ИОНИЗИРУЮЩИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ, ИХ ПРИРОДА И ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА
Радиация и её разновидности
Ионизирующие излучения
Источники радиационной опасности
Устройство ионизирующих источников излучения
Пути проникновения излучения в организм человека
Меры ионизирующего воздействия
Механизм действия ионизирующего излучения
Последствия облучения
Лучевая болезнь
Обеспечение безопасности при работе с ионизирующими излучениями
Радиация и её разновидности
Радиация – это все виды электромагнитного излучения: свет, радиоволны, энергия солнца и множество иных излучений вокруг нас.
Источниками проникающей радиации, создающими природный фон облучения, являются галактическое и солнечное излучение, наличие радиоактивных элементов в почве, воздухе и материалах, используемых в хозяйственной деятельности, а также изотопов,главным образом,калия, в тканях живого организма. Одним из наиболее весомых естественных источников радиации является радон – газ, не имеющий вкуса и запаха.
Интерес представляет не любая радиация, а ионизирующая, которая, проходя сквозь ткани и клетки живых организмов, способна передавать им свою энергию, разрывая химические связи внутри молекул и вызывая серьёзные изменения в их структуре. Ионизирующее излучение возникает при радиоактивном распаде, ядерных превращениях, торможении заряженных частиц в веществе и образует при взаимодействии со средой ионы разных знаков.
Ионизирующие излучения
Все ионизирующие излучения делятся на фотонные и корпускулярные.
К фотонному ионизирующему излучению относятся:
а) Y-излучение, испускаемое при распаде радиоактивных изотопов или аннигиляции частиц. Гамма-излучение по своей природе является коротковолновым электромагнитным излучением, т.е. потоком высокоэнергетических квантов электромагнитной энергии, длина волны которых значительно меньше межатомных расстояний, т.е. y < 10 см. Не имея массы, Y-кванты двигаются со скоростью света, не теряя её в окружающей среде. Они могут лишь поглощаться ею или отклоняться в сторону, порождая пары ионов: частица- античастица, причём последнее наиболее значительно при поглощении Y- квантов в среде. Таким образом, Y- кванты при прохождении через вещество передают энергию электронам и, следовательно, вызывают ионизацию среды. Благодаря отсутствию массы, Y- кванты обладают большой проникающей способностью (до 4- 5 км в воздушной среде);
б) рентгеновское излучение, возникающее при уменьшении кинетической энергии заряженных частиц и / или при изменении энергетического состояния электронов атома.
Корпускулярное ионизирующее излучение состоит из потока заряженных частиц (альфа-,бета-частиц, протонов, электронов), кинетическая энергия которых достаточна для ионизации атомов при столкновении. Нейтроны и другие элементарные частицы непосредственно не производят ионизацию, но в процессе взаимодействия со средой высвобождают заряженные частицы (электроны, протоны), способные ионизировать атомы и молекулы среды, через которую проходят:
а) нейтроны – единственные незаряженные частицы, образующиеся при некоторых реакциях деления ядер атомов урана или плутония. Поскольку эти частицы электронейтральны, они глубоко проникают во всякое вещество, включая живые ткани. Отличительной особенностью нейтронного излучения является его способность превращать атомы стабильных элементов в их радиоактивные изотопы, т.е. создавать наведённую радиацию, что резко повышает опасность нейтронного излучения. Проникающая способность нейтронов сравнима с Y- излучением. В зависимости от уровня носимой энергии условно различают нейтроны быстрые (обладающие энергией от 0,2 до 20 Мэ В) и тепловые (от 0,25 до 0,5 Мэ В). Это различие учитывается при проведении защитных мероприятий. Быстрые нейтроны замедляются, теряя энергию ионизации, веществами с малым атомным весом (так называемыми водородосодержащими: парафин, вода, пластмассы и др.). Тепловые нейтроны поглощаются материалами, содержащими бор и кадмий (борная сталь, бораль, борный графит, сплав кадмия со свинцом).
Альфа -, бета-частицы и гамма - кванты обладают энергией всего в несколько мегаэлектронвольт, и создавать наведённую радиацию не могут;
б) бета частицы - электроны, испускаемые во время радиоактивного распада ядерных элементов с промежуточной ионизирующей и проникающей способностью (пробег в воздухе до 10-20 м).
в) альфа частицы - положительно заряженные ядра атомов гелия, а в космическом пространстве и атомов других элементов, испускаемые при радиоактивном распаде изотопов тяжёлых элементов – урана или радия. Они обладают малой проникающей способностью (пробег в воздухе - не более 10 см), даже человеческая кожа является для них непреодолимым препятствием. Опасны они лишь при попадании внутрь организма, так как способны выбивать электроны из оболочки нейтрального атома любого вещества, в том числе и тела человека, и превращать его в положительно заряженный ион со всеми вытекающими последствиями, о которых будет сказано далее. Так, альфа частица с энергией 5 МэВ образует 150 000 пар ионов.
Характеристика проникающей способности различных видов ионизирующего излучения
Количественное содержание радиоактивного материала в организме человека или веществе определяется термином «активность радиоактивного источника» (радиоактивность). За единицу радиоактивности в системе СИ принят беккерель (Бк), соответствующий одному распаду в 1 с. Иногда на практике применяется старая единица активности – кюри (Ки). Это активность такого количества вещества, в котором за 1с происходит распад 37 млрд. атомов. Для перевода пользуются зависимостью: 1 Бк = 2,7 х 10 Ки или 1 Ки = 3,7 х 10 Бк.
Каждый радионуклид имеет неизменный, присущий только ему период полураспада (время, необходимое для потери веществом половины активности). Например, у урана-235 он составляет 4 470 лет, тогда как у йода-131 – всего лишь 8 суток.
Источники радиационной опасности
1. Главная причина опасности – радиационная авария. Радиационная авария – потеря управления источником ионизирующего излучения (ИИИ), вызванная неисправностью оборудования, неправильными действиями персонала, стихийными бедствиями или иными причинами, которые могли привести или привели к облучению людей выше установленных норм или к радиоактивному загрязнению окружающей среды. При авариях, вызванных разрушением корпуса реактора или расплавлением активной зоны выбрасываются:
1) Фрагменты активной зоны;
2) Топливо (отходы) в виде высокоактивной пыли, которая может долгое время находиться в воздухе в виде аэрозолей, затем после прохождения основного облака выпадать в виде дождевых (снеговых) осадков, а при попадании в организм вызывать мучительный кашель, иногда по тяжести сходный с приступом астмы;
3) лавы, состоящие из двуокиси кремния, а также расплавленный в результате соприкосновения с горячим топливом бетон. Мощность дозы вблизи таких лав достигает 8000 Р/час и даже пятиминутное пребывание рядом губительно для человека. В первый период после выпадения осадков РВ наибольшую опасность представляет йод-131, являющийся источником альфа- и бэта-излучения. Периоды полувыведения его из щитовидной железы составляют: биологический – 120 суток, эффективный – 7,6. Это требует быстрейшего проведения йодной профилактики всего населения, оказавшегося в зоне аварии.
2. Предприятия по разработке месторождений и обогащению урана. Уран имеет атомный вес 92 и три естественных изотопов: уран-238 (99,3%), уран-235 (0,69%) и уран-234 (0,01%). Все изотопы являются альфа-излучателями с незначительной радиоактивностью (2800кг урана по активности эквивалентны 1 г радия-226). Период полураспада урана-235 = 7,13 х 10 лет. Искусственные изотопы уран-233 и уран-227 имеют период полураспада 1,3 и 1,9 мин. Уран – мягкий металл, по внешнему виду похожий на сталь. Содержание урана в некоторых природных материалах доходит до 60 %, но в большинстве урановых руд оно не превышает 0,05-0,5 %. В процессе добычи при получении 1 тонны радиоактивного материала образуется до 10-15 тыс. тонн отходов, а при переработке от 10 до 100 тыс. тонн. Из отходов (содержащих незначительное количество урана, радия, тория и других радиоактивных продуктов распада) выделяется радиоактивный газ – радон-222, который при вдохе вызывает облучение тканей лёгких. При обогащении руды радиоактивные отходы могут попасть в близлежащие реки и озёра. При обогащении уранового концентрата возможна некоторая утечка газообразного гексафторида урана из конденсационно-испарительной установки в атмосферу. Получаемые при производстве тепловыделяющих элементов некоторые урановые сплавы, стружки, опилки могут воспламеняться во время транспортировки или хранения, в результате в окружающую среду могут быть выброшены значительные количества отходов сгоревшего урана.
3. Ядерный терроризм. Участились случаи кражи ядерных материалов, пригодных для изготовления ядерных боеприпасов даже кустарным способом, а также угрозы вывода из строя ядерных предприятий, кораблей с ядерными установками и АЭС с целью получения выкупа. Опасность ядерного терроризма существует и на бытовом уровне.
4. Испытания ядерного оружия. За последнее время достигнута миниатюризация ядерных зарядов для испытаний.
Устройство ионизирующих источников излучения
По устройству ИИИ бывают двух типов – закрытые и открытые.
Закрытые источники помещены в герметизированные контейнеры и представляют опасность лишь в случае отсутствия должного контроля за их эксплуатацией и хранением. Свою лепту вносят и воинские части, передающие списанные приборы в подшефные учебные заведения. Утери списанного, уничтожение за ненадобностью, кражи с последующей миграцией. Например, в Братске на заводе стройконструкций, ИИИ, заключенный в свинцовую оболочку, хранился в сейфе вместе с драгоценными металлами. И когда грабители взломали сейф, то они решили, что эта массивная болванка из свинца – тоже драгоценная. Украли её, а затем честно поделили, распилив пополам свинцовую «рубашку» и заточенную в ней ампулу с радиоактивным изотопом.
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru
Введение
Природное ионизирующее излучение присутствует повсюду. Оно поступает из космоса в виде космических лучей. Оно есть в воздухе в виде излучений радиоактивного радона и его вторичных частиц. Радиоактивные изотопы естественного происхождения проникают с пищей и водой во все живые организмы и остаются в них. Ионизирующего излучения невозможно избежать. Естественный радиоактивный фон существовал на Земле всегда, и жизнь зародилась в поле его излучений, а затем - много-много позже - появился и человек. Эта природная (естественная) радиация сопровождает нас в течение всей жизни.
Физическое явление радиоактивности было открыто в 1896 г., и сегодня оно широко применяется во многих областях. Несмотря на радиофобию, атомные электростанции играют важную роль в энергетике многих странах. Рентгеновское излучение используется в медицине для диагностики внутренних повреждений и заболеваний. Ряд радиоактивных веществ используется в виде меченых атомов для исследования функционирования внутренних органов и изучения процессов обмена веществ. Для лечения рака методами лучевой терапии используются гамма-излучение и другие виды ионизирующих излучений. Радиоактивные вещества широко используются в различных приборах контроля, а ионизирующие излучения (в первую очередь рентгеновское) - для целей промышленной дефектоскопии. Знаки «выход» в зданиях и самолетах благодаря содержанию радиоактивного трития светятся в темноте в случае внезапного отключения электричества. Многие приборы пожарной сигнализации в жилых домах и общественных зданиях содержат радиоактивный америций.
Радиоактивные излучения разного типа с разным энергетическим спектром характеризуются разной проникающей и ионизирующей способностью. Эти свойства определяют характер их воздействия на живое вещество биологических объектов.
Считают, что часть наследственных изменений и мутаций у животных и растений связана с радиационным фоном.
