Tiểu luận lý sinh: Đề tài: Tác dụng của bức xạ ion lên cơ thể người

Tác dụng của bức xạ ion lên cơ thể người
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Chúng ta đã biết chất phóng xạ luôn tồn tại quanh ta như một nền tảng của thế
giới tự nhiên. Nó tồn tại trong không khí chúng ta hít thở hàng ngày, trong nước chúng
ta sử dụng, trong thực phẩm ăn hàng ngày hay bất cứ nơi nào mà ta đang ngồi có vẻ sẽ
có một loại thiết bị gần đó chứa đựng một nguồn phát ra phóng xạ.
Hàng ngày, con người nhận được các bức xạ ion hoá từ các nguồn khác nhau
như: phóng xạ đến từ các tia vũ trụ, mặt trời và Trái đất; phóng xạ từ các thiết bị điều
trị y tế; phóng xạ của chính cơ thể con người hay lượng nhỏ phóng xạ rò rỉ từ các nhà
máy hạt nhân và điện than đá thải vào môi trường….. Trên thực tế những thảm hoạ
kinh hoàng đã và đang xảy ra trên thế giới có thể bắt nguồn từ những nguyên nhân
khác nhau trong đó không thể không nói đến phóng xạ. Song song với những thảm hoạ
gây ra bởi phóng xạ thì cũng với những tiến bộ của khoa học kĩ thuật ngày nay, phóng
xạ cũng được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khoa học như công nghiệp, nông nghiệp, y
sinh học, khai thác mỏ…..
Vậy, phóng xạ có ích hay chỉ nguy hiểm, để hiểu rõ hơn vấn đề này em đã chọn
đề tài: “Tác dụng của bức xạ ion lên cơ thể người” để cung cấp cho đọc giả kiến thức
về bức xạ ion và phân biệt được cơ chế tác dụng của bức xạ ion hoá lên cơ thể sống và
các mức độ tổn thương của cơ thể sống.
2. Mục tiêu nghiên cứu
-

Tìm hiểu về phóng xạ, bức xạ ion hoá.
Tìm hiểu cơ chế tác dụng của bức xạ ion hoá với vật chất sống.
Phân tích các tổn thương do bức xạ ion hoá gây ra.
3. Phương pháp nghiên cứu

-

Nghiên cứu, phân tích, tổng hợp các tài liệu.

NỘI DUNG
1. Khái niệm bức xạ ion hóa
Bức xạ là năng lượng phát ra từ các nguyên tử không ổn định ở dạng sóng điện
hoặc photon, hoặc dưới dạng các hạt hạ nguyên tử để trở nên ổn định hơn. Hạt nhân
1


Tác dụng của bức xạ ion lên cơ thể người
của các nguyên tử không ổn định tan rã hoặc phân rã khi chúng phóng ra năng lượng
dư thừa dưới dạng bức xạ.
Bức xạ gồm có bức xạ ion hoá và bức xạ không ion hoá môi trường vật chất.
Các bức xạ không ion hoá (như ánh sáng, nhiệt, radar và sóng vô tuyến) kích thích vật
chất đi qua nhưng không phá vỡ các liên kết phân tử và loại bỏ (hoặc loại bỏ) các
electron khỏi các nguyên tử. Mặt khác, bức xạ ion hoá (như tia X và tia vũ trụ) có thể
đi qua vật chất, phá vỡ các liên kết phân tử và loại bỏ (hoặc loại bỏ) các điện tử ra khỏi
nguyên tử để trở thành điện tích hoặc ion hoá. Bức xạ ion hoá bao gồm : các bức xạ
ion hoá trực tiếp đó là các hạt mang điện (electron, proton, hạt ….) có động năng đủ để
gây ra hiện tượng ion hoá do va chạm và các bức xạ ion hoá gián tiếp (các hạt neutron,
tia X, tia ) có thể giải phóng các hạt ion hoá trực tiếp hay biến đồi hạt nhân.
Như vậy, bức xạ ion hoá có thể hiểu là hiện tượng môi trường vật chất bức xạ ra
các ion âm, ion dương và các điện tử tự do một cách trực tiếp hay gián tiếp do sự
tương tác giữa các nguyên tử, phân tử của môi trường đó với các nguồn chiếu xạ có
năng lượng cao.
Người ta chia bức xạ ion hóa ra làm hai loại :
*
-

Hạt vi mô có khối lượng tĩnh
Gồm các hạt vi mô có khổi lượng tĩnh nhất định, có tích điện hoặc không tích điện :

Hạt vi mô hay gặp nhất là điện tử (electron, negatron). Hạt điện tử có khối
lượng tĩnh rất nhỏ, chỉ bằng 1/1840 khối lượng của hạt nhân Hidro và mang 1
đơn vị điện tích (đvđt) âm. Điện tử cấu tạo chuyển động trên các quỹ đạo của nguyên
tử còn điện tử tự do tồn tại trong vật chất dưới dạng chuyển động nhiệt. Điện tử cũng

-

có thể được phát ra từ hạt nhân nguyên tử do phân ra beta âm.
Hạt proton có khối lượng bằng 1 đơn vị khối lượng nguyên tử (1đvC) và mang 1 đvđt

-

dương. Hạt proton là một trong hai hạt cơ bản cấu tạo nên hạt nhân nguyên tử.
Hạt alpha có khối lượng và điện tích lớn nhất trong số các hạt vi mô. Nó có thể được
phát ra từ hạt nhân nguyên tử qua sự phân rã phóng xạ, có cấu tạo như hạt nhân
nguyên tử Helium (He) tức là có 4 đơn vị khối lượng và 2 đơn vị điện tích dương hay

-

gồm 2 proton và 2 neutron liên kết lại.
Đặc biệt là hạt neutron có khối lượng là 1 đvC và không mang điện, do đó có một số

đặc điểm khác với các hạt trên khi tương tác với vật chất.
* Photon năng lượng cao

2


Tác dụng của bức xạ ion lên cơ thể người
Đó là các bức xạ có bản chất là các sóng điện từ như ánh sáng. Chúng không có

khối lượng tĩnh và không mang điện. Năng lượng của photon được thể hiện trong bước
sóng của nó theo công thức :
E=h.f hay E=h.c/
Trong đó : f là tần số ;
là bước sóng ;
h là hằng số Planck ;
c là tốc độ lan truyền của photon trong chân không
Photon năng lượng cao là các photon gamma và tia X (tia Rơnghen).
2. Các nguồn phát bức xạ
Nguồn phát ra bức xạ là khối vật chất được chế tạo có chứa đồng vị phóng xạ,
phát ra bức xạ ion hóa đặc trưng. Bức xạ phát ra có thể là một hoặc nhiều thành phần
gồm các tia gamma, hạt alpha, hạt beta, và neutron. Có thể phân chia thành hai loại
nguồn phát bức xạ ion hoá chính : bức xạ tự nhiên và bức xạ nhân tạo. Bức xạ tự nhiên
là những nguồn bức xạ có sẵn trong tự nhiên phát ra từ bức xạ vũ trụ, bức xạ của các
đồng vị có sẵn trong không khí và mặt đất. Ngoài ra, nó còn có thể có trong thức ăn,
nước uống, vật dụng đồ đạc hay từ chính cơ thể con người. Bức xạ nhân tạo là các
nguồn phát tia hay từ phản ứng hạt nhân.
2.1. Bức xạ tự nhiên
Hàng ngày, con người phải nhận một lượng bức xạ từ môi trường xung quanh
chiếu vào từ 4 nguồn chính: bức xạ vũ trụ (8%), bức xạ nền đất đá (8%), bức xạ không
khí (chủ yếu khí Randon: 55%), nhiễm xạ tự nhiên trong cơ thể (trong thức ăn, nước
uống: 11%).
2.1.1. Bức xạ vũ trụ
Các bức xạ proton, alpha,…. năng lượng cao rơi vào khí quyển trái đất từ không
gian bên ngoài gọi là các bức xạ vũ trụ. Bức xạ vũ trụ đến từ mặt trời và dải thiên hà
nhưng hầu hết bị cản lại bởi bầu khí quyển bao quanh trái đất. Liều chiếu do bức xạ vũ
trụ không đồng đều ở các vùng địa lý khác nhau, phụ thuộc vào độ cao và vĩ độ. Trên
đỉnh núi cao cường độ phóng xạ lớn hơn nhiều so với mặt biển. Ví dụ : suất liều trung
bình của bức xạ vũ trụ ở vùng xích đạo, ngang mặt nước biển là 0,2 mSv/năm, trong
khi đó ở nơi cao 3000m, suất liều lên tới 1 mSv/năm.

