Загрузил yuliya_orexova99

Введение в радиобиологию

Реклама
Министерство сельского хозяйства Российской Федерации
ФГБОУ ВО «Дальневосточный Государственный Аграрный Университет»
Факультет ветеринарной медицины и зоотехнии
Кафедра ветеринарно-санитарной экспертизы, эпизоотологии и
микробиологии
Реферат
«Предмет и задачи радиобиологии, её связь с другими науками. Становление
радиобиологии как науки. Физическая характеристика атома и входящих в
его состав элементарных частиц»
Выполнил: студент 4 курса
ФВМЗ группа 2116
Макаров В. А.
Проверил: Пойденко А. А.
Благовещенск, 2019
Содержание
Введение
1.
Предмет и задачи радиобиологии
2.
Связь радиобиологии с другими научными дисциплинами
3.
Этапы развития радиобиологии
4.
Строение атома, элементарные частицы (изотоп, нейтрон,
протон, электрон и др.)
Заключение
Список литературы
2
3
4
6
8
16
23
24
Введение
Радиация и жизнь - эти понятия неразрывно связаны. Все организмы,
живущие на Земле, получают энергию для жизнедеятельности построения
своего тела от Солнца. Растения поглощают энергию солнечного излучения
непосредственно и с её помощью строят из неорганических веществ воздуха,
воды и почвы сложные органические молекулы.
Животные и человек получают готовые органические вещества и
скрытую в них энергию от растений. Нет такой стороны жизнедеятельности,
на которую не влияло бы ионизирующее излучение. Это воздействие зависит
от дозы облучения, метода облучения, вида излучения и возраста и состояния
организма.
За много лет, прошедших со времени открытия ионизирующих
излучений, накоплен огромный фактический материал, прежде всего
феноменологического плана, обобщение которого позволило построить
стройную
систему
представлений,
допускающих
их
широкую
экспериментальную проверку и создающих основы для оптимистических
прогнозов.
3
1. Предмет и задачи радиобиологии
Радиобиология, или радиационная биология — наука, изучающая
действие ионизирующих и неионизирующих излучений на биологические
объекты (биомолекулы, клетки, ткани,
организмы, популяции).
Особенностью этой науки является строгая измеряемость воздействующего
фактора, что обусловило развитость математических методов исследования.
Другой
особенностью
радиобиологии
является
востребованность
её
прикладных приложений — в медицине и в радиационной защите.[2]
Радиобиология,
ранее
являясь
самостоятельной
дисциплиной,
превращается сейчас в междисциплинарную науку и имеет тесные связи с
рядом теоретических и прикладных, биологических и медицинских областей
знаний.
Основными задачами радиобиологии являются:

поиск средств защиты организма от воздействия ИИ и пути
пострадиационного восстановления от повреждений;

прогнозирование опасности для человека и животных, вызванных
повышенным уровнем радиации окружающей среды и радиоактивным
загрязнением с/х продуктов;

разработка
методов
использования
излучений
в
качестве
радиобиологической технологии;

диагностика болезней и лечение больных;

рассмотреть
и
изучить
кардинальные
понятия
радиочувствительности;

изучить
возможность
изменять
радиочувствительность
с
помощью физ. и хим. агентов;

изучить процессы восстановления на клеточном и организменном
уровне;

провести полный анализ лучевых болезней, знать методы лечения
острой и хронической болезни.[4]
4
Фундаментальная
задача:
вскрытие
общих
закономерностей
биологического ответа на воздействие ионизирующих излучений, которые
являются научной основой гигиенической регламентации радиационного
фактора
и
овладения
искусством
управления
лучевыми
реакциями
организма.
Методы: 1) физическая дозиметрия; 2) химическая дозиметрия; 3)
фотохимическая
дозиметрия;
4)
калометрическая
дозиметрия;
5)
математический расчет; 6) биологический метод; 7) цитогенетический; 8)
биохимический; 9) геофизический; 10) иммунологический.
5
2. Связь радиобиологии с другими научными дисциплинами
Синтез научных и практических достижений биологии и ядерной
физики привел к рождению радиобиологии. Решение же актуальных проблем
радиобиологии
возможно
только
в
содружестве
с
математиками,
кибернетикой, физиками и биофизикой, морфологами и физиологами,
другими специальностями в области природоведения.