В случае ядерного взрыва на местности возникает очаг ядерного поражения - территория, где факторами массового поражения людей являются световое излучение, проникающая радиация и радиоактивное заражение местности.
В результате поражающего действия светового излучения могут возникнуть массовые ожоги и поражения глаз. Для защиты пригодны различного рода укрытия, а на открытой местности - специальная одежда и очки.
Проникающая радиация представляет собой гамма-лучи и поток нейтронов, исходящих из зоны ядерного взрыва. Они могут распространяться на тысячи метров, проникать в различные среды, вызывая ионизацию атомов и молекул. Проникая в ткани организма, гамма-лучи и нейтроны нарушают биологические процессы и функции органов и тканей, в результате чего развивается лучевая болезнь. Радиоактивное заражение местности создается за счет адсорбции радиоактивных атомов частицами грунта (так называемое радиоактивное облако, которое перемещается по направлению движения воздуха). Основная опасность для людей на зараженной местности - внешнее бета-гаммма-облучение и попадание продуктов ядерного взрыва внутрь организма и на кожные покровы.
Ядерные взрывы, выбросы радионуклидов предприятиями ядерной энергетики и широкое использование источников ионизирующих излучений в различных отраслях промышленности, сельском хозяйстве, медицине и научных исследованиях привели к глобальному повышению облучения населения Земли. К естественному облучению прибавились антропогенные источники внешнего и внутреннего облучения.
При ядерных взрывах в окружающую среду поступают радионуклиды деления, наведенной активности и неразделившаяся часть заряда (уран, плутоний). Наведенная активность наступает при захвате нейтронов ядрами атомов элементов, находящихся в конструкции изделия, воздухе, почве и воде. По характеру излучения все радионуклиды деления и наведенной активности относят к - или,-излучателям.
Выпадения подразделяются на местные и глобальные (тропосферные и стратосферные). Местные выпадения, которые могут включать свыше 50% образовавшихся радиоактивных веществ при наземных взрывах, представляют собой крупные аэрозольные частицы, выпадающие на расстоянии около 100 км от места взрыва. Глобальные выпадения обусловлены мелкодисперсными аэрозольными частицами.
Радионуклиды, выпавшие на поверхность земли, становятся источником длительного облучения.
Воздействие на человека радиоактивных выпадений включает внешнее -, -облучение за счёт радионуклидов, присутствующих в приземном воздухе и выпавших на поверхность земли, контактное в результате загрязнения кожных покровов и одежды и внутреннее от поступивших в организм радионуклидов с вдыхаемым воздухом и загрязнённой пищей и водой. Критическим радионуклидом в начальный период является радиоактивный йод, а в последующем 137Cs и 90Sr.
1. История открытия радиоактивных излучений
Радиоактивность была открыта в 1896 году французским физиком А. Беккерелем. Он занимался исследованием связи люминесценции и недавно открытых рентгеновских лучей.
Беккерелю пришла в голову мысль: не сопровождается ли всякая люминесценция рентгеновскими лучами? Для проверки своей догадки он взял несколько соединений, в том числе одну из солей урана, фосфоресцирующую жёлто-зелёным светом. Осветив её солнечным светом, он завернул соль в чёрную бумагу и положил в тёмном шкафу на фотопластинку, тоже завёрнутую в чёрную бумагу. Через некоторое время, проявив пластинку, Беккерель действительно увидел изображение куска соли. Но люминесцентное излучение не могло пройти через чёрную бумагу, и только рентгеновские лучи могли в этих условиях засветить пластинку. Беккерель повторил опыт несколько раз и с одинаковым успехом. В конце февраля 1896 г. на заседании Французской академии наук он сделал сообщение о рентгеновском излучении фосфоресцирующих веществ.
Через некоторое время в лаборатории Беккереля была случайно проявлена пластинка, на которой лежала урановая соль, не облучённая солнечным светом. Она, естественно, не фосфоресцировала, но отпечаток на пластинке получился. Тогда Беккерель стал испытывать разные соединения и минералы урана (в том числе не проявляющие фосфоресценции), а также металлический уран. Пластинка неизменно засвечивалась. Поместив между солью и пластинкой металлический крестик, Беккерель получил слабые контуры крестика на пластинке. Тогда стало ясно, что открыты новые лучи, проходящие сквозь непрозрачные предметы, но не являющиеся рентгеновскими.
Беккерель установил, что интенсивность излучения определяется только количеством урана в препарате и совершенно не зависит от того, в какие соединения он входит. Таким образом, это свойство было присуще не соединениям, а химическому элементу -- урану.
Своим открытием Беккерель делится с учёными, с которыми он сотрудничал. В 1898 г. Мария Кюри и Пьер Кюри обнаружили радиоактивность тория, позднее ими были открыты радиоактивные элементы полоний и радий.
Они выяснили, что свойством естественной радиоактивности обладают все соединения урана и в наибольшей степени сам уран. Беккерель же вернулся к интересующим его люминофорам. Правда, он сделал ещё одно крупное открытие, относящееся к радиоактивности. Однажды для публичной лекции Беккерелю понадобилось радиоактивное вещество, он взял его у супругов Кюри и положил пробирку в жилетный карман. Прочтя лекцию, он вернул радиоактивный препарат владельцам, а на следующий день обнаружил на теле под жилетным карманом покраснение кожи в форме пробирки. Беккерель рассказал об этом Пьеру Кюри, и тот поставил на себе опыт: в течение десяти часов носил привязанную к предплечью пробирку с радием. Через несколько дней у него тоже появилось покраснение, перешедшее затем в тяжелейшую язву, от которой он страдал в течение двух месяцев. Так впервые было открыто биологическое действие радиоактивности.
Но и после этого супруги Кюри мужественно делали своё дело. Достаточно сказать, что Мария Кюри умерла от лучевой болезни (дожив, тем не менее, до 66 лет).
В 1955 г. были обследованы записные книжки Марии Кюри. Они до сих пор излучают, благодаря радиоактивному загрязнению, внесённому при их заполнении. На одном из листков сохранился радиоактивный отпечаток пальца Пьера Кюри.
Понятие радиоактивности и типы излучений.
Радиоактивность - способность некоторых атомных ядер самопроизвольно (спонтанно) превращаться в другие ядра с испусканием различных видов радиоактивных излучений и элементарных частиц. Радиоактивность подразделяют на естественную (наблюдается у неустойчивых изотопов, существующих в природе) и искусственную (наблюдается у изотопов, полученных посредством ядерных реакций).
Радиоактивное излучение разделяют на три типа:
Излучение - отклоняется электрическим и магнитными полями, обладает высокой ионизирующей способностью и малой проникающей способностью; представляет собой поток ядер гелия; заряд -частицы равен +2е, а масса совпадает с массой ядра изотопа гелия 42Не.
Излучение - отклоняется электрическим и магнитным полями; его ионизирующая способность значительно меньше (приблизительно на два порядка), а проникающая способность гораздо больше, чем у -частиц; представляет собой поток быстрых электронов.
Излучение - не отклоняется электрическим и магнитными полями, обладает относительно слабой ионизирующей способностью и очень большой проникающей способностью; представляет собой коротковолновое электромагнитное излучение с чрезвычайно малой длиной волны < 10-10 м и вследствие этого - ярко выраженными корпускулярными свойствами, то есть является поток частиц - -квантов (фотонов).
Период полураспада Т1/2 - время, за которое исходное число радиоактивных ядер в среднем уменьшается вдвое.
Альфа излучение - поток положительно заряженных частиц, образованная 2 протонами и 2 нейтронами. Частица идентична ядру атома гелия-4 (4He2+). Образуется при альфа-распаде ядер. Впервые альфа-излучение открыл Э. Резерфорд. Изучая радиоактивные элементы, в частности изучая такие радиоактивные элементы как уран радий и актиний, Э. Резерфорд пришел к выводу что все радиоактивные элементы испускают альфа- и бета-лучи. И, что еще более важно, радиоактивность любого радиоактивного элемента через определенный конкретный период времени уменьшается. Источником альфа-излучения являются радиоактивные элементы. В отличие от других видов ионизирующего излучения альфа-излучение является наиболее безобидным. Оно опасно лишь при попадании в организм такого вещества (вдыхание, съедание, выпивание, втирание и т.д.), так как пробег альфа частицы, например с энергией 5 МэВ, в воздухе составляет 3,7 см, а в биологической ткани 0,05 мм. Альфа-излучение попавшего в организм радионуклида наносит поистине кошмарные разрушения, т.к. коэффициент качества альфа излучения с энергией меньше 10 МэВ равен 20мм. а потери энергии происходят в очень тонком слое биологической ткани. Оно практически сжигает его. При поглощении альфа-частиц живыми организмами могут возникнуть мутагенные (факторы, вызывающий мутацию), канцерогенные (вещества или физический агент (излучение), способные вызвать развитие злокачественных новообразований) и другие отрицательные эффекты. Проникающая способность А.-и. невелика т.к. задерживается листом бумаги.
Бета-частица (в-частица), заряженная частица, испускаемая в результате бета-распада. Поток бета-частиц называется бета-лучи или бета-излучение.
Отрицательно заряженные бета-частицы являются электронами (в--), положительно заряженные -- позитронами (в+).
Энергии бета-частиц распределены непрерывно от нуля до некоторой максимальной энергии, зависящей от распадающегося изотопа; эта максимальная энергия лежит в диапазоне от 2,5 кэВ (для рения-187) до десятков МэВ (для короткоживущих ядер, далёких от линии бета-стабильности).
Бета-лучи под действием электрического и магнитного полей отклоняются от прямолинейного направления. Скорость частиц в бета-лучах близка к скорости света. Бета-лучи способны ионизировать газы, вызывать химические реакции, люминесценцию, действовать на фотопластинки.
Значительные дозы внешнего бета-излучения могут вызвать лучевые ожоги кожи и привести к лучевой болезни. Ещё более опасно внутреннее облучение от бета-активных радионуклидов, попавших внутрь организма. Бета-излучение имеет значительно меньшую проникающую способность, чем гамма-излучение (однако на порядок большую, чем альфа-излучение). Слой любого вещества с поверхностной плотностью порядка 1 г/см2.
Например, несколько миллиметров алюминия или несколько метров воздуха практически полностью поглощает бета-частицы с энергией около 1 МэВ.
Гамма - излучение вид электромагнитного излучения с чрезвычайно маленькой длиной волны -- < 5Ч10-3 нм и вследствие этого ярко выраженными корпускулярными и слабо выраженными волновыми свойствами. Гамма-квантами являются фотоны высокой энергии. Обычно считается, что энергии квантов гамма-излучения превышают 105 эВ, хотя резкая граница между гамма- и рентгеновским излучением не определена. На шкале электромагнитных волн гамма-излучение граничит с рентгеновским излучением, занимая диапазон более высоких частот и энергий. В области 1-100 кэВ гамма-излучение и рентгеновское излучение различаются только по источнику: если квант излучается в ядерном переходе, то его принято относить к гамма-излучению, если при взаимодействиях электронов или при переходах в атомной электронной оболочке -- то к рентгеновскому излучению. Очевидно, физически кванты электромагнитного излучения с одинаковой энергией не отличаются, поэтому такое разделение условно.
Гамма-излучение испускается при переходах между возбуждёнными состояниями атомных ядер (энергии таких гамма-квантов лежат в диапазоне от ~1 кэВ до десятков МэВ). При ядерных реакциях (например, при аннигиляции электрона и позитрона, распаде нейтрального пиона и т.д.), а также при отклонении энергичных заряженных частиц в магнитных и электрических полях.
