2013. április 22., hétfő

A sugárzás és az élő szervezet kölcsönhatásának alapjai

Legutóbb arról elmélkedtünk, hogy mi is a radioaktivitás, és hogy honnan származik? Áttekintettük a bomlások fajtáit és abban maradtunk, hogy sugárzás hatásaival folytatjuk. Nos, ez egy igen összetett kérdéskör, mivel az élő szervezet egy rendkívül bonyolult rendszer.
A legegyszerűbb megközelítésben azt mondhatjuk, hogy a bomlás során keletkezett részecske vagy elektromágneses sugárzás megpróbál áthatolni az útjába kerülő élő szervezeten. Akár sikerül neki, akár nem a szervezetnek mindenképp lead egy adag energiát. A múltkor említett sugárzásfajták közül az alfarészecske a kezdeti mozgási energiájától függően centimétereket tesz meg a levegőben és csupán néhány tíz mikrométert (a mikrométer a méter milliomod része) tesz meg az emberi szövetben, mielőtt megáll. Ez néhány egymásmelletti sejtet érint. Ezért aztán ha az alfa-aktív anyagnak külsőleg vagyunk kitéve, például a bőrünk által, akkor túl nagy kárt nem tehet bennünk. Ellenben ha a szervezetünkbe kerül (pl. belélegezzük, belső terhelés), veszélyes lehet, mivel lokalizáltan, vagyis kis területen ad le nagy mennyiségű energiát. Ez úgy történik, hogy a részecske kölcsönhat a szövet atomjaival. Aki még emlékszik fizikából a Rutherford kísérletre az tudja, hogy az alfa részecskék atomokkal történő kölcsönhatásából csak ritkán származnak nagy szögben szórt alfa részecskék. Ilyenkor az alfa részecske az atommaggal hat kölcsön és mivel maga is egy atommag (He, 2 proton + 2 neutron) van esélye a nagy szögben történő szóródásnak. A legtöbb esetben viszont az alfa részecske az atom elektronjaival hat kölcsön, és mivel sokkal nagyobb náluk, gyakorlatilag eltérülés nélkül folytatja útját, miközben kicsit mindig veszít az energiájából. Ezért aztán nem tévedünk nagyot, ha azt mondjuk, hogy az alfa részecske egyenes vonalban terjed a szövetben. A terjedés egy fontos aspektusa, hogy az egységnyi hosszon leadott energia nem állandó. Ahogy egyre mélyebben „fúródik” a részecske a szövetbe, annál nagyobb energiát ad át neki egységnyi úthosszon, mígnem a végén ez hirtelen nullára csökken, mert a részecske energiája elfogy. Ennek a jelenségnek igen fontos alkalmazása van a sugárterápiában, ugyanis ha jól állítjuk be a távolságot a sugárforrás és a megcélzott terület között, akkor a szövet egészséges részében viszonylag kevés energia adódik le, míg a rákos sejtek, melyek a töltött részecske pályájának vége felé helyezkednek el, nagy energiát kaphatnak. Így a terápia hatékonyabb, a mellékhatások pedig kisebbek. A fenti jelenségek nemcsak alfa részecskére, de egyéb nehéz töltött részecskére is fennállnak. Ha a töltött részecske kisebb, mint például az elektron vagy a pozitron a béta sugárzás esetében, akkor a szóródás is nagyobb. A béta részecske által megtett út szintén függ a kezdeti kinetikus energiától, de levegőben tipikusan néhány méter után, szövetben pedig néhány milliméter megtétele után áll meg. Mielőtt megállna kölcsönhat az atomok elektronjaival és ionokat kelt, valamint gerjesztéseket idéz elő. Ha a maggal hat kölcsön, pályája erősen elgörbülhet és az erős fékezés során röntgensugárzást (Bremsstrahlung) bocsát ki. Miután megállt, pozitív ionnal kombinálódik vagy szabad elektronná válik, ha negatív töltésű béta részecskéről van szó. Ha pozitronról van szó, akkor a kinetikus energiája elvesztése után nem maradhat meg, egy elektronnal hat kölcsön és anihilálódik, ami két ellentétes irányú foton kibocsátását jelenti.
Most akkor tartunk egy kis szünetet, majd az elektromágneses sugárzás (X, Gamma) és az anyag közötti kölcsönhatás alapjaival folytatjuk. Később mélyebben is belemegyünk abba, hogy milyen biológiai hatásai lehetnek a sugárzásnak.
Addig is nagyon sok anyagot olvashatnak/olvashattok az Interneten a fentiekkel kapcsolatban, például ezeket: