电离辐射声效应的生物效应国.pdf

第】5卷第4期 云南大学学报 (自然科学版) Journ alofYunnan Universit~ 一 ；， ， 电离辐射声效应的生物效应国 刘 永 钱 ． ￡≠i、 (云南大学宇宙线研究所) 摘耍 奉文研究 了电离辐射声效应的生物效应．结果表 明，电寓辐射通过生物体时产生的 瞬时热沉积和声瞬变，在辐射生物效应的机制中起重要作用 关键词 皇蔓苎 璺 辐射生塑塾壅机制，热点模型，热丝模型；热柱模型，微气泡 模型 数十年来，人们从生物整体 ，细胞到分子水平对电离辐射 的生物效应进行了大量的研 究．然而，据 以阐发生物效应机制的基础仍是 电离辐射与物质相互作用时产生的电离和激 发效应．近年来 电离辐射声效应的发现和研究 … ，为进一步研究辐射生物效应的机制提 供了新的依据 ．本文据此研究了不同质射线单元和集束引发生物效应的特征． 1 电离辐射的声效应 电离辐射与物质相互作用，电离和激发介质分子，并引发辐射化学反应．由于离子的 复合、退激发和辐射分解等理化过程而释放能量，并立即转化为对局部生物介质的瞬时加 热，同时产生声瞬变．瞬时加热与声瞬变的合并作用导致生物体的损伤． 己知生物系统主要 由生物液体 (溶液、悬浮液)和软组织组成 在细胞和软组织 中， 水含量达 70％～90％．超 声生物物理学的实验表 明，在生物液体和各种软组织 (肺除 外)中的声速为 1．5×lO cm ／sC23，与水 中的声速相 同．故吸收辐射能量的生物系统， 可近似为单相的水样系统．在沉积能密度不引起生物 介质相变的条件下，声瞬变的行为， 可用下述非齐次波动方程描述： ： 一 上 一卫 —aH(—F,t) f1、 c af cP a … 式 中P为声瞬变压 ．c。， 和 c 分别为介质 中的声速、体膨胀系数和 定压 比 热 ． ( )为热源的功率密度函数 ．方程 (1)的一般解为 0 ： 航)= 鲁fd ㈣ 式 中 R为生物靶到体元 dV间的距离．式 (2)表 明，任何瞬时加热源 (核辐射和 电 磁辐射)均应引发声瞬变，声脉冲的幅度正比于 ，反 比于 c 上述热声理论预期的声效 应已被实验证实，并进行了研究 ㈤ ．声的生物效应则 由超声生物物理学进行了充分地研 究 ，并在实验中现察到超声损伤与辐射损伤的类似性．足见，电 辐射的声效应是造 ① 1992—01—16驻稿 云南大学学报 (自然科学版) 第 15卷 成生物损伤的重要 因素 ．由单个荷电粒子 引发的微观声瞬变，能产生极高压力梯度的独特 脉冲声场，其相对生物效应比所见连续超声 的更为强烈 ．由于高压波阵面通过组织时能引 起组织的破碎 ，故声脉冲的幅度 P应是造成生物损伤的重要参数．本文将用它作为生物效 应强度的量度，分别对不同质射线生物效应的特征进行考察，并与观察结果进行比较 2 电离辐射声效应的生物效应 2．1 非穿透性 电离辐射的生物效应 单根非穿透性 电离辐射作用于生物体，能量损失于一很小区域，形成局部 “热点”，热 点的线度 为 射线的电离范围 (在水 中～10一 cm)．假定热点为高斯分布的点热源，当 t=0时，对很小范围的生物介质突然加热，并产生声瞬变 根据热点模型 ”，可导出下 列声压公式： poc等去