Гамма-лучи в отличие от б-лучей и в-лучей не отклоняются электрическими и магнитными полями и характеризуются большей проникающей способностью при равных энергиях и прочих равных условиях. Гамма-кванты вызывают ионизацию атомов вещества. Основные процессы, возникающие при прохождении гамма-излучения через вещество:
Фотоэффект (гамма-квант поглощается электроном атомной оболочки, передавая ему всю энергию и ионизируя атом).
Комптоновское рассеяние (гамма-квант рассеивается на электроне, передавая ему часть своей энергии).
Рождение электрон-позитронных пар (в поле ядра гамма-квант с энергией не ниже 2mec2=1,022 МэВ превращается в электрон и позитрон).
Фотоядерные процессы (при энергиях выше нескольких десятков МэВ гамма-квант способен выбивать нуклоны из ядра).
Гамма-кванты, как и любые другие фотоны, могут быть поляризованы.
Облучение гамма-квантами, в зависимости от дозы и продолжительности, может вызвать хроническую и острую лучевую болезнь. Стохастические эффекты облучения включают различные виды онкологических заболеваний. В то же время гамма-облучение подавляет рост раковых и других быстро делящихся клеток. Гамма-излучение является мутагенным и тератогенным фактором.
Защитой от гамма-излучения может служить слой вещества. Эффективность защиты (то есть вероятность поглощения гамма-кванта при прохождении через неё) увеличивается при увеличении толщины слоя, плотности вещества и содержания в нём тяжёлых ядер (свинца, вольфрама, обеднённого урана и пр.).
Единицей измерения радиоактивности служит беккерель (Бк, Bq). Один беккерель равен одному распаду в секунду. Содержание активности в веществе часто оценивают на единицу веса вещества (Бк/кг) или его объема (Бк/л, Бк/куб.м). Часто используют внесистемную единицу - кюри (Ки, Ci). Один кюри соответствует числу распадов в секунду в 1 грамме радия. 1 Ки = 3,7.1010 Бк.
Соотношения между единицами измерения приведены ниже в таблице.
Широко известная внесистемная единица рентген (Р, R) служит для определения экспозиционной дозы. Один рентген соответствует дозе рентгеновского или гамма-излучения, при которой в 1 см3 воздуха образуется 2.109 пар ионов. 1 Р = 2, 58.10-4 Кл/кг.
Чтобы оценить действие излучения на вещество, измеряют поглощенную дозу, которая определяется как поглощенная энергия на единицу массы. Единица поглощенной дозы называется рад. Один рад равен 100 эрг/г. В системе СИ используют другую единицу - грей (Гр, Gy). 1 Гр = 100 рад = 1 Дж/кг.
Биологический эффект различных видов излучения неодинаков. Это связано с отличиями в их проникающей способности и характере передачи энергии органам и тканям живого организма. Поэтому для оценки биологических последствий используют биологический эквивалент рентгена - бэр. Доза в бэрах эквивалентна дозе в радах, умноженной на коэффициент качества излучения. Для рентгеновских, бета- и гамма-лучей коэффициент качества считается равным единице, то есть бэр соответствует раду. Для альфа-частиц коэффициент качества равен 20 (это означает, что альфа-частицы вызывают в 20 раз более сильное повреждение живой ткани, чем та же поглощенная доза бета- или гамма-лучей). Для нейтронов коэффициент составляет от 5 до 20 в зависимости от энергии. В системе СИ для эквивалентной дозы введена специальная единица, называемая зиверт (Зв, Sv). 1 Зв = 100 бэр. Эквивалентная доза в зивертах соответствует поглощенной дозе в греях, умноженной на коэффициент качества.
2. Воздействие радиационного излучения на организм человека
Различают два вида эффекта воздействия на организм ионизирующих излучений: соматический и генетический. При соматическом эффекте последствия проявляются непосредственно у облучаемого, при генетическом - у его потомства. Соматические эффекты могут быть ранними или отдалёнными. Ранние возникают в период от нескольких минут до 30-60 суток после облучения. К ним относят покраснение и шелушение кожи, помутнение хрусталика глаза, поражение кроветворной системы, лучевая болезнь, летальный исход. Отдалённые соматические эффекты проявляются через несколько месяцев или лет после облучения в виде стойких изменений кожи, злокачественных новообразований, снижения иммунитета, сокращения продолжительности жизни.
При изучении действия излучения на организм были выявлены следующие особенности:
ь Высокая эффективность поглощённой энергии, даже малые её количества могут вызвать глубокие биологические изменения в организме.
ь Наличие скрытого (инкубационного) периода проявления действия ионизирующих излучений.
ь Действие от малых доз может суммироваться или накапливаться.
ь Генетический эффект - воздействие на потомство.
Различные органы живого организма имеют свою чувствительность к облучению.
Не каждый организм (человек) в целом одинаково реагирует на облучение.
Облучение зависит от частоты воздействия. При одной и той же дозе облучения вредные последствия будут тем меньше, чем более дробно оно получено во времени.
Ионизирующее излучение может оказывать влияние на организм как при внешнем (особенно рентгеновское и гамма-излучение), так и при внутреннем (особенно альфа-частицы) облучении. Внутреннее облучение происходит при попадании внутрь организма через лёгкие, кожу и органы пищеварения источников ионизирующего излучения. Внутреннее облучение более опасно, чем внешнее, так как попавшие внутрь источники ионизирующего излучения подвергают непрерывному облучению ничем не защищённые внутренние органы.
Под действием ионизирующего излучения вода, являющаяся составной частью организма человека, расщепляется и образуются ионы с разными зарядами. Полученные свободные радикалы и окислители взаимодействуют с молекулами органического вещества ткани, окисляя и разрушая её. Нарушается обмен веществ. Происходят изменения в составе крови - снижается уровень эритроцитов, лейкоцитов, тромбоцитов и нейтрофилов. Поражение органов кроветворения разрушает иммунную систему человека и приводит к инфекционным осложнениям.
Местные поражения характеризуются лучевыми ожогами кожи и слизистых оболочек. При сильных ожогах образуются отёки, пузыри, возможно отмирание тканей (некрозы).
Смертельно поглощенные и предельно допустимые дозы облучения.
Смертельные поглощённые дозы для отдельных частей тела следующие:
ь голова - 20 Гр;
ь нижняя часть живота - 50 Гр;
ь грудная клетка -100 Гр;
ь конечности - 200 Гр.
При облучении дозами, в 100-1000 раз превышающую смертельную дозу, человек может погибнуть во время облучения ("смерть под лучом").
В зависимости от типа ионизирующего излучения могут быть разные меры защиты: уменьшение времени облучения, увеличение расстояния до источников ионизирующего излучения, ограждение источников ионизирующего излучения, герметизация источников ионизирующего излучения, оборудование и устройство защитных средств, организация дозиметрического контроля, меры гигиены и санитарии.
А - персонал, т.е. лица, постоянно или временно работающие с источниками ионизирующего излучения;
Б - ограниченная часть населения, т.е. лица, непосредственно не занятые на работе с источниками ионизирующих излучений, но по условиям проживания или размещения рабочих мест могущие подвергаться воздействию ионизирующих излучений;
В - всё население.
Предельно допустимая доза - это наибольшее значение индивидуальной эквивалентной дозы за год, которая при равномерном воздействии в течение 50 лет не вызовет в состоянии здоровья персонала неблагоприятных изменений, обнаруживаемых современными методами.
Табл. 2. Предельно допустимые дозы облучения
Природные источники дают суммарную годовую дозу примерно 200 мбэр (космос - до 30 мбэр, почва - до 38 мбэр, радиоактивные элементы в тканях человека - до 37 мбэр, газ радон - до 80 мбэр и другие источники).
Искусственные источники добавляют ежегодную эквивалентную дозу облучения примерно в 150-200 мбэр (медицинские приборы и исследования - 100-150 мбэр, просмотр телевизора -1-3 мбэр, ТЭЦ на угле - до 6 мбэр, последствия испытаний ядерного оружия - до 3 мбэр и другие источники).
Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ) предельно допустимая (безопасная) эквивалентная доза облучения для жителя планеты определена в 35 бэр, при условии её равномерного накопления в течение 70 лет жизни.
Табл. 3. Биологические нарушения при однократном (до 4-х суток) облучении всего тела человека
|
Доза облучения, (Гр) |
Степень лучевой болезни |
Начало проявления первичной реакции |
Характер первичной реакции |
Последствия облучения |
|
|
До 0,250 - 1,0 |
Видимых нарушений нет. Возможны изменения в крови. Изменения в крови, трудоспособность нарушена |
||||
|
Через 2-3 ч |
Несильная тошнота с рвотой. Проходит в день облучения |
Как правило, 100% -ное выздоровление даже при отсутствии лечения |
3. Защита от ионизирующих излучений
Противорадиационная защита населения включает: оповещение о радиационной опасности, использование коллективных и индивидуальных средств защиты, соблюдение режима поведения населения на зараженной радиоактивными веществами территории. Защиту продуктов питания и воды от радиоактивного заражения, использование медицинских средств индивидуальной защиты, определение уровней заражения территории, дозиметрический контроль за облучением населения и экспертизу заражения радиоактивными веществами продуктов питания и воды.
По сигналам оповещения Гражданской обороны «Радиационная опасность» население должно укрыться в защитных сооружениях. Как известно, они существенно (в несколько раз) ослабляют действие проникающей радиации.
Из-за опасности получить радиационное поражение нельзя приступать к оказанию первой медицинской помощи населению при наличии на местности высоких уровней радиации. В этих условиях большое значение имеет оказание само- и взаимопомощи самим пострадавшим населением, строгое соблюдение правил поведения на заражённой территории.
На территории, заражённой радиоактивными веществами, нельзя принимать пищу, пить воду из заражённых водоисточников, ложиться на землю. Порядок приготовления пищи и питания населения определяется органами Гражданской обороны с учётом уровней радиоактивного заражения местности.
Для защиты от воздуха, заражённого радиоактивными частицами можно применять противогазы и респираторы (для шахтёров). Также есть общие методы защиты такие как:
ь увеличение расстояния между оператором и источником;
ь сокращение продолжительности работы в поле излучения;
ь экранирование источника излучения;
ь дистанционное управление;
ь использование манипуляторов и роботов;
ь полная автоматизация технологического процесса;
ь использование средств индивидуальной защиты и предупреждение знаком радиационной опасности;
ь постоянный контроль над уровнем излучения и за дозами облучения персонала.
К средствам индивидуальной защиты можно отнести противорадиационный костюм с включением свинца. Лучшим поглотителем гамма-лучей является свинец. Медленные нейтроны хорошо поглощаются бором и кадмием. Быстрые нейтроны предварительно замедляются с помощью графита.
Скандинавская компания Handy-fashions.com занимается разработкой защиты от излучения мобильных телефонов, так, например, она представила жилет, кепку и шарф предназначенные для защиты от вредного изучения мобильных телефонов. Для их производства используется специальная антирадиационная ткань. Только карман на жилетке выполнен из обычной ткани для устойчивого приёма сигнала. Стоимость полного защитного комплекта от 300 долларов.
Защита от внутреннего облучения заключается в устранении непосредственного контакта работающих с радиоактивными частицами и предотвращение попадания их в воздух рабочей зоны.
Необходимо руководствоваться нормами радиационной безопасности, в которых приведены категории облучаемых лиц, дозовые пределы и мероприятия по защите, и санитарными правилами, которые регламентируют размещение помещений и установок, место работ, порядок получения, учета и хранения источников излучения, требования к вентиляции, пылегазоочистке, обезвреживанию радиоактивных отходов и др.
