Ионизирующие излучения их действие. Пути проникновения излучения в организм человека. Источники антропогенного происхождения

Ионизирующее излучение -- это электромагнитное излучение, которое создается при радиоактивном распаде, ядерных превращениях, торможении заряженных частиц в веществе и образует при взаимодействии со средой ионы различных знаков.

Взаимодействие с веществом заряженных частиц, гамма-квантов и рентгеновских лучей. Корпускулярные частицы ядерного происхождения (-части, -частицы, нейтроны, протоны и т.д.), а также фотонное излучение (-кванты и рентгеновское и тормозное излучение) обладают значительной кинетической энергией. Взаимодействуя с веществом, они теряют эту энергию в основном в результате упругих взаимодействий с ядрами атомов или электронами (как это происходит при взаимодействии бильярдных шаров), отдавая им всю или часть своей энергии на возбуждение атомов (т.е. перевод электрона с более близкой на более удаленную от ядра орбиту), а также на ио-низацию атомов или молекул среды (т.е. отрыв одного или более электронов от атомов)

Упругое взаимодействие характерно для нейтральных частиц тронов) и фотонов, не имеющих заряда. При этом нейтрон, взаимодействуя с атомами, может в соответствии с законами классической механики передавать часть энергии, пропорциональную массам соударяющихся частиц. Если это тяжелый атом, то передается только часть энергии. Если это атом водорода, равный массе нейтрона, то передается вся энергия. При этом нейтрон замедляется до тепловых энергий порядка долей электровольта и далее вступает в ядерные реакции. Ударяя в атом, нейтрон может передать ему такое количество энергии, которое достаточно, чтобы ядро «выскочило» из электронной оболочки. В этом случае образуется заряженная частица, обладающая значительной скоростью, которая способна осуществлять ионизацию среды.

Аналогично взаимодействие с веществом и фотона. Он самостоятельно не способен ионизировать среду, но выбивает электроны из атома, которые и производят ионизацию среды. Нейтроны и фотонное излучение относятся к косвенно ионизирующим излучениям.

Заряженные частицы (- и -частицы), протоны и другие способны ионизировать среду за счет взаимодействия с электрическим полем атома и электрическим полем ядра. При этом заряженные частицы тормозятся и отклоняются от направления своего движения, испуская при этом тормозное излучение, одно из разновидностей фотонного излучения.

Заряженные частицы могут за счет неупругих взаимодействий передавать атомам среды количество энергии, недостаточное для ионизации. В этом случае образуются атомы в возбужденном состоянии, которые передают эту энергию другим атомам, либо испускают кванты характеристического излучения, либо, соударяясь с другими возбужденными атомами, могут получить энергию, достаточную для ионизации атомов.

Как правило, при взаимодействии излучений с веществами происходят все три вида последствий этого взаимодействия: упругое соударение, возбуждение и ионизация. На примере взаимодействия электронов с веществом в табл. 3.15 показана относительная доля и энергия, теряемая ими на различные процессы взаимодействия.

Таблица 3.15

Относительная доля энергии, теряемая электронами в результате различных процессов взаимодействия, %

Энергия, эВ	Упругое взаимодействие	Возбуждение атомов	Ионизация

Процесс ионизации является наиболее важным эффектом, на котором построены почти все методы дозиметрии ядерных излучений, особенно косвенно ионизирующих излучений.

В процессе ионизации образуются две заряженные частицы: положительный ион (или атом, потерявший электрон с внешней оболочки) и свободный электрон. При каждом акте взаимодействия могут быть оторваны один или несколько электронов.

Истинная работа ионизации атома составляет 10... 17 эВ, т.е. столько энергии требуется для отрыва электрона от атома. Экспериментально установлено, что энергия, передаваемая на образование одной пары ионов в воздухе, в среднем 35 эВ для -частиц и 34 эВ для электронов, а для вещества биологической ткани примерно 33 эВ. Разница определяется следующим. Среднюю энергию, идущую на образование одной пары ионов, определяют экспериментально как отношение энергии первичной частицы к среднему числу пар ионов, образованной одной частицей на всем ее пути. Так как заряженные частицы тратят свою энергию на процессы возбуждения и ионизации, то в экспериментальную величину энергии ионизации входят все виды энергетических потерь, отнесенные к образованию одной пары ионов. Экспериментальным подтверждением сказанному является табл. 3.14.

Дозы излучения. Когда ионизирующее излучение проходит через вещество, то на него оказывает воздействие только та часть энергии излучения, которая передается веществу, поглощается им. Порция энергии, переданная излучением веществу, называется дозой.

Количественной характеристикой взаимодействия ионизирующего излучения с веществом является поглощенная доза. Поглощенная доза Д (Дж/кг) -- это отношение средней энергии Не, переданной ионизирующим излучением веществу в элементарном объеме, к единице массы dm вещества в этом объеме

В системе СИ в качестве единицы поглощенной дозы принят грей (Гр), названной в честь английского физика и радиобиолога Л. Грея. 1 Гр соответствует поглощению в среднем 1 Дж энергии ионизирующего излучения в массе вещества, равной 1 кг. 1 Гр = 1 Джкг -1 .

Доза эквивалентная Н -- поглощенная доза в органе или ткани, умноженная на соответствующий взвешивающий коэффициент для данного излучения, W R

где D T,R -- средняя поглощенная доза в органе или ткани Т, W R - взвешивающий коэффициент для излучения R. Если поле излучения состоит из нескольких излучений с различными величинами W R , эквивалентная доза определяется в виде:

Единицей измерения эквивалентной дозы является Джкг. -1 , имеющий специальное название зиверт (Зв).

Доза эффективная Е -- величина, используемая как мера возникновения отдаленных последствий облучения всего тела человека и отдельных его органов с учетом их радиочувствительности. Она представляет сумму произведений эквивалентной дозы в органе на соответствующий коэффициент для данного органа или ткани:

где -- эквивалентная доза в ткани Т за время, a W T -- взвешивающий коэффициент для ткани Т. Единица измерения эффективной дозы -- Джкг -1 , которая имеет специальное название -- зиверт (Зв).

Доза эффективная коллективная S -- величина, определяющая полное воздействие излучения на группу людей, определяется в виде:

где -- средняя эффективная доза i-й подгруппы группы людей, -- число людей в подгруппе.

Единица измерения эффективной коллективной дозы -- человеко-зиверт (чел-Зв).

Механизм биологического действия ионизирующих излучений. Биологическое действие радиации на живой организм начинается на клеточном уровне. Живой организм состоит из клеток. Клетка животного состоит из клеточной оболочки, окружающей студенистую массу -- цитоплазму, в которой заключено более плотное ядро. Цитоплазма состоит из органических соединений белкового характера, образующих пространственную решетку, ячейки которой заполняют вода, растворенные в ней соли и относительно малые молекулы липидов -- веществ, по свойствам подобным жирам. Ядро считается наиболее чувствительной жизненно важной частью клетки, а основными его структурными элементами являются хромосомы. В основе строения хромосом находится молекула диоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), в которой заключена наследственная информация организма. Отдельные участки ДНК, ответственные за формирование определенного элементарного признака, называются генами или «кирпичиками наследственности». Гены расположены в хромосомах в строго определенном порядке и каждому организму соответствует определенный набор хромосом в каждой клетке. У человека каждая клетка содержит 23 пары хромосом. При делении клетки (митозе) хромосомы удваиваются и в определенном порядке располагаются в дочерних клетках.

Ионизирующее излучение вызывает поломку хромосом (хромосомные аберрации), за которыми происходит соединение разорванных концов в новые сочетания. Это и приводит к изменению генного аппарата и образованию дочерних клеток, неодинаковых с исходными. Если стойкие хромосомные аберрации происходят в половых клетках, то это ведет к мутациям, т.е. появлению у облученных особей потомства с другими признаками. Мутации полезны, если они приводят к повышению жизнестойкости организма, и вредны, если проявляются в виде различных врожденных пороков. Практика показывает, что при действии ионизирующих излучений вероятность возникновения полезных мутаций мала.

Однако в любой клетке обнаружены непрерывно действующие процессы исправления химических повреждений в молекулах ДНК. Оказалось также, что ДНК достаточна устойчива по отношению к разрывам, вызываемым радиацией. Необходимо произвести семь разрушений структуры ДНК, чтобы она уже не могла восстановиться, т.е. только в этом случае происходит мутация. При меньшем числе разрывов ДНК восстанавливается в прежнем виде. Это указывает на высокую прочность генов по отношению к внешним воздействиям, в том числе и ионизирующим излучениям.

Разрушение жизненно важных для организма молекул возможно не только при прямом их разрушении ионизирующим излучением (теория мишени), но и при косвенном действии, когда сама молекула не поглощает непосредственно энергию излучения, а получает ее от другого молекулы (растворителя), которая первоначально поглотила эту энергию. В этом случае радиационный эффект обусловлен вторичным влиянием продуктов радиолиза (разложения) растворителя на молекулы ДНК. Этот механизм объясняется теорией радикалов. Повторяющиеся прямые попадания ионизирующих частиц в молекулу ДНК особенно в ее чувствительные участки -- гены, могут вызвать ее распад. Однако вероятность таких попаданий меньше, чем попаданий в молекулы воды, которая служит основным растворителем в клетке. Поэтому радиолиз воды, т.е. распад при действии радиации на водородный (Н и гидроксильный (ОН) радикалы с последующим образованием молекулярного водорода и перекиси водорода, имеет первостепенное значение в радиобиологических процессах. Наличие в системе кислорода усиливает эти процессы. На основании теории радикалов главную рол в развитии биологических изменений играют ионы и радикалы, которые образуются в воде вдоль траектории движения ионизирующих частиц.

Высокая способность радикалов вступать в химические реакции обусловливает процессы их взаимодействия с биологически важными молекулами, находящимися в непосредственной близи от них. В таких реакциях разрушаются структуры биологических веществ, а это в свою очередь приводит к изменениям биологических процессов, включая процессы образования новых клеток.

Последствия облучения людей ионизирующим излучением. Когда мутация возникает в клетке, то о распространяется на все клетки нового организма, образовавшие путем деления. Помимо генетических эффектов, которые могут сказываться на последующих поколениях (врожденные уродства), наблюдаются и так называемые соматические (телесные) эффекты, которые опасны не только для самого данного организма (соматическая мутация), но и его потомства. Соматическая мутация распространяется только на определенный круг клеток, образовавшихся путем обычного деления из первичной клетки, претерпевшей мутацию.

Соматические повреждения организма ионизирующим излучением являются результатом воздействия излучения на большой комплекс -- коллективы клеток, образующих определенные ткани или органы. Радиация тормозит или даже полностью останавливает процесс деления клеток, в котором собственно и проявляется их жизнь, а достаточно сильное излучение в конце концов убивает клетки. Разрушительное действие излучения особенно заметно проявляется в молодых тканях. Это обстоятельство используется, в частности, для защиты организма от злокачественных (например, раковых опухолей) новообразований, которые разрушаются под воздействием ионизирующих излучений значительно быстрее доброкачественных клеток. К соматическим эффектам относят локальное повреждение кожи (лучевой ожог), катаракту глаз (помутнение хрусталика), повреждение половых органов (кратковременная или постоянная стерилизация) и др.

В отличие от соматических, генетические эффекты действия радиации обнаружить трудно, так как они действуют на малое число клеток и имеют длительный скрытый период, измеряемый десятками лет после облучения. Такая опасность существует даже при очень слабом облучении, которое хотя и не разрушает клетки, но способно вызвать мутации хромосом и изменить наследственные свойства. Большинство подобных мутаций проявляется только в том случае, когда зародыш получает от обоих родителей хромосомы, поврежденные одинаковым образом. Результаты мутаций, в том числе и смертность от наследственных эффектов -- так называемая генетическая смерть, наблюдались задолго до того, как люди начали строить ядерные реакторы и применять ядерное оружие. Мутации могут быть вызваны космическими лучами, а также естественным радиационным фоном Земли, на долю которого по оценкам специалистов приходится 1 % мутаций человека.

Установлено, что не существует минимального уровня радиации, ниже которого мутации не происходит. Общее количество мутаций, вызванных ионизирующим излучением, пропорционально численности населения и средней дозе облучения. Проявление генетических эффектов мало зависит от мощности дозы, а определяется суммарной накопленной дозой независимо от того, получена она за 1 сутки или 50 лет. Полагают, что генетические эффекты не имеют дозового порога. Генетические эффекты определяются только эффективной коллективной дозой человекозиверт (чел-Зв), а выявление эффекта у отдельного индивидуума практически не предсказуемо.

В отличие от генетических эффектов, которые вызываются малыми Дозами радиации, соматические эффекты всегда начинаются с определенной пороговой дозы: при меньших дозах повреждения организма не происходит. Другое отличие соматических повреждений от генетических заключается в том, что организм способен со временем преодолевать последствия облучения, тогда как клеточные повреждения необратимы.

Значения некоторых доз и эффектов воздействия излучения на организм приведены в табл. 3.16.

Таблица 3.16

Радиационное воздействие и соответствующие биологические эффекты

Воздействие
	Мощность дозы или продолжительность	Облучение	Биологический эффект
	В течение недели		Практически отсутствует
	Ежедневно (в течение нескольких лет)		Лейкемия
	Единовременно		Хромосомные нарушения в опухолевых клетках (культура соответствующих тканей)
	В течение недели		Практически отсутствует
	Накопление малых доз		Удвоение мутагенных эффектов у одного поколения
	Единовременно
			СД 50 для людей
			Выпадение волос (обратимое)
	0,1-0,5 Зв/сут		Возможно излечение в стационарных условиях
	3 Зв/сут или накопление малых доз		Радиационная катаракта
			Возникновение рака сильно радиочувствительных органов
			Возникновение рака умеренно радиочувствительных органов
			Дозовый предел для нервных тканей
			Дозовый предел для желудочно-кишечного тракта

Примечание. О -- общее облучение тела; Л -- локальное облучение; СД 50 -- доза, приводящая к 50 %-ной смертности среди лиц, подвергшихся облучению.

Нормирование воздействия ионизирующих излучений. К основным правовым нормативам в области радиационной безопасности относятся Нормы радиационной безопасности (НРБ--99). Документ относится к категории санитарных правил (СП 2.6.1.758-99), утвержден Государственным санитарным врачом Российской Федерации 2 июля 1999 г.

