Влияние ионизирующего излучения на организм человека. Дозы и воздействие ионизирующего излучения на организм
Радиоактивные вещества (РВ) могут проникать в организм тремя путями: с вдыхаемым воздухом, через желудочно-кишечный тракт (с пищей и водой), через кожу. Человек получает облучение не только снаружи, но и через внутренние органы. РВ проникают в молекулы внутренних органов, особенно костной ткани и мышц. Концентрируясь в них, РВ продолжают облучать и повреждать организм изнутри.
Радиационный риск — вероятность возникновения у человека или его потомства какого-либо вредного эффекта в результате облучения.
Ионизирующая радиация при воздействии на организм человека может вызывать неблагоприятные эффекты двух видов:
Детерминированные (лучевая болезнь, лучевой дерматит, лучевая катаракта, лучевое бесплодие, аномалии в развитии плода и др.). Предполагается существование дозового порога, ниже которого эффект отсутствует, а выше которого тяжесть эффекта зависит от дозы;
Стохастические вероятностные беспороговые вредные биологические эффекты (злокачественные опухоли, лейкозы, наследственные болезни), не имеющие дозового порога возникновения. Тяжесть их проявления не зависит от дозы. Период возникновения этих эффектов у облученного человека составляет от 2 до 50 лет и более.
Биологическое действие ионизирующих излучений связано с образованием новых, не свойственных для организма соединений, нарушающих деятельность как отдельных функций, так и целых систем организма. Частично идут процессы восстановления структур организма. От интенсивности этих процессов зависит общий результат восстановления. С увеличением мощности излучения значимость процессов восстановления уменьшается.
Различают генетические (наследственные) и соматические (телесные) вредные эффекты.
Генетические эффекты связаны с изменением генного аппарата под действием ионизирующих излучений. Последствиями этого являются мутации (появления у облученных людей потомства с иными признаками, часто с врожденными уродствами).
Генетические эффекты имеют длительный скрытый период (десятки лет после облучения). Такая опасность существует даже при очень слабом облучении, которое, хотя и не разрушает клетки, но способно изменить наследственные свойства.
Соматические эффекты всегда начинаются с определенной пороговой дозы. При дозах, меньших, чем пороговые, повреждения организма не происходит. К соматическим эффектам относят местные повреждения кожи (лучевой ожог), катаракту глаз (помутнение хрусталика), повреждение половых органов (кратковременная или постоянная стерилизация). Организм способен преодолевать многие соматические последствия облучения.
Степень лучевого поражения в значительной мере зависит от размеров облучаемой поверхности, от того, подвергалось ли облучению все тело или только часть его. С ее сокращением уменьшается и биологический эффект.
Длительное облучение малыми дозами (хроническое) в рабочей среде может привести к развитию хронической лучевой болезни. Наиболее характерными признаками хронической лучевой болезни являются изменения формулы крови, локальные поражения кожи, поражения хрусталика, пневмосклероз, снижение иммунитета. Способность вызывать отдаленные последствия — одно из коварных свойств ионизирующего излучения.
Первичным физическим актом взаимодействия ионизирующего излучения с биологическим объектом является ионизация. Именно через ионизацию происходит передача энергии объекту.
Известно, что в биологической ткани 60-70 % по массе составляет вода. В результате ионизации молекулы воды образуют свободные радикалы Н- и ОН-. В присутствии кислорода образуется также свободный радикал гидроперекиси (H2O-) и перекись водорода (H2O), являющиеся сильными окислителями..
Получающиеся в процессе радиолиза воды свободные радикалы и окислители, обладая высокой химической активностью, вступают в химические реакции с молекулами белков, ферментов и других структурных элементов биологической ткани, что приводит к изменению биологических процессов в организме. В результате нарушаются обменные процессы, подавляется активность ферментных систем, замедляется и прекращается рост тканей, возникают новые химические соединения, не свойственные организму -- токсины. Это приводит к нарушениям жизнедеятельности отдельных функций или систем организма в целом. В зависимости от величины поглощенной дозы и индивидуальных особенностей организма, вызванные изменения могут быть обратимыми или необратимыми.
Некоторые радиоактивные вещества накапливаются в отдельных внутренних органах. Например, источники альфа -- излучения (радий, уран, плутоний), бета -- излучения (стронций и иттрий) и гамма-излучения (цирконий) отлагаются в костных тканях. Все эти вещества трудно выводятся из организма.
Особенности воздействия ионизирующего излучения при действии на живой организм
При изучении действия излучения на организм были определены следующие особенности:
Высокая эффективность поглощенной энергии. Малые количества поглощенной энергии излучения могут вызвать глубокие биологические изменения в организме;
· наличие скрытого, или инкубационного, проявления действия ионизирующего излучения. Этот период часто называют периодом мнимого благополучия. Продолжительность его сокращается при облучении большими дозами;
· действие от малых доз может суммироваться или накапливаться. Этот эффект называется кумуляцией;
· излучение воздействует не только на данный живой организм, но и на его потомство. Это так называемый генетический эффект;
· различные органы живого организма имеют свою чувствительность к облучению. При ежедневном воздействии дозы 0.02-0.05 Р уже наступают изменения в крови;
· не каждый организм в целом одинаково реагирует на облучение.
· облучение зависит от частоты. Одноразовое облучение в большой дозе вызывает более глубокие последствия, чем фракционирование.
В результате воздействия ионизирующего излучения на организм человека в тканях могут происходить сложные физические, химические и биологические процессы.
Известно, что две трети общего состава ткани человека составляют вода и углерод. Вода под воздействием ионизирующего излучения расщепляется на Н и ОН, которые либо непосредственно, либо через цепь вторичных превращений образуют продукты с высокой химической активностью: гидратный окисел НО2 и перекись водорода Н2О2. Эти соединения взаимодействуют с молекулами органического вещества ткани, окисляя и разрушая ее.
В результате воздействия ионизирующего излучения нарушается нормальное течение биохимических процессов и обмен в организме.
Поглощенная доза излучения, вызывающая поражение отдельных частей тела, а затем смерть, превышает смертельную поглощенную дозу облучения всего тела. Смертельные поглощенные дозы для всего тела следующие: голова -- 2 000 рад, нижняя часть живота -- 5 000 рад, грудная клетка -- 10 000 рад, конечности -- 20 000 рад.
Степень чувствительности различных тканей к облучению неодинакова. Если рассматривать ткани органов в порядке уменьшения их чувствительности к действию излучения, то получим следующую последовательность: лимфатическая ткань, лимфатические узлы, селезенка, зобная железа, костный мозг, зародышевые клетки.
Большая чувствительность кроветворных органов к радиации лежит в основе определения характера лучевой болезни. При однократном облучении всего тела человека поглощенной дозой 50 рад через день после облучения может резко сократиться число лимфоцитов, уменьшится также и количество эритроцитов (красных кровяных телец) по истечению двух недель после облучения. У здорового человека насчитывается порядка 1014 красных кровяных телец при ежедневном воспроизводстве 1012, а у больного такое соотношение нарушается.
Важным фактором при воздействии ионизирующего излучения на организм является время облучения. С увеличением мощности дозы поражающее действие излучения возрастает. Чем более дробно излучение по времени, тем меньше его поражающее действие.
Биологическая эффективность каждого вида ионизирующего излучения находится в зависимости от удельной ионизации. Так, например, a -- частицы с энергией 3 мэв образуют 40 000 пар ионов на одном миллиметре пути, b -- частицы с такой же энергией -- до четырех пар ионов. Альфа- частицы проникают через верхний покров кожи до глубины до 40 мм, бета- частицы -- до 0.13 см.
Наружное облучение a, b -- излучениями менее опасно, т. к. a и b -- частицы имеют небольшую величину пробега в ткани и не достигают кроветворных и других органов.
Степень поражения организма зависит от размера облучаемой поверхности. С уменьшением облучаемой поверхности уменьшается и биологический эффект. Так при облучении фотонами поглощенной дозой 450 рад участка тела площадью 6 см2 заметного поражения организма не наблюдалось, а при облучении такой же дозой всего тела было 50% смертельных случаев.
Индивидуальные особенности организма человека проявляются лишь при небольших поглощенных дозах.
Чем моложе человек, тем выше его чувствительность к облучению, особенно высока она у детей. Взрослый человек в возрасте 25 лет и старше наиболее устойчив к облучению.
