辐射生物学

辐射生物学 河北工业大学生物物理所河北工业大学生物物理学

第5章辐射生物学 • 5.1 辐射的分类 • 5.2带电粒子与靶物质原子的碰撞 • 5.3重带电粒子与物质的相互作用 • 5.4重离子与物质的相互作用 • 5.5电子与物质的相互作用 • 5.6光子与物质的相互作用 • 5.7辐射与生物大分子的相互作用 • 5.8辐射剂量学基础 • 5.9辐射生物学的应用研究实例河北工业大学生物物理学

5.1辐射的分类 • 粒子辐射和电磁辐射 • 电磁辐射：电磁波，有能量而无质量 • 粒子辐射：高速运动的粒子，有静止质量、有能量 • 电离辐射和非电离辐射 • 电离辐射：直接或者间接引起物质电离 • 非电离辐射：只能引起分子的振动、转动或能级状态的改变。（紫外线和能量低于紫外线的所有电磁辐射）河北工业大学生物物理学

电磁辐射 • 电磁辐射是以相互垂直的电场和磁场、随时间变化而交变振荡、形成向前运动的电磁波。河北工业大学生物物理学

X射线和射线 这两种射线都由光子组成而且在能谱中所占的范围基本相同，只能从它们的来源加以区分：射线来自于原子核的转变在放射性衰变过程中所形成的子核处于激发状态，由高激发态跃迁到低激发态或者基态的过程时释出射线。注意：放射性核素衰变发射射线之前，必然有电子俘获或粒子释出。 X射线来则来自核外电子的相互作用 X射线是有两种原子核外的物理过程产生： 1、高速电子在物质中受阻，其能量以电磁辐射的形式放出 2、高速电子与出，然后外壳层的电子去填补内壳层的靶原子碰撞，把内壳层某一能级上的电子击空位，放出能量等于这两个能级之差的光量子河北工业大学生物物理学

紫外线 紫外线分类：近紫外线（300～380nm）远紫外线（200～300nm）真空紫外线（10～200nm）近紫外线和远紫外线具有不同的生物效学应真空紫外线只能在真空或氮气中传播河北工业大学生物物理学

粒子辐射 • 粒子 • 电子 • 质子 • 中子 • 负介子 • 重离子河北工业大学生物物理学

辐射的来源 • 第一类是：来自于自然界宇宙射线、火山、地下水、岩石等 • 第二类是：人类造成的人工辐射核弹、核电站、空调机、计算机、电视机、电冰箱、微波炉、卡拉OK机、电热毯、移动电话、微波发射站、高压电线、X光放射线发生器、激光发射器等河北工业大学生物物理学

5.2 带电粒子与靶物质原子的碰撞 • （1）带电粒子与靶物质原子中核外电子的非弹性碰撞 • （2）带电粒子与靶原子核的非弹性碰撞 • （3）带电粒子与靶原子核的弹性碰撞 • （4）带电粒子与靶原子中核外电子的弹性碰撞河北工业大学生物物理学

5.3 重带电粒子与物质的相互作用 • 5.3.1 重带电粒子在物质中的能量损失（一）快速重带电粒子的能量损失（二）低速带电粒子的能量损失（三）能量损失的布拉格相加规则（四）核阻止本领（五）能量歧离 • 5.3.2 重带电粒子在物质中的射程河北工业大学生物物理学

5.4 重离子与物质的相互作用 重离子有两个新的相互作用过程： 1，中等能量的重离子(0.1—5MeV/u)能够从相互作用的靶分子中俘获电子到它自己的束缚体系中，这将导致附加的次级电子发射出来； 2，重离子通常是携带结合电子的裸离子，它可以先后丢失和俘获靶分子中的电子。重离子一般属于高LET辐射粒子。河北工业大学生物物理学

5.5 电子与物质的相互作用 • 快电子通过靶物质时，与原子的核外电子发生非弹性碰撞 • 电子与物质原子的原子核非弹性碰撞 • 电子使原子暂时极化，当退极化时，发射光子 • 电子与靶物质原子核库仑场作用时发生弹性散射河北工业大学生物物理学

