Канальный кипящий графитовый реактор Реакторы водо-водяного типа Реакторы на быстрых нейтронах Задачи по физике ядра Испытания ядерного оружия Атомные батареи Физика ядерного реактора

Радиоактивное излучение Атомные реакторы и батареи

Электростатический генератор – устройство, в котором напряжение создается при помощи механического переноса электрических зарядов механическим транспортером. Генератор с гибким транспортером из диэлектрической ленты называется генератором Ван де Граафа. Наибольшее напряжение электростатического генератора 30 МВ.

В 1930 г. американский физик Эрнест О. Лоуренс создал новый тип ускорителя. В этом ускорителе протоны двигались в постоянном магнитном поле по разворачивающейся спирали, а частота ускоряющего электрического напряжения совпадала с частотой обращения частицы в ускорителе. Свой ускоритель Лоуренс назвал циклотроном от греческого “киклос” (kyklos) — круг, кольцо, цикл и “-трон” — суффикса отличающего субатомные частицы (электрон, нейтрон и т. д.). Первая установка Лоуренса имела диаметр всего 10 см и была собрана из стекла и сургуча. Вскоре совместно с М. С. Ливингстоном Лоуренс построил металлическую модель таких же размеров, и она могла ускорять ионы водорода (протоны). Затем под руководством Лоуренса был построен ускоритель диаметром 28 см, который Лоуренс описал в 1932 г. Этот год и считают годом рождения циклотрона.

В циклотроне частицы ускоряются переменным электромагнитным полем постоянной частоты. Частицы ускоряются от нулевых энергий до максимальных, двигаясь по раскручивающейся спирали увеличивающегося радиуса R, в постоянном магнитном поле B.

R = cp/300ZB. где cp - импульс частицы, умноженный на скорость света, измеряется в МэВ, B - индукция магнитного поля, измеряется в Теслах,  R - измеряется в метрах. Обычно циклотроны используются для ускорения протонов и ионов. Предельная энергия для протонов в циклотронах составляет ~20 МэВ при поле В~2 Тесла и частоте ускоряющего поля 30 МГц.

Циклотрон Лоуренса не был еще совершенным прибором. Он имел такие недостатки, как спиральная траектория и нарушение синхронности [от греч. «син» (syn) — вместе и «хронос» (chronos) — время] между пролетом электронов и переменным электрическим ускоряющим полем. Спираль не могла раскручиваться до бесконечности, ее ограничивали размеры циклотрона. А выпадение из синхронизма получалось из-за того, что разгоняемые частицы пробегали каждый оборот все быстрее и быстрее, а частота изменения ускоряющего поля, а значит, и время между нужными для разгона фазами оставались постоянными. Изменение поля как бы запаздывало, и ускорение частиц по мере разгона ослабевало. Для того чтобы частицы „крутились" по окружности, надо было изменять не только электрическое, но и магнитное поле, и притом синхронно. Первый такой прибор создал американский физик Дональд Вильям Керст в 1940 г. Он применил его для ускорения бета-частиц и назвал поэтому бетатроном. Суффикс “­трон” стал - общим для образования названий ускорителей атомных частиц. В бетатроне ускорение производилось электрическим полем, индуцированным [от лат. «индукцио» (inductio) - возбуждение] переменным магнитным полем. Но большие ускорения в нем получать было нельзя.

Лекция 7. Действие ионизирующих излучений на клетку . Радиочувствительность клеток. 

Любой  радиобиологическийх эффект, проявляющийся на уровне органа и целого организма, возникает на клеточном уровне. Экспериментально показано, что облучение может повреждать все внутриклеточные структуры. Реакции на облучение на клеточном уровне могут проявляться в разнообразной форме: от незначительного повреждения отдельной структуры клетки до полной деградации и лизиса клетки. Степень выраженности клеточных реакций на облучение зависит, в большей степени, от количества поглощенной энергии (дозыионизирующего излучения), в меньшей степени, от генетической конституции  и физиологического состояния клетки. Как известно, жизнь клетки между двумя последовательными делениями (от деления до деления) называют интерфазой. Условно интерфаза подразделяется на три периода: синтетический или S-период, в течение которого происходит синтез (удвоение) ДНК, предсинтетический G1- период и постсинтетический G2 –период. Митоз (деление соматических клеток) обозначают символом М. Продолжительность различных периодов клеточного цикла у разных клеток неодинакова. Как правило, для большинства типов клеток, по продолжительности различные клеточные фазы, располагаются следующим образом: М < G2 < S < G1. Абсолютная продолжительность периодов зависит от типа клеток. В малообновляющихся тканях млекопитающих (например, в нервной ткани) большинство клеток находится в G1- периоде в течение длительного промежутка времени, от нескольких месяцев до нескольких десятков лет. Тогда как клетки регенерирующих тканей, например, клетки крипт кишечного эпителия человека делятся в среднем через каждые 20 часов (G1-период занимает 10 ч, S-период - 8 ч, G2 -период и митоз - 2 ч).

 Часть лучевых повреждений могут легко переноситься клеткой, так как они являются повреждениями множественных структур, утрата которых быстро восстанавливается.  Легко переносимые и быстро восстанавливающиеся повреждения клетки, проявляются в виде физиологических или кумулятивных эффектов (реакций). К таким повреждениям относятся, например, нарушения структуры отдельных макромолекул, отдельных органоидов,  незначительные нарушения в структуре плазмалеммы. Такие структурные изменения могут выхзвать нарушения отдельных стадий метаболизма клетки, например, инактивацию  ферментов, нарушения окислительного фосфорилирования в митохондриях, нарушения обмена белков, НК, углеводов и т. д. Как правило, эти реакции проявляются сразу после облучения и с течением определенного промежутка времени исчезают. Наиболее универсальной физиологической хорошо изученной реакцией клетки на облучение является  временная задержка процесса клеточного деления (радиационное блокирование митоза). Суть ее состоит в том, что интерфазная клетка, облученная в определенной дозе, не начинает делиться в ожидаемый момент, а приступает к делению через определенный промежуток времени. Эта реакция является универсальной, т.е. проявляется у различных типов клеток всех живых организмов. Задержка клеточного деления хорошо изучена и в количественном отношении на клетках различных групп живых организмов. Выраженность и продолжительность времени задержки клеточного деления зависит от дозы ионизирующего излучения, от типа клетки и от того, на какой стадии клеточного цикла произошло облучение. Наибольший эффект наблюдается при облучении клеток находящихся в S-периоде и G2 –периоде. Судьба облученных клеток после задержки деления может быть различной, она также зависит от величины поглощенной дозы. Большая часть облученных клеток  после задержки деления проходит митоз и делится. Часть из них после этого гибнет, еще больше клеток гибнут после второго, третьего и последующих делений. Часть облученных клеток и их потомков, вступив в митоз, не способны разделиться. В результате возникают так называемые гигантские клетки, по своим размерам в десятки и сотни раз больше нормальных клеток. 


На главную