Также для защиты помещений с персоналом, в Пензенской государственной архитектурно-строительной академии ведутся разработки по созданию «высокоплотной мастики для защиты от радиации». В состав мастик входят: связующее - резорцино-формальдегидная смола ФР-12, отвердитель - параформальдегид и наполнитель - материал высокой плотности.
Защита от альфа-, бета -, гамма-лучей.
Основные принципы радиационной безопасности заключаются в непревышении установленного основного дозового предела, исключении всякого необоснованного облучения и снижении дозы излучения до возможно низкого уровня. С целью реализации этих принципов на практике обязательно контролируются дозы облучения, полученные персоналом при работе с источниками ионизирующих излучений, работа проводится в специально оборудованных помещениях, используется защита расстоянием и временем, применяются различные средства коллективной и индивидуальной защиты.
Для определения индивидуальных доз облучения персонала необходимо систематически проводить радиационный (дозиметрический) контроль, объем которого зависит от характера работы с радиоактивными веществами. Каждому оператору, имеющему контакт с источниками ионизирующих излучений, выдается индивидуальный дозиметр1 для контроля полученной дозы гамма-излучений. В помещениях, где проводится работа с радиоактивными веществами, необходимо обеспечить и общий контроль за интенсивностью различных видов излучений. Эти помещения должны быть изолированы от прочих помещений, оснащены системой приточно-вытяжной вентиляции с кратностью воздухообмена не менее пяти. Окраска стен, потолка и дверей в этих помещениях, а также устройство пола выполняются таким образом, чтобы исключить накопление радиоактивной пыли и избежать поглощения радиоактивных аэрозолей. Паров и жидкостей отделочными материалами (окраска стен, дверей и в некоторых случаях потолков должна производиться масляными красками, полы покрываются материалами, не впитывающими жидкости, - линолеумом, полихлорвиниловым пластикатом и др.). Все строительные конструкции в помещениях, где проводится работа с радиоактивными веществами, не должны иметь трещин и несплошностей; углы закругляют для того, чтобы не допустить скопления в них радиоактивной пыли и облегчить уборку. Не менее одного раза в месяц проводят генеральную уборку помещений с обязательным мытьем горячей мыльной водой стен, окон, дверей, мебели и оборудования. Текущая влажная уборка помещений проводится ежедневно.
Для уменьшения облучения персонала все работы с этими источниками проводят с использованием длинных захватов или держателей. Защита временем заключается в том, что работу с радиоактивными источниками проводят за такой период времени, чтобы доза облучения, полученная персоналом, не превышала предельно допустимого уровня.
Коллективные средства защиты от ионизирующих излучений регламентируются ГОСТом 12.4.120-83 «Средства коллективной защиты от ионизирующих излучений. Общие требования». В соответствии с этим нормативным документом основными средствами защиты являются стационарные и передвижные защитные экраны, контейнеры для транспортирования и хранения источников ионизирующих излучений, а также для сбора и транспортировки радиоактивных отходов, защитные сейфы и боксы и др.
Стационарные и передвижные защитные экраны предназначены для снижения уровня излучения на рабочем месте до допустимой величины. Если работу с источниками ионизирующих излучений проводят в специальном помещении - рабочей камере, то экранами служат ее стены, пол и потолок, изготовленные из защитных материалов. Такие экраны носят название стационарных. Для устройства передвижных экранов используют различные щиты, поглощающие или ослабляющие излучение.
Экраны изготавливают из различных материалов. Их толщина зависит от вида ионизирующего излучения, свойств защитного материала и необходимой кратности ослабления излучения k. Величина k показывает, во сколько раз необходимо понизить энергетические показатели излучения (мощность экспозиционной дозы, поглощенную дозу, плотность потока частиц и др.), чтобы получить допустимые значения перечисленных характеристик. Например, для случая поглощенной дозы k выражается следующим образом:
где D - мощность поглощенной дозы; D0 - допустимый уровень поглощенной дозы.
Для сооружения стационарных средств защиты стен, перекрытий, потолков и т.д. используют кирпич, бетон, баритобетон и баритовую штукатурку (в их состав входит сульфат бария - BaSO4). Эти материалы надежно защищают персонал от воздействия гамма- и рентгеновского излучения.
Для создания передвижных экранов используют различные материалы. Защита от альфа-излучения достигается применением экранов из обычного или органического стекла толщиной несколько миллиметров. Достаточной защитой от этого вида излучения является слой воздуха в несколько сантиметров. Для защиты от бета-излучения экраны изготавливают из алюминия или пластмассы (органическое стекло). От гамма- и рентгеновского излучения эффективно защищают свинец, сталь, вольфрамовые сплавы. Смотровые системы изготавливают из специальных прозрачных материалов, например, свинцового стекла. От нейтронного излучения защищают материалы, содержащие в составе водород (вода, парафин), а также бериллий, графит, соединения бора и т.д. Бетон также можно использовать для защиты от нейтронов.
Защитные сейфы применяются для хранения источников гамма-излучения. Они изготавливаются из свинца и стали.
Для работы с радиоактивными веществами, обладающими, альфа- и бета-активностью, используют защитные перчаточные боксы.
Защитные контейнеры и сборники для радиоактивных отходов изготавливаются из тех же материалов, что и экраны - органического стекла, стали, свинца и др.
При проведении работ с источниками ионизирующих излучений опасная зона должна быть ограничена предупреждающими надписями.
Опасная зона - это пространство, в котором возможно воздействие на работающего опасного и (или) вредного производственных факторов (в данном случае - ионизирующих излучений).
Принцип действия приборов, предназначенных для контроля за персоналом, который подвергается воздействию ионизирующих излучений, основан на различных эффектах, возникающих при взаимодействии этих излучений с веществом. Основные методы обнаружения и измерения радиоактивности - ионизация газа, сцинтилляционные и фотохимические методы. Наиболее часто используется ионизационный метод, основанный на измерении степени ионизации среды, через которую прошло излучение.
Сцинтилляционные методы регистрации излучений основаны на способности некоторых материалов, поглощая энергию ионизирующего излучения, превращать ее в световое излучение. Примером такого материала может служить сульфид цинка (ZnS). Сцинтилляционный счетчик представляет собой фотоэлектронную трубку с окошком, покрытым сульфидом цинка. При попадании внутрь этой трубки излучения возникает слабая вспышка света, которая приводит к возникновению в фотоэлектронной трубке импульсов электрического тока. Эти импульсы усиливаются и подсчитываются.
Существуют и другие методы определения ионизирующих излучений, например калориметрические, которые основаны на измерении количества тепла, выделяющегося при взаимодействии излучения с поглощающим веществом.
Приборы дозиметрического контроля делятся на две группы: дозиметры, используемые для количественного измерения мощности дозы, и радиометры или индикаторы излучения, применяемые для быстрого обнаружения радиоактивных загрязнений.
Из отечественных приборов применяются, например, дозиметры марок ДРГЗ-04 и ДКС-04. Первый используется для измерения гамма- и рентгеновского излучения в диапазоне энергий 0,03-3,0 МэВ. Шкала прибора проградуирована в микрорентген/секунду (мкР/с). Второй прибор используется для измерения гамма- и бета-излучения в энергетическом диапазоне 0,5- 3,0 МэВ, а также нейтронного излучения (жесткие и тепловые нейтроны). Шкала прибора проградуирована в миллирентгенах в час (мР/ч). Промышленость выпускает также бытовые дозиметры, предназначенные для населения, например, бытовой дозиметр «Мастер-1» (предназначен для измерения дозы гамма-излучения), дозиметр-радиометр бытовой АНРИ-01 («Сосна»).
ядерный радиационный смертельный ионизирующий
Заключение
Итак, из выше сказанного можно сделать следующий вывод:
Ионизирующее излучение -- в самом общем смысле -- различные виды микрочастиц и физических полей, способные ионизировать вещество. Наиболее значимы следующие типы ионизирующего излучения: коротковолновое электромагнитное излучение (рентгеновское и гамма-излучения), потоки заряжённых частиц: бета-частиц (электронов и позитронов), альфа-частиц (ядер атома гелия-4), протонов, других ионов, мюонов и др., а также нейтронов. В природе ионизирующее излучение обычно генерируется в результате спонтанного радиоактивного распада радионуклидов, ядерных реакций (синтез и индуцированное деление ядер, захват протонов, нейтронов, альфа-частиц и др.), а также при ускорении заряженных частиц в космосе (природа такого ускорения космических частиц до конца не ясна).
Искусственными источниками ионизирующего излучения являются искусственные радионуклиды (генерируют альфа-, бета- и гамма-излучения), ядерные реакторы (генерируют главным образом нейтронное и гамма-излучение), радионуклидные нейтронные источники, ускорители элементарных частиц (генерируют потоки заряженных частиц, а также тормозное фотонное излучение), рентгеновские аппараты (генерируют тормозное рентгеновское излучение). Облучение очень опасно для организма человека, степень опасности зависит от дозы (в своем реферате я привела предельно допустимые нормы) и вида излучения - самым безопасным является альфа излучение, а более опасным - гамма.
Обеспечение радиационной безопасности требует комплекса многообразных защитных мероприятий, зависящих от конкретных условий работы с источниками ионизирующих излучений, а также от типа источника.
Защита временем основана на сокращении времени работы с источником, что позволяет уменьшить дозы облучения персонала. Этот принцип особенно часто применяется при непосредственной работе персонала с малыми радиоактивностями.
Защита расстоянием - достаточно простой и надежный способ защиты. Это связано со способностью излучения терять свою энергию во взаимодействиях с веществом: чем больше расстояние от источника, тем больше процессов взаимодействия излучения с атомами и молекулами, что в конечном итоге приводит к снижению дозы облучения персонала.
Защита экранами - наиболее эффективный способ защиты от излучений. В зависимости от вида ионизирующих излучений для изготовления экранов применяют различные материалы, а их толщина определяется мощностью и излучением.
Литература
1. «Вредные химические вещества. Радиоактивные вещества. Справочник.» Под общ. ред. Л.А. Ильина, В.А. Филова. Ленинград, «Химия». 1990.
2. Основы защиты населения и территорий в чрезвычайных ситуациях». Под ред. акад. В.В. Тарасова. Издательство Московского университета. 1998.
3. Безопасность жизнедеятельности/ Под ред. С.В. Белова.- 3-е изд., перераб.- М.: Высш. шк., 2001. - 485с.
Размещено на Allbest.ru
Источники ионизирующих излучений. Предельно допустимые дозы облучения. Классификация биологических защит. Представление спектрального состава гамма-излучения в ядерном реакторе. Основные стадии проектирования радиационной защиты от гамма-излучения.
презентация , добавлен 17.05.2014
Особенности радиоактивности и ионизирующих излучений. Характеристика источников и путей поступления радионуклидов в организм человека: естественная, искусственная радиация. Реакция организма на различные дозы радиационного облучения и средства защиты.
реферат , добавлен 25.02.2010
Радиоактивность и ионизирующие излучения. Источники и пути поступления радионуклидов в организм человека. Действие ионизирующих излучений на человека. Дозы радиационного облучения. Средства защиты от радиоактивных излучений, профилактические мероприятия.
курсовая работа , добавлен 14.05.2012
Радиация: дозы, единицы измерения. Ряд особенностей, характерных для биологического действия радиоактивных излучений. Виды эффектов радиации, большие и малые дозы. Мероприятия по защита от воздействия ионизирующих излучений и внешнего облучения.
реферат , добавлен 23.05.2013
Радиация и её разновидности. Ионизирующие излучения. Источники радиационной опасности. Устройство ионизирующих источников излучения, пути проникновения в организм человека. Меры ионизирующего воздействия, механизм действия. Последствия облучения.
реферат , добавлен 25.10.2010
Определение понятия радиации. Соматические и генетические эффекты воздействия радиации на человека. Предельно допустимые дозы общего облучения. Защита живых организмов от радиационных излучений временем, расстоянием и при помощи специальных экранов.
презентация , добавлен 14.04.2014
Источники внешнего облучения. Воздействие ионизирующих излучений. Генетические последствия радиации. Методы и средства защиты от ионизирующих излучений. Особенности внутреннего облучения населения. Формулы эквивалентной и поглощенной доз излучения.
презентация , добавлен 18.02.2015
Особенности воздействия радиации на живой организм. Внешнее и внутреннее облучение человека. Воздействие ионизирующего излучения на отдельные органы и организм в целом. Классификация эффектов радиации. Влияние ИИ на иммунобиологическую реактивность.
презентация , добавлен 14.06.2016
Воздействие ионизирующих излучений на неживое и живое вещество, необходимость метрологического контроля радиации. Экспозиционная и поглощенная дозы, единицы размерности дозиметрических величин. Физико-технические основы контроля ионизирующих излучений.
контрольная работа , добавлен 14.12.2012
Основные характеристики ионизирующих излучений. Принципы и нормы радиационной безопасности. Защита от действия ионизирующих излучений. Основные значения дозовых пределов внешнего и внутреннего облучений. Отечественные приборы дозиметрического контроля.
Ионизирующее излучение - это любое излучение, вызывающее ионизацию среды, т.е. протекание электрических токов в этой среде, в том числе и в организме человека, что часто приводит к разрушению клеток, изменению состава крови, ожогам и другим тяжелым последствиям.
Источниками ионизирующих излученийявляются радиоактивные элементы и их изотопы , ядерные реакторы , ускорители заряженных частиц и др. Рентгеновские установки и высоковольтные источники постоянного тока относятся к источникам рентгеновского излучения . Здесь следует отметить, что при нормальном режиме их эксплуатации радиационная опасность незначительна. Она наступает при возникновении аварийного режима и может долго проявлять себя при радиоактивном заражении местности.
Существенную часть облучения население получает от естественных источников радиации: из космоса и от радиоактивных веществ, находящихся в земной коре. Наиболее весомым из этой группы является радиоактивный газ радон, залегающий практически во всех грунтах и постоянно выделяющийся на поверхность, а главное, проникающий в производственные и жилые помещения. Он почти не проявляет себя, так как не имеет запаха и бесцветен, что затрудняет его обнаружение.
Ионизирующие излучения разделяются на два вида: электромагнитное (гамма-излучение и рентгеновское излучение) и корпускулярное, представляющее собой a- и β-частицы, нейтроны и др.
Ионизирующими называют излучения, взаимодействие которых со средой приводит к образованию ионов различных знаков. Источники этих излучений широко используются в атомной энергетике, технике, химии, медицине, сельском хозяйстве и т. п. Работа с радиоактивными веществами и источниками ионизирующих излучений представляет потенциальную угрозу здоровью и жизни людей, которые участвуют в их использовании.
К ионизирующим относятся два вида излучений:
1) корпускулярное (α- и β-излучения, нейтронное излучение);
2) электромагнитное (γ-излучение и рентгеновское).
Альфа-излучение - это поток ядер атомов гелия, испускаемых веществом при радиоактивном распаде вещества или при ядерных реакциях. Значительная масса α-частиц ограничивает их скорость и увеличивает число столкновений в веществе, поэтому α-частицы обладают высокой ионизирующей способностью и малой проникающей способностью. Пробег α-частиц в воздухе достигает 8÷9 см, а в живой ткани - несколько десятков микрометров. Это излучение не представляет опасности до тех пор, пока радиоактивные вещества, испускающие a- частицы, не попадут внутрь организма через рану, с пищей или вдыхаемым воздухом; тогда они становятся чрезвычайно опасными.
Бета -излучение - это поток электронов или позитронов, возникающих при радиоактивном распаде ядер. По сравнению с α-частицами β-частицы обладают значительно меньшей массой и меньшим зарядом, поэтому у β-частиц выше проникающая способность, чем у α-частиц, а ионизирующая способность ниже. Пробег β-частиц в воздухе составляет 18 м, в живой ткани - 2,5 см.
Нейтронное излучение - это поток ядерных частиц, не имеющих заряда, вылетающих из ядер атомов при некоторых ядерных реакциях, в частности при делении ядер урана и плутония. В зависимости от энергии различают медленные нейтроны (с энергией менее 1 кЭВ), нейтроны промежуточных энергий (от 1 до 500 кЭВ) и быстрые нейтроны (от 500 кэВ до 20 МэВ). При неупругом взаимодействии нейтронов с ядрами атомов среды возникает вторичное излучение, состоящее как из заряженных частиц, так и из γ-квантов. Проникающая способность нейтронов зависит от их энергии, но она существенно выше, чем у α-частиц или β-частиц. Для быстрых нейтронов длина пробега в воздухе составляет до 120 м, а в биологической ткани - 10 см.
Гамма-излучение представляет собой электромагнитное излучение, испускаемое при ядерных превращениях или взаимодействии частиц (10 20 ÷10 22 Гц). Гамма-излучение обладает малым ионизирующим действием, но большой проникающей способностью и распространяется со скоростью света. Оно свободно проходит через тело человека и другие материалы. Это излучение может задержать лишь толстая свинцовая или бетонная плита.
Рентгеновское излучение также представляет собой электромагнитное излучение, возникающее при торможении быстрых электронов в веществе (10 17 ÷10 20 Гц).
Ядра всех изотопов химических элементов образуют группу «нуклидов». Большинство нуклидов нестабильны, т.е. они все время превращаются в другие нуклиды. Например, атом урана-238 время от времени испускает два протона и два нейтрона (a-частицы). Уран превращается в торий-234, но торий также нестабилен. В конечном итоге эта цепочка превращений оканчивается стабильным нуклидом свинца.
Самопроизвольный распад нестабильного нуклида называется радиоактивным распадом, а сам такой нуклид - радионуклидом.
При каждом распаде высвобождается энергия, которая и передается дальше в виде излучения. Поэтому можно сказать, что в определенной степени испускание ядром частицы, состоящей из двух протонов и двух нейтронов, - это a-излучение, испускание электрона - β-излучение, и, в некоторых случаях, возникает g-излучение.
Образование и рассеивание радионуклидов приводит к радиоактивному заражению воздуха, почвы, воды, что требует постоянного контроля их содержания и принятия мер по нейтрализации.
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.
ИОНИЗИРУЮЩИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ, ИХ ПРИРОДА И ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА
Радиация и её разновидности
Ионизирующие излучения
Источники радиационной опасности
Устройство ионизирующих источников излучения
Пути проникновения излучения в организм человека
Меры ионизирующего воздействия
Механизм действия ионизирующего излучения
Последствия облучения
Лучевая болезнь
Обеспечение безопасности при работе с ионизирующими излучениями
Радиация и её разновидности
Радиация – это все виды электромагнитного излучения: свет, радиоволны, энергия солнца и множество иных излучений вокруг нас.
Источниками проникающей радиации, создающими природный фон облучения, являются галактическое и солнечное излучение, наличие радиоактивных элементов в почве, воздухе и материалах, используемых в хозяйственной деятельности, а также изотопов,главным образом,калия, в тканях живого организма. Одним из наиболее весомых естественных источников радиации является радон – газ, не имеющий вкуса и запаха.
Интерес представляет не любая радиация, а ионизирующая, которая, проходя сквозь ткани и клетки живых организмов, способна передавать им свою энергию, разрывая химические связи внутри молекул и вызывая серьёзные изменения в их структуре. Ионизирующее излучение возникает при радиоактивном распаде, ядерных превращениях, торможении заряженных частиц в веществе и образует при взаимодействии со средой ионы разных знаков.
Ионизирующие излучения
Все ионизирующие излучения делятся на фотонные и корпускулярные.
К фотонному ионизирующему излучению относятся:
а) Y-излучение, испускаемое при распаде радиоактивных изотопов или аннигиляции частиц. Гамма-излучение по своей природе является коротковолновым электромагнитным излучением, т.е. потоком высокоэнергетических квантов электромагнитной энергии, длина волны которых значительно меньше межатомных расстояний, т.е. y < 10 см. Не имея массы, Y-кванты двигаются со скоростью света, не теряя её в окружающей среде. Они могут лишь поглощаться ею или отклоняться в сторону, порождая пары ионов: частица- античастица, причём последнее наиболее значительно при поглощении Y- квантов в среде. Таким образом, Y- кванты при прохождении через вещество передают энергию электронам и, следовательно, вызывают ионизацию среды. Благодаря отсутствию массы, Y- кванты обладают большой проникающей способностью (до 4- 5 км в воздушной среде);
б) рентгеновское излучение, возникающее при уменьшении кинетической энергии заряженных частиц и / или при изменении энергетического состояния электронов атома.
Корпускулярное ионизирующее излучение состоит из потока заряженных частиц (альфа-,бета-частиц, протонов, электронов), кинетическая энергия которых достаточна для ионизации атомов при столкновении. Нейтроны и другие элементарные частицы непосредственно не производят ионизацию, но в процессе взаимодействия со средой высвобождают заряженные частицы (электроны, протоны), способные ионизировать атомы и молекулы среды, через которую проходят:
а) нейтроны – единственные незаряженные частицы, образующиеся при некоторых реакциях деления ядер атомов урана или плутония. Поскольку эти частицы электронейтральны, они глубоко проникают во всякое вещество, включая живые ткани. Отличительной особенностью нейтронного излучения является его способность превращать атомы стабильных элементов в их радиоактивные изотопы, т.е. создавать наведённую радиацию, что резко повышает опасность нейтронного излучения. Проникающая способность нейтронов сравнима с Y- излучением. В зависимости от уровня носимой энергии условно различают нейтроны быстрые (обладающие энергией от 0,2 до 20 Мэ В) и тепловые (от 0,25 до 0,5 Мэ В). Это различие учитывается при проведении защитных мероприятий. Быстрые нейтроны замедляются, теряя энергию ионизации, веществами с малым атомным весом (так называемыми водородосодержащими: парафин, вода, пластмассы и др.). Тепловые нейтроны поглощаются материалами, содержащими бор и кадмий (борная сталь, бораль, борный графит, сплав кадмия со свинцом).
Альфа -, бета-частицы и гамма - кванты обладают энергией всего в несколько мегаэлектронвольт, и создавать наведённую радиацию не могут;
б) бета частицы - электроны, испускаемые во время радиоактивного распада ядерных элементов с промежуточной ионизирующей и проникающей способностью (пробег в воздухе до 10-20 м).
в) альфа частицы - положительно заряженные ядра атомов гелия, а в космическом пространстве и атомов других элементов, испускаемые при радиоактивном распаде изотопов тяжёлых элементов – урана или радия. Они обладают малой проникающей способностью (пробег в воздухе - не более 10 см), даже человеческая кожа является для них непреодолимым препятствием. Опасны они лишь при попадании внутрь организма, так как способны выбивать электроны из оболочки нейтрального атома любого вещества, в том числе и тела человека, и превращать его в положительно заряженный ион со всеми вытекающими последствиями, о которых будет сказано далее. Так, альфа частица с энергией 5 МэВ образует 150 000 пар ионов.
