Какое излучение вызывает ионизацию. Ионизирующее излучение, последствия для здоровья и защитные меры
- 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.
Люди могут подвергаться воздействию ионизирующего излучения в различных обстоятельствах: дома или в общественных местах (облучение в общественных местах), на своих рабочих местах (облучение на рабочем месте) или в медицинских учреждениях (пациенты, лица, осуществляющие уход, и добровольцы).
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.
На медицинское использование излучения приходится 98% всей дозы облучения из всех искусственных источников; оно составляет 20% от общего воздействия на население. Ежегодно в мире проводится 3 600 миллионов радиологических обследований в целях диагностики, 37 миллионов процедур с использованием ядерных материалов и 7,5 миллиона процедур радиотерапии в лечебных целях.
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. 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.
Ионизирующее излучение
Ионизирующие излучения -- это электромагнитные излучения, которые создаются при радиоактивном распаде, ядерных превращениях, торможении заряженных частиц в веществе и образуют при взаимодействии со средой ионы различных знаков.
Источники ионизирующих излучений. На производстве источниками ионизирующих излучений могут быть используемые в технологических процессах радиоактивные изотопы (радионуклиды) естественного или искусственного происхождения, ускорительные установки, рентгеновские аппараты, радиолампы.
Искусственные радионуклиды в результате ядерных превращений в тепловыделяющих элементах ядерных реакторов после специального радиохимического разделения находят применение в экономике страны. В промышленности искусственные радионуклиды применяются для дефектоскопии металлов, при изучении структуры и износа материалов, в аппаратах и приборах, выполняющих контрольно-сигнальные функции, в качестве средства гашения статического электричества и т. п.
Естественными радиоактивными элементами называют радионуклиды, образующиеся из находящихся в природе радиоактивных тория, урана и актиния.
Виды ионизирующих излучений. В решении производственных задач имеют место разновидности ионизирующих излучений как (корпускулярные потоки альфа-частиц, электронов (бета-частиц), нейтронов) и фотонные (тормозное, рентгеновское и гамма-излучение).
Альфа-излучение представляет собой поток ядер гелия, испускаемых главным образом естественным радионуклидом при радиоактивном распаде, Пробег альфа-частиц в воздухе достигает 8--10 см, в биологической ткани нескольких десятков микрометров. Так как пробег альфа-частиц в веществе невелик, а энергия очень большая, то плотность ионизации на единицу длины пробега у них очень высока.
Бета-излучение -- поток электронов или позитронов при радиоактивном распаде. Энергия бета-излучения не превышает нескольких Мэв. Пробег в воздухе составляет от 0,5 до 2 м, в живых тканях -- 2-- 3 см. Их ионизирующая способность ниже альфа-частиц.
Нейтроны -- нейтральные частицы, имеющие массу атома водорода. Они при взаимодействии с веществом теряют свою энергию в упругих (по типу взаимодействия биллиардных шаров) и неупругих столкновениях (удар шарика в подушку).
Гамма-излучение -- фотонное излучение, возникающее при изменении энергетического состояния атомных ядер, при ядерных превращениях или при аннигиляции частиц. Источники гамма-излучения, используемые в промышленности, имеют энергию от 0,01 до 3 Мэв. Гамма-излучение обладает высокой проникающей способностью и малым ионизирующим действием.
Рентгеновское излучение -- фотонное излучение, состоящее из тормозного и (или) характеристического излучения, возникает в рентгеновских трубах, ускорителях электронов, с энергией фотонов не более 1 Мэв. Рентгеновское излучение, так же как и гамма-излучение, имеет высокую проникающую способность и малую плотность ионизации среды.
Ионизирующего излучения характеризуется целым рядом специальных характеристик. Количество радионуклида принято называть активностью. Активность -- число самопроизвольных распадов радионуклида за единицу времени.
Единицей измерения активности в системе СИ является беккерель (Бк).
1Бк = 1 распад/с.
Внесистемной единицей активности является ранее используемая величина Кюри (Ки). 1Ки = 3,7 * 10 10 Бк.
