第十一次作业
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生物物理第十一次作业
1.什么是电离辐射和非电离辐射？什么是直接电离辐射和间接电离辐射？
答：能够通过初级和次级过程引起的电离事件的带电粒子或不带电粒子总称为电离辐射，简称辐射。
非电离辐射是指能量比较低，并不能使物质原子或分子产生电离的辐射。
直接电离辐射：高速运动的带电粒子：电子、质子、a粒子，直接引起分子或原子的电离，可直接破坏介质的原子结构，引起化学或生物变化。
间接电离辐射：不带电粒子： X射线、γ射线、中子，与物质相互作用时产生致电离粒子或引起核转变。
2.粒子辐射主要有哪些？基本性质如何？
答：粒子辐射主要有高速运动的基本粒子或由它们组成的原子核：
电子、质子、a粒子、中子、负π介子及各种带电重离子。
性质：
（1）电子：带一最小单位负电荷的粒子。
静质量：9.11×10-31kg，电荷：1.60×10-19C ，利用电子感应加速器可将其加速到高能，接近光速。
β或β+射线是高能负或正电子流。
（2）α粒子：即氦原子核，由两个质子和两个中子构成。
带两个正电荷。
（3）质子：即氢原子核。
带一正电荷。
宇宙射线中79%带电粒子为质子。
（4）中子：与质子质量相同，不带电荷。
根据中子能量高低可分为六类：高能中子快中子中能中子慢中子超热中子热中子
>10MeV 10KeV-10MeV 100eV-10KeV 0.025-100eV 1eV <0.5eV
（5）负π介子：介子质量介于电子与质子之间。
负π介子质量是电子质量的273倍，带负电荷。
直线或回旋加速器加速质子，高能质子束轰击重金属靶产生负π介子，其能量接近140MeV。
因此，反应所需质子能量必须高于此值。
质子能量越高，负π介子产额越高。
（6）重离子：指原子序数大于氦的被剥离轨道电子的原子核，带正电荷。
3.什么是吸收剂量？什么是传能线密度？
答：吸收剂量：授予单位质量物质（或被单位质量物质吸收）的任何致电离辐射的平均能量。
定义式为
单位为J/kg，戈瑞，符号为Gy. 曾用单位为rad.
1Gy = 1J/kg = 100 rad
传能线密度是指直接电离粒子在其单位长度径迹上损失的平均能量.
单位： J/m或KeV/µm.
dl，能量转移小于某一特定值Δ的历次碰撞造成的能量损
失为 LET为：Array
4.简述X
答：X
时，它和原子体系的电子相互作用而被吸收的过程，主要通过三种基本机制：（1）光电效
应（2）康普顿效应
（3）电子对生成
三种过程相对频率与受照射物质原子序数Z具有以下近似关系：光电效应： ~Z4 康普
顿效应 ~ Z 电子对产生 ~Z2
X射线和γ射线通过物质时，因光电效应、康普顿效应和电子对生成而逐渐损失能量，并最
终被物质吸收。
通过物质强度减弱服从指数规律。
中子是非带电粒子，不能产生如带电粒子具有的典型库仑相互作用，它与物质相互作用主
要通过与原子核碰撞产生。
因此，与具有相同质量和能量的带电粒子相比，中子的穿透力更强。
中子通过生物组织时，可能与组织的原子核发生以下五种相互作用中的一种或多种：
1. 弹性散射
2.非弹性散射
3.伴随其它粒子发射的非弹性散射
4.中子俘获
5.