Bức xạ vũ trụ từ thiên hà

3


Tác dụng của bức xạ ion lên cơ thể người
Chúng được sinh ra từ các vật thể vũ trụ rất xa trái đất, thành phần bao gồm
92,5% là các hạt proton năng lượng cao, khoảng 7% là các hạt alpha và các hạt ion
nặng hơn, phần còn lại là các electron, photon và neutron.
Bức xạ vũ trụ từ mặt trời
Chúng được sinh ra từ các vụ nổ trong mặt trời và thay đổi theo chu kì hoạt
động của mặt trời. Chúng tương tác với hạt nhân nguyên tử không khí và tạo ra những
tia bức xạ thứ cấp bao gồm electron, neutron, proton, gamma…. với năng lượng tương
đối thấp, vào khoảng 400 MeV và có cường độ rất lớn 106-107 hạt/cm2.s. Con người
chủ yếu bị chiếu xạ bởi những tia bức xạ thứ cấp.
2.1.2. Bức xạ từ nền đất đá
Được tạo ra do trong đất đá có các phóng xạ mà chủ yếu là các họ Uranium,
Thorium và các hạt nhân phóng xạ nhẹ khác như K 40, Rb87…. liều trung bình cho bức
xạ nền đất khoảng 0,45 mSv/năm, tuy nhiên nó cũng có thể đạt đến 1,8 mSv/năm và
nhiều nơi trên trái đất có thể lên đến 16 mSv/năm.
2.1.3. Bức xạ không khí
Chủ yếu tạo ra do phân rã một số nguyên tố phóng xạ tự nhiên có trong đất, đá.
Khí phóng xạ (chủ yếu là Radon) được sinh ra do phân rã của Randium-226. Trong
nhà nồng độ khí Randon có thể cao hơn gấp nhiều lần so với ngoài trời. Radon và các
sản phẩm phân rã sống ngắn của nó (218Po,214Pb,214Bi,214Po) xâm nhập vào cơ thể sẽ gây
chiếu xạ ở phổi và đường hô hấp. Liều trung bình do Radon tạo ra khoảng 2 mSv/năm.
2.1.4. Bức xạ từ thức ăn, nước uống
Được tạo ra do các chất phóng xạ tự nhiên thâm nhập vào cây cỏ và động vật.
Trong thức ăn, nước uống có chứa một lượng nhất định các chất phóng xạ như
Postasium, Radium, Thorium và Cacbon-14. Liều chiếu do bức xạ loại này thường

nhỏ, khoảng 0,1 mSv/năm.
Tổng liều bức xạ tự nhiên (trừ Radon) trung đối với một người khoảng 1-2
mSv/năm. Radon trong nhà tạo ra liều bổ sung 1-3 mSv/năm. Trong đó, chỉ có Radon
là nguồn phóng xạ độc hại có thể gây ung thư phổi, còn lại bức xạ tự nhiên khác không
gây hại đối với sức khoẻ con người, nó là một phần của tự nhiên và tạo hoá.

4


Tác dụng của bức xạ ion lên cơ thể người
2.2. Bức xạ nhân tạo
Bức xạ nhân tạo do con người tạo ra bao gồm : tia X tạo ra từ các thiết bị phát
tia va tia phóng xạ tạo ra từ chất phóng xạ nhân tạo được điều chế từ các lò phản ứng
hạt nhân. Bức xạ nhân tạo được ứng dụng chủ yếu trong các lĩnh vực như sinh học, y
học, công nghiệp, nông nghiệp, quân sự và trong nghiên cứu.
2.2.1. Chiếu xạ y tế
Trong lĩnh vực y tế hiện nay đang sử dụng khá phổ biến các nguồn bức xạ để
phục vụ việc chẩn đoán, điều trị bệnh (đặc biệt là điều trị ung thư) đó là tia X tạo ra từ
máy phát tia trong X quang chẩn đoán, máy xạ trị và dược chất phóng xạ... Theo báo
cáo của ICRP, liều trung bình mà một người phải nhận được từ các nguồn bức xạ nhân
tạo mà chủ yếu từ y tế trên thế giới là 0,6 mSv/năm. Vì thế, đây cũng được xem là
“con dao hai lưỡi” bởi nếu không được đầu tư trang thiết bị đủ điều kiện an toàn và
kiểm soát chặt chẽ thì đây lại là một tác hại rất nguy hiểm đối với nhân viên y tế,
người bệnh và môi trường.
Bảng 1. Liều lượng do chiếu xạ y học.
Nguồn gốc
X-quang và chuẩn đoán

mSv/năm
0.60

X-quang và phóng xạ điều trị

0.03

Chuẩn đoán y học hạt nhân

0.002

Điều trị y học hạt nhân

<1

Hiện nay, trong y tế, các nguồn phóng xạ được sử dụng để chuẩn đoán và điều
trị bệnh. Có thể phân nguồn phóng xạ trong lĩnh vực y tế thành 2 loại:
Nguồn từ máy X-quang, nghĩa là dùng chùm tia X có cường độ tương đối
mạnh chiếu nhanh trong thời gian ngắn dùng trong chụp hình giúp cho việc chẩn đoán
bệnh. Ngoài ra còn có nguồn từ máy phát tia X, các nguồn phóng xạ phát ra các chùm
tia tương đối yếu và được chiếu liên tục trong soi hình.
Nguồn từ việc sử dụng các đồng vị phóng xạ để điều trị bệnh. Nguồn này lại
được chia làm 2 loại: nguồn kín và nguồn hở.
+

Nguồn kín: là các máy có sử dụng đồng vị phóng xạ như máy xạ trị Cobatl, máy gia
tốc điện tử tuyến tính tạo chùm electron hay tia X với năng lượng 4-25MeV, dao phẫu
thuật bằng tia gamma...
5


Tác dụng của bức xạ ion lên cơ thể người

+

Nguồn hở: là các chất phóng xạ được đưa trực tiếp vào trong cơ thể qua đường tiêu
hóa hoặc tiêm để chẩn đoán và chữa trị bệnh (hay còn gọi là phương pháp điều trị
chiếu trong) bằng cách tiêm hoặc uống. Các nguồn này thường phát ra năng lượng bức
xạ beta.
Bảng 2. Một số đồng vị phóng xạ sử dụng trong y tế.
Đồng vị phóng xạ
Bi-213 (46 m)
Co-60 (5,27 y)
Ho-166(26h), Cu-64 (13 h)
I-125 (60d)
Ir-192 (74 d), Pd-103 (17 d)
Fe-59 (46 d)
Lu-177 (6,7 d), I-131 (8 d)
P-32 (14 d), Y-90 (64 h)
Re-186 (3,8 d), Sm-153 (47 h), Sr-89

Phát ra bức xạ
Anpha
Gamma

Ứng dụng
Điều trị ung thư
Xạ trị ngoài, khử trùng
Chẩn đoán, điều trị
Chẩn đoán
Xạ trị trong
Chẩn đoán
Gamma

Chụp ảnh
Beta
Xạ trị
Beta, gamma yếu Giảm đau

(50 d)
C-11, N-13, O-15, F-18, Cu-64 (13 h)
Positron
Trong máy pet chẩn đoán
Mặc dù, các nguồn chiếu xạ này được dùng để chẩn đoán và điều trị bệnh cho
con người song ít nhiều nó vẫn có những ảnh hưởng không tốt đến sức khỏe của bệnh
nhân và cả những nhân viên kĩ thuật làm việc trực tiếp với nó.
Khi chiếu một liều bức xạ nhất định lên bệnh nhân trong chuẩn đoán hay điều
trị thì ít nhiều các tia bức xạ ấy cũng ảnh hưởng đến các tế bào xung quanh vùng chiếu
thậm chí một số trường hợp vùng ảnh hưởng rất lớn. Các tế bào khi bị chiếu sẽ dẫn
đến giảm chức năng hoặc có thể bị hoại tử ảnh hưởng đến sức khỏe của con người.
Trong quá trình điều trị ở bệnh nhân có thể xuất hiện một số triệu chứng đi kèm: mệt
mỏi, thay đổi trên da, ăn mất ngon, nổi ban đỏ, rụng lông tóc…
Ngoài bệnh nhân thì chính những nhân viên làm việc nhiều năm với chất phóng
xạ cũng chịu nhiều ảnh hưởng với những triệu chứng như trên, nhiều trường hợp bị
mắc các bệnh ung thư…
2.2.2. Trong công nghiệp
Công nghệ kĩ thuật ngày càng phát triển cùng với đó là những ứng dụng của kỹ
thuật hạt nhân trong công nghiệp cũng ngày càng đa dạng và phổ biến. Người ta sử
dụng kỹ thuật nguồn kín để xây dựng các hệ đo và tự động hóa trong các dây truyền
sản xuất của các nhà máy công nghiệp, chẳng hạn:
6


Tác dụng của bức xạ ion lên cơ thể người

-

Đo mức cho các bể đựng phối liệu, đo độ ẩm và mật độ của sản phẩm giấy trong các

-

nhà máy sản xuất giấy;
Đo mức chất lỏng trong các bể đựng phối liệu của nhà máy sản xuất xi măng;
Đo mức trong các hộp sản phẩm của các nhà máy sản xuất bia và nước giải khát;
Đo độ dày sản phẩm của các nhà máy sản xuất vật liệu sắt thép;
Các hệ đo phóng xạ trong các giếng khoan của công nghiệp dầu khí.
Bên cạnh kỹ thuật nguồn kín, kỹ thuật nguồn hở hay đồng vị phóng xạ đánh dấu
cũng được sử dụng phổ biến. Chẳng hạn, việc tối ưu hóa quy trình và thời gian pha
trộn phế liệu trong các dây chuyền của các nhà máy sản xuất xi măng, nhà máy hóa
chất, v.v... Trong lĩnh vực khai thác dầu khí, kỹ thuật đánh dấu phóng xạ được sử dụng
để xác định mặt cắt nước bơm ép trong các giếng bơm ép, nghiên cứu hiện tượng ngập
lụt trong các giếng khai thác của mỏ dầu bạch hổ. Hay kĩ thuật chụp gamma sử dụng
để soi hành lý tại các sân bay.
2.2.3. Trong nông nghiệp
Việc ứng dụng bức xạ và đồng vị phóng xạ được ứng dụng chủ yếu trong 6 lĩnh
vực, bao gồm: chọn tạo giống cây trồng, nông hóa, thổ nhưỡng, bảo quản và chế biến
(12,64). Tại Việt Nam, ứng dụng năng lượng nguyên tử trong nông nghiệp còn hạn
chế, tự phát, chủ yếu áp dụng trong chọn tạo giống đột biến, chiếu xạ nông sản cho
kiểm dịch thực vật.
2.2.4. Tro bụi phóng xạ
Được tạo ra chủ yếu do các vụ nổ hạt nhân gồm:
Các chất phân hạch không được sử dụng hoặc mới được tạo ra do tương tác với
neutron như Pu239 theo phản ứng (n, U238).

-

Các sản phẩm phân hạch.
Triti trong các động cơ nhiệt lạnh.
Các sản phẩm kích hoạt tạo nên ở lớp vỏ của động cơ như: Fe 56, Zn65, Mn54, Co60,

-

Rn102, W185.
Các sản phẩm kích hoạt tạo ra trong môi trường xung quanh, nhất là vụ nổ xảy ra trong
lòng đất hoặc trên mặt đất (Si 21, Al28, Na24, Zn65, Fe55, Mn54) và C14 tạo nên bởi phản
ứng N14(n,p)C14.
Các tro bụi phóng xạ tung lên khí quyển rồi rơi từ từ xuống mặt đất dưới dạng
các hạt nhỏ. Thời gian lưu lại trong khí quyển của chúng có thể kéo dài vài năm đến
vài chục năm sau, phụ thuộc vào các vụ nổ và điều kiện thời tiết. Theo Hiroaki Kato và
7


Tác dụng của bức xạ ion lên cơ thể người
Yuichi Onda (2014), ngay sau vụ nổ nhà máy điện ở Fukushima Daiichi (Nhật Bản)
năm 2011, một lượng lớn chất phóng xạ thoát ra ngoài môi trường. Thồng qua việc
nghiên cứu lượng nước mưa có phóng xạ tác giả chỉ ra rằng vẫn còn khoảng 60%
lượng phóng xạ

137

Cs còn tồn lưu trong tán cây rừng đánh giá sau sự cố nổ nhà máy

điện hạt nhân 5 tháng. Lượng phóng xạ phát tán này tác động xấu đến môi trường và
sức khỏe con người. Theo báo cáo của Tổ chức Y tế thế giới (2012) về mức liều
phóng xạ sau vụ nổ ở Fukushima (Nhật Bản) thì dải liều ở vùng trung tâm vụ nổ trong

năm đầu tiên là 10 - 50 mSv, các phần còn lại của tỉnh này từ 1 - 10 mSv, cao hơn hàng
chục lần so với vùng không ô nhiễm phóng xạ (bình thường từ 0,1 - 1 mSv).
3. Hiện tượng phóng xạ, bản chất của tia phóng xạ
3.1. Định nghĩa hiện tượng phóng xạ
Hiện tượng một hạt nhân không bền vững tự phát phân rã, đồng thời phát ra các
tia phóng xạ và biến đổi thành hạt nhân khác được gọi là hiện tượng phóng xạ. Hiện
tượng phóng xạ xảy ra một cách tự phát, hình thành do nguyên nhân bên trong (do tỷ
lệ giữa proton và neutron), tức là do cấu tạo của hạt nhân gây nên, do đó, mọi tác động
từ bên ngoài như áp suất, nhiệt độ, lực… không ảnh hưởng tới quá trình phóng xạ.
Hạt nhân không bền bị phân rã được gọi là hạt nhân mẹ, hạt nhân sau biến đổi
gọi là hạt nhân con.
A

(, , ..)

+

B

(hạt nhân mẹ)

(hạt nhân con)

Để biết được tia phóng xạ gồm những tia nào, người ta tiến hành thí nghiệm
cho chùm tia phóng xạ đi vào trong điện trường của tụ điện, phát hiện trong chùm tia
phóng xạ có những loại tia phóng xạ sau:
+
+

Có 1 loại tia đi thẳng, không bị lệch, không mang điện tích, đó là tia .

Có 1 loại tia hơi lệch về bản âm của tụ điện chứng tỏ mang điện dương,

đó là tia .
+ Có 1 loại tia lệch nhiều về bản âm của tụ điện, cũng chứng tỏ mang điện
dương, đó là tia +.
+ Có 1 loại tia lệch nhiều về bản dương của tụ điện, chứng tỏ mang điện
âm, đó là tia -.

8


Tác dụng của bức xạ ion lên cơ thể người
3.2. Các dạng phân rã phóng xạ thường gặp. Bản chất các tia phóng xạ
Các dạng phân rã thường gặp là : phân rã beta âm, phân ra beta dương, phân rã
alpha và phát xạ tia gamma từ hạt nhân.
*

Phân rã beta âm – negatron( -)
Trong điều kiện nhất định, một số nguyên tố hóa học nhất định trong hạt nhân
có số neutron nhiều hơn số proton có thể xảy ra hiện tượng biến một neutron thành
một proton đồng thời phát ra một hạt eclectron (hạt -).
Phương trình biến đổi của phân rã :
A
A
ZX
Z+1Y + + Q
Bản chất của phân rã này:
n p+ +Q
Bức xạ - (negatron) dẫn đến việc tăng điện tích hạt nhân lên một đơn vị nhưng

không làm thay đổi số khối của nó.
* Phân rã beta dương – Pozitron (+)
Trong hạt nhân của những đồng vị có số proton nhiều hơn số neutron có thể xảy
ra hiện tượng biến một proton thành một neutron đồng thời phát hiện ra hạt pozitron
(+). Hạt pozitron có khối lượng đúng bằng khối lượng của điện tử, điện tích bằng điện
tích của điện tử nhưng trái dấu (một điện tích nguyên tố dương), vì vậy nó được gọi là
điện tử dương (e+).
Phương trình biến đổi của phân rã + được viết như sau:
A
A
+
ZX
Z-1Y + + Q
Bản chất của phần này là :
p n+ + +Q
Bức xạ + dẫn đến việc giảm điện tích hạt nhân đi một đơn vị nhưng không làm
thay đổi số khối của nó.
Việc trình bày phương trình biến đổi và bản chất của các phân rã - , + như trên
lúc đầu được chấp nhận vì nó phù hợp với các kết quả thực nghiệm thời đó. Sau này đi
sâu vào việc giải thích phổ năng lượng liên tục của các tia

+

,- phát ra từ mọi nguồn

phóng xạ. Năm 1931, Paoli đã đưa ra giả thuyết là trong các hiện tượng phân rã beta
âm, beta dương; ngoài hạt nhân positron hoặc electron thì từ hạt nhân còn phát ra một
hạt khác, gọi là neutron (v). Hạt này không mang điện, khối lượng tĩnh bằng 0. Năm
1957, người ta đã ghi nhân được hạt notrino và giả thuyết cảu Paoli được chấp nhận.
Như vậy,bản chất của các phân rã là sự biến đổi tương hỗ giữa n và p theo các phản

ứng sau:
9


Tác dụng của bức xạ ion lên cơ thể người
p n+ + + v + Q
n p+ - + v + Q
* Phân rã alpha ()
Loại phân rã này chỉ xảy ra trong phạm vi các hạt nhân của những nguyên tố có
khối lượng nguyên tử lớn. Trong quá trình này, từ hạt nhân phát ra hạt alpha (). Hạt là
hạt nhân của nguyên tử Heli được tạo thành bởi mối liên kết mạnh giữa một cặp proton
và một cặp neutron. Bởi vậy, sự phân rã này dẫn đến việc làm giảm khối lượng và
điện tích của hạt nhân một cách đáng kể (khối lượng giảm 4, điện tích giảm 2).
Phương trình biến đổi của phân rã là:
A
A-4
+ 2He4 +Q
ZX
Z-2Y
Q là năng lượng phát ra thể hiện dưới dạng động năng của các hạt . Các hạt
phát ra từ cùng một loại phân rã của cùng một loại hạt nhân có năng lượng giống nhau.
Đó là đặc điểm đơn năng của chùm tia alpha.
*

Phát xạ tia gamma ( ) từ hạt nhân
Trường hợp hạt nhân chuyển từ trạng thái bị kích thích về trạng thái cơ bản hay
về trạng thái bị kích thích ứng với mức năng lượng thấp hơn, từ hạt nhân sẽ phát ra tia
gamma (còn gọi là lượng tử gamma, hay photon gamma (-). Bản chất tia là sóng điện
từ có bước sóng cực ngắn. Vì vậy, quá trình phát tia không làm thay đổi thành phần
cấu tạo của hạt nhân mà chỉ làm thay đổi trạng thái năng lượng của nó.

Đa số các hạt nhân mới tạo thành sau các phân rã , … đều ở trạng thái bị kích
thích. Vì vậy, sau các phân rã này thường có phát ra tia gamma. Do đó cần chú ý rằng
khi có hiện tượng phóng xạ xảy ra ở một hạt nhân, hạt nhân đó có thể bị biến đổi nhiều
hơn một lần, do đó có thể phát ra nhiều tia phóng xạ.
 Bản chất của tia phóng xạ

Bản chất của tia phóng xạ là các dòng hạt chuyển động nhanh phóng ra từ các
chất phóng xạ.
+

Tia alpha (): chùm hạt nhân của nguyên tử Heli, tốc độ của tia là khoảng
20.000 km/s.

+

Tia beta: chùm các hạt electron hoặc phản hạt electron (positron), được
phóng ra với vận tốc lớn hơn nhiều, khoảng 100.000 km/s.

+

Tia gamma: là dòng các hạt photon, không mang điện tích, có bản chất
gần giống ánh sáng nhưng bước sóng nhỏ hơn, chuyển động với tốc độ
ánh sáng.
10


Tác dụng của bức xạ ion lên cơ thể người
4. Tương tác của bức xạ ion hóa với vật chất sống
Mọi bức xạ ion hóa, dù là dạng photon hay các hạt vi mô đều mang theo những
giá trị năng lượng nhất định, vì vậy khi gặp vật chất năng lượng đó sẽ được truyền cho

nguyên tử hoặc phân tử của vật chất. Sự tương tác này gây ra những hệ quả về vật lý,
hóa học, sinh học. Trước hết ta khảo sát về phương diện vật lý.
Nhìn chung, có hai phương thức cơ bản về phương diện vật lý để chuyển giao
năng lượng từ tia qua vật chất: kích thích và ion hóa vật chất
*

Kích thích là quá trình nguyên tử hoặc phân tử hấp thụ một giá trị năng lượng từ tia rồi
chuyển đến một trạng thái năng lượng mới không bền vững (trạng thái kích thích) mà
không kéo theo bất cứ sự tách rời (bứt) mọt hạt vi mô cấu tạo nào. Nguyên tử hoặc
phân tử kích thích đó rất dễ dàng và nhanh chóng phát xạ năng lượng đã hấp thụ được
dưới dạng những photon, bức xạ nhiệt hoặc phản ứng hóa học để trở về trạng thái ban

đầu.
* Ion hóa là quá trình năng lượng từ tia tới làm bật điện tử quỹ đạo của nguyên tử hoặc
phân tử thành phần của vật chất. Từ đó tạo ra một cặp ion: ion âm (hoặc điện tử) và
ion dương (phần còn lại của nguyên tử hoặc phân tử). Năng lượng trung bình để tạo
một cặp ion trong không khí là 30 ± 5eV, trong chất bán dẫn khoảng 3eV.
4.1. Tương tác của hạt vi mô tích điện đối với vật chất
Khi chùm hạt vi mô tích điện tương tác với vật chất, bản thân hạt vi mô hoặc
điện trường của nó có thể tương tác với điện tử trên quỹ đạo hoặc với hạt nhân của
nguyên tử vật chất, đó là các hạt vật chất có khối lượng và điện tích nhất định. Vì vậy,
lực tác dụng ở đậy là lực tĩnh điện F. Giữa hai điện tích q và q ’ đó sẽ xuất hiện lực hút
nếu chúng trái dấu và lực đẩy nếu cùng dấu. Độ lớn của F tỷ lệ nghịch với bình
phương khoảng cách d giữa 2 điện tích:
F = k.q.q’/d2
Như vậy, xác suất tương tác phụ thuộc vào mật độ, kích thước và điện tích của
hạt tới đồng thời phụ thuộc vào cả mật độ, kích thước và điện tích của các thành phần
cấu tạo vật chất.

11

Tác dụng của bức xạ ion lên cơ thể người
4.1.1. Tương tác của bức xạ alpha () đối với vật chất
Khi hạt đi qua môi trường vật chất nó sẽ tương tác với các nguyên tử của vật
chất và đánh bật điện tử ra khỏi nguyên tử. Điện tử bị đánh bật ra mang điện tích âm,
gọi là ion âm còn nguyên tử bị mất điện tử nên mang điện tích dương, gọi là ion
dương. Đó là hiện tượng ion hóa vật chất. Trong môi trường không khí, năng lượng
cần thiết để tạo ra một cặp ion mang điện tích trái dấu là 32,5eV. Một electron vôn
(1eV) là năng lượng của một điện tử có được khi qua thế hiệu 1 vôn với khoảng cách
hai điện cực là 1 centimet.
Nếu năng lượng của hạt chưa đủ để đánh bật điện tử ra khỏi quỹ đạo của nó thì
hạt chỉ làm cho điện tử chuyển động từ mức năng lượng thấp lên mức năng lượng cao,
tức là hạt đã gây ra hiện tượng kích thích điện tử. Quá trình hạt trực tiếp gây ra hiện
tượng ion hóa thì gọi là sự ion hóa trực tiếp, còn điện tử sau khi bị đánh bật ra nếu có
năng lượng cao lại gây ra sự ion hóa nguyên tử tiếp theo gọi là sự ion hóa gián tiếp.
4.1.2. Tương tác của hạt beta (-) đối với vật chất
Hạt - cũng giống như hạt , khi va chạm với nguyên tử vật chất sẽ gây ra hiện
tượng ion hóa hoặc hiện tượng kích thích. Khả năng ion hóa của hạt - yếu hơn nhiều so
với hạt vì hạt - có điện tích ít hơn so với hạt .
Ví dụ: Hạt và hạt - có cùng một mức năng lượng là 1MeV nhưng hạt tạo ra
được 7500 cặp ion trên 1mm đường đi còn hạt - chỉ tạo được 53 cặp ion trên 1Cm
đường đi của nó.
4.1.3. Tương tác của neutron (n) đối với vật chất
Hạt neutron trung hòa về điện không có khả năng ion hóa và vì thế nó có thể xuyên
qua nhiều lớp vỏ điện tử để tiến đến gần hạt nhân nguyên tử theo 3 kiểu sau đây:
-

-

Kiểu khuếch tán đàn hồi, chủ yếu xảy ra đối với neutron trung gian có
E= 1keV 500 keV. Trong khuếch tán đàn hồi, neutron truyền một phần năng
lượng cho hạt nhân nguyên tử, sau đó neutron bị đổi hướng và năng lượng giảm dần.
Kiểu khuếch tán không đàn hồi xảy ra đối với neutron nhanh có
E= 1MeV 10MeV. Sau khi tương tác với hạt nhân nguyên tử, làm cho hạt nhân
nguyên tử bị kích thích còn bản thân neutron cũng bị đổi hướng và năng lượng giảm
dần.

12


Tác dụng của bức xạ ion lên cơ thể người
-

Kiểu thâu đoạt neutron xảy ra đối với neutron nhiệt có E=0,025eV. Khi hạt nhân thâu
đoạt neutron nó sẽ trở thành hạt nhân mới và ở trạng thái kích thích. Sau đó hạt nhân
bị vỡ ra (hay bị phân hạch) thành hai hạt nhân kèm theo sự phát ra hạt neutron.
4.2. Tương tác của photon năng lượng cao (tia và tia X) đối với vật chất
Tùy theo mức năng lượng của tia mà nó tương tác với vật chất theo 1 trong 3
hiệu ứng sau:
4.2.1. Hiệu ứng quang điện
Đó là hiện tượng các điện tử
bị bứt ra khỏi lớp vỏ điện tử của
nguyên tử do tác dụng của tia
hoặc tia X. Khi điện tử nằm trên
quỹ đạo dừng, nó có một năng
lượng liên kết

xác định (bằng

công ion hóa). Như vậy, muốn bứt
điện tử ra khỏi quỹ đạo, tia (tia X)
phải có năng lượng lớn hơn .
Trong hiệu ứng này, tia tương tác
với điện tử quỹ đạo và trao toàn bộ
năng lượng của nó (E = h.) cho điện tử. Năng lượng này một phần dùng làm công ion
hóa, phần còn lại dùng làm động năng E đ cho điện tử: h. = + E đ. Vì photon có năng
lượng thấp nên không thể xuyên sâu mà chỉ va chạm với điện tử (e -) ở vành ngoài.
Photon đã truyền toàn bộ năng lượng cho điện tử và đánh bật điện tử ra khỏi quỹ đạo
của nó để trở thành điện tử tự do, gọi là quang điện tử. Quang điện tử có thể đóng vai
trò hạt điện tích và tiếp tục ion hoá các nguyên phân tử khác. Hiệu ứng quang điện phụ
thuộc vào số Z và năng lượng của photon, xác suất hiệu ứng s photo ~ Z5/E7/2, dễ xảy ra
với các photon có năng lượng không lớn (£ 0,1MeV).
Hiệu ứng quang điện đặc biệt có ý nghĩa đối với chất có số Z lớn, khi đó xác
suất hiệu ứng đáng kể ngay cả ở năng lượng cao. Còn ở những chất có số khối bé, hiệu
ứng quang điện chỉ có ý nghĩa với năng lượng thấp. Những nhân phóng xạ có tia
gamma có năng lượng thấp không ứng dụng được trong đo lường vì chúng bị làm yếu
ngay do hiệu ứng quang điện.
13


Tác dụng của bức xạ ion lên cơ thể người
4.2.2. Hiệu ứng Compton
Compton là người đầu tiên phát hiện thấy rằng photon có năng lượng trong
khoảng 0,1-2 MeV đi qua vật chất sẽ tương tác với điện tử tự do có trong đó. Điện tử
này nhận toàn bộ năng lượng
hv của photon tới và giữ lấy
một phần làm động năng của
mình để dịch chuyển, phần
còn lại sẽ phát ra dưới dạng

một photon khác có tần số
nhỏ hơn (năng lượng thấp
hơn) và có một hướng truyền
làm thành một góc với hướng
truyền của photon tới. Do có
năng lượng cao hơn so với
hiệu ứng quang điện nên
photon không những bị đánh
bật điện tử ra khỏi quỹ đạo của nó mà photon còn bị mất một phần năng lượng và bị
lệch hướng. Người ta gọi chúng là điện tử lùi và photon thứ cấp của hiệu ứng
Compton. Thuật ngữ “tán xạ”nói lên trạng thái photon khi va chạm với vật chất bị
chuyển hướng. Tán xạ compton xảy ra khi photon tương tác với một điện tử ở lớp
ngoài của nguyên tử. Photon sẽ truyền cho điện tử năng lượng đủ để điện tử bật ra khỏi
nguyên tử, còn bản thân photon bị giảm năng lượng và lệch hướng với một góc q nhất
định.

4.2.3. Hiệu ứng tạo cặp electron (e-) và pozitron (e+).
Những photon có năng lượng lớn và lớn hơn 1.02 MeV có thể gây ra hiệu ứng
tạo cặp: khi những photon đến gần hạt nhân có số Z lớn, chúng tương tác với trường
14


Tác dụng của bức xạ ion lên cơ thể người
hạt nhân và biến mất, đồng thời
xuất hiện một cặp electron (e-) và
pozitron (e+). Như vậy, năng lượng
của photon đã chuyển hóa thành 2
hạt e+ và e- cùng động năng của
chúng. Chứng tỏ, các electron (e-)
và pozitron (e+) được tạo ra trong

hiệu ứng này có động năng. Chính
chúng sẽ tương tác với vật chất và
gây quá trình ion hóa tiếp tục, do đó
sẽ giảm dần động năng rồi chuyển
về dạng chuyển động nhiệt.
5. Cơ chế tác dụng của bức xạ ion hoá lên cơ thể
Đã từ lâu con người biết đến tác dụng của bức xạ ion lên các tổ chức sinh học
và hậu quả của nó. Những hiểu biết sâu sắc về cơ chế tác dụng, các yếu tố ảnh hưởng
đến hậu quả tác dụng đó làm cho con người có thể lợi dụng hoặc ngăn ngừa, hạn chế
tác dụng sinh học do bức xạ ion hóa. Quá trình truyền năng lượng bức xạ lên tổ chức
sinh học và gây tác dụng ở đó rất phức tạp. Hiện nay người ta vẫn cho rằngcó hai cơ
chế tác dụng của bức xạ ion hóa lên tổ chức sinh học.
5.1. Tác dụng trực tiếp
Năng lượng bức xạ được truyền trực tiếp cho các phân tử sinh học mà chủ yếu
là các đại phân tử hữu cơ, gây nên các tổn thương về cấu trúc, chức năng và tạo tiền đề
cho tổn thương tiếp theo. Sự biến đổi trong cấu trúc của các đại phân tử sinh học ảnh
hưởng tới tốc độ các phản ứng hoá sinh. Các phản ứng hoá học xảy ra giữa các phân tử
bị tổn thương hoặc bị kích thích tạo ra các phân tử mới và lạ đối với tổ chức sinh học,
đa số là chất độc có hại. Các hiệu ứng về nồng độ, tác dụng của nhiệt độ, cơ chế tác
dụng của một số chất bảo vệ đã chứng minh cho quan điểm tác dụng trực tiếp.
Bức xạ tác dụng lên protein làm tổn thương cấu trúc và chức năng điều khiển
của tế bào, tác dụng lên lipid làm tổn thương màng tế bào, giảm dẫn truyền xung động
thần kinh, giảm tính thấm, ảnh hưởng màng mitochondrie làm giảm tổng hợp ATP, còn
ảnh hưởng màng lysosom làm giải phóng các enzym phân huỷ protein nội bào.
15


Tác dụng của bức xạ ion lên cơ thể người
Như vậy, các quá trình kích thích và ion hóa các nguyên tử, phân tử, các phản
ứng hóa học xảy ra giữa các phân tử, trước hết gây tổn thương tại chỗ và sau đó có thể

lan truyền ra các phân tử khác ở xung quanh.
5.2. Tác dụng gián tiếp
Bức xạ ion hoá có thể tác dụng trực tiếp lên ADN trong tế bào, nhưng thường
tác dụng gián tiếp bằng con đường hình thành gốc tự do (GTD), đặc biệt là phân ly
phân tử nước.
Trong mô sinh học, nước chiếm một tỷ lệ rất cao (70% đến 90%) khối lượng tế
bào và có vai trò rất quan trọng.Trong tế bào có khoảng 1,2.10 7 phân tử nước trong
một phân tử ADN, do đó bức xạ vào sẽ tương tác với các phân tử nước nhiều hơn các
phân tử ADN.Bức xạ ion hóa tác dụng lên các phân tử nước, gây nên những biến đổi ở
đó tạo ra các sản phẩm hóa học mới là các ion dương hoặc âm (H 2O-, H2O+, H+, OH-)
và các phân tử ở trạng thái kích thích (H 2O*, H*, OH*…). Các sản phẩm mới này sẽ
gây nên các phản ứng hóa học với các phân tử hữu cơ của tổ chức sinh học và làm biến
đổi chúng. Như vậy năng lượng của chùm tia đã tác dụng lên các phân tử hữu cơ của
tổ chức một cách gián tiếp thông qua phân tử nước có trong đó.
Quá trình dẫn đến các tổn thương do bức xạ có thể chia theo 4 giai đoạn:
 Giai đoạn vật lý

Giai đoạn này kéo dài 10-16 giây, các tế bào hấp thụ năng lượng bức xạ dẫn đến
sự ion hóa. Quá trình này được thể hiện qua:
Bức xạ→H2O→H2O+ + e Giai đoạn hóa lý

Giai đoạn này kéo dài 10-6 giây, các ion H2O+ phân ly: H2O+→H+ + OH- còn các
ion e- kết hợp với các phân tử H2O trung hòa sau đó lại phân ly:
e- + H2O→(H2O)- → H* + OHCác phân tử ở trạng thái kích thích H*, OH* rất dễ kết hợp với nhau tạo ra sản
phẩm hóa học mới, trong đó các gốc OH có thể kết hợp với nhau tạo thành Peroxide
H2O2 ( là một hợp chất rất độc đối với các phân tử hữu cơ vì nó là một chất oxy hóa rất
mạnh.
 Giai đoạn hóa học

16

Tác dụng của bức xạ ion lên cơ thể người
Giai đoạn này kéo dài vài giây, trong giai đoạn này, các sản phẩm phản ứng tương
tác với các phân tử hữu cơ quan trọng của tế bào. Các gốc tự do và các tác nhân oxy hóa có
thể tự dính vào phân tử hoặc làm đứt gãy các mối liên kết trong các phân tử.
 Giai đoạn sinh học