Нормы радиационной безопасности включают в себя термины и определения, которые необходимо использовать в решении проблем радиационной безопасности. Они также устанавливают три класса нормативов: основные дозовые пределы; допустимые уровни, являющиеся производными от дозовых пределов; пределы годового поступления, объемные допустимые среднегодовые поступления, удельные активности, допустимые уровни загрязнения рабочих поверхностей и т.д.; контрольные уровни.

Нормирование ионизирующих излучений определяется характером воздействия ионизирующей радиации на организм человека. При этом выделяются два вида эффектов, относящихся в медицинской практике к болезням: детерминированные пороговые эффекты (лучевая болезнь, лучевой ожог, лучевая катаракта, аномалии развития плода и др.) и стохастические (вероятностные) беспороговые эффекты (злокачественные опухоли, лейкозы, наследственные болезни).

Обеспечение радиационной безопасности определяется следующими основными принципами:

• 1. Принципом нормирования -- непревышение допустимых пределов индиви-дуальных доз облучения граждан от всех источников ионизирующего излучения.
• 2. Принципом обоснования -- запрещение всех видов деятельности по использованию источников ионизирующего излучения, при которых полученная для человека и общества польза не превышает риск возможного вреда, причиненного дополнительным к естественному радиационному фону облучения.
• 3. Принципом оптимизации -- поддержание на возможно низком и достижимом уровне с учетом экономических и социальных факторов индивидуальных доз облучения и числа облучаемых лиц при использовании любого источника ионизирующего излучения.

В целях социально-экономической оценки воздействия ионизирующего излучения на людей для расчета вероятностей потерь и обоснования расходов на радиационную защиту при реализации принципа оптимизации НРБ-- 99 вводят, что облучение в коллективной эффективной дозе в 1 чел-Зв приводят к потере 1 чел-года жизни населения.

НРБ -- 99 вводят понятия индивидуальный и коллективный риск, а также определяют значение максимальной величины уровня принебрегаемого риска воздействия облучения. Согласно этим нормам индивидуальный и коллективный пожизненный риск возникновения стохастических (вероятностных) эффектов определяется соответственно

где r, R -- индивидуальный и коллективный пожизненный риск соответственно; Е - индивидуальная эффективная доза; -- вероятность для i-го индивидуума получить годовую эффективную дозу от Е до Е + dE; r E -- коэффициент пожизненного ри-ска сокращения длительности периода полноценной жизни в среднем на 15 лет один стохастический эффект (от смертельного рака, серьезных наследственных эффектов и несмертельного рака, приведенного по вреду к последствиям от смертельного рака), равный

для производственного облучения:

1/чел.-Зв при мЗв/год

1/чел.-Зв при мЗв/год

для облучения населения:

1/чел.-Зв при мЗв/год;

1/чел.-Зв при мЗв/год

Для целей радиационной безопасности при облучении в течение года индивидуальный риск сокращения длительности периода полноценной жизни в результате возникновения тяжелых последствий от детерминированных эффектов консервативно принимается равным:

где -- вероятность для i-го индивидуума быть облученным с дозой больше Д при обращении с источником в течение года; Д -- пороговая доза для детерминированного эффекта.

Потенциальное облучение коллектива из N индивидуумов оправдано, если

где -- среднее сокращение длительности периода полноценной жизни в результате возникновения стохастических эффектов, равное 15 лет; -- среднее сокращение длительности периода полноценной жизни в результате возникновения тяжелых последствий от детерминированных эффектов, равное 45 лет; -- денежный эквивалент потери 1 чел.-года жизни населения; V-- доход от производства; Р -- затраты на основное производство, кроме ущерба от защиты; Y -- ущерб от защиты.

НРБ--99 подчеркивают, что снижение риска до возможного низкого уровня (оптимизацию) следует осуществлять с учетом двух обстоятельств:

• - предел риска регламентирует потенциальное облучение от всех возможных источников. Поэтому для каждого источника при оптимизации устанавливается граница риска;
• - при снижении риска потенциального облучения существует минимальный уровень риска, ниже которого риск считается пренебрежимым и дальнейшее снижение риска нецелесообразно.

Предел индивидуального риска для техногенного облучения лиц из персонала принимается 1,010 -3 за 1 год, а для населения 5,010 -5 за 1 год.

Уровень пренебрежимого риска разделяет область оптимизации риска и область безусловно приемлемого риска и составляет 10 -6 за 1 год.

НРБ--99 вводят следующие категории облучаемых лиц:

• - персонал и лица, работающие с техногенными источниками (группа А) или находящиеся по условиям работы в сфере их воздействия (группа Б);
• - все население, включая лиц из персонала, вне сферы и условий их производственной деятельности.

