Κατασκευή πειραματικής διάταξης ραδιενεργού πηγής σωμάτιων α 234U για ραδιοβιολογικά πειράματα

Χουλιλίτσα, Ευαγγελία; Choulilitsa, Evangelia

dc.contributor.author	Χουλιλίτσα, Ευαγγελία	el
dc.contributor.author	Choulilitsa, Evangelia	en
dc.date.accessioned	2020-10-06T07:33:48Z
dc.date.available	2020-10-06T07:33:48Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/51296
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.18994
dc.rights	Default License
dc.subject	Ακτινοβόληση	el
dc.subject	Ραδιενεργός πηγή	el
dc.subject	Ραδιοβιολογικά πειράματα	el
dc.subject	Radiation	en
dc.subject	Radioactive source	en
dc.subject	Radiobiological experiments	en
dc.title	Κατασκευή πειραματικής διάταξης ραδιενεργού πηγής σωμάτιων α 234U για ραδιοβιολογικά πειράματα	el
dc.title	Construction of experimental setup of radioactive alpha particle source 234U for radiobiological experiments	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Φυσική	el
heal.classification	Physics	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2020-06-26
heal.abstract	Η παρούσα εργασία αφορά την κατασκευή μιας πειραματικής διάταξης με σκοπό την in situ ακτινοβόληση βιολογικού υλικού με σωμάτια α. Πηγή σωματίων α αποτελεί ένας λεπτός δίσκος 234U ενεργότητας 0.77± 0.03 MBq εναποτεθειμένος σε λεπτό υπόστρωμα αλουμινίου. Η μέση ενέργεια των εκπεμπόμενων σωμάτιων α στον αέρα είναι 4.9 MeV. Μέσω του προγράμματος SRIM και Monte Carlo προσομοιώσεων από τον κώδικα MCNP6.1 υπολογίστηκαν η τιμή της LET, καθώς και η εναπόθεση ενέργειας των σωμάτων α. Βάσει των προσομοιώσεων προσδιορίστηκαν οι διαστάσεις της πειραματικής διάταξης και καθορίστηκε ο απαιτούμενος χρόνος ακτινοβόλησης για δόση 1ΓΥ. Στη συνέχεια κατασκευάστηκε η εν λόγω πειραματική διάταξη με σκοπό την ομοιογενή ακτινοβόληση βιολογικού υλικού. Για τη μελέτη των χρωμοσωμικών αλλοιώσεων που προκαλεί η ακτινοβολία α, ακτινοβολήθηκαν CHO κύτταρα για 13.4 λεπτά, που αντιστοιχεί σε δόση 1 Gy και στη συνέχεια επιβεβαιώθηκε η καλή λειτουργία της διάταξης συγκρίνοντας τις παρατηρούμενες αλλοιώσεις με την υπάρχουσα βιβλιογραφία. Το σωμάτιο άλφα (που πρώτος ο Ernest Rutherford χαρακτήρισε το 1899) είναι ένα θετικά φορτισμένο σωμάτιο που εκπέμπεται από ραδιενεργά υλικά. Αποτελείται από δύο νετρόνια και δύο πρωτόνια ενωμένα μεταξύ τους και άρα ταυτίζεται με τον πυρήνα του ατόμου του ήλιου. Το ενδιαφέρον της ραδιοβιολογίας στα άλφα σωμάτια αυξήθηκε σημαντικά όταν βρέθηκε πως το ραδόνιο είναι μία βασική πηγή ακτινοβολίας του γενικού πληθυσμού. Αρχικές μελέτες απέδειξαν πως αν ένα σωμάτιο άλφα διασχίσει τον πυρήνα ενός κυττάρου, είναι αρκετό για να το σκοτώσει. Εξαιτίας της μεγάλης τιμής της γραμμικής εναπόθεσης ενέργειας (LET) που έχουν συγκριτικά με τις πιο μελετημένες ακτίνες Χ ή γάμα, οι ραδιοβιολογικές συνέπειες των άλφα προσέλκυσαν μεγάλο ερευνητικό ενδιαφέρον. Τα σωμάτια άλφα έχουν ενέργειες από 4 έως 9 MeV και χαρακτηρίζονται από τιμή LET της τάξης του 100 keV ανά μm που είναι υπεύθυνη για την σοβαρή βλάβη που προκαλεί η άλφα ακτινοβολία τόσο σε υγιή και κακοήθη κύτταρα αλλά και για την εμβέλειά τους σε βιολογικό υλικό που είναι μικρότερη από 0.1 mm. Η ιοντίζουσα ακτινοβολία -και ειδικά η ακτινοβολία υψηλής LET- προκαλεί βλάβες στο DNA όπως βλάβες στις βάσεις ή στην πεντόζη, αβασικά σημεία, μονόκλωνες θραύσεις (SSBs) και δίκλωνες θραύσεις (DSBs), με τις πιο θανατηφόρες να είναι οι τελευταίες, με άμεσο τρόπο ή έμμεσα μέσω ελεύθερων ριζών. Αυτό που ξεχωρίζει την άλφα ακτινοβολία από τις ακτινοβολίες με χαμηλή τιμή LET είναι ότι η επίδραση των άλφα είναι σχεδόν ανεξάρτητη της δόσης και η βιολογική τους αποτελεσματικότητα καθορίζεται λιγότερο από το στάδιο του κυτταρικού κύκλου στο οποίο βρίσκεται το κύτταρο. Επιπλέον, οι βλάβες που προκαλεί η άλφα ακτινοβολία στο DNA είναι λιγότερο ευαίσθητες στους αντίστοιχους μηχανισμούς επιδιόρθωσης.	el