Giai đoạn này kéo dài từ vài chục phút đến vài chục năm với các triệu
chứng cụ thể.
Khi chiếu xạ vào phân tử nước bao quanh ADN tạo ra các GTD, trong đó OH thường gây ra sai lệch cấu trúc phân tử sinh học và phá hủy màng tế bào. Gốc tự do
làm sai lệch cấu trúc và rối loạn thông tin trên những phân tử sinh học, vật chất di
truyền và tế bào. GTD là nguyên nhân của các quá trình bệnh lý, ung thư, lão hoá và
chết theo chương trình.
Gốc tự do hình thành còn do tác động của môi trường sống do sự ô nhiễm: kim
loại nặng, hoá chất, thuốc trừ sâu, diệt cỏ, độc tố gây ung thư, các tia năng lượng cao
(phóng xạ)...GTD tấn công vào những phân tử sinh học quan trọng nhất, vào vật chất
di truyền, vào màng tế bào và các tế bào miễn dịch. GTD nội sinh (OH -) liên tục gây
đột biến gen, sự phân chia tế bào không được kiểm soát, phát sinh ung thư.
Tác dụng của phóng xạ tương tự tác dụng của những chất độc sinh ra trong hô
hấp tế bào, chỉ khác ở chỗ là trong hô hấp tế bào, các gốc sinh ra ở ty thể và vùng lân
cận nên tác hại thường khu trú ở ADN và enzym ở ty thể. Trái lại, với phóng xạ, GTD
sinh ra cả ở nội bào cũng như ngoại bào, nên hậu quả nặng nề hơn.
Gốc tự do thường tấn công vào các axid béo không no, do các nối đôi là nơi
giàu các điện tử mà chúng muốn chiếm lấy. Màng sinh học chứa nhiều acid béo chưa
no là nơi bị các GTD tấn công tạo ra phản ứng dây chuyền làm tan rã cấu trúc màng.
Nếu không bị ngăn chặn, màng tế bào sẽ bị tấn công và phá huỷ. Bơm Na +/K+-ATPaza
bị tổn thương bởi HO2 dẫn đến phù tế bào. Rối loạn hằng định nội môi của Ca ++ làm
rối loạn trao đổi ion qua màng, dẫn đến giảm ATP. GTD còn phá huỷ tế bào bằng cách
tấn công vào ADN và lysosom làm các enzym từ lysosom giải phóng và tiêu huỷ ngay

chính tế bào hay phá huỷ tế bào bằng cách kết hợp các protein với nhau trong một quá
trình gọi là sự liên kết chéo, làm các phân tử đông vón lại với nhau không đảm nhận
được chức năng sinh lý bình thường.

17


Tác dụng của bức xạ ion lên cơ thể người
Những tác động trường diễn của GTD lên hệ thống miễn dịch có thể dẫn tới hậu
quả trên diện rộng: khi GTD bắt đầu huỷ hoại màng tế bào, các chất của quá trình
viêm như các prostaglandin được giải phóng, những chất này áp chế hệ miễn dịch,
giảm đề kháng với nhiễm trùng và ngay cả với bệnh viêm thoái hoá, bệnh tự miễn và
ung thư. Trong khi bảo vệ cơ thể, chính bạch cầu cũng bị chết và giải phóng ra hàng
loạt GTD. Gốc tự do làm suy giảm, sai lệch hệ thống miễn dịch. Sức đề kháng cơ thể
do đó ngày càng giảm.
Trong cơ chế tác dụng của bức xạ ion hóa lên tổ chức sinh học, hai lý thuyết tác
dụng trực tiếp và tác dụng gián tiếp đều có giá trị quan trọng của nó. Tùy thuộc môi
trường và điều kiện mà có lúc cơ chế này có vai trò và vị trí lớn hơn cơ chế kia. Hai cơ
chế này hỗ trợ cho nhau và giúp chúng ta hiểu được sâu sắc hơn bản chất của các quá
trình phóng xạ sinh học, làm cho chúng ta hành động có hiệu quả hơn trong công tác
thực tiễn.
6. Tổn thương do bức xạ ion hóa
Bức xạ ion hóa tác dụng lên cơ thể sống sẽ gây ra những thương tổn và các hiệu
ứng làm rối loạn chức năng sinh lý của chúng. Tuy nhiên độ nhạy cảm của các cơ thể
sống trước bức xạ ion hóa và khả năng phục hồi sau chiếu xạ là không giống nhau.
6.1. Tổn thương ở mức độ phân tử
Trong các tổ chức sinh học có các phân tử vô cơ và phân tử hữu cơ nhưng quan
trọng nhất là các đại phân tử hữu cơ. Đặc điểm của các đại phân tử hữu cơ là có kích
thước lớn, thường bao gồm nhiều liên kết hoá học. Các tổn thương ở phân tử hữu cơ là
cơ sở đầu tiên gây nên tổn thương ở mức độ tế bào, mô và toàn cơ thể. Khi chiếu xạ,

năng lượng của bức xạ được truyền trực tiếp hoặc gián tiếp cho các phân tử hữu cơ tại
chỗ chiếu hay lan ra xung quanh, có thể phá vỡ các liên kết hoá học hoặc phân li các
phân tử sinh học, làm mất các thuộc tính sinh học của chúng. Như vậy sau khi chiếu
xạ, xuất hiện trong tổ chức sinh học các phân tử có trọng lượng phân tử nhỏ hơn, cấu
trúc khác hơn bởi vì đã xảy ra sự phân li, đứt đoạn các phân tử hữu cơ, làm phá vỡ cấu
trúc cấp 3, cấp 2 và thậm chí là các mạch chính.
Ngoài nước và các chất khoáng vô cơ, trong thành phần cấu trúc của tế bào có 4
nhóm chất hữu cơ chính là protein (15%), lipid (2%), acid nucleic (1%) và carbohydrat
(1%).
18


Tác dụng của bức xạ ion lên cơ thể người
-

Protein vừa là thành phần cấu trúc vừa là yếu tố điều hoà trong một số quá trình hoạt
động của tế bào. Do đó tổn thương protein có thể ảnh hưởng đến cả cấu trúc và chức

-

năng tế bào.
Tổn thương lipid làm tổn thương chức năng màng tế bào: thay đổi tính thấm qua
màng, giảm tốc độ dẫn truyền các xung động thần kinh. Tổn thương màng các ty lạp
thể ảnh hưởng đến sự tổng hợp ATP, tổn thương màng lisosom làm giải phóng ồ ạt các

-

enzym phân huỷ protein trong tế bào.
Trong sinh học phóng xạ, carbohydrat được coi là ít có ảnh hưởng hơn so với ADN,
lipid và protein. Tuy nhiên, một số carbohydrat có vai trò sinh học nhất định, khi bị tổn

thương sẽ gây nên những tác dụng không tốt. Chẳng hạn như polysaccarid đối với
màng tế bào, các aminoglycan trong thành phần của dịch khớp, các mucopolysaccarid
trong cấu trúc thành mạch...
Các phân tử hữu cơ bị tổn thương, ảnh hưởng đến sự phát triển và hoạt động
của tế bào, giảm khả năng hoạt động chức năng một số mô. Một trong những tổn
thương phân tử ảnh hưởng đến chức năng sinh học quan trọng là tổn thương ADN. Tại
đó có thể bị tách bỏ hoặc bị phá hủy gốc purin, purimidin, gốc NH 2, gốc đường… Các
mảnh còn lại có thể chắp nối sai lạc tạo ra các ADN bất thường. Tất cả các tổn thương
đó ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động di truyền của tế bào. Nếu DNA trong nhiễm sắc
thể bị hư hỏng, các hướng dẫn kiểm soát chức năng và sinh sản của tế bào cũng bị hư
hỏng. Nếu tế bào sinh sản thay vì chết, một tế bào biến đổi mới có thể được tạo ra. Ở
nhiều bệnh ung thư, những hướng dẫn tắt sự tăng trưởng của tế bào bị hư hỏng một
cách nào đó gây ra sự tái sinh tế bào điều khiển, tạo ra khối u. Bức xạ ion hóa, cùng
với nhiều chất khác như một số hóa chất, kim loại nặng và sóng điện từ dữ dội, có thể
làm hỏng tế bào theo cách này có thể dẫn đến các bệnh như ung thư.
Khi nói về các hiệu ứng sinh học từ bức xạ ion hoá có hai loại tổn thương:
thương tích soma và tổn thương di truyền. Thương tích Somatic là tổn thương xảy ra
đối với cơ thể tiếp xúc với mức độ bức xạ ion cao và không bao gồm các tế bào sinh
sản. Các hiệu ứng như bệnh tật, rụng tóc hoặc chảy máu trong có thể nhìn thấy ngay
sau khi phơi nhiễm. Các bệnh khác như ung thư có thể mất một số năm để xuất hiện.
Tổn thương di truyền là thiệt hại cho các tế bào sinh sản do tiếp xúc với mức độ
phóng xạ cao và có thể truyền qua con của một sinh vật, có lẽ là các thế hệ sau. Một số
bệnh tiềm tàng có thể bao gồm dị tật bẩm sinh và ung thư. Các thương tích về cơ thể
19


Tác dụng của bức xạ ion lên cơ thể người
và di truyền không chỉ do bức xạ ion hoá mà thôi. Nhiều chất ô nhiễm hóa học được
tìm thấy trong môi trường của chúng ta như cadmium, chì và thuỷ ngân cũng có thể
gây ra những chấn thương tương tự.