Все физические аспекты взаимодействия ионизирующих излучений с
биосубстратом описываются с помощью физических законов, детектируются
и анализируются с помощью физических приборов и технологий.
Радиобиология активно использует новейшие достижения ядерной
физики,
включая
новые
полученные
радионуклиды
и
источники
ионизирующих излучений, системы рационального контроля и защиты.
Весьма тесные связи радиобиологии с химией и биохимией.
Благодаря физике и биофизике, затем радиационной биофизике, химии
и биохимии, а затем радиационной биохимии были достаточно глубоко
изучены физические и физико-химические процессы в живых организмах, в
том числе и при действии на них ионизирующих излучений.
Использование математических методов расчетов и моделирования
привели к возникновению количественных и стохастических методов,
которые
статистически
описывают
закономерности
взаимодействия
ионизирующих излучений с веществом, биологическими структурами клетки
и характер их повреждений, что привело к созданию теории надежности
биологических систем, объясняющей стойкость организма к стрессовым
действиям и его адаптационные способности.
Использование принципов и методов исследования, технологий
молекулярной биологии, биохимии и цитологии, позволяющих раскрыть и
объяснить
различные
стороны
специфического
взаимодействия
ионизирующего излучения с биосубстратом на разных уровнях его
структурно-функциональной
организации
привели
радиационной биохимии и радиационной цитологии.
6
к
возникновению
Открытие радиационного мутагенеза послужило возникновению в
генетике совершенно нового направления – индуцированного мутагенеза.
Очевидна связь с нормальной и патологической физиологией,
изучающих закономерности жизнедеятельности нормальных организмов,
возникновения, течения и исхода патологических состояний, включая и
лучевую болезнь. Это позволило детально охарактеризовать их клинические
проявления и разработать методы и приёмы лечения в зависимости от типа и
тяжести течения процесса.[6]
Отсюда и связь радиобиологии с медицинской радиологией и
радиационной медициной, сельскохозяйственной радиобиологией,
включающей радиобиологию ветеринарную и растений, тесно связанных со
всем комплексом сельскохозяйственных наук.
7
3. Этапы развития радиобиологии
Возникновение радиобиологии как науки обусловлено тремя великими
научными открытиями конца 19 века:. 1895 год - открытие Конрадом
Рентгеном Х-лучей (рентгеновского излучения); 1896 год- открытие Анри
Беккерелем явления естественной радиоактивности; 1898 год- получение
Марией Склодовской и Пьером Кюри первых радиоактивных элементов полония и радия.
Остановимся
более
подробно
на
открытиях,
предшествующих
появлению радиобиологии. Вильгельм Конрад Рентген, руководитель
кафедры физики Вюрцбургского университета, проводил эксперименты с
газоразрядными (Круксовыми) трубками. 8 ноября 1895 года, закончив
эксперименты, он выключил свет и заметил в темноте зеленоватое свечение,
исходившее от кристаллов платино-синеродистого бария. Оказалось, что
Рентген забыл выключить Круксову трубку, которая была обернута в черную
бумагу. Свечение прекращалось при выключении трубки. Рентген знал, что
катодные лучи (поток электронов), как и видимый свет, не проникают через
черную бумагу. Его осенила гениальная догадка, что в Круксовой трубке под
напряжением возникает неизвестное новое, неизвестное до этого, излучение,
которое он так и назвал «неизвестные лучи или Х-лучи». Через 50 дней (28
декабря 1895 года) он представил рукопись, где коротко описал результаты
своих исследований. К этой работе он приложил фотографический
(рентгеновский) снимок кисти своей руки. В начале января 1896 года эта
брошюра, названная «О новом виде лучей» была напечатана, и в ближайшие
недели появились переводы на английском, французском, итальянском и
русском языках. Русский перевод был напечатан в Петербурге 16 января 1896
года и содержал первый рентгеновский снимок, сделанный российскими
исследователями. 23 января 1896 года состоялось триумфальное выступление
В. Рентгена на заседании общества естествоиспытателей. В. Рентген, будучи
физиком, не имел отношения к медицине. По ходу лекции, он попросил
приложить
руку
к
своей
установке
8
председателя
общества
естествоиспытателей, известного швейцарского врача-анатома Рудольфа
Келликера.