heal.abstract	An exposure apparatus has been developed for in situ α-irradiation studies of living cells over a short period of time. The system includes an 234U alpha source of total activity 0.77 ± 0.03 MBq in the form of a thin disk deposited on aluminium. The alpha particles emitted in air have mean energy 4.9 MeV. Using SRIM 2008 and Monte Carlo simulations via MCNP6.1 code the alpha particles’ LET and energy deposition values were calculated. Furthermore, based on those simulations, the assembly’s dimensions and equivalent irradiation time were specified for a given dose of 1 Gy. With respect to the aforementioned dimensions the experimental setup was constructed for a uniform irradiation of biological material. In order to examine the chromosomal aberrations induced by the alpha particles, exponentially growing CHO cells were irradiated for 13.4 mins to achieve dose of 1 Gy. This study presents the stages concerning this experimental housing; from Monte Carlo simulations to the irradiation of CHO cells and data analysis. An alpha particle (first described by Ernest Rutherford in 1899) is a positively charged particle emitted by radioactive materials. It consists of two neutrons and two protons bound together; hence, it is identical with the nucleus of a helium atom. The interest in the radiation biology of alpha particles was greatly increased when it was found that radon is a significant dose component for the general population. Early studies revealed that even a single α-particle traversal of the nucleus can kill the cell. Due to their much larger linear energy transfer (LET) values than those of the more extensively studied X-ray or γ-ray photons, the radiobiological effects of alpha particles attracted a lot of research interest. Alpha particles, with energies from 4 to 9 MeV, are being characterized by a LET value of 100 keV per micron which is responsible for the intense damage that alpha radiation produces in both healthy and malignant cells, as well as for their range in biological tissue limited to less than 0.1 mm. Ionizing radiation -and especially high-LET- induces lesions in DNA like base or sugar damage, alkali-labile sites, single strand breaks (SSBs) and double-strand breaks (DSBs) with the most lethal being the latter ones, by direct hit or indirectly through damage by free radicals. What distinguishes α-radiation from low-LET is that the effect of alpha particles is nearly independent of the rate of dose delivery and their biological effectiveness is less determined by the age of cell in the mitotic cell cycle. Additionally, the type of DNA lesions caused by alpha particles are less susceptible to the equivalent DNA repair mechanisms.	en
heal.advisorName	Γεωργακίλας, Αλέξανδρος	el
heal.committeeMemberName	Κόκκορης, Μιχαήλ	el
heal.committeeMemberName	Τερζούδη, Γεωργία	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών. Τομέας Φυσικής	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	94 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false