Nếu một sợi ADN bị hư hỏng, tế bào có thể sửa chữa thiệt hại, chết hoặc tự giết
mình thông qua một quá trình được gọi là apoptosis. Đôi khi tế bào sống sót nhưng
không chính xác sửa chữa chính nó và sau đó chuyển bất thường di truyền sang các tế
bào khác trong quá trình sinh sản. Tổn thương di truyền do tiếp xúc với phóng xạ
không thấy ở quần thể con người.
*

Tác động trực tiếp và gián tiếp của bức xạ ion hóa trên DNA
Bên trong hạt nhân của mỗi tế bào người có 46 nhiễm sắc thể được tổ chức
thành hai bộ 23 nhiễm sắc thể. DNA trong tế bào của chúng ta liên tục bị phơi nhiễm
với các tác nhân phá huỷ DNA. Các tác nhân này bao gồm các chất tia cực tím, chất tự
nhiên và các chất gây đột biến do con người gây ra và các loại oxy hoạt tính tạo ra bởi
bức xạ ion hoá. Khi các tế bào tiếp xúc với bức xạ ion hoá, tổn thương phóng xạ có thể
xảy ra bằng hành động trực tiếp hoặc hành động gián tiếp. Tổn thương trực tiếp xảy ra
khi các hạt alpha, các hạt beta hoặc tia X tạo ra ion có thể làm hỏng một hoặc cả hai
xương sống phosphate xương sống hoặc phá vỡ các cặp base của DNA. Cơ sở cặp
adenine, thymine, guanine và cytosine được giữ lại với nhau bằng các liên kết hydro
yếu. Adenine luôn luôn cặp với thymine (trừ RNA, nơi thymine được thay thế bởi
uracil) và guanine luôn luôn cặp
với cytosine. Sự liên kết của các
cặp bazơ này cũng có thể bị ảnh
hưởng bởi hoạt động trực tiếp
của bức xạ ion hoá.
Sơ đồ này cho thấy rằng
Tác động trực tiếp của bức xạ ion trên DNA

hạt alpha phá vỡ "xương sống"
của DNA, hạt beta phá vỡ các

liên kết hydro, và tia X làm hỏng cơ sở khi trên thực tế cả ba loại bức xạ có thể gây ra

cả ba loại thiệt hại trực tiếp. Các bức xạ ion hóa như neutron, hạt alpha gây đứt gãy đôi
cao hơn và cũng gây nên những biến loạn NST nặng nề hơn so với tia X và tia gamma.
Biến đổi gen do thay đổi cấu tạo của các phân tử ADN tạo ra các gen biến dị. Gen biến
20


Tác dụng của bức xạ ion lên cơ thể người
dị bền vững, tự nhân đôi và truyền lại cho các tế bào ở lần phân chia tiếp theo. Hầu hết
những gen đột biến đều có hại cho cơ thể.
Khi xảy ra sự cố như vậy, DNA thường tự sửa chữa thông qua một quá trình gọi
là cắt bỏ. Quá trình cắt bỏ có ba bước:
 Endonucleases cắt DNA bị hỏng
 Sự tái tổng hợp DNA gốc bằng DNA polymerase
 Phẫu thuật tạo xương sống đường phosphate được sửa chữa.

Các quy trình sửa chữa này rất hiệu quả vì chúng ta đã tiến hóa thành một loài
trong một vùng biển phóng xạ. Việc sửa chữa DNA diễn ra liên tục, liên quan đến mỗi
tế bào trong cơ thể của chúng ta vài lần trong năm. Tuy nhiên, đôi khi, thiệt hại đối với
cặp cơ sở có thể xảy ra khi DNA được sửa sai chính xác và đưa nucleotide sai vào có
thể dẫn đến chết tế bào hoặc đột biến.
Bức xạ ion hóa cũng có
thể làm suy yếu hoặc làm hỏng
các tế bào gián tiếp bằng cách
tạo ra các gốc tự do. Các gốc tự
do là các phân tử có tính phản
ứng cao do sự hiện diện của
các electron không tương xứng
trên phân tử. Các gốc tự do có
thể tạo thành các hợp chất, như
hydrogen peroxide, có thể gây

Tác động gián tiếp của bức xạ ion trên DNA

ra các phản ứng hóa học có hại
trong tế bào. Do những thay đổi hóa học này, các tế bào có thể trải qua nhiều sự thay
đổi cơ cấu dẫn tới chức năng thay đổi hoặc tử vong của tế bào.
6.2. Tổn thương ở mức độ tế bào – Độ nhạy cảm phóng xạ
*Sự tổn thương tế bào bởi bức xạ, chủ yếu do các hiệu ứng trên DNA và có thể
gồm 3 hiệu ứng chính sau:
-

Tế bào có thể chết
Chất liệu di truyền tế bào thay đổi và được truyền cho các tế bào mới.
Xảy ra trong tế bào dẫn tới phân chia dị thường.

21


Tác dụng của bức xạ ion lên cơ thể người
Mỗi loại tế bào đều có chức năng nhất định. Sự mất chức năng của tế bào gắn
liền với những phân tử nào đó. Người ta gọi các phân tử quyết định chức năng và đời
sống của tế bào và “phân tử chủ chốt”. Nếu các phân tử đó bị thương, chức năng của tế
bào bị rối loạn hoặc tế bào bị chết. Các phân tử chủ chốt nằm ở tâm nhạy của tế bào,
nếu tâm nhạy bị hư hại thì tế bào chết.
*Tác dụng phóng xạ vào tế bào có nhiều mức độ:
-

Phóng xạ không đủ sức làm hư hại tế bào.
Tế bào bị hư hại lúc đầu nhưng sau đó có thể tự sửa chữa được.
Tế bào bị phóng xạ, tự sửa chữa được nhưng không hoạt động bình thường như trước.

Phóng xạ nặng làm chết tế bào.
Nhân là phần dễ bị tổn thương nhất của tế bào. Tế bào chất ít bị tổn thương hơn
nếu chiếu xạ nguyên sinh mà không có mặt của nhân. Màng tế bào rất nhạy cảm với
phóng xạ, tủy theo liều lượng mà có thể làm thya đổi tính thấm chọn lọc của màng,
làm rối loạn cân bằng ion trong và ngoài màng.
6.3. Tổn thương ở các mô
Sự hư hại của nhiều tế bào có thể dẫn đến tổn thương ở mô. Tổn thương ở mô
do bức xạ bị ảnh hưởng bởi rất nhiều yếu tố mà trước hết là do độ nhạy cảm phóng xạ
của từng loại mô cũng khác nhau. Có thể chia 5 loại mô có nhạy cảm phóng xạ khác
nhau:

-

Rất nhạy cảm : tủy xương, tổ chức lympho, tổ chức sinh dục, niêm mạc ruột.
Nhạy cảm vừa: da và niêm mạc các tạng.
Nhạy cảm trung bình: mô liên kết, mao mạch, sụn xương.
Nhạy cảm thấp: xương, các phủ tạng, tuyến nội tiết.
Rất ít nhạy cảm: cơ bắp, các noron thần kinh.
Dưới đây là mô tả tổn thương của một số mô đặc biệt
6.3.1. Máu và cơ quan tạo máu (tủy xương)
Biểu hiện sớm nhất của tác dụng tia phóng xạ là thay đổi hình ảnh các tế bào
tạo máu của tủy xương và số lượng các tế bào trong máu ngoại vi. Trong máu ngoại vi
số lượng các tế bào máu giảm mà trước hết là tế bào dòng bạch cầu nhất là các tế bào
dòng lympho và cuối cùng là dòng hồng cầu. Ở tủy xương sự suy giảm đó lại xảy ra
trước hết ở dòng hồng cầu rồi sau mới đến dòng bạch cầu.
Lympho và tuỷ xương là những tổ chức nhạy cảm cao với bức xạ. Giảm
lympho xảy ra trong vài giờ sau chiếu xạ. Tế bào lympho trực tiếp bị phá huỷ, cả trong
22