После
проявления
фотопластинки
была
получена
рентгенограмма, изображающая костное строение руки ученого вместе с
кольцом, надетым на палец! Как специалист по анатомии, Р. Келликер был
потрясен результатом опыта и теми перспективами в медицине, который
открывал этот метод. Он предложил назвать неизвестное излучение именем
первооткрывателя.
10 декабря 1901 года Вильгельму Рентгену за это открытие была
присуждена первая Нобелевская премия в области физики.
Значение открытия В. Рентгена трудно переоценить. Более чем 100 лет
рентгеновский метод диагностики остается одним из самых точных и
объективных методов в медицинской практике и широко используется в
современной медицине. В 1979 году за разработку компьютерного
рентгеновского томографа была присуждена Нобелевская премия Г.
Хуансфилду и Мак-Кормаку. Приборы с использованием рентгеновских
лучей широко применяются и в других областях науки (физике, химии,
биологии) и практической деятельности, например, рентгеноструктурный
анализ, рентгеноскопия.
Открытие Рентгена послужило непосредственным импульсом к
открытию явления естественной радиоактивности, которое было сделано
через несколько месяцев спустя. Это открытие было сделано французским
ученым, профессором физики Парижского музея естественной истории Анри
Беккерелем.
А.
Беккерель
исследовал
явления
люминесценции,
интересовался, естественно, и загадочными Х-лучами. Изучая индуцируемое
солнечным светом свечение различных минералов, А. Беккерель обнаружил,
что такими свойствами обладают и соли урана. Он предварительно
выдержанную при солнечном освещении минерал, заворачивал в темную
бумагу и выдерживал в течение определенного времени в темноте вместе с
фотопластинкой. При проявлении фотопластинки обнаруживалось, что
засвечивалось только та часть пластинки, где лежала соль. Этими опытами А.
9
Беккерель показывал, что солнечный свет индуцирует в минералах свечение,
которое проникает через черную бумагу. При проведении очередного
эксперимента, день оказался пасмурным, и Беккерель решил отложить опыт
до солнечного дня. Приготовленную пластину с кусочком минерала он
положил в ящик стола. Через два дня появилось солнце, и можно было
сделать
опыт.
Однако
Беккерель
решил
проявить
не
засвеченную
фотопластинку и обнаружил точные очертания креста, построенного из солей
урана. Таким образом, он обнаружил лучи, которые самопроизвольно
испускались ураном, т.е. явление радиоактивности.
Пионерами изучения природы радиоактивности стали супруги: Мария
Склодовская-Кюри и Пьер Кюри. В течение нескольких лет совместной
работы они выделили первые радиоактивные элементы - полоний (июль,
1898 год) и радий (декабрь, 1898 год). Первый элемент был назван в честь
родины Марии - Польши, а слово радий означает «лучистый». Термин
«радиоактивность» имеет свое происхождение от слова «радий». В 1903 году
всем первооткрывателям радиоактивности были присуждены Нобелевские
премии. В 1911 году Мария Кюри получает вторую Нобелевскую премию. В
1935 году за открытие явления искусственной радиоактивности Нобелевская
премия была присуждена дочери и зятю Марии Кюри - Ирен Кюри и
Фредрик
-Жолио-Кюри.
Они
доказали
возможность
получения
радиоактивных изотопов исскуственным путем и предсказали возможность
использования реакций деления ядер для получения энергии.
Этапы развития радиобиологии
Огромные возможности рентгеновских лучей были оценены буквально
в считанные месяцы, и рентгеновская техника стала развиваться очень
быстро. Рентгеновские аппараты начали широко использовать медицинской
практике. Так, уже летом 1898 года Британскую армию в Судане
сопровождала передвижная рентгеновская установка, предназначенная для
определения локализации пуль и осколков у раненых солдат. Сразу же после
открытия
Рентгена,
начались
интенсивные
10
исследования
действия
рентгеновских лучей на живые организмы. Одним из первых исследователей
в этой области является наш соотечественник И.Ф. Тарханов. Он показал, что
рентгеновские лучи изменяют различные физиологические показатели
животных и насекомых. Он же выдвинул предположение, что рентгеновские
лучи можно использовать для лечения различных заболеваний. Уже 1896
году появились первые сообщения о различных поражениях кожи у лиц,
облученных рентгеновскими аппаратами. Немецкий ученый - врач Г. Фрибен
описал первый случай рака кожи вызванный облучением. Американец Дж.
Джилман впервые использовал рентгенотерапию для лечения рака. К нему
обратился ученый-физик И. Груббе, получивший сильные ожоги рук при
повторении опытов К. Рентгена. Врача сильно заинтересовало поражающее
действие рентгеновских лучей на человеческие ткани и клетки. Он
предположил, что рентгеновские лучи могут подавлять и развитие
опухолевых клеток. Дж. Джилман отправил к физику безнадежную больную
раком женщину для облучения рентгеновскими лучами. Этот сеанс лечения
был проведен 29 декабря 1896 года, т.е. через год после открытия
рентгеновского
излучения.
Эффект
лечения,
по-видимому,
был
положительным, так как И. Груббе прекратил свои исследования в области
физики и начал заниматься рентгенотерапией раковых заболеваний.
Поражение кожных покровов возникали и после воздействия лучами радия.
Пьер Кюри, желая выяснить их влияние на кожу, специально облучил радием
свою руку. В сообщении, сделанном имв Парижской Академии наук, он
подробно описал процесс поражения кожи.
Долгое время объектом наблюдения и экспериментов были покровные
ткани животных и человека (кожа), так никто не знал, что излучение влияет и
на более глубоко расположенные ткани. Одним из первых ученых,
исследовавших действие ионизирующих излучений на различные органы
животных, был наш соотечественник Е.С. Лондон. Он впервые обнаружил
летальный эффект радия на мышей при исследовании его действия на
различные органы этих животных. Результаты своих исследований Е. Лондон
11
обобщил в работе «Радий в биологии и медицине», которая была
опубликована 1911 году. Эта книга является первой в мире монографией по
радиобиологии. Публикация этой работы ознаменовала конец 1 этапа
развития радиобиологии, характеризующегося преимущественно работами
описательного характера. Тем не менее, на этом этапе развития, были
обнаружены два очень важных факта. Первый факт- торможение клеточного
деления при облучении ( М.Корнике, 1905 год), второй - различные реакции
(по степени выраженности) различных клеток на облучение. Этот факт
обнаружили французские ученые И. Бергонье и Л. Трибондо в 1906 году. В
современной радиобиологии их выводы называют законом (правилом)
Бергонье и Трибондо. Суть этого правила заключается в том, что клетки
обладающие способностью к делению (менее дифференцированые), более
радиочувствительны, чем созревшие, дифференцированные клетки. Или
говоря иначе, развитые дифференцированные клетки тканей более устойчивы
к действию радиации, чем молодые, делящиеся клетки.
Второй этап развития радиобиологии связан с разработкой и
становлением
количественных
методов
исследований.
Этот
период
характеризуются массовыми экспериментами на популяциях клеток и
организмов, с количественным представлением результатов на специальных
кривых, отражающих зависимость радиобиологического эффекта от дозы
излучения.
Такой
способ
анализа
результатов
радиобиологических
экспериментов и в настоящее время является одним из основных методов
радиобиологии.
На
этом
этапе
развития
радиобиологии
начались
исследования механизмов радиобиологического эффекта. В 20-х годах была
предложена
гипотеза,
объясняющая
радиобиологический
эффект
дискретными событиями: актами ионизации атомов и молекул в дискретном
объеме (С. Дессауэр, К. Блау, Е. Алтенбургер).
Большое
значение
для
развертывания
радиобиологических
исследований в России имело создание Общества рентгенологов и
радиологов и созыв 1 Всероссийского съезда этого общества в 1916 году.
12
Дальнейшему развитию радиобиологических исследований способствовало
открытие в г. Петрограде в 1918 году первого специализированного научного
учреждения в нашей стране - Института рентгенологии и радиологии. В
дальнейшем такие институты
были созданы
в Киеве:
Украинский
центральный рентгенорадиологический и онкологический институт (1919 г.)
и в Москве: Центральный НИИ рентгенологии и радиологии (1924 г.). В
1925-26 годы российские исследователи Г.А. Надсон и Г.Ф. Филлипов
исследовали действие ионизирующих излучений на генетический аппарат
клетки и обнаружили мутагенное действие радиации. Впоследствии эти
опыты были повторены американцем Г. Меллером, который показал
мутагенный эффект ионизирующих излучений на дрозофилах. Открытие
мутагенного
бурному
эффекта
развитию
ионизирующих
радиационной
излучений
генетики.