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 D n -- это отношение средней энергии?E , переданной ионизирующим излучением веществу в элементарном объеме, к единице массы?m вещества в этом объеме
В системе СИ в качестве единицы поглощенной дозы принят грей (Гр), названный 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 Дж/кг.
Доза эквивалентная Н T,R - поглощенная доза в органе или ткани D n , умноженная на соответствующий взвешивающий коэффициент для данного излучения W R
Н T,R = W R * D n ,
Единицей измерения эквивалентной дозы является Дж/кг, имеющий специальное наименование - зиверт (Зв).
Значения W R для фотонов, электронов и мюонов любых энергий составляет 1, а для Ь- частиц, осколков тяжелых ядер - 20.
Биологическое действие ионизирующих излучений. Биологическое действие радиации на живой организм начинается на клеточном уровне. Живой организм состоит из клеток. 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. 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. Ионизирующее излучение вызывает поломку хромосом за которым происходит соединение разорванных концов в новые сочетания. Это и приводит к изменению генного аппарата и образованию дочерних клеток, неодинаковых с исходными. Если стойкие хромосомные поломки 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.
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. К соматическим эффектам относят локальное повреждение кожи (лучевой ожог), катаракту глаз (помутнение хрусталика), повреждение половых органов (кратковременная или постоянная стерилизация) и др.
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 человеко-зиверты (чел-Зв), а выявление эффекта у отдельного индивидуума практически непредсказуемо.
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.
К основным правовым нормативам в области радиационной безопасности относятся Федеральный закон «О радиационной безопасности населения» №3-ФЗ от 09.01.96 г., Федеральный закон «О санитарно-эпиде-миологическом благополучии населения» № 52-ФЗ от 30.03.99 г., Федеральный закон «Об использовании атомной энергии» № 170-ФЗ от 21.11.95 г., а также Нормы радиационной безопасности (НРБ--99). Документ относится к категории санитарных правил (СП 2.6.1.758 -- 99),утвержден Главным государственным санитарным врачом Российской Федерации 2 июля 1999 года и введен в действие с 1 января 2000 года.
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. Принцип нормирования -- непревышение допустимых пределов индивидуальных доз облучения граждан от всех источников ионизирующего излучения.
2. Принцип 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. Принцип 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.
Приборы контроля ионизирующих излучений. Все используемые в настоящее время приборы можно разбить на три основные группы: радиометры, дозиметры и спектрометры. Радиометры предназначены для измерения плотности потока ионизирующего излучения (альфа- или бета-), а также нейтронов. Эти приборы широко используются для измерения загрязнений рабочих поверхностей, оборудования, кожных покровов и одежды персонала. Дозиметры предназначены для изменения дозы и мощности дозы, получаемой персоналом при внешнем облучении главным образом гамма-излучением. Спектрометры предназначены для идентификации загрязнений по их энергетическим характеристикам. В практике применяются гамма-, бета- и альфа-спектрометры.
Обеспечение безопасности при работе с ионизирующими излучениями. Все работы с радионуклидами правила подразделяют на два вида: на работу с закрытыми источниками ионизирующих излучений и работу с открытыми радиоактивными источниками.
Закрытыми источниками ионизирующих излучений называются любые источники, устройство которых исключает попадание радиоактивных веществ в воздух рабочей зоны. Открытые источники ионизирующих излучений способны загрязнять воздух рабочей зоны. Поэтому отдельно разработаны требования к безопасной работе с закрытыми и открытыми источниками ионизирующих излучений на производстве.
Главной опасностью закрытых источников ионизирующих излучений является внешнее облучение, определяемое видом излучения, активностью источника, плотностью потока излучения и создаваемой им дозой облучения и поглощенной дозой. Основные принципы обеспечения радиационной безопасности:
Уменьшение мощности источников до минимальных величин (защита, количеством); сокращение времени работы с источниками (защита временем); увеличение расстояния от источника до работающих (защита расстоянием) и экранирование источников излучения материалами, поглощающими ионизирующие излучения (защита экранами).
