二、辐射与靶材料作用.ppt

1、,广义的靶：被照射的物质 狭义的靶：被照射物质敏感区的结构,靶,靶分类,生物靶（本章讲授） 非生物靶（第三章介绍）,第二章 辐射与靶材料的相互作用,辐射与靶的物理学作用 一、X、射线与靶材料的作用 1.光电效应 光子与原子或分子作用，光子被完全吸收并逐出一个电子，被称为光电子。 2 .康普顿效应 光子与原子或分子作用，光子的能量只部分传递给被逐出电子，被称为康普顿电子，而入射光子转化为一个能量较低且方向不同的散射光子。 3 .电子对的产生 前两种效应是光子与原子核外电子的相互作用，电子对产生则是光子与原子核互相作用，导致入射光子完全消失和一对正负电子的产生。,二、电子辐射与靶材料的作用 1.电

2、磁辐射损失 电子（10100MeV ）在原子核附近突然被电场减速，一部分动能转变为连续能量的电磁辐射，（韧致辐射），韧致辐射可辐照较大体积和异形辐照件。 2.非弹性磁撞损失 电子（10MeV），与介质核外电子发生库仑作用而损失能量，这一过程导致介质分子（原子）电离和激发。 3 .弹性散射 电子在物质中运动时受原子核库仑场的影响而改变运动的方向称为散射。如果散射前后入射粒子和原子核总动能不变称为弹性散射。,靶学说 ：辐射击中学说 靶学说本质：辐射致靶体积内发生电离作用或“能量沉积事件”产生的结果 适合“靶学说”的条件： （1）多指生物靶组织 （2）仅指直接击中事件（不包括间接作用） （3）假设靶

3、体积是均匀分布的 （4）不适合损伤修复和继发作用的过程,靶学说要点： （1）生物体内存在着对射线敏感区域或结构（Target），靶被射线击中即引起损伤效应，若未被击中则不引起效应。 （2）射线与非生物靶作用可引起靶材料的分子结构发生聚合、交联、降解和材料物理化学性质的改变。 （3）靶作用是一种随机过程，“击中”是彼此无关的独立事件，击中概率服从Poisson分布。 （4）不同生物分子或靶材料具有不同的击中数（一次击中或多次击中）。,单靶单击和单靶多击模型 多靶单击模型,“靶学说” 模型,单靶模型（单击或多击）中 靶受击的概率表达式： Pn= (VD)n/ n！e-VD 靶体积规定为V ； D为

4、辐射剂量； 每靶的平均击中数为VD ；n为击中次数,若靶被击中一次就失活，则靶存活的概率（S）就是靶击中数为0的概率（n=0）： S= P0= (VD)o/ 0！e-VD = e-VD （靶学说基本表达式 ） 若每靶的平均击中数为VD，则每靶发生一次击中为： VD = 1 此时 S = e-VD = e-1 = 0.37 （有63%被击中，37%的靶未被击中）,单靶多击模型, .,假定每个细胞中存在二个或多个完全相同的靶，而击中N个靶子中任一个靶的概率是： 1P（0）或1e-VD 则N个靶子全部被击中的概率为： （1e-VD）N 未被全部击中的概率即存活概率就是： S = 1（1e-VD）N,

5、多靶单击模型：,电离辐射和靶的间接作用 辐射化学 自由基的基本概念 自由基指具有一个或几个末配对电子的分子、离子或原子，常在其分子旁加一个黑点作为特征标记，如羟自由基：OH ，CH3、CCl3、RO等 。 顺磁性的概念：一个放在磁铁附近的无磁性物质，被磁铁吸引去的能力称为顺磁性。 自由基不仅具有顺磁性特性，而且具有活泼的化学活性。决定自由基反应的关键因素是自由基中心单电子的定域程度和反应过程中断裂的共价键和生成的共价键的强度。,电子的定域程度:指电子的游动并局限在某些原子周围的范畴。 共价键的概念： 两个或多个原子共同使用它们的外层电子，在理想情况下达到电子饱和的状态，由此组成比较稳定和坚固的

6、化学结构叫做共价键。 辐射可使靶物质共价键断裂，断裂方式有均裂和不均匀裂。 辐照产生自由基的形式：均裂、异裂和电子俘获等。,均匀的裂解：两个原子之间的共用电子对均匀分裂，两个原子各保留一个电子，形成自由基，比如：,不均匀裂解（异裂）是键断裂时，两原子间的共用电子对完全转移到其中的一个原子上，这种断裂方式叫做键的异裂，键异裂的结果就产生了带正电或带负电的离子。,电子俘获 自由基亦可通过电子俘获产生，例如： CCl4+e-CCl3+Cl-,水辐射降解产物,形成过程见下图,H2O，H，OH，H2，H2O，H3O+等 带电粒子及其次级粒子在水中被阻止时，每损失100eV所产生的特定产物数目，不同降解产

7、物的G值不同，下边是常见的辐射降解产物的G值：,G值的含义,OH2.6； 2.6； H0.6； H2 0.45； H2O2 0.75,水辐解有以下产物：,自由基反应发生在很小的反应体积内，这个小体积叫做剌团（Spurs），其平均直径为1.5nm，反应发生的时间为10-1410-10s，平均每个剌团约含6个自由基，在剌团内水自由基可发生复合，导致分子的次级产物H2和H2O2的形成。,剌团概念,水自由基的性质行为,羟自由基 OH是水辐解自由基中致伤能力最强 ，G值高达2.62.7，扩散系数为2.310 -5cm2/s，属氧化性自由基 。 水化电子（ ）的放化产额与OH相似，但扩散速度比OH快，在中

8、性水中半衰减期T1/2=2.310 -4s。为还原性自由基，在酸性条件下可与H+或H2O2反应形成H自由基；在有氧条件下则易被氧捕获成超氧化物阴离子（O2-）： + O2O2-,超氧化物阴离子（O2-） 是一种离子型自由基，它与生物分子的反应速率通常比OH和慢几个数量级，但扩散距离较长 ，H2O2有可能与O2-反应形成OH，后者的致伤作用比O2-大得多： O2- + H2O2O2 + OH-+ OH,水自由基能与生物分子发生抽氢、加成、电子俘获、氢传递、聚合、分解等多种反应（氢传递、聚合、分解反应将在第三章中介绍） 。 1.加成反应（Radical addition) 有机物分子的不饱和碳原子跟其它原子或原子团直接结合的反应叫做加成反应。如OH和H均对DNA分子的碱基加合于C5和C6的双键上，或加在咪唑杂环的7、8位双键上，造成碱基损伤。 R + CH2=CHCl RCH2- CHCl,2.抽氢反应 OH的强氧化性，从生物分子中抽取一个氢原子。 例如在DNA的脱氧戊糖C4上抽去H，进而造成C3或C5上的磷酸酯键断裂。这是辐射引起DNA链断裂的重要原因之一。 OH+ C-H-生物大分子 R（有机自由基）+ H2O,3.电子俘获反应