послужили
Мутагенное
толчком
действие
рентгеновских лучей на растения впервые показал в 1928 году Л. Стадлер.
Возможность использования радиационного мутагенеза в селекции растений
было показано в работах Л.Н. Делоне (1932) и Л.А. Сапегина (1934).
Результативные эксперименты по радиационной генетике животных были
выполнены в 1933-35 годах под руководством П.Ф.Рокицкого.
Как это не парадоксально, бурному развитию радиобиологии в
значительной степени способствовала и способствует наличие ядерного
оружия и угроза его использования. Особенно интенсивное развитие
радиобиологии началось после использования США атомного оружия в
конце II мировой войны. Неотложной задачей правительств многих стран
стала разработка способов противолучевой защиты, лечения радиационных
поражений. Поэтому в 50-ые годы XX века во всем мире начали создавать
крупные радиобиологические центры. В России и других странах, входивших
в состав СССР, такие центры были созданы в Москве, Ленинграде, Киеве,
Минске, Новосибирске, Алме-Ате и других регионах. В 50-ых годы
начинается третий, современный этап развития радиобиологии. Начиная с
этого времени, происходит непрерывное возрастание уровня радиационного
13
фона вследствие многочисленных испытаний ядерного оружия в атмосфере,
на поверхности земли под водой и под землей. По данным НКДАР ООН, при
испытаниях ядерного оружия, проведенных до 1963 года, суммарная
мощность взорванных бомб составила 511 мегатонн. Суммарное выпадение
радионуклидов от этих взрывов на поверхность Земли составило более 7000
МКи.
Третий этап развития радиобиологии характеризуется большим
количеством целенаправленных экспериментальных работ по действию
ионизирующих
излучений
на
живые
системы
различных
уровней
организации. На этом этапе развертываются исследования по использованию
ионизирующих излучений в различных областях биологии, медицины,
сельского хозяйства, поиску способов защиты от поражающего действия
радиации. В первую очередь, необходимо отметить вклад сотрудников ОкРиджской национальной лаборатории (США), где была реализована крупная
программа
исследований
сельскохозяйственных
по
оценке
животных
различных
радиочувствительности
видов,
по
изучению
воспроизводительной способности животных в ранние и поздние сроки после
облучения, возможность использования продукции животноводства после
облучения.
В
60-70
-ые
годы
в
Калифорнийской
военно-морской
лаборатории США был проведен цикл крупномасштабных исследований на
домашних животных по изучению их радио- устойчивости, механизмов
репарации клеток и тканей после радиационного поражения. Результаты этих
экспериментов имеют большое общебиологическое значение. В нашей
стране наиболее крупные работы о влиянии радиации на животных
проводились во Всероссийском институте экспериментальной ветеринарии, в
ВНИИ
ветеринарной
вирусологии
и
микробиологии,
Московской
ветеринарной академии.
Начиная
с
50-х
годов,
интенсивные
исследования
действия
ионизирующей радиации на метаболические процессы, на регуляторные
системы клеток проводятся в Институте биофизики РАН под руководством
14
А.М. Кузина. Фундаментальные работы по радиочувствительности растений
в онтогенезе и возможности использования ионизирующей радиации в
регуляции физиолого-биохимических процессов проведены Н.Ф.Батыгиным
и другими сотрудниками Агрофизического института РАСХН. Большие
успехи в изучении проблемы радиоустойчивости растений и их защиты от
поражающего
действия
ионизирующих
излучений
достигнуты
и
сотрудниками Института физиологии растени и генетики Национальной АН
Украины
(Д.И.Гродзинский).
радиочувствительности
растений
Большой
внесли
вклад
сотрудники
в
изучение
Брунхейвенской
национальной лаборатории США, возглавляемой А.Х. Спэрроу ( разработка
теории мишеней, роль НК в радиационном поражении растений).[8]
15
4. Строение атома, элементарные частицы (изотоп, нейтрон, протон,
электрон и др.)
Все физические тела природы построены из разновидности материи,
называемой веществом. Вещества подразделяются на две основные группы
— вещества простые и сложные.