Характеристика проникающей способности различных видов ионизирующего излучения
Количественное содержание радиоактивного материала в организме человека или веществе определяется термином «активность радиоактивного источника» (радиоактивность). За единицу радиоактивности в системе СИ принят беккерель (Бк), соответствующий одному распаду в 1 с. Иногда на практике применяется старая единица активности – кюри (Ки). Это активность такого количества вещества, в котором за 1с происходит распад 37 млрд. атомов. Для перевода пользуются зависимостью: 1 Бк = 2,7 х 10 Ки или 1 Ки = 3,7 х 10 Бк.
Каждый радионуклид имеет неизменный, присущий только ему период полураспада (время, необходимое для потери веществом половины активности). Например, у урана-235 он составляет 4 470 лет, тогда как у йода-131 – всего лишь 8 суток.
Источники радиационной опасности
1. Главная причина опасности – радиационная авария. Радиационная авария – потеря управления источником ионизирующего излучения (ИИИ), вызванная неисправностью оборудования, неправильными действиями персонала, стихийными бедствиями или иными причинами, которые могли привести или привели к облучению людей выше установленных норм или к радиоактивному загрязнению окружающей среды. При авариях, вызванных разрушением корпуса реактора или расплавлением активной зоны выбрасываются:
1) Фрагменты активной зоны;
2) Топливо (отходы) в виде высокоактивной пыли, которая может долгое время находиться в воздухе в виде аэрозолей, затем после прохождения основного облака выпадать в виде дождевых (снеговых) осадков, а при попадании в организм вызывать мучительный кашель, иногда по тяжести сходный с приступом астмы;
3) лавы, состоящие из двуокиси кремния, а также расплавленный в результате соприкосновения с горячим топливом бетон. Мощность дозы вблизи таких лав достигает 8000 Р/час и даже пятиминутное пребывание рядом губительно для человека. В первый период после выпадения осадков РВ наибольшую опасность представляет йод-131, являющийся источником альфа- и бэта-излучения. Периоды полувыведения его из щитовидной железы составляют: биологический – 120 суток, эффективный – 7,6. Это требует быстрейшего проведения йодной профилактики всего населения, оказавшегося в зоне аварии.
2. Предприятия по разработке месторождений и обогащению урана. Уран имеет атомный вес 92 и три естественных изотопов: уран-238 (99,3%), уран-235 (0,69%) и уран-234 (0,01%). Все изотопы являются альфа-излучателями с незначительной радиоактивностью (2800кг урана по активности эквивалентны 1 г радия-226). Период полураспада урана-235 = 7,13 х 10 лет. Искусственные изотопы уран-233 и уран-227 имеют период полураспада 1,3 и 1,9 мин. Уран – мягкий металл, по внешнему виду похожий на сталь. Содержание урана в некоторых природных материалах доходит до 60 %, но в большинстве урановых руд оно не превышает 0,05-0,5 %. В процессе добычи при получении 1 тонны радиоактивного материала образуется до 10-15 тыс. тонн отходов, а при переработке от 10 до 100 тыс. тонн. Из отходов (содержащих незначительное количество урана, радия, тория и других радиоактивных продуктов распада) выделяется радиоактивный газ – радон-222, который при вдохе вызывает облучение тканей лёгких. При обогащении руды радиоактивные отходы могут попасть в близлежащие реки и озёра. При обогащении уранового концентрата возможна некоторая утечка газообразного гексафторида урана из конденсационно-испарительной установки в атмосферу. Получаемые при производстве тепловыделяющих элементов некоторые урановые сплавы, стружки, опилки могут воспламеняться во время транспортировки или хранения, в результате в окружающую среду могут быть выброшены значительные количества отходов сгоревшего урана.
3. Ядерный терроризм. Участились случаи кражи ядерных материалов, пригодных для изготовления ядерных боеприпасов даже кустарным способом, а также угрозы вывода из строя ядерных предприятий, кораблей с ядерными установками и АЭС с целью получения выкупа. Опасность ядерного терроризма существует и на бытовом уровне.
4. Испытания ядерного оружия. За последнее время достигнута миниатюризация ядерных зарядов для испытаний.
Устройство ионизирующих источников излучения
По устройству ИИИ бывают двух типов – закрытые и открытые.
Закрытые источники помещены в герметизированные контейнеры и представляют опасность лишь в случае отсутствия должного контроля за их эксплуатацией и хранением. Свою лепту вносят и воинские части, передающие списанные приборы в подшефные учебные заведения. Утери списанного, уничтожение за ненадобностью, кражи с последующей миграцией. Например, в Братске на заводе стройконструкций, ИИИ, заключенный в свинцовую оболочку, хранился в сейфе вместе с драгоценными металлами. И когда грабители взломали сейф, то они решили, что эта массивная болванка из свинца – тоже драгоценная. Украли её, а затем честно поделили, распилив пополам свинцовую «рубашку» и заточенную в ней ампулу с радиоактивным изотопом.
Работа с открытыми ИИИ может привести к трагическим последствиям при незнании или нарушении соответствующих инструкций по правилам обращения с данными источниками. Поэтому прежде, чем начинать любую работу с использованием ИИИ, необходимо тщательно изучить все должностные инструкции и положения техники безопасности и неукоснительно выполнять их требования. Эти требования изложены в «Санитарных правилах обращения с радиоактивными отходами (СПО ГО-85)». Предприятие «Радон» по заявкам производит индивидуальный контроль лиц, территорий, объектов, проверку, дозировку и ремонт приборов. Работы в области обращения ИИИ, средств радиационной защиты, добычи, производства, транспортирования, хранения, использования, обслуживания, утилизации, захоронения производятся только на основании лицензии.
Пути проникновения излучения в организм человека
Чтобы правильно понимать механизм радиационных поражений, необходимо иметь чёткое представление о существовании двух путей, по которым излучение проникает в ткани организма и воздействует на них.
Первый путь – внешнее облучение от источника, расположенного вне организма (в окружающем пространстве). Это облучение может быть связано с рентгеновскими и гамма лучами, а также некоторыми высокоэнергетическими бета частицами, способными проникать в поверхностные слои кожи.
Второй путь – внутреннее облучение, вызванное попаданием радиоактивных веществ внутрь организма следующими способами:
В первые дни после радиационной аварии наиболее опасны радиоактивные изотопы йода, поступающие в организм с пищей и водой. Весьма много их в молоке, что особенно опасно для детей. Радиоактивный йод накапливается главным образом в щитовидной железе, масса которой составляет всего 20 г. Концентрация радионуклидов в этом органе может быть в 200 раз выше, чем в других частях человеческого организма;
Через повреждения и порезы на коже;
Абсорбция через здоровую кожу при длительном воздействии радиоактивных веществ (РВ). В присутствии органических растворителей (эфир, бензол, толуол, спирт) проницаемость кожи для РВ увеличивается. Причем некоторые РВ, поступившие в организм через кожу, попадают в кровеносное русло и, в зависимости от их химических свойств, поглощаются и накапливаются в критических органах, что приводит к получению высоких локальных доз радиации. Например, растущие кости конечностей хорошо усваивают радиоактивный кальций, стронций, радий, почки – уран. Другие химические элементы, такие как натрий и калий, будут распространяться по всему телу более или менее равномерно, так как они содержатся во всех клетках организма. При этом наличие в крови натрия-24 означает, что организм дополнительно подвергся нейтронному облучению (т.е. цепная реакция в реакторе в момент облучения не была прервана). Лечить больного, подвергшегося нейтронному облучению, особенно тяжело, поэтому необходимо проводить определение наведенной активности биоэлементов организма (Р, Sи др.);
Через лёгкие при дыхании. Попадание твердых радиоактивных веществ в лёгкие зависит от степени дисперсности этих частиц. Из проводившихся над животными испытаний установлено, что частицы пыли размером менее 0.1 микрона ведут себя так же как и молекулы газов. При вдохе они попадают с воздухом в лёгкие, а при выдохе вместе с воздухом удаляются. В лёгких может оставаться лишь незначительная часть твёрдых частиц. Крупные частицы размером более 5 микрон задерживаются носовой полостью. Инертные радиоактивные газы (аргон, ксенон, криптон и др.), попавшие через лёгкие в кровь, не являются соединениями, входящими в состав тканей, и со временем удаляются из организма. Не задерживаются в организме длительное время и радионуклиды, однотипные с элементами, входящими в состав тканей и употребляемые человеком с пищей (натрий, хлор, калий и др.). Они со временем полностью удаляются из организма. Некоторые радионуклиды (например, отлагающиеся в костных тканях радий, уран, плутоний, стронций, иттрий, цирконий) вступают в химическую связь с элементами костной ткани и с трудом выводятся из организма. При проведении медицинского обследования жителей районов, пострадавших от аварии на Чернобыльской АЭС, во Всесоюзном гематологическом центре АМН было обнаружено, что при общем облучении организма дозой в 50 рад отдельные его клетки оказались облученными дозой в 1 000 и более рад. В настоящее время для различных критических органов разработаны нормативы, определяющие предельно допустимое содержание в них каждого радионуклида. Эти нормы изложены в разделе 8 «Числовые значения допустимых уровней» Норм радиационной безопасности НРБ – 76/87.
Внутреннее облучение является более опасным, а его последствия более тяжёлыми по следующим причинам:
Резко увеличивается доза облучения, определяемая временем пребывания радионуклида в организме (радий-226 или плутоний-239 в течение всей жизни);
Практически бесконечно мало расстояние до ионизируемой ткани (так называемое, контактное облучение);
В облучении участвуют альфа частицы, самые активные и поэтому самые опасные;
Радиоактивные вещества распространяются не равномерно по всему организму, а избирательно, концентрируются в отдельных (критических) органах, усиливая локальное облучение;
Невозможно использовать какие-либо меры защиты, применяемые при внешнем облучении: эвакуацию, средства индивидуальной защиты (СИЗ) и др.
Меры ионизирующего воздействия
Мерой ионизирующего воздействия внешнего излучения является экспозиционная доза, определяемая по ионизации воздуха. За единицу экспозиционной дозы (Дэ) принято считать рентген (Р) – количество излучения, при котором в 1 куб.см. воздуха при температуре 0 С и давлении 1 атм образуются 2,08 х 10 пар ионов. Согласно руководящим документам Международной компании по радиологическим единицам (МКРЕ) РД – 50-454-84 после 1 января 1990 г. использовать такие величины, как экспозиционная доза и её мощность, в нашей стране не рекомендуется (принято, что экспозиционная доза есть поглощённая доза в воздухе). Большая часть дозиметрической аппаратуры в РФ имеет градуировку в рентгенах, рентген / часах, и от этих единиц пока не отказываются.
Мерой ионизирующего воздействия внутреннего облучения является поглощённая доза. За единицу поглощенной дозы принят рад. Это доза излучения, переданная массе облучаемого вещества в 1 кг и измеряемая энергией в джоулях любого ионизирующего излучения. 1 рад = 10 Дж/кг. В системе СИ единицей поглощённой дозы является грей (Гр), равный энергии в 1 Дж/кг.
1 Гр = 100 рад.
1 рад = 10 Гр.
Для перевода количества ионизирующей энергии в пространстве (экспозиционная доза) в поглощённую мягкими тканями организма применяют коэффициент пропорциональности К = 0,877, т.е.:
1 рентген = 0,877 рад.