Есть ряд профессий, где существует большая вероятность облучения. При некоторых чрезвычайных обстоятельствах (например, взрыв на АЭС) облучению может подвергнуться население, живущее на определенных территориях. Не известны вещества, способные полностью защитить, но есть частично защищающие организм от излучения. К ним относятся, например, азид и цианид натрия, вещества, содержащие сульфогидридные группы и т.д. Они входят в состав радиопротекторов.
Радиопротекторы частично предотвращают возникновение химически активных радикалов, которые образуются под воздействием излучения. Механизмы действия радиопротекторов различны. Одни из них вступают в химическую реакцию с попадающими в организм радиоактивными изотопами и нейтрализуют их, образуя нейтральные вещества, легко выводимые из организма. Другие имеют отличный механизм. Одни радиопротекторы действуют в течение короткого промежутка времени, время действия других более длительное. Существует несколько разновидностей радиопротекторов: таблетки, порошки и растворы.
При попадании радиоактивных веществ внутрь организма поражающее действие оказывают в основном a -- источники, а затем b -- и g -- источники, т.е. в обратной наружному облучению последовательности. Альфа- частицы, имеющие плотность ионизации, разрушают слизистую оболочку, которая является слабой защитой внутренних органов по сравнению с наружным покровом.
Попадание твердых частиц в дыхательные органы зависит от степени дискретности частиц. Частицы размером меньше 0.1 мкм при входе вместе с воздухом попадают в легкие, а при выходе удаляются. В легких остается только небольшая часть. Крупные частицы размером больше 5 мкм почти все задерживаются носовой полостью.
Степень опасности зависит также от скорости выведения вещества из организма. Если радионуклиды, попавшие внутрь организма однотипны с элементами, которые потребляются человеком, то они не задерживаются на длительное время в организме, а выделяются вместе с ними (натрий, хлор, калий и другие).
Инертные радиоактивные газы (аргон, ксенон, криптон и другие) не являются входящими в состав ткани. Поэтому они со временем полностью удаляются из организма.
Некоторые радиоактивные вещества, попадая в организм, распределяются в нем более или мене равномерно, другие концентрируются в отдельных внутренних органах. Так в костных тканях отлагаются такие источники a -- излучений, как радий, уран и плутоний. Стронций и иттрий, которые являются источниками b -- излучения, и цирконий -- источник g -- излучения тоже отлагаются в костных тканях. Эти элементы, химически связанные с костной тканью, очень трудно выводятся из организма.
Продолжительное время удерживаются в организме также элементы с большим атомным номером (полоний, уран и др.). Элементы, образующие в организме легкорастворимые соли и накапливаемые в мягких тканях, легко удаляются из организма.
На скорость выведения радиоактивного вещества большое влияние оказывает период полураспада данного радиоактивного вещества Т. Если обозначить Тб период биологического полувыведения радиоактивного изотопа из организма, то эффективный период полураспада, учитывающий радиоактивный распад и биологическое выведение, выразится формулой:
Тэф = Т *Тб / (Т + Тб)
Основные особенности биологического действия ионизирующего излучения следующие:
· действие ионизирующего излучения на организм не ощутимо человеком. Поэтому это опасно. Дозиметрические приборы являются как бы дополнительным органом чувств, предназначенным для восприятия ионизирующего излучения;
· видимые поражения кожного покрова, недомогание, характерные для лучевого заболевания, появляются не сразу, а спустя некоторое время; суммирование доз происходит скрыто. Если в организм человека систематически будут попадать радиоактивные вещества, то со временем дозы суммируются, что неизбежно приводит к лучевым болезням.
1. Ионизирующие излучения, их виды, природа и основные свойства.
2. Ионизирующие излучения, их особенности, основные качества, единицы измерения. (2 в 1)
Для лучшего восприятия последующего материала необходимо вспом-
нить некоторые понятия.
1. Ядра всех атомов одного элемента имеют одинаковый заряд, то есть содер-
жат одинаковое число положительно заряжённых протонов и различное ко-
личество частиц без заряда - нейтронов.
2. Положительный заряд ядра, обусловленный количеством протонов, уравно-
вешивается отрицательным зарядом электронов. Поэтому атом электрически
нейтрален.
3. Атомы одного и того же элемента с одинаковым зарядом, но различным
числом нейтронов называются ИЗОТОПАМИ.
4. Изотопы одного и того жеэлемента имеют одинаковые химические, но раз-
личные физические свойства.
5. Изотопы (или нуклиды) по своей устойчивости делятся на стабильные и
распадающиеся, т.е. радиоактивные.
6. Радиоактивность - самопроизвольное превращение ядер атомов одних эле-
ментов в другие, сопровождающееся испусканием ионизирующих излуче-
7. Радиоактивные изотопы распадаются с определённой скоростью, измеряе-
мой периодом полураспада, то есть временем, когда первоначальное число
ядер уменьшается вдвое. Отсюда радиоактивные изотопы подразделяются на
короткоживущие (период полураспада исчисляется от долей секунды до не-
скольких дней) и долгоживущие (с периодом полураспада от нескольких ме-
сяцев до миллиардов лет).
8. Радиоактивный распад не может быть остановлен, ускорен или замедлен ка-
ким-либо способом.
9. Скорость ядерных превращений характеризуется активностью, т.е. числом
распадов в единицу времени. Единицей активности является беккерель
(Бк)- одно превращение в секунду. Внесистемная единица активности -
кюри (Ки), в 3,7 х 1010 раз большая, чем беккерель.
Различают следующие виды радиоактивных превращений: корпуску-
лярные и волновые.
К корпускулярным относят:
1. Альфа-распад. Характерен для естественных радиоактивных элементов с
большими порядковыми номерами и представляет собой поток ядер гелия,
несущих двойной положительный заряд. Испускание альфа-частиц различ-
ной энергии ядрами одного и того же вида происходит при наличии различ-
ных энергетических уровней. При этом возникают возбуждённые ядра, ко-
торые переходя в основное состояние, испускают гамма-кванты. При взаи
модействии альфа-частиц с веществом их энергия расходуется на возбужде-
ние и ионизацию атомов среды.
Альфа-частицам присуща самая большая степень ионизации - образо-
вание 60000 пар ионов на пути в 1 см воздуха. Сначала траектория частиц
гии, столкновение с ядрами), что увеличивает плотность ионизации в конце
пути частицы.
Обладая относительно большой массой и зарядом, альфа-частицы
имеют незначительную проникающую способность. Так, для альфа-частицы
с энергией 4 Мэв длина пробега в воздухе составляет 2,5 см, а биологиче-
ской ткани 0,03мм. Альфа-распад приводит к уменьшению порядкового но-
мера вещества на две единицы и массового числа на четыре единицы.
Пример: ----- +
Альфа-частицы рассматриваются как внутренние облучатели. За-
щита: папиросная бумага, одежда, алюминиевая фольга.
2. Электронный бета-распад. Характерен как для естественных, так и для
искусственных радиоактивных элементов. Ядро испускает электрон и воз-
никает при этом ядро нового элемента при неизменном массовом числе и с
большим порядковым номером.
Пример: ----- + ē
Когда ядро испускает электрон, это сопровождается выбросом нейтрино
(1/2000 массы покоя электрона).
При испускании бета-частиц ядра атомов могут находиться в возбуждённом
состоянии. Переход их в невозбуждённое состояние сопровождается испус-
канием гамма-квантов. Длина пробега бета-частицы в воздухе при 4 Мэв 17
см, при этом образуется 60 пар ионов.
3. Позитронный бета-распад. Наблюдается у некоторых искусственных ра-
диоактивных изотопов. Масса ядра практически не изменяется, а порядко-
вый номер уменьшается на единицу.
4. К-захват орбитального электрона ядром. Ядро захватывает электрон с К-
оболочки, при этом из ядра вылетает нейтрон и возникает характеристиче-
ское рентгеновское излучение.
5. К корпускулярным излучениям относят также нейтронные. Нейтроны-не
имеющие заряда элементарные частицы с массой, равной 1. В зависимости
от их энергии различают медленные (холодные, тепловые и надтепловые)
резонансные, промежуточные, быстрые, очень быстрые и сверхбыстрые
нейтроны. Нейтронное излучение самое короткоживущее: через 30-40 се-
кунд нейтрон распадается на электрон и протон. Проникающая способность
потока нейтронов сравнима с таковой для гамма-излучения. При проникно-
вении нейтронного излучения в ткани на глубину 4-6 см, образуется наве-
дённая радиоактивность: стабильные элементы становятся радиоактивными.