Tác dụng của bức xạ ion lên cơ thể người
máu lưu hành và trong hạch, lách, tuyến ức. Mức độ tổn thương và thời gian kéo dài
của tổn thương phụ thuộc vào liều chiếu và thời gian chiếu. Bạch cầu giảm với liều
chiếu thấp 0,1Gy, tiểu cầu và hồng cầu giảm ở liều cao hơn, tương ứng là 0,5Gy. Sự
hồi phục có thể đạt được vài tháng sau chiếu xạ. Các tế bào tạo máu trong tuỷ xương,
kể cả nguyên hồng cầu đều nhạy cảm với phóng xạ. Xét nghiệm máu thấy giảm số
lượng lympho, bạch cầu hạt, tiểu cầu và cả hồng cầu. Biểu hiện lâm sàng là các triệu
chứng xuất huyết, phù, thiếu máu.
6.3.2. Bào thai
Một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến mức tổn thương của các mô bào thai là tuổi
của nó. Tùy giai đoạn phát triển của bào thai khi chiếu xạ mà các loại thương tổn xảy ra
khác nhau: bào thai chết, quái thai, dị tật bẩm sinh, ảnh hưởng đến sự phát triển của thai nhi.
Tất nhiên liều lượng cũng là yếu tố quan trọng nữa ảnh hưởng đến loại tổn thương này.
6.3.3. Các mô sinh dục
Nhạy cảm với phóng xạ. Có nhiều tinh trùng bị tiêu diệt ở liều 0,5 -1Gy. Bị
chiếu xạ cấp liều 5-6Gy có thể gây vô sinh lâu dài ở nam, còn liều 2,5Gy có thể gây vô
sinh tạm thời (12 tháng). Đối với nữ, liều vô sinh cao hơn, khoảng 6Gy. Ngoài việc
tiêu diệt các tế bào ở buồng trứng gây vô sinh nữ, tác dụng của tia phóng xạ có thể gây
nên các rối loạn hormone của các tế bào buồng trứng và biểu hiện bằng triệu chứng rối
loạn kinh nguyệt.
6.3.4. Da và niêm mạc
Da khá nhạy cảm với phóng xạ, bị chiếu liều trung bình hoặc liều cao cấp tính
gây triệu chứng giống như bỏng: viêm đỏ, ứ dịch, sạm đen, loét, hoại tử. Tuy nhiên, sự
hồi phục của da tương đối tốt nên liều chí tử đối với tế bào biểu bì cao hơn tế bào hệ
tạo máu 10 lần.
Tùy theo vị trí các niêm mạc bị tổn thương mà có các triệu chứng khác
nhau:niêm mạc dạ dày, ruột, đường hô hấp… Tổn thương niêm mạc làm ảnh hưởng
đến việc sản sinh các dịch do các tuyến đảm đương như các dịch ở dạ dày và ruột. Với
liều lớn có thể gây ra các vết loét ở dạ dày, ruột đòi hỏi phải điều trị nội khoa.
Một điều đáng lưu ý là tổn thương viêm loét giác mạc mắt, đục thể thủy tinh do

tia phóng xạ gây nên hậu quả mù lòa cho người bị chiếu xạ. Thuỷ tinh thể của mắt dễ

23


Tác dụng của bức xạ ion lên cơ thể người
bị tổn thương do phóng xạ. Liều dưới 2 Gy đã có thể gây mù, liều chiếu cấp 7 Gy gây
mù 100%. Mù mắt có thể xảy ra với thời gian từ 1-30 năm sau chiếu xạ.
6.4. Tổn thương toàn thân
Độ nhạy cảm phóng xạ của các loài động vật cũng rất khác nhau. Để đánh giá
mức độ nhạy cảm của các cá thể, người ta đưa ra khái niệm liều gây chết một nửa
trong 30 ngày sau chiếu xạ (LD50/30). LD50/30 ở một số loài động vật và người được
đánh giá như sau:
- Chuột lang: 3-5Gy

-Thỏ: 9-10 Gy

- Lợn: 2,5 - 3 Gy

-Khỉ: 5 Gy

- Người: 4-5 Gy

- Rùa Trung Á: 500 Gy

Con người là sinh vật cao cấp nhất có cấu trúc phức tạp và có mối liên hệ chặt
chẽ nhất đối với môi trường xung quanh. Vì vậy độ nhạy cảm phóng xạ của con người
là cao nhất.
Biểu hiện toàn thân của tổn thương do bức xạ được gọi là bệnh nhiễm xạ cấp.
Bệnh nhiễm xạ cấp có nhiều hình thái khác nhau phụ thuộc trước hết vào liều lượng.

Bênh phóng xạ có thể do bị chiếu ngoài hoặc nhiễm phóng cạ vào trong cơ thể hoặc do
cả hai. Bệnh phóng xạ được chia làm hai loại: bệnh phóng xạ cấp tính và bệnh phóng
xạ mãn tính.
Bệnh phóng xạ cấp tính xảy ra khi cơ thể bị chiếu toàn thân một liều lớn hoặc
những liều không lớn lắm nhưng chiếu liên tiếp trong một thời gian ngắn. Bệnh có thể
gặp ở hai tình huống: tại nạn hạt nhân và điều trị phóng xạ quá liều. Bệnh phóng xạ
mãn tính xuất hiện khi cơ thể bị chiếu những liều xạ nhỏ trong một thời gian dài. Bệnh
có thể gặp ở những người do nghề nghiệp phải thường xuyên tiếp xúc với phóng xạ.
Nếu bị chiếu liều >1 Gy sẽ thấy buồn nôn, nôn trong những giờ đầu. Nếu bị
chiếu >2Gy có thể chết. Bị chiếu với liều >8Gy thì khả năng sống được rất ít. Liều gây
tử vong 50% nằm trong khoảng 3 - 5 Gy. Bệnh diễn biến trong vòng 2 tháng, kết quả
là tử vong hoặc hồi phục. Trong phạm vi từ 3-10 Gy, biến chứng nhiễm khuẩn rất nguy
hiểm, thường chết vì nhiễm khuẩn. Bệnh nhân cần được điều trị tích cực và để nằm
trong môi trường vô khuẩn nhằm tránh bị nhiễm trùng thứ phát. Với liều cao trên
10Gy thì ruột bị thương tổn nặng, tử vong đến rất nhanh trong vòng 3-5 ngày.

24


Tác dụng của bức xạ ion lên cơ thể người
Những người làm việc với phóng xạ thường ít khi bị liều lớn đến mức tổn
thương phóng xạ cấp. Chỉ có khi nào xảy ra tai nạn lò nguyên tử mới có nạn nhân bị
chiếu liều cao. Bình thường có thể bị chiếu xạ dài ngày ở mức độ thấp.
Cơ thể con người là đối tượng quan trọng nhất khi nghiên cứu các hiệu ứng sinh
học của bức xạ. Có 2 cách chiếu xạ lên cơ thể người là chiếu xạ ngoài từ bên ngoài cơ thể
và chiếu xạ trong từ bên trong cơ thể. Cơ thể con người dựa trên một bộ xương. Bao phủ
bên ngoài là lớp da có nhiệm vụ bảo vệ, trao đổi nhiệt và cân bằng thể dịch. Bên trong là
các tạng có chức năng như hô hấp, tiêu hóa, tuần hoàn, tiết niệu,… Về phương diện an
toàn bức xạ, các cơ quan đó cũng là phương tiện, nhờ đó các nhân phóng xạ xâm nhập
vào cơ thể, vận chuyển bên trong đó và cuối cùng là bị thải ra ngoài.

 Hệ tuần hoàn

Các chất phóng xạ có thể xâm nhập vào cơ thể qua các vết thương hở hoặc qua
đường tiêu hóa, đường hô hấp và da tới hệ tuần hoàn và đi khắp nơi trong cơ thể. Mức
độ tác động của các chất phóng xạ lên mô, cơ quan phụ thuộc vào tính chất hóa học
của nhân phóng xạ.
 Hệ hô hấp:

Về mặt an toàn bức xạ, hệ hô hấp là đường xâm nhập vào cơ thể của các chất
phóng xạ thể khí, mà đặc biệt là bụi phóng xạ. Các hạt bụi có kích thước lớn hơn
10µm thường bị ngăn cản ở phần ngoài đường hô hấp nhờ các lông mũi dày đặt.
Những hạt bụi nhỏ hơn có thể xâm nhập sâu hơn, nằm lại trong hệ thống hô hấp và chỉ
bị đẩy ra nhờ chuyển động quét của các mao lót thành phế quản (kết hợp hành động
ho) hoặc bằng đường hóa học (bị hòa tan) và sau đó là hành động nuốt. Như vậy vật
chất xâm nhập vào đường hô hấp sẽ đến hệ thống tiêu hóa. Những hạt bụi hòa tan
được ở phế nang sẽ xâm nhập vào máu và đi khắp cơ thể. Những hạt bụi không hòa tan
sẽ bị các tế bào lympho trong phôit “ăn” và tiêu diệt.
 Hệ tiêu hóa:

Hệ thống tiêu hóa cũng là một trong các cửa ngõ chính bị các chất phóng xạ
xâm nhập vào cơ thê cùng với thực phẩm và nước uống. nếu chất phóng xạ hòa tan
được thì chúng theo hệ tuàn hoàn đi khắp cơ thể. Nếu không hòa tan được, chúng sẽ bị
đầy ra ngoài cùng với phân.
 Hệ tiết niệu:
25