В связи с тем, что различные виды излучений обладают разной эффективностью (при равных затратах энергии на ионизацию производят различное воздействие), введено понятие «эквивалентная доза». Единица её измерения – бэр. 1 бэр – это доза излучения любого вида, воздействие которой на организм эквивалентно действию 1 рад гамма излучения. Поэтому при оценке общего эффекта воздействия радиационного излучения на живые организмы при суммарном облучении всеми видами излучений учитывается коэффициент качества (Q), равный 10 для нейтронного излучения (нейтроны примерно в 10 раз эффективнее в плане радиационного поражения) и 20 – для альфа излучения. В системе СИ единицей эквивалентной дозы является зиверт (Зв), равный 1 Гр х Q.
Наряду с величиной энергии, видом облучения, материалом и массой органа важным фактором является, так называемый биологический период полураспада радиоизотопа – продолжительность времени, необходимого для выведения (с потом, слюной, мочой, калом и др.) из организма половины радиоактивного вещества. Уже через 1-2 часа после попадания РВ в организм они обнаруживаются в его выделениях. Сочетание физического периода полураспада с биологическим даёт понятие «эффективный период полураспада» - наиболее важный в определении результирующей величины облучения, которому подвергается организм, особенно критические органы.
Наряду с понятием «активность» существует понятие «наведённая активность» (искусственная радиоактивность). Она возникает при поглощении медленных нейтронов (продуктов ядерного взрыва или ядерной реакции), ядрами атомов нерадиоактивных веществ и превращении их в радиоактивные калий-28 и натрий-24, образующиеся, в основном, в грунте.
Таким образом, степень, глубина и форма лучевых поражений, развивающихся у биологических объектов (в том числе у человека) при воздействии на них радиации, зависят от величины поглощённой энергии излучения (дозы).
Механизм действия ионизирующего излучения
Принципиальной особенностью действия ионизирующего излучения является его способность проникать в биологические ткани, клетки, субклеточные структуры и, вызывая одномоментную ионизацию атомов, за счёт химических реакций повреждать их. Ионизирована может быть любая молекула, а отсюда все структурно-функциональные разрушения в соматических клетках, генетические мутации, воздействия на зародыш, болезнь и смерть человека.
Механизм такого воздействия заключается в поглощении энергии ионизации организмом и разрыве химических связей его молекул с образованием высокоактивных соединений, так называемых свободных радикалов.
Организм человека на 75% состоит из воды, следовательно, решающее значение в этом случае будет иметь косвенное воздействие радиации через ионизацию молекулы воды и последующие реакции со свободными радикалами. При ионизации молекулы воды образуется положительный ион Н О и электрон, который, потеряв энергию, может образовать отрицательный ион Н О. Оба эти иона являются неустойчивыми и распадаются на пару стабильных ионов, которые рекомбинируют (восстанавливаются) с образованием молекулы воды и двух свободных радикалов ОН и Н, отличающихся исключительно высокой химической активностью. Непосредственно или через цепь вторичных превращений, таких как образование перекисного радикала (гидратного оксида воды), а затем перекиси водорода Н О и других активных окислителей группы ОН и Н, взаимодействуя с молекулами белков, они ведут к разрушению ткани в основном за счет энергично протекающих процессов окисления. При этом одна активная молекула с большой энергией вовлекает в реакцию тысячи молекул живого вещества. В организме окислительные реакции начинают превалировать над восстановительными. Наступает расплата за аэробный способ биоэнергетики – насыщение организма свободным кислородом.
Воздействие ионизирующего излучения на человека не ограничивается изменением структуры молекул воды. Меняется структура атомов, из которых состоит наш организм. В результате происходит разрушение ядра, клеточных органелл и разрыв наружной мембраны. Так как основная функция растущих клеток – способность к делению, то утрата её приводит к гибели. Для зрелых неделящихся клеток разрушение вызывает потерю тех или иных специализированных функций (выработку определённых продуктов, распознавание чужеродных клеток, транспортные функции и тд.). Наступает радиационно индуцированная гибель клеток, которая в отличие от физиологической гибели необратима, так как реализация генетической программы терминальной дифференцировки в этом случае осуществляется на фоне множественных изменений нормального течения биохимических процессов после облучения.
Кроме того, дополнительное поступление энергии ионизации в организм нарушает сбалансированность энергетических процессов, происходящих в нём. Ведь наличие энергии в органических веществах зависит в первую очередь не от их элементарного состава, а от строения, расположения и характера связей атомов, т.е. тех элементов, которые легче всего поддаются энергетическому воздействию.
Последствия облучения
Одно из наиболее ранних проявлений облучения – массовая гибель клеток лимфоидной ткани. Образно говоря, эти клетки первыми принимают на себя удар радиации. Гибель лимфоидов ослабляет одну из основных систем жизнеобеспечения организма – иммунную систему, так как лимфоциты – такие клетки, которые способны реагировать на появление чужеродных для организма антигенов выработкой строго специфических антител к ним.
В результате воздействия энергии радиационного излучения в малых дозах в клетках происходят изменения генетического материала (мутации), угрожающие их жизнеспособности. Как следствие наступает деградация (повреждение) ДНК хроматина (разрывы молекул, повреждения), которые частично или полностью блокируют или извращают функцию генома. Происходит нарушение репарации ДНК – способности её к восстановлению и залечиванию повреждений клеток при повышении температуры тела, воздействии химических веществ и пр.
Генетические мутации в половых клетках оказывают влияние на жизнь и развитие будущих поколений. Этот случай характерен, например, если человек подвергся воздействию небольших доз радиации во время экспозиции в медицинских целях. Существует концепция – при получении дозы в 1 бэр предыдущим поколением она даёт дополнительно в потомстве 0.02 % генетических аномалий, т.е. у 250 младенцев на миллион. Эти факты и многолетние исследования данных явлений привели ученых к выводу, что безопасных доз радиации не существует.
Воздействие ионизирующих излучений на гены половых клеток может вызвать вредные мутации, которые будут передаваться из поколения в поколение, увеличивая «мутационный груз» человечества. Опасными для жизни являются условия, увеличивающие «генетическую нагрузку» вдвое. Такой удваивающей дозой является, по выводам научного комитета ООН по атомной радиации, доза в 30 рад при остром облучении и 10 рад при хроническом (в течение репродуктивного периода). С ростом дозы повышается не тяжесть, а частота возможного проявления.
Мутационные изменения происходят и в растительных организмах. В лесах, подвергшихся выпадению радиоактивных осадков под Чернобылем, в результате мутации возникли новые абсурдные виды растений. Появились ржаво-красные хвойные леса. В расположенном недалеко от реактора пшеничном поле через два года после аварии ученые обнаружили около тысячи различных мутаций.
Влияние на зародыш и плод вследствие облучения матери в период беременности. Радиочувствительность клетки меняется на разных этапах процесса деления (митоза). Наиболее чувствительна клетка в конце покоя и начале первого месяца деления. Особенно чувствительна к облучению зигота – эмбриональная клетка, образующаяся после слияния сперматозоида с яйцом. При этом развитие зародыша в этот период и влияние на него радиационного, в том числе и рентгеновского, облучения можно разделить на три этапа.
1-й этап – после зачатия и до девятого дня. Только что сформировавшийся зародыш под воздействием радиации погибает. Смерть в большинстве случаев остается незамеченной.
2-й этап – с девятого дня по шестую неделю после зачатия. Это – период формирования внутренних органов и конечностей. При этом под воздействием дозы облучения в 10 бэр у зародыша появляется целый спектр дефектов – расщепление нёба, остановка развития конечностей, нарушение формирования мозга и др. Одновременно возможна задержка роста организма, что выражается в уменьшении размеров тела при рождении. Результатом облучения матери в этот период беременности также может быть смерть новорожденного в момент родов или спустя некоторое время после них. Однако, рождение живого ребёнка с грубыми дефектами, вероятно, самое большое несчастье, гораздо худшее, чем смерть эмбриона.
3-й этап – беременность после шести недель. Дозы радиации, полученные матерью, вызывают стойкое отставание организма в росте. У облученной матери ребёнок при рождении имеет размеры меньше нормы и остается ниже среднего роста на всю жизнь. Возможны патологические изменения в нервной, эндокринной системах и т.д. Многие специалисты-радиологи предполагают, что большая вероятность рождения неполноценного ребенка служит основанием для прерывания беременности, если доза, полученная эмбрионом в течение первых шести недель после зачатия, превышает 10 рад. Такая доза вошла в законодательные акты некоторых скандинавских стран. Для сравнения, при рентгеноскопии желудка основные участки костного мозга, живот, грудная клетка получают дозу излучения в 30-40 рад.
Иногда возникает практическая проблема: женщина проходит серию сеансов рентгенографии, включающих снимки желудка и органов таза, а впоследствии обнаруживается, что она беременна. Ситуация усугубляется, если облучение произошло в первые недели после зачатия, когда беременность может оставаться незамеченной. Единственное решение данной проблемы – не подвергать женщину облучению в указанный период. Этого можно достичь в том случае, если женщина репродуктивного возраста будет проходить рентгенографию желудка или брюшной полости только в течение первых десяти дней после начала менструального периода, когда нет сомнений в отсутствии беременности. В медицинской практике это называется правилом «десяти дней». При неотложной ситуации рентгеновские процедуры не могут быть перенесены на недели или месяцы, однако со стороны женщины будет благоразумным рассказать врачу перед проведением рентгенографии о своей возможной беременности.
По степени чувствительности к ионизирующему излучению клетки и ткани человеческого организма неодинаковы.
К особо чувствительным органам относятся семенники. Доза в 10-30 рад может снизить сперматогенез в течение года.
Высокой чувствительностью к облучению обладает иммунная система.
В нервной системе наиболее чувствительной оказалась сетчатка глаза, так как при облучении наблюдалось ухудшение зрения. Нарушения вкусовой чувствительности наступали при лучевой терапии грудной клетки, а повторные облучения дозами 30-500 Р снижали тактильную чувствительность.
Изменения в соматических клетках могут способствовать возникновению рака. Раковая опухоль возникает в организме в тот момент, когда соматическая клетка, выйдя из-под контроля организма, начинает быстро делиться. Первопричиной этого являются вызванные многократными или сильным разовым облучением мутации в генах, приводящие к тому, что раковые клетки теряют способность даже в случае нарушения равновесия погибать физиологической, а точнее программированной смертью. Они становятся как бы бессмертными, постоянно делясь, увеличиваясь в количестве и погибая лишь от недостатка питательных веществ. Так происходит рост опухоли. Особенно быстро развивается лейкоз (рак крови) – болезнь, связанная с избыточным появлением в костном мозге, а затем и в крови неполноценных белых клеток – лейкоцитов. Правда, в последнее время выяснилось, что связь между радиацией и заболеванием раком более сложная, чем предполагалось ранее. Так, в специальном докладе японско-американской ассоциации ученых сказано, что только некоторые виды рака: опухоли молочной и щитовидной желёз, а также лейкемия – развиваются в результате радиационного поражения. Причем опыт Хиросимы и Нагасаки показал, что рак щитовидной железы наблюдается при облучении в 50 и более рад. Рак молочной железы, от которого умирают около 50% заболевших, наблюдается у женщин, многократно подвергавшихся рентгенографическим обследованиям.
Характерным для радиационных поражений является то, что лучевые травмы сопровождаются тяжелыми функциональными расстройствами, требуют сложного и длительного (более трёх месяцев) лечения. Жизнеспособность облученных тканей значительно снижается. Кроме того, через много лет и десятилетий после получения травмы возникают осложнения. Так, наблюдались случаи возникновения доброкачественных опухолей через 19 лет после облучения, а развитие лучевого рака кожи и молочной железы у женщин – через 25-27 лет. Нередко травмы обнаруживаются на фоне или после воздействия дополнительных факторов нерадиационной природы (диабет, атеросклероз, гнойная инфекция, термические или химические травмы в зоне облучения).