Таблица 3.17

Основные дозовые пределы

Примечания. * Дозы облучения, как и все остальные допустимые производные уровни персонала группы Б, не должны превышать 1/4 значений для персонала группы А.

** Относится к среднему значению в слое толщиной 5 мг/см 2 под покровным слоем толщиной 5 мг/см2. На ладонях толщина покровного слоя -- 40 мг/см 2 .

Основные дозовые пределы облучаемых лиц из персонала и населения не включают в себя дозы от природных, медицинских источников ионизирующего излучения и дозу вследствие радиационных аварий. На эти виды облучения устанавливаются специальные ограничения.

НРБ--99 предусматривают, что при одновременном воздействии источников внешнего и внутреннего облучения должно выполняться условие, чтобы отношение дозы внешнего облучения к пределу дозы и отношение годовых поступлений нуклидов к их пределам в сумме не превышали 1.

Для женщин из персонала в возрасте до 45 лет эквивалентная доза в коже на поверхности нижней части живота не должна превышать 1 мЗв в месяц, а поступление радионуклидов в организм не должно превышать за год 1/20 предела годового поступления для персонала. При этом эквивалентная доза облучения плода за 2 месяца не выявленной беременности не превышает 1 мЗв.

При установлении беременности женщин из персонала работодатели должны переводить их на другую работу, не связанную с излучением.

Для студентов в возрасте до 21 года, проходящих облучение с источниками ионизирующего излучения, годовые накопленные дозы не должны превышать значений, установленных для лиц из населения.

При проведении профилактических медицинских рентгенологических научных исследований практически здоровых лиц, годовая эффективная доза облучения не должна превышать 1 мЗв.

НРБ--99 устанавливают также требования по ограничению облучения населения в условиях радиационной аварии.

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.

Источники ионизирующих излучений

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.

Виды ионизирующих излучений

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).

Понятие о нуклидах и радионуклидах

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.

• Ионизирующее излучение - это вид энергии, высвобождаемой атомами в форме электромагнитных волн или частиц.
• Люди подвергаются воздействию природных источников ионизирующего излучения, таких как почва, вода, растения, и воздействию искусственных источников, таких как рентгеновское излучение и медицинские устройства.
• Ионизирующее излучение имеет многочисленные полезные виды применения, в том числе в медицине, промышленности, сельском хозяйстве и в научных исследованиях.
• По мере расширения использования ионизирующего излучения увеличивается и потенциал опасностей для здоровья, если оно используется или ограничивается ненадлежащим образом.
• Острое воздействие на здоровье, такое как ожог кожи или острый лучевой синдром, может возникнуть, когда доза облучения превышает определенные уровни.
• Низкие дозы ионизирующего излучения могут увеличить риск более долгосрочных последствий, таких как рак.

Что такое ионизирующее излучение?

Ионизирующее излучение — это вид энергии, высвобождаемой атомами в форме электромагнитных волн (гамма- или рентгеновское излучение) или частиц (нейтроны, бета или альфа). Спонтанный распад атомов называется радиоактивностью, а избыток возникающей при этом энергии является формой ионизирующего излучения. Нестабильные элементы, образующиеся при распаде и испускающие ионизирующее излучение, называются радионуклидами.

Все радионуклиды уникальным образом идентифицируются по виду испускаемого ими излучения, энергии излучения и периоду полураспада.

Активность, используемая в качестве показателя количества присутствующего радионуклида, выражается в единицах, называемых беккерелями (Бк): один беккерель — это один акт распада в секунду. Период полураспада — это время, необходимое для того, чтобы активность радионуклида в результате распада уменьшилась наполовину от его первоначальной величины. Период полураспада радиоактивного элемента — это время, в течение которого происходит распад половины его атомов. Оно может находиться в диапазоне от долей секунды до миллионов лет (например, период полураспада йода-131 составляет 8 дней, а период полураспада углерода-14 — 5730 лет).

Источники излучения

Люди каждый день подвергаются воздействию естественного и искусственного излучения. Естественное излучение происходит из многочисленных источников, включая более 60 естественным образом возникающих радиоактивных веществ в почве, воде и воздухе. Радон, естественным образом возникающий газ, образуется из горных пород, почвы и является главным источником естественного излучения. Ежедневно люди вдыхают и поглощают радионуклиды из воздуха, пищи и воды.

Люди подвергаются также воздействию естественного излучения из космических лучей, особенно на большой высоте. В среднем 80% ежегодной дозы, которую человек получает от фонового излучения, это естественно возникающие наземные и космические источники излучения. Уровни такого излучения варьируются в разных реогрфических зонах, и в некоторых районах уровень может быть в 200 раз выше, чем глобальная средняя величина.

На человека воздействует также излучение из искусственных источников — от производства ядерной энергии до медицинского использования радиационной диагностики или лечения. Сегодня самыми распространенными искусственными источниками ионизирующего излучения являются медицинские аппараты, как рентгеновские аппараты, и другие медицинские устройства.

