为214Pb，再发射射线变为214Bi；

具有一定的半衰期（T1/2）；

服从指数衰减规律T1/2=ln2/0.693。

放射性核素,核素（nuclide）是指具有特定质量数和原子序数的一类原子，有近2000种；

同一种元素的原子核可能有不同的中子数而成为不同的核素，互称为同位素；

在已发现的核素中，仅有274种属稳定性核素，其余为放射性核素，能自发地放出某种射线而转变为另一种核素，称为“核衰变”；

质量数超过210的核素都是不稳定的。

放射性核素技术,放射性核素在医学中有广泛用途，分为基础医学中的应用和临床治疗中的应用。

前者包括示踪技术、微量物质的体外放射分析技术、放射自显影技术等；

后者分为三类，一类是用60Co的射线从体外照射，主要用于治疗深部肿瘤（颅脑内及鼻咽部肿瘤）；

另一类是利用低能射线照射体表疾患，通常把放射源（32P）敷贴于患部；

第三类是把放射源引入体内，最常见的是131治疗甲亢和部分甲状腺癌等。

放射性核素示踪技术,利用放射性核素或其标记物作示踪剂，在整体、器官、细胞或无细胞的酶体系中研究各种物质代谢规律，进行定性、定量或定位分析。

示踪原理：

对被研究对象（如某种原子、化合物或细胞）进行核素标记，然后在复杂的生命体系中追踪示踪剂的分布、数量及随时间的变化，从而研究特定的生理、生化和病理过程。

放射性核素示踪技术,示踪实验类型：

、体内示踪实验，即在整体条件下，追踪某种物质在机体内的生理、生化和病理过程；

、体外示踪实验，即用放射性核素作指示剂，对离体细胞和无细胞体系在培养基或试管中作示踪实验。

特点：

灵敏度高，准确性和重复性好，对分析微量物质如激素等特殊价值，不受非放射性物质干扰，无需纯化，可在非损伤情况下进行实验，可进行定位观察。

3.电离辐射及其分类,电离辐射：

能够通过初级过程或次级过程引起电离事件的带电粒子或（和）不带电粒子，简称辐射；

电离辐射一般分为直接电离辐射和间接电离辐射；

具有足够动能、碰撞时能引起电离的带电粒子，如正电子、负电子、质子、粒子、重离子等，称为直接电离粒子，由直接电离粒子组成的辐射称为直接电离辐射；

间接电离辐射和非电离辐射,与物质相互作用，能产生直接电离粒子的中性粒子，如中子、光子（射线和X射线）等，称为间接电离粒子，由间接电离粒子组成的辐射称为间接电离辐射；

电离辐射又称高能辐射，其量子能量高达104106eV甚至更高。

量子能量在10eV以下的辐射称为低能辐射，它与物质的相互作用一般只引起原子的振动和激发，属于非电离辐射。

辐射分为粒子辐射和电磁辐射,粒子辐射是一些高速运动的基本粒子或由它们组成的原子核等，包括电子、质子、中子、粒子、负介子（-）、重离子等，它们可以是带电的，也可以是电中性的；

电磁辐射是以电场和磁场交变振荡的方式在空间和物质中传递能量的电磁波，如无线电波、微波、紫外光、可见光、红外光、X射线及射线等。

5.1.2辐射源,能发射电离辐射的物质或装置称为辐射源。

按来源分为天然辐射源和人工辐射源；

按辐射的类型分为辐射源、辐射源、辐射源、低能光子源、中子源等；

按源结构分为密封源和非密封源（裸源）；

按用途分为工业用源、农业用源、医用源、实验室用源和同位素仪表用源等。

天然辐射源：

主要来自宇宙辐射。

初级宇宙射线尚未与地球大气圈、岩石圈和水圈中的物质发生相互作用，主要包括质子、粒子及重核，初级宇宙射线具有极大的动能，穿透能力极强，通过碰撞作用可将地球大气圈中的原子摧毁，即所谓的“散裂效应”。

次级宇宙射线由初级宇宙射线与物质相互作用形成，主要包括介子、介子和电子等亚原子粒子组成。

宇宙射线强度的影响因素,宇宙射线的迁移分布受纬度和海拔高度的影响。

由于大气层对宇宙射线有强烈的吸收，宇宙射线的强度随高度的升高而急剧升高，随纬度升高而增强。

宇宙射线的强度也随时间变化，往往具备一定的周期性，且与太阳的活动和星际间的磁场有一定的关系。

土壤、岩石和人体中的放射性元素,天然辐射源还有来自土壤和岩石中的放射性元素铀、钍及其子体产物，通过放射性衰变，产生大量的射线，对地球环境产生强烈的影响；

人体内也常含有微量放射性元素，如14C和40K。

另外，氡和钍射气从岩石和土壤中扩散出来并被植物和动物吸收，致使大多数食品中也存在可测量的放射性物质，人们吸食后存留于体内。

2.人工辐射源,人工辐射源主要由核反应堆和带电粒子加速器产生，还包括核武器爆炸后的产物、放射性废物和放射性药物等。

人工辐射源中应用最广泛的是用放射性核素制成的放射性同位素辐射源，简称放射源。

一些装置如反应堆、加速器、X光机等都可以用来产生各种辐射，成为相应的辐射源。

5.1.3辐射量的概念和单位,1.放射性活度：

放射性核素在单位时间内发生衰变的数目即衰变率，用符号A表示，适用于任何放射性物质。

A：

在某一确定时刻，某一特定能态的一定量的放射性核素在单位时间内发生自发跃迁的期望值，A=dN/dt，dN是时间间隔dt