6. Самопроизвольное деление ядер. Этот процесс наблюдается у радиоактив-
ных элементов с большим атомным номером при захвате их ядрами медлен-
ных электронов. Одни и те же ядра образуют различные пары осколков с из-
быточным количеством нейтронов. При делении ядер выделяется энергия.
Если нейтроны вновь используются для последующего деления других ядер,
реакция будет цепной.
В лучевой терапии опухолей применяются пи-мезоны - элементарные ча-
стицы с отрицательным зарядом и массой, в 300 раз превышающей массу элек-
трона. Пи-мезоны взаимодействуют с ядрами атомов лишь в конце пробега, где
они разрушают ядра облучаемой ткани.
Волновые виды превращений.
1. Гамма-лучи. Это поток электромагнитных волн длиной от 0,1 до 0,001
нм. Скорость их распространения близка к скорости света. Проникающая
способность высокая: они могут проникать не только через тело челове-
ка, но и через более плотные среды. В воздухе величина пробега гамма-
лучей достигает нескольких сотен метров. Энергия гамма-кванта почти в
10000 раз выше энергии кванта видимого света.
2. Рентгеновские лучи. Электромагнитное излучение, искусственно полу-
чаемые в рентгеновских трубках. При подаче высокого напряжения на
катод, из него вылетают электроны, которые с большой скоростью дви-
жутся к антикатоду и ударяются о его поверхность, изготовленную из тя-
жёлого металла. Возникает тормозное рентгеновское излучение, облада-
ющее высокой проникающей способностью.
Особенности радиационного излучения
1. Ни один источник радиоактивного излучения не определяется ни одним ор-
ганом чувств.
2. Радиоактивное излучение является универсальным фактором для различных наук.
3. Радиоактивное излучение является глобальным фактором. В случае ядерного
загрязнения территории одной страны действие радиации получают и другие.
4. При действии радиоактивного излучения в организме развиваются специфи-
ческие реакции.
Качества, присущие радиоактивным элементам
и ионизирующему излучению
1. Изменение физических свойств.
2. Способность к ионизации окружающей среды.
3. Проникающая способность.
4. Период полураспада.
5. Период полувыведения.
6. Наличие критического органа, т.е. ткани, органа или части тела, облучение
которых может принести наибольший ущерб здоровью человека или его
потомству.
3. Этапы действия ионизирующих излучений на организм человека.
Действие ионизирующей радиации на организм
Непосредственные прямые нарушения в клетках и тканях, происходящие
вслед за излучением, ничтожны. Так, например, при действии облучения, вы-
зывающего смерть подопытного животного, температура в его организме по-
вышается всего лишь на одну сотую долю градуса. Однако при действии ра-
диоактивного излучения в организме возникают весьма серьёзные разнообраз-
ные нарушения, которые следует рассматривать поэтапно.
1. Физико-химический этап
Явления, которые происходят на этом этапе, называются первичными или
пусковыми. Именно они определяют весь дальнейший ход развития лучевых
поражений.
Сначала ионизирующие излучения взаимодействуют с водой, выбивая из
её молекул электроны. Образуются молекулярные ионы, несущие положитель-
ные и отрицательные заряды. Идёт так называемый Радиолиз воды.
Н2О - ē → Н2О+
Н2О + ē → Н2О-
Молекула Н2О может быть разрушена: Н и ОН
Гидроксилы могут рекомбинироваться: ОН
ОН образуется перекись водорода Н2О2
При взаимодействии Н2О2 и ОН образуется НО2 (гидропероксид) и Н2О
Ионизированные и возбуждённые атомы и молекулы в течение 10 секун-
ды взаимодействуют между собой и с различными молекулярными системами,
давая начало химически активным центрам (свободные радикалы, ионы, ион-
радикалы и др.). В этот же период возможны разрывы связей в молекулах как за
счёт непосредственного взаимодействия с ионизирующим агентом, так и за
счёт внутри- и межмолекулярной передачи энергии возбуждения.
2. Биохимический этап
Увеличивается проницаемость мембран, через них начинают диффунди-
ровать в органеллы электролиты, вода, ферменты.
Возникшие в результате взаимодействия излучений с водой радикалы
взаимодействуют с растворёнными молекулами различных соединений, давая
начало вторичнорадикальным продуктам.
Дальнейшее развитие радиационного поражения молекулярных структур
сводится к изменениям белков, липидов, углеводов и ферментов.
В белках происходят:
Конфигурационные изменения белковой структуры.
Агрегация молекул за счёт образования дисульфидных связей
Разрыв пептидных или углеродных связей, ведущих к деструкции белков
Снижение уровня метионина- донатора сульфгидрильных групп, трипто-
фана, что приводит к резкому замедлению синтеза белков
Уменьшение содержания сульфгидрильных групп за счёт их инактивации
Повреждение системы синтеза нуклеиновых кислот
В липидах:
Образуются перекиси жирных кислот, не имеющие специфических фер-
ментов для их разрушения (действие пероксидазы незначительно)
Угнетаются антиоксиданты
В углеводах:
Полисахариды распадаются до простых сахаров
Облучение простых сахаров приводит к их окислению и распаду до орга-
нических кислот и формальдегида
Гепарин теряет свои антикоагулянтные свойства
Гиалуроновая кислота теряет способность соединяться с белком
Снижается уровень гликогена
Нарушаются процессы анаэробного гликолиза
Уменьшается содержание гликогена в мышцах и печени.
В ферментной системе нарушается окислительное фосфорилирование и
изменяется активность ряда ферментов, развиваются реакции химически актив-
ных веществ с различными биологическими структурами, при которых отме-
чаются как деструкция, так и образование новых, не свойственных для облуча-
емого организма, соединений.
Последующие этапы развития лучевого поражения связаны с нарушением
обмена веществ в биологических системах с изменениями соответствующих
4. Биологический этап или судьба облученной клетки
Итак, эффект действия радиации связан с изменениями, происходящими,
как в клеточных органеллах, так и во взаимоотношениях между ними.
Наиболее чувствительными к облучению органеллами клеток организма
млекопитающих являются ядро и митохондрии. Повреждения этих структур
происходят при малых дозах и в самые ранние сроки. В ядрах радиочувстви-
тельных клеток угнетаются энергетические процессы, нарушается функция
мембран. Образуются белки, утратившие свою нормальную биологическую ак-
тивность. Более выраженной радиочувствительностью, чем ядра, обладают ми-
тохондрии. Эти изменения проявляются в форме набухания митохондрий, по-
вреждения их мембран, резком угнетении окислительного фосфорилирования.
Радиочувствительность клеток в значительной мере зависит от скорости
протекающих в них обменных процессов. Клетки, для которых характерны ин-
тенсивно протекающие биосинтетические процессы, высокий уровень окисли-
тельного фосфорилирования и значительная скорость роста, обладают более вы-
сокой радиочувствительностью, чем клетки, пребывающие в стационарной фазе.
Наиболее биологически значимыми в облучённой клетке являются изме-
нения ДНК: разрывы цепочек ДНК, химическая модификация пуриновых и
пиримидиновых оснований, их отрыв от цепи ДНК, разрушение фосфоэфирных
связей в макромолекуле, повреждение ДНК-мембранного комплекса, разруше-
ние связей ДНК-белок и многие другие нарушения.
Во всех делящихся клетках сразу после облучения временно прекращает-
ся митотическая активность («радиационный блок митозов»). Нарушение мета-
болических процессов в клетке приводит к увеличению выраженности молеку-
лярных повреждений в клетке. Этот феномен получил название биологическо-
го усиления первичного радиационного повреждения. Однако, наряду с
этим, в клетке развиваются и репарационные процессы, следствием которых
является полное или частичное восстановление структур и функций.
Наиболее чувствительными к ионизирующему излучению являются:
лимфатическая ткань, костный мозг плоских костей, половые железы, менее чув-
ствительными: соединительная, мышечная, хрящевая, костная и нервная ткани.
Гибель клеток может произойти как в репродуктивную фазу, непосред-
ственно связанную с процессом деления, так и в любой фазе клеточного цикла.
Более чувствительны к ионизирующему излучению новорождённые (вви-
ду высокой митотической активности клеток), старики (ухудшается способ-
ность клеток к восстановлению) и беременные. Повышается чувствительность к
ионизирующим излучениям и при введении некоторых химических соединений
(так называемая радиосенсибилизация).