Воздействие ионизирующего излучения

Воздействие излучения может быть внутренним или внешним и может происходить различными путями.

Внутренне воздействие ионизирующего излучения происходит, когда радионуклиды вдыхаются, поглощаются или иным образом попадают в кровообращение (например, в результате инъекции, ранения). Внутреннее воздействие прекращается, когда радионуклид выводится из организма либо самопроизвольно (с экскрементами), либо в результате лечения.

Внешнее радиоактивное заражение может возникнуть, когда радиоактивный материал в воздухе (пыль, жидкость, аэрозоли) оседает на кожу или одежду. Такой радиоактивный материал часто можно удалить с тела простым мытьем.

Воздействие ионизирующего излучения может также произойти в результате внешнего излучения из соответствующего внешнего источника (например, такое как воздействие радиации, излучаемой медицинским рентгеновским оборудованием). Внешнее облучение прекращается в том случае, когда источник излучения закрыт, или когда человек выходит за пределы поля излучения.

Воздействие ионизирующего излучения можно классифицировать по трем случаям воздействия.

Первый случай - это запланированное воздействие, которое обусловлено преднамеренным использованием и работой источников излучения в конкретных целях, например, в случае медицинского использования излучения для диагностики или лечения пациентов, или использование излучения в промышленности или в целях научных исследований.

Второй случай — это существующие источники воздействия, когда воздействие излучения уже существует и в случае которого необходимо принять соответствующие меры контроля, например, воздействие радона в жилых домах или на рабочих местах или воздействие фонового естественного излучения в условиях окружающей среды.

Последний случай — это воздействие в чрезвычайных ситуациях, обусловленных неожиданными событиями, предполагающими принятие оперативных мер, например, в случае ядерных происшествий или злоумышленных действий.

Последствия ионизирующего излучения для здоровья

Радиационное повреждение тканей и/или органов зависит от полученной дозы облучения или поглощенной дозы, которая выражается в грэях (Гр). Эффективная доза используется для измерения ионизирующего излучения с точки зрения его потенциала причинить вред. Зиверт (Зв) - единица эффективной дозы, в которой учитывается вид излучения и чувствительность ткани и органов.

Зиверт (Зв) — это единица взвешенной дозы радиации, называемой также эффективной дозой. Она дает возможность измерить ионизирующее излучение с точки зрения потенциала нанесения вреда. Зв учитывает вид радиации и чувствительность органов и тканей.
Зв является очень большой единицей, поэтому более практично использовать меньшие единицы, такие как миллизиверт (мЗв) или микрозиверт (мкЗв). В одном мЗв содержится тысяча мкЗв, а тысяча мЗв составляют один Зв. Помимо количества радиации (дозы), часто полезно показать скорость выделения этой дозы, например мкЗв/час или мЗв/год.

Выше определенных пороговых значений облучение может нарушить функционирование тканей и/или органов и может вызвать острые реакции, такие как покраснение кожи, выпадение волос, радиационные ожоги или острый лучевой синдром. Эти реакции являются более сильными при более высоких дозах и более высокой мощности дозы. Например, пороговая доза острого лучевого синдрома составляет приблизительно 1 Зв (1000 мЗв).

Если доза является низкой и/или воздействует длительный период времени (низкая мощность дозы), обусловленный этим риск существенно снижается, поскольку в этом случае увеличивается вероятность восстановления поврежденных тканей. Тем не менее риск долгосрочных последствий, таких как рак, который может проявиться через годы и даже десятилетия, существует. Воздействия этого типа проявляются не всегда, однако их вероятность пропорциональна дозе облучения. Этот риск выше в случае детей и подростков, так как они намного более чувствительны к воздействию радиации, чем взрослые.

Эпидемиологические исследования в группах населения, подвергшихся облучению, например людей, выживших после взрыва атомной бомбы, или пациентов радиотерапии, показали значительное увеличение вероятности рака при дозах выше 100 мЗв. В ряде случаев более поздние эпидемиологические исследования на людях, которые подвергались воздействию в детском возрасте в медицинских целях (КТ в детском возрасте), позволяют сделать вывод о том, что вероятность рака может повышаться даже при более низких дозах (в диапазоне 50-100 мЗв).

Дородовое воздействие ионизирующего излучения может вызвать повреждение мозга плода при сильной дозе, превышающей 100 мЗв между 8 и 15 неделей беременности и 200 мЗв между 16 и 25 неделей беременности. Исследования на людях показали, что до 8 недели или после 25 недели беременности связанный с облучением риск для развития мозга плода отсутствует. Эпидемиологические исследования свидетельствуют о том, что риск развития рака у плода после воздействия облучения аналогичен риску после воздействия облучения в раннем детском возрасте.

Деятельность ВОЗ

ВОЗ разработала радиационную программу защиты пациентов, работников и общественности от опасности воздействия радиации на здоровье в планируемых, существующих и чрезвычайных случаях воздействия. Эта программа, которая сосредоточена на аспектах общественного здравоохранения, охватывает деятельность, связанную с оценкой риска облучения, его устранением и информированием о нем.

В соответствии с основной функцией, касающейся "установления норм и стандартов, содействия в их соблюдении и соответствующего контроля" ВОЗ сотрудничает с 7 другими международными организациями в целях пересмотра и обновления международных стандартов базовой безопасности, связанной с радиацией (СББ). ВОЗ приняла новые международные СББ в 2012 году и в настоящее время проводит работу по оказанию поддержки в осуществлении СББ в своих государствах-членах.

Первичным физическим актом взаимодействия ионизирующего излучения с биологическим объектом является ионизация. Именно через ионизацию происходит передача энергии объекту.

Известно, что в биологической ткани 60-70 % по массе составляет вода. В результате ионизации молекулы воды образуют свободные радикалы Н- и ОН-. В присутствии кислорода образуется также свободный радикал гидроперекиси (H2O-) и перекись водорода (H2O), являющиеся сильными окислителями..

Получающиеся в процессе радиолиза воды свободные радикалы и окислители, обладая высокой химической активностью, вступают в химические реакции с молекулами белков, ферментов и других структурных элементов биологической ткани, что приводит к изменению биологических процессов в организме. В результате нарушаются обменные процессы, подавляется активность ферментных систем, замедляется и прекращается рост тканей, возникают новые химические соединения, не свойственные организму -- токсины. Это приводит к нарушениям жизнедеятельности отдельных функций или систем организма в целом. В зависимости от величины поглощенной дозы и индивидуальных особенностей организма, вызванные изменения могут быть обратимыми или необратимыми.

Некоторые радиоактивные вещества накапливаются в отдельных внутренних органах. Например, источники альфа -- излучения (радий, уран, плутоний), бета -- излучения (стронций и иттрий) и гамма-излучения (цирконий) отлагаются в костных тканях. Все эти вещества трудно выводятся из организма.

Особенности воздействия ионизирующего излучения при действии на живой организм

При изучении действия излучения на организм были определены следующие особенности:

Высокая эффективность поглощенной энергии. Малые количества поглощенной энергии излучения могут вызвать глубокие биологические изменения в организме;

· наличие скрытого, или инкубационного, проявления действия ионизирующего излучения. Этот период часто называют периодом мнимого благополучия. Продолжительность его сокращается при облучении большими дозами;

· действие от малых доз может суммироваться или накапливаться. Этот эффект называется кумуляцией;

· излучение воздействует не только на данный живой организм, но и на его потомство. Это так называемый генетический эффект;

· различные органы живого организма имеют свою чувствительность к облучению. При ежедневном воздействии дозы 0.02-0.05 Р уже наступают изменения в крови;

· не каждый организм в целом одинаково реагирует на облучение.

· облучение зависит от частоты. Одноразовое облучение в большой дозе вызывает более глубокие последствия, чем фракционирование.

В результате воздействия ионизирующего излучения на организм человека в тканях могут происходить сложные физические, химические и биологические процессы.

Известно, что две трети общего состава ткани человека составляют вода и углерод. Вода под воздействием ионизирующего излучения расщепляется на Н и ОН, которые либо непосредственно, либо через цепь вторичных превращений образуют продукты с высокой химической активностью: гидратный окисел НО2 и перекись водорода Н2О2. Эти соединения взаимодействуют с молекулами органического вещества ткани, окисляя и разрушая ее.

В результате воздействия ионизирующего излучения нарушается нормальное течение биохимических процессов и обмен в организме.

Поглощенная доза излучения, вызывающая поражение отдельных частей тела, а затем смерть, превышает смертельную поглощенную дозу облучения всего тела. Смертельные поглощенные дозы для всего тела следующие: голова -- 2 000 рад, нижняя часть живота -- 5 000 рад, грудная клетка -- 10 000 рад, конечности -- 20 000 рад.

Степень чувствительности различных тканей к облучению неодинакова. Если рассматривать ткани органов в порядке уменьшения их чувствительности к действию излучения, то получим следующую последовательность: лимфатическая ткань, лимфатические узлы, селезенка, зобная железа, костный мозг, зародышевые клетки.

Большая чувствительность кроветворных органов к радиации лежит в основе определения характера лучевой болезни. При однократном облучении всего тела человека поглощенной дозой 50 рад через день после облучения может резко сократиться число лимфоцитов, уменьшится также и количество эритроцитов (красных кровяных телец) по истечению двух недель после облучения. У здорового человека насчитывается порядка 1014 красных кровяных телец при ежедневном воспроизводстве 1012, а у больного такое соотношение нарушается.

Важным фактором при воздействии ионизирующего излучения на организм является время облучения. С увеличением мощности дозы поражающее действие излучения возрастает. Чем более дробно излучение по времени, тем меньше его поражающее действие.

Биологическая эффективность каждого вида ионизирующего излучения находится в зависимости от удельной ионизации. Так, например, a -- частицы с энергией 3 мэв образуют 40 000 пар ионов на одном миллиметре пути, b -- частицы с такой же энергией -- до четырех пар ионов. Альфа- частицы проникают через верхний покров кожи до глубины до 40 мм, бета- частицы -- до 0.13 см.

Наружное облучение a, b -- излучениями менее опасно, т. к. a и b -- частицы имеют небольшую величину пробега в ткани и не достигают кроветворных и других органов.

Степень поражения организма зависит от размера облучаемой поверхности. С уменьшением облучаемой поверхности уменьшается и биологический эффект. Так при облучении фотонами поглощенной дозой 450 рад участка тела площадью 6 см2 заметного поражения организма не наблюдалось, а при облучении такой же дозой всего тела было 50% смертельных случаев.

Индивидуальные особенности организма человека проявляются лишь при небольших поглощенных дозах.

Чем моложе человек, тем выше его чувствительность к облучению, особенно высока она у детей. Взрослый человек в возрасте 25 лет и старше наиболее устойчив к облучению.

Есть ряд профессий, где существует большая вероятность облучения. При некоторых чрезвычайных обстоятельствах (например, взрыв на АЭС) облучению может подвергнуться население, живущее на определенных территориях. Не известны вещества, способные полностью защитить, но есть частично защищающие организм от излучения. К ним относятся, например, азид и цианид натрия, вещества, содержащие сульфогидридные группы и т.д. Они входят в состав радиопротекторов.

Радиопротекторы частично предотвращают возникновение химически активных радикалов, которые образуются под воздействием излучения. Механизмы действия радиопротекторов различны. Одни из них вступают в химическую реакцию с попадающими в организм радиоактивными изотопами и нейтрализуют их, образуя нейтральные вещества, легко выводимые из организма. Другие имеют отличный механизм. Одни радиопротекторы действуют в течение короткого промежутка времени, время действия других более длительное. Существует несколько разновидностей радиопротекторов: таблетки, порошки и растворы.

При попадании радиоактивных веществ внутрь организма поражающее действие оказывают в основном a -- источники, а затем b -- и g -- источники, т.е. в обратной наружному облучению последовательности. Альфа- частицы, имеющие плотность ионизации, разрушают слизистую оболочку, которая является слабой защитой внутренних органов по сравнению с наружным покровом.

Попадание твердых частиц в дыхательные органы зависит от степени дискретности частиц. Частицы размером меньше 0.1 мкм при входе вместе с воздухом попадают в легкие, а при выходе удаляются. В легких остается только небольшая часть. Крупные частицы размером больше 5 мкм почти все задерживаются носовой полостью.

Степень опасности зависит также от скорости выведения вещества из организма. Если радионуклиды, попавшие внутрь организма однотипны с элементами, которые потребляются человеком, то они не задерживаются на длительное время в организме, а выделяются вместе с ними (натрий, хлор, калий и другие).

Инертные радиоактивные газы (аргон, ксенон, криптон и другие) не являются входящими в состав ткани. Поэтому они со временем полностью удаляются из организма.

Некоторые радиоактивные вещества, попадая в организм, распределяются в нем более или мене равномерно, другие концентрируются в отдельных внутренних органах. Так в костных тканях отлагаются такие источники a -- излучений, как радий, уран и плутоний. Стронций и иттрий, которые являются источниками b -- излучения, и цирконий -- источник g -- излучения тоже отлагаются в костных тканях. Эти элементы, химически связанные с костной тканью, очень трудно выводятся из организма.

Продолжительное время удерживаются в организме также элементы с большим атомным номером (полоний, уран и др.). Элементы, образующие в организме легкорастворимые соли и накапливаемые в мягких тканях, легко удаляются из организма.

На скорость выведения радиоактивного вещества большое влияние оказывает период полураспада данного радиоактивного вещества Т. Если обозначить Тб период биологического полувыведения радиоактивного изотопа из организма, то эффективный период полураспада, учитывающий радиоактивный распад и биологическое выведение, выразится формулой:

Тэф = Т *Тб / (Т + Тб)

Основные особенности биологического действия ионизирующего излучения следующие:

· действие ионизирующего излучения на организм не ощутимо человеком. Поэтому это опасно. Дозиметрические приборы являются как бы дополнительным органом чувств, предназначенным для восприятия ионизирующего излучения;

· видимые поражения кожного покрова, недомогание, характерные для лучевого заболевания, появляются не сразу, а спустя некоторое время; суммирование доз происходит скрыто. Если в организм человека систематически будут попадать радиоактивные вещества, то со временем дозы суммируются, что неизбежно приводит к лучевым болезням.