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 излучения. Лучшими экранами для защиты от рентгеновского и гамма-излучений является свинец, позволяющий добиться нужного эффекта по кратности ослабления при наименьшей толщине экрана. Более дешевые экраны делаются из просвинцованного стекла, железа, бетона, барритобетона, железобетона и воды.
Защита от открытых источников ионизирующих излучений предусматривает как защиту от внешнего облучения, так и защиту персонала от внутреннего облучения, связанного с возможным проникновением радиоактивных веществ в организм через органы дыхания, пищеварения или через кожу. Способы защиты персонала при этом следующие.
1. Использование принципов защиты, применяемых при работе с источниками излучения в закрытом виде.
2. Герметизация производственного оборудования с целью изоляции процессов, которые могут явиться источниками поступления радиоактивных веществ во внешнюю среду.
3. Мероприятия планировочного характера. Планировка помещении предполагает максимальную изоляцию работ с радиоактивными веществами от других помещений и участков, имеющих иное функциональное назначение.
4. Применение санитарно-гигиенических устройств и оборудования, использование специальных защитных материалов.
5. Использование средств индивидуальной защиты персонала. Все средства индивидуальной защиты, используемые для работы с открытыми источниками, разделяются на пять видов: спецодежда, спецобувь, средства защиты органов дыхания, изолирующие костюмы, дополнительные защитные приспособления.
6. Выполнение правил личной гигиены. Эти правила предусматривают личностные требования к работающим с источниками ионизирующих излучений: запрещение курения в рабочей зоне, тщательная очистка (дезактивация) кожных покровов после окончания работы, проведение дозиметрического контроля загрязнения спецодежды, спецобуви и кожных покровов. Все эти меры предполагают исключение возможности проникновения радиоактивных веществ внутрь организма.
Службы радиационной безопасности. Безопасность работы с источниками ионизирующих излучений на предприятиях контролируют специализированные службы -- службы радиационной безопасности комплектуются из лиц, прошедших специальную подготовку в средних, высших учебных заведениях или специализированных курсах Минатома РФ. Эти службы оснащены необходимыми приборами и оборудованием, позволяющими решать поставленные перед ними задачи.
Основные задачи, определяемые национальным законодательством по контролю радиационной обстановки в зависимости от характера проводимых работ, следующие:
Контроль мощности дозы рентгеновского и гамма-излучений, потоков бета-частиц, нитронов, корпускулярных излучений на рабочих местах, смежных помещениях и на территории предприятия и наблюдаемой зоны;
Контроль за содержанием радиоактивных газов и аэрозолей в воздухе рабочих и других помещений предприятия;
Контроль индивидуального облучения в зависимости от характера работ: индивидуальный контроль внешнего облучения, контроль за содержанием радиоактивных веществ в организме или в отдельном критическом органе;
Контроль за величиной выброса радиоактивных веществ в атмосферу;
Контроль за содержанием радиоактивных веществ в сточных водах, сбрасываемых непосредственно в канализацию;
Контроль за сбором, удалением и обезвреживанием радиоактивных твердых и жидких отходов;
Контроль уровня загрязнения объектов внешней среды за пределами предприятия.
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 излучений являются радиоактивных элементы и их изотопы, ядерные реакторы, ускорители заряженными 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.
Ионизирующие излучения разделяются на два вида: электромагнитное (гамма-излучение и рентгеновское излучение) и корпускулярное, представляющее собой - и -частицы, нейтроны и др.
Воздействие ионизирующих излучений.
Любой вид ионизирующих излучений вызывает биологические изменения в организме как при внешнем (источник находится вне организма), так и при внутреннем облучении (радиоактивные вещества, т.е. частицы, попадают внутрь организма с пищей, через органы дыхания).
Однократное облучение вызывает биологические нарушения, которые зависят от суммарной поглощенной дозы. Так при дозе до 0,25 Гр видимых нарушений нет, но уже при 4 – 5 Гр смертельные случаи составляют 50% от общего числа пострадавших, а при 6 Гр и более - 100% пострадавших. (Гр – грей).