Сложными веществами называются такие вещества, которые путем
химических реакций могут быть разложены на другие, более простые
вещества. В отличие от сложных простыми веществами называются такие,
которые химическим путем не могут быть разложены на еще более простые
вещества.
Примером сложного вещества может служить вода, которая путем
химической реакции может быть разложена на два других, более простых
вещества — водород и кислород. Что же касается последних двух, то они
химическим путем уже не могут быть разложены на более простые вещества,
а поэтому являются простыми веществами, или, иначе, химическими
элементами.
В первой половине XIX века в науке существовало предположение, что
химические элементы являются неизменными веществами, не имеющими
общей связи друг с другом. Однако русский ученый Д. И. Менделеев (1834 1907) впервые в 1869 г. выявил связь химических элементов, показав, что
качественная характеристика каждого из них находится в зависимости от его
количественной характеристики - атомного веса.
Согласно современным представлениям науки каждый химический
элемент состоит из совокупности мельчайших материальных (вещественных)
частиц, называемых атомами.
Атомом называется самая малая доля химического элемента, которая
уже не может быть разложена химическим путем на другие, более мелкие и
простые материальные частицы.
Атомы различных по своей природе химических элементов отличаются
друг от друга своими физико-химическими свойствами, структурой,
16
размерами, массой, атомным весом, собственной энергией и некоторыми
иными свойствами. Например, атом водорода резко отличается по своим
свойствам и структуре от атома кислорода, а последний — от атома урана и
т. д.[1]
Установлено, что атомы химических элементов чрезвычайно малы по
своим размерам. Если условно принять, что атомы имеют шарообразную
форму, то поперечники их должны быть равны стомиллионным долям
сантиметра. Например, поперечник атома водорода — самого маленького
атома в природе — равен одной стомиллионной доле сантиметра (10-8 см), а
поперечники самых больших атомов, например атома урана, не превышают
трех стомиллионных долей сантиметра (3 · 10-8 см). Следовательно, атом
водорода во столько раз меньше шарика радиусом в один сантиметр, во
сколько последний меньше земного шара.
В соответствии с весьма малыми размерами атомов их масса также
очень мала. Например, масса атома водорода равна т = 1,67· 10-24 г. Это
значит, что в одном грамме водорода содержится примерно 6 ·1023 атомов.
За условную единицу измерения атомных весов химических элементов
принята 1/16 часть веса атома кислорода, В соответствии с этим атомным
весом химического элемента называют отвлеченное число, показывающее, во
сколько раз вес данного химического элемента больше 1/16 части веса атома
кислорода.
В периодической таблице элементов Д. И. Менделеева приведены
атомные веса всех химических элементов (см. число, помещенное под
названием элемента). Из этой таблицы мы видим, что наиболее легким
атомом является атом водорода, имеющий атомный вес 1,008. Атомный вес
углерода равен 12, кислорода — 16 и т. д.
Что же касается более тяжелых химических элементов, то их атомный
вес превышает атомный вес водорода более чем в двести раз. Так, атомный
вер ртути равен 200,6, радия — 226 и т.д.Чем выше порядок номера,
17
занимаемого химическим элементом в периодической системе элементов,
тем больше атомный вес.
Большая часть атомных весов химических элементов выражается
дробными числами. Это в известной мере объясняется тем, что такие
химические элементы состоят из совокупности скольких сортов атомов,
обладающих различными атом весами, но одинаковыми химическими
свойствами.
Химические элементы, занимающие один вый номер в периодической
системе элементов, а следовательно, обладающие одинаковыми химическими
свойствами, но различными атомными весами, называются изотопами.
Изотопы найдены у большинства химических элементов, имеет два
изотопа, кальций - четыре, цинк - пять, олово - одиннадцать и т. д. Многие
изотопы получены искусстве путем, среди них некоторые имеют большое
практическое значение.
Элементарные частицы вещества
Долгое время считалось, что атомы химических элем являются
пределом делимости вещества, т. е. как бы элементарными "кирпичиками"
мироздания. Современная наука отвергла эту гипотезу, установив, что атом
любого химического эле представляет собой совокупность еще более мелких
материальных частиц, чем сам атом.