Биологический эффект зависит:
От вида облучения
От поглощённой дозы
От распределения дозы во времени
От специфики облучаемого органа
Наиболее опасно облучение крипт тонкого кишечника, семенников, кост-
ного мозга плоских костей, области живота и облучение всего организма.
Одноклеточные организмы примерно в 200 раз менее чувствительны к
действию радиации, чем многоклеточные.
4. Природные и техногенные источники ионизирующих излучений.
Источники ионизирующего излучения бывают естественного и искус-
ственного происхождения.
Естественная радиация обусловлена:
1. Космическим излучением (протоны, альфа-частицы, ядра лития, бериллия,
углерода, кислорода, азота составляют первичное космическое излучение.
Атмосфера земли поглощает первичное космическое излучение, затем фор-
мируется вторичное излучение, представленное протонами, нейтронами,
электронами, мезонами и фотонами).
2. Излучением радиоактивных элементов земли (уран, торий, актиний, ра-
дий, радон, торон), воды, воздуха, строительных материалов жилых зданий,
радона и радиоактивного углерода (С-14), присутствующих во вдыхаемом
3. Излучением радиоактивных элементов, содержащихся в животном мире
и организме человека (К-40, уран -238, торий -232 и радий -228 и 226).
Примечание: начиная с полония (№84) все элементы являются радиоак-
тивными и способны к самопроизвольному делению ядер при захвате их ядра-
ми медленных нейтронов (естественная радиоактивность). Однако естественная
радиоактивность обнаруживается и у некоторых лёгких элементов (изотопы
рубидия, самария, лантана, рения).
5. Детерминированные и стохастические клинические эффекты, возникающие у человека при воздействии ионизирующих излучений.
Важнейшие биологические реакции организма человека на действие
ионизирующей радиации разделяют на два вида биологических эффектов
1. Детерминированные (причинно обусловленные) биологические эффек-
ты, для которых существует пороговая доза действия. Ниже порога болезнь
не проявляется, но при достижении определённого порога возникают болез-
ни, прямо пропорционально зависящие от дозы: лучевые ожоги, лучевые
дерматиты, лучевая катаракта, лучевая лихорадка, лучевое бесплодие, ано-
малии развития плода, острая и хроническая лучевая болезнь.
2. Стохастические (вероятностные) биологические эффекты не имеют поро-
га действия. Могут возникать при любой дозе. Для них характерен эффект
малых доз и даже одной клетки (клетка становится раковой, если она облуча-
ется в митозе): лейкоз, онкологические заболевания, наследственные болезни.
По времени возникновения все эффекты подразделяются на:
1. непосредственные - могут возникнуть в течение недели, месяца. Это острая
и хроническая лучевая болезнь, ожоги кожи, лучевая катаракта...
2. отдалённые - возникающие в течение жизни индивидуума: онкологические
заболевания, лейкозы.
3. возникающие через неопределённое время: генетические последствия - из-
менения наследственных структур: геномные мутации - кратные изменения
гаплоидного числа хромосом, хромосомные мутации или хромосомные
аберрации - структурные и численные изменения хромосом, точковые (ген-
ные) мутации: изменения в молекулярной структуре генов.
Корпускулярные излучения - быстрые нейтроны и альфа-частицы, вызы-
вают хромосомные перестройки чаще, чем электромагнитные излучения.__
6. Радиотоксичность и радиогенетика.
Радиотоксичность
В результате радиационных нарушений обменных процессов в организме
накапливаются радиотоксины - это химические соединения, которые играют
определённую роль в патогенезе лучевых поражений.
Радиотоксичность зависит от ряда факторов:
1. Вида радиоактивных превращений: альфа-излучение в 20 раз токсичнее бе-
та-излучения.
2. Средней энергии акта распада: энергия Р-32больше С-14.
3. Схемы радиоактивного распада: изотоп более токсичен, если даёт начало
новому радиоактивному веществу.
4. Путей поступления: поступление через желудочно-кишечный тракт в 300
раз более токсично, чем поступление через неповреждённую кожу.
5. Времени пребывания в организме: больше токсичность при значительном
периоде полураспада и малой скорости полувыведения.
6. Распределения по органам и тканям и специфики облучаемого органа:
остеотропные, гепатотропные и равномерно распределяющиеся изотопы.
7. Продолжительности поступления изотопов в организм: случайное проглаты-
вание радиоактивного вещества может окончиться благополучно, при хро-
ническом поступлении возможно накопление опасного количества излуча-
теля.
7. Острая лучевая болезнь. Профилактика.
Мельниченко - стр. 172
8. Хроническая лучевая болезнь. Профилактика.
Мельниченко стр. 173
9. Использование источников ионизирующих излучений в медицине (понятие о закрытых и открытых источниках излучений).
Источники ионизирующих излучений подразделяются на закрытые и от-
крытые. В зависимости от данной классификации по-разному трактуются и
способы защиты от данных излучений.
Закрытые источники
Их устройство исключает попадание радиоактивных веществ в окружа-
ющую среду в условиях применения и износа. Это могут быть иглы, запаянные
в стальные контейнеры, теле-гамма-установки для облучения, ампулы, бусины,
источники непрерывного излучения и генерирующие излучение периодически.
Излучение от закрытых источников только внешнее.
Принципы защиты при работе с закрытыми источниками
1. Защита количеством (уменьшение мощности дозы на рабочем месте - чем
меньше доза, тем меньше облучение. Однако технология манипуляций не
всегда позволяет уменьшить мощность дозы до минимальной величины).
2. Защита временем (сокращения времени контакта с ионизирующим излуче-
нием можно достигнуть тренировкой без излучателя).
3. Расстоянием (дистанционное управление).
4. Экранами (экраны-контейнеры для хранения и транспортировки радиоак-
тивных препаратов в нерабочем положении, для оборудования, передвиж-
ные - ширмы в рентгеновских кабинетах, части строительных конструкций
для защиты территорий - стены, двери, индивидуальные средства защиты -
щитки из орг.стекла, просвинцованные перчатки).
Альфа- и бета- излучение задерживается водородосодержащими веще-
ствами (пластмассой) и алюминием, гамма-излучение ослабляется материалами
с высокой плотностью - свинцом, сталью, чугуном.
Для поглощения нейтронов экран должен иметь три слоя:
1. слой - для замедления нейтронов - материалы с большим количеством ато-
мов водорода - вода, парафин, пластмасса и бетон
2. слой - для поглощения медленных и тепловых нейтронов - бор, кадмий
3. слой - для поглощения гамма-излучения - свинец.
Для оценки защитных свойств того или иного материала, его способности
задерживать ионизирующее излучение используют показатель слоя половинно-
го ослабления, обозначающий толщину слоя данного материала, после прохож-
дения которого интенсивность гамма-излучения уменьшается вдвое.
Открытые источники радиоактивного излучения
Открытый источник - это источник излучения, при использовании кото-
рого возможно попадание радиоактивных веществ в окружающую среду. При
этом не исключается не только внешнее, но и внутреннее облучение персонала
(газы, аэрозоли, твёрдые и жидкие радиоактивные вещества, радиоактивные
изотопы).
Все работы с открытыми изотопами разделяются на три класса. Класс ра-
бот устанавливается в зависимости от группы радиотоксичности радиоактивно-
го изотопа (А, Б, В, Г) и фактического его количества (активности) на рабочем
месте.
10. Способы защиты человека от ионизирующих излучений. Радиационная безопасность населения РФ. Нормы радиационной безопасности (НРБ-2009).
Способы защиты от открытых источников ионизирующих излучений
1. Организационные мероприятия: выделение трёх классов работ в зависимо-
сти от опасности.
2. Планировочные мероприятия. Для первого класса опасности - специально
изолированные корпуса, куда не допускаются посторонние люди. Для второ-
го класса выделяется только этаж или часть здания. Работы третьего класса
могут проводиться в обычной лаборатории с наличием вытяжного шкафа.
3. Герметизация оборудования.
4. Применение несорбирующих материалов для покрытия столов и стен,
устройство рациональной вентиляции.
5. Индивидуальные средства защиты: одежда, обувь, изолирующие костюмы,
защита органов дыхания.
6. Соблюдение радиационной асептики: халаты, перчатки, личная гигиена.
7. Радиационный и медицинский контроль.