Основной механизм действия связан с процессами ионизации атомов и молекул живой материи, в частности молекул воды, содержащихся в клетках. Они-то как раз и подвергаются интенсивному разрушению. Вызванные изменения могут быть обратимыми или необратимыми и протекать в хронической форме лучевой болезни.
Большой проникающей способностью обладает -излучение, которое распространяется со скоростью света; его может задержать лишь толстая свинцовая или бетонная плита.
Источники внешнего облучения.
Радиоактивный фон, создаваемый космическими лучами (0,3 мЗв/год), дает чуть меньше половины всего внешнего облучения (0,65 мЗв/год), получаемого населением. Нет такого места на Земле, куда бы ни проникали космические лучи. При этом надо отметить, что Северный и Южный полюса получают больше радиации, чем экваториальные районы. Происходит это из-за наличия у Земли магнитного поля, силовые линии которого входят и выходят у полюсов.
Однако более существенную роль играет место нахождения человека. Чем выше поднимается он над уровнем моря, тем сильнее становится облучение, ибо толщина воздушной прослойки и ее плотность по мере подъема уменьшается, а следовательно, падают защитные свойства.
Земная радиация, дающая ориентировочно 0,35 мЗв/год внешнего облучения, исходит в основном от тех пород полезных ископаемых, которые содержат калий – 40, рубидий – 87, уран – 238, торий – 232.
Естественно, уровни земной радиации на нашей планете неодинаковы и колеблются большей частью от 0,3 до 0,6 мЗв/год. Есть такие места, где эти показатели во много раз выше.
Внутреннее облучение населения.
Внутреннее облучение населения от естественных источников на две трети происходит от попадания радиоактивных веществ в организм с пищей, водой и воздухом. В среднем человек получает около 180 мкЗв/год за счет калия – 40, который усваивается организмом вместе с нерадиоактивным калием, необходимым для жизнедеятельности. Нуклиды свинца – 210, полония – 210 концентрируются в рыбе и моллюсках. Поэтому люди, потребляющие много рыбы и других даров моря, получают относительно высокие дозы внутреннего облучения.
Жители северных районов, питающиеся мясом оленя, тоже подвергаются более высокому облучению, потому что лишайник, который употребляют олени в пищу зимой, концентрирует в себе значительные количества радиоактивных изотопов полония и свинца.
Недавно ученые установили, что наиболее весомым из всех естественных источников радиации является радиоактивный газ радон - это невидимый, не имеющий ни вкуса, ни запаха газ, который в 7,5 раз тяжелее воздуха. В природе радон встречается в двух основных видах: радон – 222 и радон – 220. Основная часть радиации исходит не от самого радона, а от дочерних продуктов распада, поэтому значительную часть дозы облучения человек получает от радионуклидов радона, попадающих в организм вместе с вдыхаемым воздухом.
Радон высвобождается из земной коры повсеместно, поэтому максимальную часть облучения от него человек получает, находясь в закрытом, непроветриваемом помещении нижних этажей зданий, куда газ просачивается через фундамент и пол. Концентрация его в закрытых помещениях обычно в 8 раз выше, чем на улице, а на верхних этажах ниже, чем на первом.
Дерево, кирпич, бетон выделяют небольшое количество газа, а вот гранит и железо - значительно больше. Очень радиоактивны глиноземы. Относительно высокой радиоактивностью обладают некоторые отходы промышленности, используемые в строительстве, например, кирпич из красной глины (отходы производства алюминия), доменный шлак (в черной металлургии), зольная пыль (образуется при сжигании угля).
Другими источниками поступления радона в жилые помещения являются вода и природный газ. Надо помнить, что в сырой воде его намного больше, а при кипячении радон улетучивается, поэтому основную опасность представляет собой его попадание в легкие с парами воды. Чаще всего это происходит в ванной комнате при приеме горячего душа.