Необходимо также учитывать, что люди, пережившую радиационную аварию, испытывают дополнительный стресс в течение нескольких месяцев и даже лет после неё. Такой стресс может включить биологический механизм, который приводит к возникновению злокачественных заболеваний. Так, в Хиросиме и Нагасаки крупная вспышка заболеваний раком щитовидной железы наблюдалась спустя 10 лет после атомной бомбардировки.
Исследования, проведённые радиологами на основании данных Чернобыльской аварии, свидетельствуют о снижении порога последствий от воздействия облучения. Так, установлено, что облучение в 15 бэр может вызвать нарушения в деятельности иммунной системы. Уже при получении дозы в 25 бэр у ликвидаторов аварии наблюдалось снижение в крови лимфоцитов – антител к бактериальным антигенам, а при 40 бэр увеличивается вероятность возникновения инфекционных осложнений. При воздействии постоянного облучения дозой от 15 до 50 бэр часто отмечались случаи неврологических расстройств, вызванных изменениями в структурах головного мозга. Причём эти явления наблюдались в отдалённые сроки после облучения.
Лучевая болезнь
В зависимости от дозы и времени облучения наблюдаются три степени заболевания: острая, подострая и хроническая. В очагах поражения (при получении высоких доз) возникает, как правило, острая лучевая болезнь (ОЛБ).
Различают четыре степени ОЛБ:
Лёгкая (100 – 200 рад). Начальный период – первичная реакция как и при ОЛБ всех других степеней – характеризуется приступами тошноты. Появляются головная боль, рвота, общее недомогание, незначительное повышение температуры тела, в большинстве случаев – анорексия (отсутствие аппетита, вплоть до отвращения к пище), возможны инфекционные осложнения. Первичная реакция возникает через 15 – 20 минут после облучения. Её проявления постепенно исчезают через несколько часов или суток, а могут вообще отсутствовать. Затем наступает скрытый период, так называемый период мнимого благополучия, продолжительность которого обусловливается дозой облучения и общим состоянием организма (до 20 суток). За это время эритроциты исчерпывают свой срок жизни, переставая подавать кислород клеткам организма. ОЛБ лёгкой степени излечима. Возможны негативные последствия – лейкоцитоз крови, покраснения кожи, снижение работоспособности у 25% поражённых через 1,5 – 2 часа после облучения. Наблюдается высокое содержание гемоглобина в крови в течение 1 года с момента облучения. Сроки выздоровления – до трёх месяцев. Большое значение при этом имеют личностная установка и социальная мотивация пострадавшего, а также его рациональное трудоустройство;
Средняя (200 – 400 рад). Короткие приступы тошноты, проходящие через 2-3 дня после облучения. Скрытый период – 10-15 суток (может отсутствовать), в течение которого лейкоциты, вырабатываемые лимфатическими узлами, погибают и прекращают отторгать попадающую в организм инфекцию. Тромбоциты перестают свёртывать кровь. Всё это – результат того, что убитые радиацией костный мозг, лимфатические узлы и селезёнка не вырабатывают новые эритроциты, лейкоциты и тромбоциты на смену отработавшим. Развиваются отёк кожи, пузыри. Такое состояние организма, получившее название «костномозговой синдром», приводит 20% поражённых к смерти, которая наступает в результате поражения тканей кроветворных органов. Лечение заключается в изоляции больных от внешней среды, введении антибиотиков и переливании крови. Молодые и пожилые мужчины более подвержены заболеванию ОЛБ средней степени, нежели мужчины среднего возраста и женщины. Потеря трудоспособности наступает у 80% поражённых через 0,5 – 1 час после облучения и после выздоровления долгое время остаётся сниженной. Возможно развитие катаракты глаз и местных дефектов конечностей;
Тяжёлая (400 – 600 рад). Симптомы, характерные для кишечно-желудочного расстройства: слабость, сонливость, потеря аппетита, тошнота, рвота, длительный понос. Скрытый период может длиться 1 – 5 суток. Через несколько дней возникают признаки обезвоживания организма: потеря массы тела, истощение и полное обессиливание. Эти явления – результат отмирания ворсинок стенок кишечника, всасывающих питательные вещества из поступающей пищи. Их клетки под воздействием радиации стерилизуются и теряют способность делиться. Возникают очаги прободения стенок желудка, и бактерии поступают из кишечника в кровоток. Появляются первичные радиационные язвы, гнойная инфекция от радиационных ожогов. Потеря трудоспособности через 0,5-1 час после облучения наблюдается у 100% пострадавших. У 70% поражённых смерть наступает через месяц от обезвоживания организма и отравления желудка (желудочно-кишечный синдром), а также от радиационных ожогов при гамма облучении;
Крайне тяжёлая (более 600 рад). В считанные минуты после облучения возникают сильная тошнота и рвота. Понос – 4-6 раз в сутки, в первые 24 часа – нарушение сознания, отёк кожи, сильные головные боли. Данные симптомы сопровождаются дезориентацией, потерей координации движений, затруднением глотания, расстройством стула, судорожными припадками и в конечном итоге наступает смерть. Непосредственная причина смерти – увеличение количества жидкости в головном мозге вследствие её выхода из мелких сосудов, что приводит к повышению внутричерепного давления. Такое состояние получило название «синдром нарушения центральной нервной системы».
Необходимо отметить, что поглощённая доза, вызывающая поражение отдельных частей организма и смерть, превышает смертельную дозу для всего тела. Смертельные дозы для отдельных частей тела следующие: голова – 2000 рад, нижняя часть живота – 3000 рад, верхняя часть живота – 5000 рад, грудная клетка – 10000 рад, конечности – 20000 рад.
Достигнутый на сегодня уровень эффектности лечения ОЛБ считается предельным, так как основан на пассивной стратегии – надежде на самостоятельное выздоровление клеток в радиочувствительных тканях (главным образом костном мозге и лимфатических узлах), на поддержку других систем организма, переливание тромбоцитной массы для предотвращения кровоизлияния, эритроцитарной – для предотвращения кислородного голодания. После этого остаётся только ждать, когда заработают все системы клеточного обновления и ликвидируют гибельные последствия радиационного облучения. Исход болезни определяется к концу 2-3 месяца. При этом могут наступить: полное клиническое выздоровление пострадавшего; выздоровление, при котором его трудоспособность в той или иной мере будет ограниченной; неблагоприятный исход с прогрессированием заболевания или развитием осложнений, приводящих к смерти.
Пересадке здорового костного мозга мешает иммунологический конфликт, который в облучённом организме особенно опасен, так как истощает и без того подорванные силы иммунитета. Российские учёные-радиологи предлагают новый путь лечения больных лучевой болезнью. Если забрать у облучённого часть костного мозга, то в кроветворной системе после этого вмешательства начинаются процессы более раннего восстановления, чем при естественном развитии событий. Извлечённую часть костного мозга помещают в искусственные условия, а затем через определённый срок возвращают в тот же организм. Иммунологического конфликта (отторжения) не происходит.
В настоящее время учёными проводятся работы, и получены первые результаты по применению фармацевтических радиопротекторов, позволяющих человеку переносить дозы облучения, превышающие летальную примерно вдвое. Это – цистеин, цистамин, цистофос и ряд других веществ, содержащих сульфидгидрильные группы (SH) на конце длинной молекулы. Эти вещества, словно «мусорщики», убирают образующиеся свободные радикалы, которые во многом ответственны за усиление окислительных процессов в организме. Однако крупным недостатком указанных протекторов является необходимость введения его в организм внутривенно, так как сульфидгидрильная группа, добавляемая в них для уменьшения токсичности, разрушается в кислой среде желудка и протектор теряет защитные свойства.
Ионизирующая радиация имеет негативное воздействие также на жиры и липоеды (жироподобные вещества), содержащиеся в организме. Облучение нарушает процесс эмульгирования и продвижения жиров в области криптального отдела слизистой оболочки кишечника. В результате в просвет кровеносных сосудов попадают капли неэмульгированного и грубо эмульгированного жира, усваиваемого организмом.
Повышение окисления жирных кислот в печени приводит при инсулиновой недостаточности к повышенному кетогенезу печени, т.е. избыток свободных жирных кислот в крови понижает активность инсулина. А это в свою очередь ведёт к широко распространённому сегодня заболеванию сахарным диабетом.
Наиболее характерными заболеваниями, сопутствующими поражению от облучения, являются злокачественные новообразования (щитовидной железы, органов дыхания, кожи, кроветворных органов), нарушения обмена веществ и иммунитета, болезни органов дыхания, осложнения течения беременности, врождённые аномалии, психические расстройства.
Восстановление организма после облучения – процесс сложный, и протекает он неравномерно. Если восстановление эритроцитов и лимфоцитов в крови начинается через 7 – 9 месяцев, то восстановление лейкоцитов – через 4 года. На длительность этого процесса оказывают влияние не только радиационные, но и психогенные, социально-бытовые, профессиональные и другие факторы пострадиационного периода, которые можно объединить в одно понятие «качество жизни» как наиболее ёмко и полно выражающее характер взаимодействия человека с биологическими факторами среды, социальными и экономическими условиями.
Обеспечение безопасности при работе с ионизирующими излучениями
При организации работ используются следующие основные принципы обеспечения радиационной безопасности: выбор или уменьшение мощности источников до минимальных величин; сокращение времени работы с источниками; увеличение расстояния от источника до работающего; экранирование источников излучения материалами, поглощающими или ослабляющими ионизирующие излучения.
В помещениях, где проводится работа с радиоактивными веществами и радиоизотопными приборами, ведётся контроль за интенсивностью различных видов излучения. Эти помещения должны быть изолированы от других помещений и оснащены приточно-вытяжной вентиляцией. Другими коллективными средствами защиты от ионизирующего излучения в соответствии с ГОСТ 12.4.120 являются стационарные и передвижные защитные экраны, специальные контейнеры для транспортировки и хранения источников излучения, а также для сбора и хранения радиоактивных отходов, защитные сейфы и боксы.
Стационарные и передвижные защитные экраны предназначены для снижения уровня излучения на рабочем месте до допустимой величины. Защита от альфа излучения достигается применением оргстекла толщиной несколько миллиметров. Для защиты от бэта-излучения экраны изготовляют из алюминия или оргстекла. От нейтронного излучения защищает вода, парафин, бериллий, графит, соединения бора, бетон. От рентгеновских и гамма-излучений защищают свинец и бетон. Для смотровых окон используют свинцовое стекло.
При работе с радионуклидами следует применять спецодежду. В случае загрязнения рабочего помещения радиоактивными изотопами поверх хлопчатобумажного комбинезона следует надевать пленочную одежду: халат, костюм, фартук, брюки, нарукавники.
Пленочная одежда изготавливается из пластиков или резиновых тканей, легко очищаемых от радиоактивного загрязнения. В случае применения пленочной одежды необходимо предусмотреть возможность подачи воздуха под костюм.
В комплекты спецодежды входят респираторы, пневмошлемы и другие средства индивидуальной защиты. Для защиты глаз следует применять очки со стеклами, содержащими фосфат вольфрама или свинец. При использовании индивидуальных средств защиты необходимо строго соблюдать последовательность их надевания и снятия, и дозиметрического контроля.