Для обеспечения безопасности человека во всех условиях воздействия на
него ионизирующего излучения искусственного или природного происхожде-
ния применяются нормы радиационной безопасности.
В нормах устанавливаются следующие категории облучаемых лиц:
Персонал (группа А - лица, постоянно работающие с источниками иони-
зирующих излучений и группа Б - ограниченная часть населения, которая ино-
гда может подвергаться воздействию ионизирующих излучений - уборщицы,
слесари и т.д.)
Всё население, включая лиц из персонала, вне сферы и условий их произ-
водственной деятельности.
Основные пределы доз для персонала группы Б равны ¼ значений для
персонала группы А. Эффективная доза для персонала не должна превышать за
период трудовой деятельности (50 лет) 1000 мЗв, а для населения за период
жизни (70 лет) - 70 мЗв.
Планируемое облучение персонала группы А выше установленных пре-
делов при ликвидации или предотвращении аварии может быть разрешено
только в случае необходимости спасения людей или предотвращения их облу-
чения. Допускается для мужчин старше 30 лет при их добровольном письмен-
ном согласии, информирования о возможных дозах облучения и риске для здо-
ровья. В аварийных ситуациях облучение не должно быть более 50 мЗв.__
11. Возможные причины возникновения чрезвычайных ситуаций на радиационно-опасных объектах.
Классификация радиационных аварий
Аварии, связанные с нарушением нормальной эксплуатации РОО, подразделяются на проектные и запроектные.
Проектная авария — авария, для которой проектом определены исходные события и конечные состояния, в связи с чем предусмотрены системы безопасности.
Запроектная авария — вызывается не учитываемыми для проектных аварий исходными событиями и приводит к тяжелым последствиям. При этом может произойти выход радиоактивных продуктов в количествах, приводящих к радиоактивному загрязнению прилегающей территории, возможному облучению населения выше установленных норм. В тяжелых случаях могут произойти тепловые и ядерные взрывы.
В зависимости от границ зон распространения радиоактивных веществ и радиационных последствий потенциальные аварии на АЭС делятся на шесть типов: локальная, местная, территориальная, региональная, федеральная, трансграничная.
Если при региональной аварии количество людей, получивших дозу облучения выше уровней, установленных для нормальной эксплуатации, может превысить 500 человек, или количество людей, у которых могут быть нарушены условия жизнедеятельности, превысит 1 000 человек, или материальный ущерб превысит 5 млн. минимальных размеров оплаты труда, то такая авария будет федеральной.
При трансграничных авариях радиационные последствия аварии выходят за территорию Российской Федерации, либо данная авария произошла за рубежом и затрагивает территорию Российской Федерации.
12. Санитарно-гигиенические мероприятия в чрезвычайных ситуациях на радиационно-опасных объектах.
К мероприятиям, способам и средствам, обеспечивающим защиту населения от радиационного воздействия при радиационной аварии, относятся:
обнаружение факта радиационной аварии и оповещение о ней;
выявление радиационной обстановки в районе аварии;
организация радиационного контроля;
установление и поддержание режима радиационной безопасности;
проведение при необходимости на ранней стадии аварии йодной профилактики населения, персонала аварийного объекта и участников ликвидации последствий аварии;
обеспечение населения, персонала, участников ликвидации последствий аварии необходимыми средствами индивидуальной защиты и использование этих средств;
укрытие населения в убежищах и противорадиационных укрытиях;
санитарная обработка;
дезактивация аварийного объекта, других объектов, технических средств и др;
эвакуация или отселение населения из зон, в которых уровень загрязнения или дозы облучения превышают допустимые для проживания населения.
Выявление радиационной обстановки проводится для определения масштабов аварии, установления размеров зон радиоактивного загрязнения, мощности дозы и уровня радиоактивного загрязнения в зонах оптимальных маршрутов движения людей, транспорта, а также определения возможных маршрутов эвакуации населения и сельскохозяйственных животных.
Радиационный контроль в условиях радиационной аварии проводится с целью соблюдения допустимого времени пребывания людей в зоне аварии, контроля доз облучения и уровней радиоактивного загрязнения.
Режим радиационной безопасности обеспечивается установлением особого порядка доступа в зону аварии, зонированием района аварии; проведением аварийно-спасательных работ, осуществлением радиационного контроля в зонах и на выходе в “чистую” зону и др.
Использование средств индивидуальной защиты заключается в применении изолирующих средств защиты кожи (защитные комплекты), а также средств защиты органов дыхания и зрения (ватно-марлевые повязки, различные типы респираторов, фильтрующие и изолирующие противогазы, защитные очки и др.). Они защищают человека в основном от внутреннего облучения.
Для защиты щитовидной железы взрослых и детей от воздействия радиоактивных изотопов йода на ранней стадии аварии проводится йодная профилактика. Она заключается в приеме стабильного йода, в основном йодистого калия, который принимают в таблетках в следующих дозах: детям от двух лет и старше, а также взрослым по 0,125 г, до двух лет по 0,04 г., прием внутрь после еды вместе с киселем, чаем, водой 1 раз в день в течение 7 суток. Раствор йода водно-спиртовой (5%-ная настойка йода) показан детям от двух лет и старше, а также взрослым по 3-5 капель на стакан молока или воды в течение 7 суток. Детям до двух лет дают 1-2 капли на 100 мл молока или питательной смеси в течение 7 суток.
Максимальный защитный эффект (снижение дозы облучения примерно в 100 раз) достигается при предварительном и одновременном с поступлением радиоактивного йода приеме его стабильного аналога. Защитный эффект препарата значительно снижается при его приеме более чем через два часа после начала облучения. Однако и в этом случае происходит эффективная защита от облучения при повторных поступлениях радиоактивного йода.
Защиту от внешнего облучения могут обеспечить только защитные сооружения, которые должны оснащаться фильтрами-поглотителями радионуклидов йода. Временные укрытия населения до проведения эвакуации могут обеспечить практически любые герметизированные помещения.
Подробности Просмотров: 7330В обычных условиях каждый человек непрерывно подвергается воздействию ионизирующей радиации в результате космического излучения, а также вследствие излучения естественных радионуклидов, находящихся в земле, пище, растениях и в самом организме человека.
Уровень естественной радиоактивности, вызываемый естественным фоном, невелик. Такой уровень облучения привычен для человеческого организма и считается безвредным для него.
Техногенное облучение возникает от техногенных источников как в нормальных, так и в аварийных условиях.
Различные виды радиоактивных излучений могут вызывать в тканях организма определенные изменения. Эти изменения связаны с возникающей при облучении ионизацией атомов и молекул клеток живого организма.
Работа с радиоактивными веществами при отсутствии надлежащих мер защиты может привести к облучению дозами, оказывающими вредное влияние на организм человека.
Контакт с ионизирующими излучениями представляет серьезную опасность для человека. Степень опасности зависит как от величины поглощенной энергии излучения, так и от пространственного распределения поглощенной энергии в организме человека.
Радиационная опасность зависит от вида излучения (коэффициент качества излучения). Тяжелые заряженные частицы и нейтроны более опасны, чем рентгеновское и гамма-излучение.
В результате воздействия ионизирующих излучений на организм человека в тканях могут происходить сложные физические, химические и биологические процессы. Ионизирующие излучения вызывают ионизацию молекул и атомов вещества, в результате чего молекулы и клетки ткани разрушаются.
Ионизация живых тканей сопровождается возбуждением молекул клеток, что ведет к разрыву молекулярных связей и к изменению химической структуры различных соединений.
Известно, что 2/3 общего состава ткани человека составляет вода. В связи с этим процессы ионизации живой ткани во многом определяются поглощением излучения водой клеток, ионизацией молекул воды.
Образующиеся в результате ионизации воды водород (Н) и гидроксильная группа (ОН) непосредственно либо через цепь вторичных превращений образуют продукты с высокой химической активностью: гидратный окисел (Н02) и перекись водорода (Н202), обладающие ярко выраженными окислительными свойствами и высокой токсичностью по отношению к ткани. Вступая в соединения с молекулами органических веществ, и прежде всего с белками, они образуют новые химические соединения, не свойственные здоровой ткани.
При облучении нейтронами в организме могут образоваться радиоактивные вещества из содержащихся в нем элементов, образуя наведенную активность, т. е. радиоактивность, созданную в веществе в результате воздействия на него потоков нейтронов.