5.6 光子与物质的相互作用 • 光子与物质的非弹相互作用，主要有以下三种方式： • （1）光电效应 • （2）康普顿效应 • （3）电于对效应河北工业大学生物物理学

5.7 辐射与生物大分子的相互作用 • 5.7.1 电离辐射对生物大分子的作用 • （1）直接作用：电离辐射直接引起靶分子电离和激发而发生物理化学变化，生成生物分子自由基。 • （2）间接作用：电离辐射作用于生物分子的周围介质（主要是水）生成水解自由基，这些自由基再与生物分子发生物理化学变化生成生物分子自由基，称次级自由基。河北工业大学生物物理学

5.7.2 电离辐射致DNA的损伤 • 1、碱基变化 • 2、脱氧核糖变化 • 3、DNA链断裂 • 4、交联河北工业大学生物物理学

5.8 辐射剂量的理论基础 • 5.8.1 基本概念 • 传能线密度限制传能线密度是特定能量的带电粒子在介质中穿行单位路程时，由于能量转移小于某一特定值的历次碰撞所造成的能量损失。完全传能线密度是在连续慢化近似(CSDA)下的LET，换句话说，就是带电粒子在介质中穿行的单位路程上，能量转移取一切可能值时由历次碰撞所造成的能量总转移。河北工业大学生物物理学

5.8 辐射剂量的理论基础 • 径向剂量分布 • 离子径向剂量分布反映以入射粒子径迹为轴的同心圆柱内的吸收剂量，也就是吸收剂量沿径迹径向的分布。 • 三维随机径迹结构 • 遵循特定分布率的粒子径迹 • 事件 • 一条特定构象（对应于一次实现）的粒子径迹在某个敏感位点中授予能量的过程河北工业大学生物物理学

5.9辐射生物学的应用研究实例 • 5.9.1 硼中子俘获治疗 • 5.9.2 辐射诱变育种技术河北工业大学生物物理学

5.9.1 硼中子俘获治疗 硼中子俘获治疗是一个二元治疗方法，有两个部分共同对癌细胞施加影响： 1、10B能够稳定的集中到癌细胞内，找到携带10B的化合物 2、俘获中子后，在癌细胞里的10B裂变，产生高能重带电粒子，破坏了这个细胞，而正常细胞没有受到影响河北工业大学生物物理学

硼中子俘获治疗的发展过程 • 1936年，美国Locher发现BNCT的基本原理 • 1951年，美国开始脑肿瘤的治疗 • 1968年，日本完成第一条医学照射径迹的模拟（Hitachi 反应堆 HTR） • 1977年，实际应用的医学照射开始在MIT的研究堆（MITRR） • 1984年，国际中子俘获疗法学会建立 • 1990年，医学照射在东京大学反应堆（KUR）上启动 • 1994年，医学照射开始在BMRR和MITR－II上（超热中子） • 1997年，医学照射在荷兰开始（HRF） • 2005年，我国中子俘获疗法委员会成立河北工业大学生物物理学

硼中子俘获治疗的基本原理 6.3％ 93.7％河北工业大学生物物理学

5.9.2 辐射诱变育种技术 • 离子注入诱变育种技术 • 重离子辐射诱变育种技术 • 太空育种技术河北工业大学生物物理学

离子注入诱变育种技术 等离子体所 (小麦新品种：抗病增产) 河北工业大学生物物理学

重离子辐射诱变育种技术 CK－20Gy－40Gy－60Gy－80Gy 38MeV 7Li (2005-12) 剂量效应不明显，均达到半致矮效果河北工业大学生物物理学

太空佛手茄子 彩棉是纯天然南瓜身形如钟太空育种技术中国农业科学院：太空育种河北工业大学生物物理学

谢谢各位同学！ 河北工业大学生物物理学

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