Согласно электронной теории строения вещества атом любого
химического
элемента
центрального
ядра,
представляет
вокруг
собой
которого
систему,
вращаются
состоящую
из
"элементарные"
вещественные частицы, называемые электронами. Ядра атомов, согласно
общепринятым
взглядам
состоят
из
совокупности
"элементарных"
вещественных частиц - протонов и нейтронов.
Чтобы понять строение атомов и физико-химические процессы в них,
необходимо хотя бы вкратце ознакомиться с основными характеристиками
элементарных частиц, входящих в состав атомов.[3]
18
Установлено, что электрон — это вещественная частица, обладающая
самым малым наблюдаемым в природе отрицательным электрическим
зарядом.
Если условно считать, что электрон как частица имеет шарообразную
форму, то поперечник электрона должен быть равным 4 ·10-13 см, т. е. он
меньше поперечника любого атома в десятки тысяч раз.
Электрон, как и всякая иная вещественная частица, обладает массой.
"Масса покоя" электрона, т. е. та масса, которой он обладает в состоянии
относительного покоя, равна mо = 9,1 · 10-28 г.
Исключительно малая "масса покоя" электрона свидетельствует о том,
что инертные свойства электрона проявляются исключительно слабо, а это
значит, что электрон под влиянием переменной электрической силы может
колебаться в пространстве с частотой во много миллиардов периодов в
секунду.
Масса электрона настолько мала, что для получения одного грамма
электронов их потребовалось бы взять 1027 единиц. Чтобы иметь хотя бы
некоторое физическое представление об этом колоссально большом числе,
приведем такой пример. Если бы можно было один грамм электронов
расположить на прямой линии вплотную друг к другу, то они образовали бы
цепочку длиной в четыре миллиарда километров.
Масса электрона, как и всякой иной вещественной микрочастицы,
зависит от скорости его движения. Электрон, находясь в состоянии
относительного покоя, обладает "массой покоя", имеющей механическую
природу, как и масса всякого физического тела. Что же касается "массы
движения" электрона, увеличивающейся с ростом скорости его движения, то
она электромагнитного происхождения. Она обусловлена наличием у
движущегося электрона электромагнитного поля как некоторого вида
материи, обладающего массой и электромагнитной энергией.
Чем
быстрее
движется
электрон,
тем
больше
проявляются
инерционные свойства его электромагнитного поля, тем, следовательно,
19
больше масса последнего и соответственно электромагнитная энергия его.
Так как электрон со своим электромагнитным полем составляет единую,
органически связанную материальную систему, то естественно, что массу
движения электромагнитного поля электрона можно непосредственно
приписать самому электрону.
Электрон, помимо свойств частицы, обладает и волновыми свойствами.
Опытом установлено, что поток электронов, подобно световому потоку,
распространяется в форме волнообразного движения. Характер волнового
движения электронного потока в пространстве подтверждается явлениями
интерференции и дифракции электронных волн.
Интерференция электронов — это явление наложения электронных
воли друг на друга, а дифракция электронов — это явление огибания
электронными волнами краев узкой щели, сквозь которую проходит
электронный поток. Следовательно, электрон — это не просто частица, а
"частица-волна", длина которой зависит от массы и скорости движения
электрона.
Установлено, что электрон, помимо своего поступательного движения,
совершает еще и вращательное движение вокруг своей оси. Этот вид
движения электрона получил название "спина" (от английского слова "спин"
— веретено). В результате такого движения электрон, кроме электрических
свойств, обусловленных электрическим зарядом, приобретает еще и
магнитные свойства, напоминая в этом отношении элементарный магнитик.
Протон — это вещественная частица, обладающая положительным
электрическим зарядом, равным по абсолютной величине электрическому
заряду электрона.[5]
Масса протона равна 1,67 ·10-24 г, т. е. она примерно в 1840 раз больше
"массы покоя" электрона.
В отличие от электрона и протона, нейтрон не обладает электрическим
зарядом, т. е. он является электронейтральной «элементарной» частицей
вещества. Масса нейтрона практически равна массе протона.
20
Электроны, протоны и нейтроны, находясь в составе атомов,
взаимодействуют друг с другом. В частности, электроны и протоны взаимно
притягиваются друг к другу как частицы, обладающие разноименными
электрическими зарядами. Одновременно с этим электрон от электрона и
протон от протона отталкиваются как частицы, обладающие одноименными
электрическими зарядами.
Взаимодействие
всех
этих
электрически
заряженных
частиц
происходит через их электрические поля. Эти поля представляют собой
особый
вид
материи,
состоящей
из
совокупности
элементарных
материальных частиц, называемых фотонами. Каждый фотон обладает строго
определенным присущим ему количеством энергии (квантом энергии).
Взаимодействие
электрически
заряженных
материальных
вещественных частиц осуществляется путем обмена их друг с другом
фотонами. Сила взаимодействия электрически заряженных частиц обычно
называется электрической силой.
Нейтроны
и
взаимодействуют
протоны,
друг
с
находящиеся
другом.
Однако
в
ядрах
это
атомов,
также
взаимодействие
их
осуществляется уже не через электрическое поле, так как нейтрон —
электронейтральная частица вещества, а через так называемое ядерное поле.
Это поле также представляет собой особый вид материи, состоящей из
совокупности элементарных материальных частиц, называемых мезонами.
Взаимодействие нейтронов и протонов осуществляется путем обмена их друг
с другом мезонами. Сила взаимодействия нейтронов и протонов друг с
другом называется ядерной силой.
Установлено, что ядерные силы действуют в ядрах атомов в пределах
исключительно малых расстояний — примерно 10-13 см.
Ядерные
силы
значительно
превосходят
по
своей
величине
электрические силы взаимного отталкивания протонов в ядре атома. Это
приводит к тому, что они в состоянии не только преодолеть внутри ядер
21
атомов силы взаимного отталкивания протонов, но и создать из совокупности
протонов и нейтронов весьма прочные системы ядер.
Устойчивость ядра каждого атома зависит от соотношения двух
противоречивых сил — ядерных (взаимное притяжение протонов и
нейтронов) и электрических (взаимное отталкивание протонов).[7]
Мощные ядерные силы, действующие в ядрах атомов, способствуют
превращению нейтронов и протонов друг в друга. Эти взаимопревращения
нейтронов и протонов осуществляются в результате выделения или
поглощения ими более легких элементарных частиц, например мезонов.
Рассмотренные нами частицы названы элементарными потому, что они
не состоят из совокупности других, более простых частиц материи. Но в то
же время не надо забывать, что они способны превращаться друг в друга,
возникать за счет друг друга. Таким образом, эти частицы являются
некоторыми сложными образованиями, т. е. их элементарность условна.
22
Заключение
В настоящее время к проблемам радиобиологии привлечено внимание
большого числа естествоиспытателей смежных специальностей, прежде
всего
физиков
и
химиков.
Поэтому
современный
этап
развития
радиобиологии можно охарактеризовать как накопление разносторонней
информации о реакциях на облучение отдельных биологических объектов,
систем и популяций разной степени сложности. Развитие ядерной физики
делает возможным изучение таких взаимодействий с помощью новых видов
ионизирующих излучений, в том числе ядерных частиц высоких энергий.
Это, в свою очередь, создает не только перспективу решения традиционных
задач радиобиологии, но позволяет надеяться на определение оригинальных
подходов к изучению фундаментальных закономерностей биологической
формы существования и развития материи.
Закономерности биологического действия ионизирующих излучений
используются для обоснования мероприятий по обеспечению радиационной
безопасности и разработки средств медицинской защиты при лучевых
поражениях. Радиобиологические данные - основа для регламентации
радиационных воздействий при использовании источников ионизирующих
излучений в науке, в медицине, технике, сельском хозяйстве и т.п. Эти
аспекты
входят
в
компетенцию
смежной
радиационной гигиены.
23
научной
дисциплины
-
Список литературы
1.
Кудряшов Ю.Б., Беренфельд Б.С. Радиационная биофизика, М.,1979
2.
Биологический Энциклопедический Словарь, М., 1989
3.
Большая Советская Энциклопедия, М., 1970
4.
Ярмоненко С.П. Радиобиология человека и животных, М.,1988
5.
Первичные процессы лучевого поражения. Сб. ст. М.,
6.
Белов
А.Д
Киршин
В.А.
Ветеринарная
радиобиология
М.:
Агропромиздат, 1987.
7.
Ярмоненко С.П. Радиобиология человека и животных М.: Высшая
школа,1988.
8.
Кудряшов Ю.Б., Беренфельд Б.С. Радиационная биофизика, М.,1979
24
Скачать