Ионизация живой ткани, зависящая от энергии излучения, массы, величины электрического заряда и ионизирующей способности излучения, приводит к разрыву химических связей и изменению химической структуры различных соединений, составляющих клетки ткани.
В свою очередь, изменения в химическом составе ткани, происходящие в результате разрушения значительного числа молекул, приводят к гибели этих клеток. Причем многие излучения проникают очень глубоко и могут вызвать ионизацию, а следовательно и поражение клеток в глубоко расположенных частях человеческого тела.
В результате воздействия ионизирующих излучений нарушается нормальное течение биологических процессов и обмен веществ в организме.
В зависимости от дозы облучения и продолжительности воздействия и от индивидуальных особенностей организма эти изменения могут быть обратимыми, при которых пораженная ткань восстанавливает свою функциональную деятельность, либо необратимыми, что приведет к поражению отдельных органов или всего организма. Причем чем больше доза облучения, тем больше воздействие его на организм человека. Выше отмечалось, что наряду с процессами повреждения организма ионизирующими излучениями происходят и защитно-восстановительные процессы.
Продолжительность облучения оказывает большое влияние на эффект облучения, и следует считать, что решающее значение имеет даже не доза, а мощность дозы облучения. С увеличением мощности дозы поражающее действие возрастает. Поэтому дробное воздействие облучения меньшими дозами менее губительно, чем получение той же дозы облучения в течение однократного облучения суммарной дозой облучения.
Степень поражения организма ионизирующим излучением повышается с увеличением размеров облучаемой поверхности. Воздействие ионизирующих излучений оказывается различным в зависимости от того, какой орган подвергается облучению.
Вид излучения влияет на разрушительную способность излучения при воздействии на органы и ткани организма. Это влияние учитывает взвешивающий коэффициент для данного вида излучения, что было отмечено ранее.
Индивидуальные особенности организма сильно проявляются при малых дозах облучения. С увеличением дозы облучения влияние индивидуальных особенностей становится незначительным.
Человек наиболее устойчив к облучению в возрасте от 25 до 50 лет. У молодых людей чувствительность к облучению выше, чем у людей среднего возраста.
Биологическое воздействие ионизирующих излучений в значительной степени зависит от состояния центральной нервной системы и внутренних органов. Нервные заболевания, а также заболевания сердечно-сосудистой системы, кроветворных органов, почек, желез внутренней секреции снижают выносливость человека к облучению.
Особенности воздействия радиоактивных веществ, попавших внутрь организма, связаны с возможностью длительного их нахождения в организме и непосредственного воздействия на внутренние органы.
Внутрь организма человека радиоактивные вещества могут поступать при вдыхании воздуха, загрязненного радионуклидами, через пищеварительный тракт (при еде, питье, курении), через поврежденную и неповрежденную кожу.
Г азообразные радиоактивные вещества (радон, ксенон, криптон и др.) легко проникают через дыхательные пути, быстро всасываются, вызывая явления общего поражения. Газы относительно быстро выделяются из организма, большая их часть выделяется через дыхательные пути.
Проникновение в легкие распыленных радиоактивных веществ зависит от степени дисперсности частиц. Частицы размером более 10 мк, как правило, задерживаются в носовой полости и в легкие не проникают. Частицы размером менее 1 мк, попавшие при вдыхании внутрь организма, удаляются с воздухом при выдыхании.
Степень опасности поражения зависит от химической природы этих веществ, а также от скорости выведения радиоактивного вещества из организма. Менее опасны радиоактивные вещества:
быстро обращающиеся в организме (вода, натрий, хлор и др.) и не задерживающиеся в организме на длительное время;
не усваиваемые организмом;
не образующие соединений, входящих в состав тканей (аргон, ксенон, криптон и др.).
Некоторые радиоактивные вещества почти не выводятся из организма и накапливаются в нем, при этом одни из них (ниобий, рутений и др.) равномерно распределяются в организме, другие сосредоточиваются в определенных органах (лантан, актиний, торий - в печени, стронций, уран, радий - в костной ткани), приводя к их быстрому повреждению.
При оценке действия радиоактивных веществ следует также учитывать период их полураспада и вид излучения. Вещества с малым периодом полураспада быстро теряют активность и поэтому менее опасны.
Каждая доза излучения оставляет глубокий след в организме. Одним из отрицательных свойств ионизирующих излучений является его суммарное, кумулятивное действие на организм.
Кумулятивное действие оказывается особенно сильным при попадании в организм радиоактивных веществ, отлагающихся в определенных тканях. При этом, присутствуя в организме изо дня в день в течение длительного срока, они облучают близлежащие клетки и ткани.
Различают следующие виды облучений:
хроническое (постоянное или прерывистое действие ионизирующего излучения в течение длительного времени);
острое (однократное, кратковременное лучевое воздействие);
общее (облучение всего организма);
местное (облучение части организма).
Результат воздействия ионизирующего излучения и при внешнем, и при внутреннем облучении зависит от дозы облучения, продолжительности воздействия, вида облучения, индивидуальной чувствительности и величины облучаемой поверхности. При внутреннем облучении эффект воздействия зависит, кроме того, от физико-химических свойств радиоактивных веществ и их поведения в организме.
На большом экспериментальном материале с животными, а также путем обобщения опыта работы людей с радионуклидами в общих чертах было установлено, что при воздействии на человека определенных доз ионизирующих излучений они не вызывают в организме существенных необратимых изменений. Такие дозы называются предельными.
Предел дозы - величина эффективной годовой или эквивалентной дозы техногенного облучения, которая не должна превышаться в условиях нормальной работы. Соблюдение предела годовой дозы предотвращает возникновение детерминированных эффектов, а вероятность стохастических эффектов сохраняется при этом на приемлемом уровне.
Детерминированные эффекты излучения - клинически выявляемые вредные биологические эффекты, вызываемые ионизирующим излучением, в отношении которых предполагается существование порога, ниже которого эффект отсутствует, а выше - тяжесть эффекта зависит от дозы.
Стохастические эффекты излучения - вредные биологические эффекты, вызываемые ионизирующим излучением, не имеющие дозового порога возникновения, вероятность возникновения которых пропорциональна дозе и для которых тяжесть проявления не зависит от дозы.
В связи с изложенным вопросы защиты работающих от вредного воздействия ионизирующих излучений носят разносторонний характер и регламентируются различными правовыми актами.
«Отношение людей к той или иной опасности определяется тем, насколько хорошо она им знакома».
Настоящий материал - обобщённый ответ на многочисленные вопросы, возникающие пользователей приборов для обнаружения и измерения радиации в бытовых условиях.
Минимальное использование специфической терминологии ядерной физики при изложении материала поможет вам свободно ориентироваться этой в экологической проблеме, не поддаваясь радиофобии, но и без излишнего благодушия.
Опасность РАДИАЦИИ реальная и мнимая
«Один из первых открытых природных радиоактивных элементов был назван «радием»
- в переводе с латинского-испускающий лучи, излучающий».
Каждого человека в окружающей среде подстерегают различные явления, оказывающие на него влияние. К ним можно отнести жару, холод, магнитные и обычные бури, проливные дожди, обильные снегопады, сильные ветры, звуки, взрывы и др.
Благодаря наличию органов чувств, отведенных ему природой, он может оперативно реагировать на эти явления с помощью, например, навеса от солнца, одежды, жилья, лекарств, экранов, убежищ и т.д.
Однако, в природе существует явление, на которое человек из-за отсутствия необходимых органов чувств не может мгновенно реагировать - это радиоактивность. Радиоактивность - не новое явление; радиоактивность и сопутствующие ей излучения (т.н. ионизирующие) существовали во Вселенной всегда. Радиоактивные материалы входят в состав Земли и даже человек слегка радиоактивен, т.к. в любой живой ткани присутствуют в малейших количествах радиоактивные вещества.
Самое неприятное свойство радиоактивного (ионизирующего) излучения - его воздействие на ткани живого организма, поэтому необходимы соответствующие измерительные приборы, которые предоставляли бы оперативную информацию для принятия полезных решений до того, когда пройдет продолжительное время и проявятся нежелательные или даже губительные последствия.что его воздействие человек начнет ощущать не сразу, а лишь по прошествии некоторого времени. Поэтому информацию о наличии излучения и его мощности необходимо получить как можно раньше.
Однако, хватит загадок. Поговорим о том, что же такое радиация и ионизирующее (т. е. радиоактивное) излучение.