散裂反应
各种过程或相互作用的重要性取决于中子的能量。
若中子能量足够，上述过程均有可能发生。
在生物组织内的散裂反应只有当中子能量高于20MeV 时才能发生。
带电粒子在物质中的电离和激发所致能量损失率：
1.与NZ 成正比，即物质密度越大，原子序数越高，能量损失率越大。
2.粒子净电荷ze 大，能量损失率也大。
3.与粒子速度成反比。
除直接电离与激发过程损失能量外，对于高速电子或β射线，还有一部分能量以韧致辐射形式损失，称为辐射损失。
韧致辐射所致的辐射能量损失率为： 韧致辐射能量损失率随粒子能量和吸收物质Z 值升高而迅速上升，随粒子质量的增大而迅速下降。
5.什么是水自由基？它们是如何形成的？各有何特性？
答：射线直接作用于水，引起水分子的电离和激发。
激发和电离的原初反应产生生物学上有重要意义的射解产物，统称为水自由基，形成过程 如下
：
特性：羟自由基OH•： 放射化学产额高，达2.6-2.7，扩散系数为2.3×10-5cm2/s,是氧化性自由基。
也是水辐解自由基中致伤能力最强的一种。
生物系统中OH·主要攻击多酚类化合物的邻-二羟基位置，生成 稳定的半醌。
由水辐解自由基的间接作用引起的有氧细胞失活中，OH·的贡献约占60%。
水合电子e-aq ：放射化学产额也OH·相似，但扩散速度比OH·快，同生物分子的反应能力也很强。
在中性水中，T1/2 = 2.3 ×10-4s. e-aq 是还原性自由基，在酸性条件下可与H+或H2O 反应形成H·，在有氧条件下易被氧捕获形成超氧阴离子
超氧阴离子与生物分子反应速率比OH·和e-aq 低几个数量级，扩散距离较长，有利于通过超氧歧化酶除去，因此直接损伤可能不重要，但体内产生的H2O2可能会与超氧阴离子反应形成OH·，致伤作用比超氧阴离子大得多。
6.水自由基与生物分子的主要反应有哪些？ 答：（1） 加成反应 OH·和H+都对DNA 分子碱基具有较大亲和力，对嘧啶碱基，它们主要加合于C5和C6双键，对嘌呤碱基，OH·主要加在咪唑杂环的7，8位双键，先打开双键，
∙→+--22O O e aq ∙
++→+∙--OH OH O O H O 2222
与C8结合，然后使咪唑开环。
OH·和H+与核酸碱基的加成反应是造成碱基损伤的主要原因。
（2）抽氢反应OH·因强氧化性，容易从生物分子上抽取一个氢原子，例如：DNA的脱氧戊糖C4上抽去H，造成C3或C5上的磷酸脂断裂。
这是辐射引起DNA链断裂的重要原因之一。
（3）电子俘获反应水合电子因其强还原性，能攻击-S-S-。
水合电子被二硫化物俘获后，形成不稳定的阴离子自由基，最后导致-S-S-断裂，这是电离辐射引起蛋白质、酶失活的一个重要化学过程。
7.简述单靶单击，单靶多击和多靶单击模型。
答：以生物大分子失活为例，规定辐射剂量D用单位体积内受照射物质的失活事件或击中数表示，靶体积为V，则每靶的平均击中数为VD。
靶子遭受n次击中的概率为根据能量吸收的随机性得到的简单物理表达。
生物学上，靶的失活只需一次击中就可发生，则靶存活的概率就是靶击中数为0（n=0)
的概率靶学说最基本表达式或指数存活方程
或单靶单击存活方程。
设D0为每靶平均发生一次击中的剂量，VD0=1
此时 S= e-1 = 0.37
即：D0就是使存活由1降至0.37的剂量，在此情况下（单击存活），D0=D37 D37意义：在此剂量时，平均每靶发生一次击中。
实际上只有63%的靶被击中，有37%的靶未被击中。
若必须发生n次击中靶的事件，才能导致分子或个体失活，那么，等于或小于（n-1)次击中的个体仍可存活，因此存活率为：
单靶多击方程。
多靶单击模型：假定每个细胞中存在二个或多个完全相同的靶，并且每个靶服从一击失活原则，击中N个靶中任一个靶的概率为
N个靶全部被击中的概率为
未被全部击中的概率，即存活概率为：多靶单击方程
8.举例说明如何计算靶体积与靶分子量。
答：靶学说和击中学说可估算生物系统的靶体积和靶分子量。
由单次单击方程可得：
一个以半对数坐标绘制的单次击中曲线，V的大小等于曲线斜率。
因此，给定一定剂量，并测出相应的存活率，可求得V值。
D37小则V大，靶越大，被击中的几率越大
进行靶体积计算时，需要给定两个条件：
1.将辐射剂量单位换算成“击中/cm3”或“击中/克”。
2.对发生一次击中事件所需的平均能量沉积值作出估计。
平均能量沉积值通常为50-200eV. 以60eV为例。
