Номер 3, страница 287 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

3. Одинаковый или различный по величине биологический эффект вызывают в живом организме разные виды ионизирующих излучений? Приведите примеры.

3. Разные виды ионизирующих излучений вызывают в живом организме различный по величине биологический эффект даже при одинаковой поглощенной дозе энергии. Это связано с тем, что разные частицы по-разному взаимодействуют с веществом живой ткани, вызывая различную плотность ионизации на единицу длины своего пробега.

Для оценки биологического эффекта ионизирующего излучения используют понятие эквивалентной дозы ($H$), которая измеряется в зивертах (Зв). Она связана с поглощенной дозой ($D$), измеряемой в греях (Гр, $1 \text{ Гр} = 1 \text{ Дж/кг}$), через специальный коэффициент — взвешивающий коэффициент излучения $w_R$ (ранее назывался коэффициентом качества). Этот коэффициент показывает, во сколько раз биологическая эффективность данного вида излучения выше, чем у рентгеновского или гамма-излучения при одинаковой поглощенной дозе.

Формула для расчета эквивалентной дозы: $H = D \cdot w_R$

Значения взвешивающего коэффициента $w_R$ для разных видов излучения различны:

• Для фотонов (рентгеновское и гамма-излучение) и электронов (бета-излучение) $w_R = 1$.
• Для протонов $w_R \approx 2-5$.
• Для нейтронов $w_R$ зависит от их энергии и варьируется от 5 до 20.
• Для альфа-частиц и тяжелых ионов $w_R = 20$.

Примеры:

1. Допустим, два органа получили одинаковую поглощенную дозу, равную $D = 0,1 \text{ Гр}$. Первый орган был облучен гамма-квантами, а второй — альфа-частицами.

Эквивалентная доза для первого органа составит: $H_γ = D \cdot w_{R,γ} = 0,1 \text{ Гр} \cdot 1 = 0,1 \text{ Зв}$.

Эквивалентная доза для второго органа составит: $H_α = D \cdot w_{R,α} = 0,1 \text{ Гр} \cdot 20 = 2 \text{ Зв}$.

Таким образом, при одинаковой поглощенной дозе биологический эффект от альфа-излучения будет в 20 раз сильнее, чем от гамма-излучения.

2. Нейтронное излучение, особенно быстрые нейтроны, также обладает высокой биологической эффективностью. При поглощенной дозе в 1 Гр от быстрых нейтронов ($w_R \approx 20$) эквивалентная доза будет 20 Зв, что соответствует очень тяжелому радиационному поражению, в то время как 1 Гр от бета-излучения ($w_R = 1$) даст эквивалентную дозу в 1 Зв, что соответствует легкой степени лучевой болезни.

Причиной таких различий является разная линейная передача энергии (ЛПЭ). Тяжелые частицы (альфа-частицы, нейтроны) теряют свою энергию на коротком участке пути, создавая очень высокую плотность ионизации и нанося значительные, часто невосстановимые, повреждения клеткам (например, множественные разрывы обеих цепей ДНК). Легкие частицы (электроны) и фотоны (гамма-кванты) имеют низкую ЛПЭ, их ионизирующий эффект распределен более равномерно по объему ткани, и у клеток есть больше шансов на восстановление.

Ответ: Разные виды ионизирующих излучений вызывают различный по величине биологический эффект при одинаковой поглощенной дозе. Например, альфа-излучение примерно в 20 раз биологически опаснее, чем гамма- или бета-излучение, при равной энергии, поглощенной тканью.