Ионизирующее излучение
Любая среда состоит из мельчайших нейтральных частиц-атомов
, которые состоят из положительно заряженных ядер и окружающих их отрицательно заряженных электронов. Каждый атом похож на солнечную систему в миниатюре: вокруг крошечного ядра движутся по орбитам «планеты» - электроны
.
Ядро атома
состоит из нескольких элементарных частиц-протонов и нейтронов, удерживаемых ядерными силами.
Протоны частицы имеющие положительный заряд, равный по абсолютной величине заряду электронов.
Нейтроны нейтральные, не обладающие зарядом, частицы. Число электронов в атоме в точности равно числу протонов в ядре, поэтому каждый атом в целом нейтрален. Масса протона почти в 2000 раз больше массы электрона.
Число присутствующих в ядре нейтральных частиц (нейтронов) может быть разным при одинаковом числе протонов. Такие атомы, имеющие ядра с одинаковым числом протонов, но различающиеся по числу нейтронов, относятся к разновидностям одного и того же химического элемента, называемым «изотопами» данного элемента. Чтобы отличить их друг от друга, к символу элемента приписывают число, равное сумме всех частиц в ядре данного изотопа. Так уран-238 содержит 92 протона и 146 нейтронов; в уране 235 тоже 92 протона, но 143 нейтрона. Все изотопы химического элемента образуют группу «нуклидов». Некоторые нуклиды стабильны, т.е. не претерпевают никаких превращений, другие же, испускающие частицы нестабильны и превращаются в другие нуклиды. В качестве примера возьмем атом урана - 238. Время от времени из него вырывается компактная группа из четырех частиц: двух протонов и двух нейтронов -«альфа-частица (альфа)». Уран-238 превращается, таким образом, в элемент, в ядре которого содержится 90 протонов и 144 нейтрона - торий-234. Но торий-234 тоже нестабилен: один из его нейтронов превращается в протон, и торий-234 превращается в элемент, в ядре которого содержится 91 протон и 143 нейтрона. Это превращение сказывается и на движущихся по своим орбитам электронах (бета): один из них становится как бы лишним, не имеющим пары (протона), поэтому он покидает атом. Цепочка многочисленных превращений, сопровождающаяся альфа- или бета- излучениями, завершается стабильным нуклидом свинца. Разумеется, существует много подобных цепочек самопроизвольных превращений (распадов) разных нуклидов. Период полураспада, есть отрезок времени, за который исходное число радиоактивных ядер в среднем уменьшается в два раза.
При каждом акте распада высвобождается энергия, которая и передается в виде излучения. Часто нестабильный нуклид оказывается в возбужденном состоянии и при этом испускание частицы не приводит к полному снятию возбуждения; тогда он выбрасывает порцию энергии в виде гамма-излучения (гамма-кванта). Как и в случае рентгеновских лучей (отличающихся от гамма-излучения только частотой) при этом не происходит испускания каких-либо частиц. Весь процесс самопроизвольного распада нестабильного нуклида называется радиоактивным распадом, а сам нуклид радионуклидом.
Различные виды излучений сопровождаются высвобождением разного количества энергии и обладают различной проникающей способностью; поэтому они оказывают неодинаковое воздействие на ткани живого организма. Альфа-излучение, задерживается, например, листом бумаги и практически не способно проникнуть через наружный слой кожи. Поэтому оно не представляет опасности до тех пор, пока радиоактивные вещества, испускающие альфа - частицы, не попадут внутрь организма через открытую рану, с пищей, водой или с вдыхаемым воздухом или паром, например, в бане; тогда они становятся чрезвычайно опасными. Бета - частица обладает большей проникающей способностью: она проходит в ткани организма на глубину один-два сантиметра и более, в зависимости от величины энергии. Проникающая способность гамма-излучения, которое распространяется со скоростью света, очень велика: его может задержать лишь толстая свинцовая или бетонная плита. Ионизирующее излучение характеризуется рядом измеряемых физических величин. К ним следует отнести энергетические величины. На первый взгляд может показаться, что их бывает достаточно для регистрации и оценки воздействия ионизирующего излучения на живые организмы и человека. Однако, эти энергетические величины не отражают физиологического воздействия ионизирующего излучения на человеческий организм и другие живые ткани, субъективны, и для разных людей различны. Поэтому используются усредненные величины.
Источники радиации бывают естественными, присутствующими в природе, и не зависящими от человека.
Установлено, что из всех естественных источников радиации наибольшую опасность представляет радон -тяжелый газ без вкуса, запаха и при этом невидимый; со своими дочерними продуктами.
Радон высвобождается из земной коры повсеместно, но его концентрация в наружном воздухе существенно различается для различных точек земного шара. Как ни парадоксально это может показаться на первый взгляд, но основное излучение от радона человек получает, находясь в закрытом, непроветриваемом помещении. Радон концентрируется в воздухе внутри помещений лишь тогда, когда они в достаточной мере изолированы от внешней среды. Просачиваясь через фундамент и пол из грунта или, реже, высвобождаясь из стройматериалов, радон накапливается в помещении. Герметизация помещений с целью утепления только усугубляет дело, поскольку при этом еще более затрудняется выход радиоактивного газа из помещения. Проблема радона особенно важна для малоэтажных домов с тщательной герметизацией помещений (с целью сохранения тепла) и использованием глинозема в качестве добавки к строительным материалам (т.н. «шведская проблема»). Самые распространенные стройматериалы - дерево, кирпич и бетон - выделяют относительно немного радона. Гораздо большей удельной радиоактивностью обладают гранит, пемза, изделия из глиноземного сырья, фосфогипса.
Еще один, как правило менее важный, источник поступления радона в помещения представляет собой вода и природный газ, используемый для приготовления пищи и обогрева жилья.
Концентрация радона в обычно используемой воде чрезвычайно мала, но вода из глубоких колодцев или артезианских скважин содержит очень много радона. Однако основная опасность исходит вовсе не от питья воды, даже при высоком содержании в ней радона. Обычно люди потребляют большую часть воды в составе пищи и в виде горячих напитков, а при кипячении воды или приготовлении горячих блюд радон практически полностью улетучивается. Гораздо большую опасность представляет попадание паров воды с высоким содержанием радона в легкие вместе с вдыхаемым воздухом, что чаще всего происходит в ванной комнате или парилке (парной).
В природный газ радон проникает под землей. В результате предварительной переработки и в процессе хранения газа перед поступлением его к потребителю большая часть радона улетучивается, но концентрация радона в помещении может заметно возрасти, если кухонные плиты и другие нагревательные газовые приборы не снабжены вытяжкой. При наличии же приточно - вытяжной вентиляции, которая сообщается с наружным воздухом, концентрации радона в этих случаях не происходит. Это относится и к дому в целом -ориентируясь на показания детекторов радона можно установить режим вентиляции помещений, полностью исключающий угрозу здоровью. Однако, учитывая, что выделение радона из грунта имеет сезонный характер, нужно контролировать эффективность вентиляции три-четыре раза в год, не допуская превышения норм концентрации радона.
Другие источники радиации, к сожалению обладающие потенциальной опасностью, созданы самим человеком. Источники искусственной радиации - это созданные с помощью ядерных реакторов и ускорителей искусственные радионуклиды, пучки нейтронов и заряженных частиц. Они получили название техногенных источников ионизирующего излучения. Оказалось, что наряду с опасным для человека характером, радиацию можно поставить на службу человеку. Вот далеко не полный перечень областей применения радиации: медицина, промышленность, сельское хозяйство, химия, наука и т.д. Успокаивающим фактором является контролируемый характер всех мероприятий, связанных с получением и применением искусственной радиации.
Особняком по своему воздействию на человека стоят испытания ядерного оружия в атмосфере, аварии на АЭС и ядерных реакторах и результаты их работы, проявляющиеся в радиоактивных осадках и радиоактивных отходах. Однако только чрезвычайные ситуации, типа Чернобыльской аварии, могут оказать неконтролируемое воздействие на человека.
Остальные работы легко контролируются на профессиональном уровне.
При выпадении радиоактивных осадков в некоторых местностях Земли радиация может попадать внутрь организма человека непосредственно через с/х продукцию и питание. Обезопасить себя и своих близких от этой опасности очень просто. При покупке молока, овощей, фруктов, зелени, да и любых других продуктов совсем не лишним будет включить дозиметр и поднести его к покупаемой продукции. Радиации не видно - но прибор мгновенно определит наличие радиоактивного загрязнения. Такова наша жизнь в третьем тысячелетии - дозиметр становится атрибутом повседневной жизни, как носовой платок, зубная щетка, мыло.
ВОЗДЕЙСТВИЕ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ТКАНИ ОРГАНИЗМА
Повреждений, вызванных в живом организме ионизирующим излучением, будет тем больше, чем больше энергии оно передаст тканям; количество этой энергии называется дозой, по аналогии с любым веществом поступающим в организм и полностью им усвоенным. Дозу излучения организм может получить независимо от того, находится ли радионуклид вне организма или внутри него.
Количество энергии излучения, поглощенное облучаемыми тканями организма, в пересчете на единицу массы называется поглощенной дозой и измеряется в Греях. Но эта величина не учитывает того, что при одинаковой поглощенной дозе альфа-излучение гораздо опаснее (в двадцать раз) бета или гамма-излучений. Пересчитанную таким образом дозу называют эквивалентной дозой; ее измеряют в единицах называемых Зивертами.
Следует учитывать также, что одни части тела более чувствительны, чем другие: например, при одинаковой эквивалентной дозе облучения, возникновение рака в легких более вероятно, чем в щитовидной железе, а облучение половых желез особенно опасно из-за риска генетических повреждений. Поэтому дозы облучения человека следует учитывать с различными коэффициентами. Умножив эквивалентные дозы на соответствующие коэффициенты и просуммировав по всем органам и тканям, получим эффективную эквивалентную дозу, отражающую суммарный эффект облучения для организма; она также измеряется в Зивертах.
Заряженные частицы.
Проникающие в ткани организма альфа- и бета-частицы теряют энергию вследствие электрических взаимодействий с электронами тех атомов, близ которых они проходят. (Гамма-излучение и рентгеновские лучи передают свою энергию веществу несколькими способами, которые в конечном счете также приводят к электрическим взаимодействиям).
Электрические взаимодействия.
За время порядка десяти триллионных секунды после того, как проникающее излучение достигнет соответствующего атома в ткани организма, от этого атома отрывается электрон. Последний заряжен отрицательно, поэтому остальная часть исходно нейтрального атома становится положительно заряженной. Этот процесс называется ионизацией. Оторвавшийся электрон может далее ионизировать другие атомы.
Физико-химические изменения.
И свободный электрон, и ионизированный атом обычно не могут долго пребывать в таком состоянии и в течение следующих десяти миллиардных долей секунды участвуют в сложной цепи реакций, в результате которых образуются новые молекулы, включая и такие чрезвычайно реакционно способные, как "свободные радикалы".
Химические изменения.
В течение следующих миллионных долей секунды образовавшиеся свободные радикалы реагируют как друг с другом, так и с другими молекулами и через цепочку реакций, еще не изученных до конца, могут вызвать химическую модификацию важных в биологическом отношении молекул, необходимых для нормального функционирования клетки.
Биологические эффекты.
Биохимические изменения могут произойти как через несколько секунд, так и через десятилетия после облучения и явиться причиной немедленной гибели клеток или изменений в них.
ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ РАДИОАКТИВНОСТИ |
||
|
Беккерель (Бк, Вq); |
1 Бк = 1 распад в сек. |
Единицы активности радионуклида. Представляют собой число распадов в единицу времени. |
|
Грей (Гр, Gу); |
1 Гр = 1 Дж/кг |
Единицы поглощённой дозы. Представляют собой количество энергии ионизирующего излучения, поглощенное единицей массы какого-либо физического тела, например тканями организма. |
|
Зиверт (Зв, Sv) |
1 Зв = 1 Гр = 1 Дж/кг (для бета и гамма) 1 мкЗв = 1/1000000 Зв 1 бер = 0.01 Зв = 10 мЗв Единицы эквивалентной дозы. |
Единицы эквивалентной дозы. Представляют собой единицу поглощенной дозы, умноженную на коэффициент, учитывающий неодинаковую опасность разных видов ионизирующего излучения. |
|
Грей в час (Гр/ч); Зиверт в час (Зв/ч); Рентген в час (Р/ч) |
1 Гр/ч = 1 Зв/ч = 100 Р/ч (для бета и гамма) 1 мк Зв/ч = 1 мкГр/ч = 100 мкР/ч 1 мкР/ч = 1/1000000 Р/ч |
Единицы мощности дозы. Представляют собой дозу полученную организмом за единицу времени. |
Для информации, а не для запугивания, особенно людей, решивших посвятить себя работе с ионизирующим излучением, следует знать предельно допустимые дозы. Единицы измерения радиоактивности приведены в таблице 1. По заключению Международной комиссии по радиационной защите на 1990 г. вредные эффекты могут наступать при эквивалентных дозах не менее 1,5 Зв (150 бэр) полученных в течение года, а в случаях кратковременного облучения - при дозах выше 0,5 Зв (50 бэр). Когда облучение превышает некоторый порог, возникает лучевая болезнь. Различают хроническую и острую (при однократном массивном воздействии) формы этой болезни. Острую лучевую болезнь по тяжести подразделяют на четыре степени, начиная от дозы 1-2 Зв (100-200 бэр, 1-я степень) до дозы более 6 Зв (600 бэр, 4-я степень). Четвертая степень может закончиться летальным исходом.
Дозы, получаемые в обычных условиях, ничтожны по сравнению с указанными. Мощность эквивалентной дозы, создаваемой естественным излучением, колеблется от 0,05 до 0,2 мкЗв/ч, т.е. от 0,44 до 1,75 мЗв/год (44-175 мбэр/год).
При медицинских диагностических процедурах - рентгеновских снимках и т.п. - человек получает еще примерно 1,4 мЗв/год.
Поскольку в кирпиче и бетоне в небольших дозах присутствуют радиоактивные элементы, доза возрастает еще на 1,5 мЗв/год. Наконец, из-за выбросов современных тепловых электростанций, работающих на угле, и при полетах на самолете человек получает до 4 мЗв/год. Итого существующий фон может достигать 10 мЗв/год, но в среднем не превышает 5 мЗв/год (0,5 бэр/год).
Такие дозы совершенно безвредны для человека. Предел дозы в добавление к существующему фону для ограниченной части населения в зонах повышенной радиации установлен 5 мЗв/год (0,5 бэр/год), т.е. с 300-кратным запасом. Для персонала, работающего с источниками ионизирующих излучений, установлена предельно допустимая доза 50 мЗв/ год (5 бэр/год), т.е. 28 мкЗв/ч при 36-часовой рабочей неделе.
Согласно гигиеническим нормативам НРБ-96 (1996 г.) допустимые уровни мощности дозы при внешнем облучении всего тела от техногенных источников для помещения постоянного пребывания лиц из персонала - 10 мкГр/ч, для жилых помещений и территории, где постоянно находятся лица из населения - 0,1 мкГр/ч (0,1 мкЗв/ч, 10 мкР/ч).
ЧЕМ ИЗМЕРЯЮТ РАДИАЦИЮ
Несколько слов о регистрации и дозиметрии ионизирующего излучения. Существуют различные методы регистрации и дозиметрии: ионизационный (связанный с прохождением ионизирующего излучения в газах), полупроводниковый (в котором газ заменен твердым телом), сцинтиляционный, люминесцентный, фотографический. Эти методы положены в основу работы дозиметров радиации. Среди газонаполненных датчиков ионизирующего излучения можно отметить ионизационные камеры, камеры деления, пропорциональные счетчики и счетчики Гейгера-Мюллера . Последние относительно просты, наиболее дешевы, не критичны к условиям работы, что и обусловило их широкое применение в профессиональной дозиметрической аппаратуре, предназначенной для обнаружения и оценки бета- и гамма-излучения. Когда датчиком служит счетчик Гейгера-Мюллера, любая вызывающая ионизацию частица, попадающая в чувствительный объем счетчика, становится причиной самостоятельного разряда. Именно попадающая в чувствительный объем! Поэтому не регистрируются альфа -частицы, т.к. они туда не могут проникнуть. Даже при регистрации бета - частиц необходимо приблизить детектор к объекту, чтобы убедиться в отсутствии излучения, т.к. в воздухе энергия этих частиц может быть ослаблена, они могут не преодолеть корпус прибора, не попадут в чувствительный элемент и не будут обнаружены.
Доктор физико-математических наук, Профессор МИФИ Н.М. Гаврилов
статья написана для компании "Кварта-Рад"