Точно такую же опасность радон представляет, смешиваясь под землей с природным газом, который при сжигании в кухонных плитах, отопительных и других нагревательных приборах попадает в помещение. Концентрация его сильно увеличивается при отсутствии хороших вытяжных систем.
Также нельзя забывать, что при сжигании угля значительная часть его компонентов спекается в шлак или золу, где концентрируются радиоактивные вещества. Более легкая из них часть - зольная пыль - уносится в воздух, что также приводит к дополнительному облучению людей.
Из печек и каминов всего мира вылетает в атмосферу зольной пыли не меньше, чем из труб электростанции.
За последние десятилетия человек усиленно занимался проблемами ядерной физики. Он создал сотни искусственных радионуклидов, научился использовать возможности атома в самых различных отраслях - в медицине, при производстве электро- и тепловой энергии, изготовлении светящихся циферблатов часов, множества приборов, при поиске полезных ископаемых и в военном деле. Все это, естественно, приводит к дополнительному облучению людей. В большинстве случаев дозы невелики, но иногда техногенные источники оказываются во много тысяч раз интенсивнее, чем естественные.
Медицинские процедуры и методы лечения, связанные с применением радиоактивности, вносят основной вклад в дозу, получаемую человеком от техногенных источников. Так, при рентгенографии зубов человек получает местное разовое облучение 0,03 Зв (3 бэр), при при рентгенографии желудка - 0,3 Зв (30 бэр), при флюорографии – 3,7 мЗв (370 мбэр).
Ядерные взрывы тоже вносят свою лепту в увеличение дозы облучения человека. Радиоактивные осадки от испытаний в атмосфере разносятся по всей планете, повышая общий уровень загрязненности.
Другим источником загрязнения радиоактивными веществами служат рудники и обогатительные фабрики. В процессе переработки урановой руды образуется огромное количество отходов - «хвостов», которые остаются радиоактивными в течение миллионов лет. Они - главный долгоживущий источник облучения населения. Подводя итог, надо сказать, что средние дозы облучения от атомной энергетики весьма малы по сравнению с дозами, получаемыми от естественных источников (более 1%).
В промышленности и в быту из-за применения различных технических средств люди тоже получают дополнительное, хотя и небольшое, облучение. Например, работники, которые участвуют в производстве люминофоров с использованием радиоактивных материалов, на заводах стройиндустрии и промплощадках, где используются установки промышленной дефектоскопии. Под землей повышенные дозы получают шахтеры, рудокопы, золотодобытчики, персонал курортов с радоновыми источниками.
Самым распространенным бытовым облучателем являются часы со светящимся циферблатом. Они дают годовую дозу, в 4 раза превышающую ту, что обусловлена утечкой на АЭС. На расстоянии 1 метра от циферблата излучение, как правило, в 10000 раз слабее, чем в 1 сантиметре.
Источник рентгеновского излучения - цветной телевизор. При просмотре, например, одного хоккейного матча человек получает облучение 0,1мкЗв (1мкбэр). Если смотреть передачи в течении года ежедневно по 3 часа, то доза облучения составит 5 мкЗв.
Таким образом, в современных условиях при наличии высокого естественного радиационного фона, при действующих технологических процессах каждый житель Земли ежегодно получает дозу облучения в
среднем 2 – 3 мЗв (200 – 300 мбэр).
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.
В повседневной жизни человека ионизирующие излучения встречаются постоянно. Мы их не ощущаем, но не можем отрицать их воздействия на живую и неживую природу. Не так давно люди научились использовать их как во благо, так и в качестве оружия массового истребления. При правильном использовании эти излучения способны изменить жизнь человечества в лучшую сторону.
Виды ионизирующих излучений
Чтобы разобраться с особенностями влияния на живые и неживые организмы, нужно выяснить, какими они бывают. Также важно знать их природу.
Ионизирующее излучение - это особенные волны, которые способны проникать через вещества и ткани, вызывая ионизацию атомов. Существует несколько его видов: альфа-излучение, бета-излучение, гамма-излучение. Все они имеют разный заряд и способности действовать на живые организмы.
Альфа-излучение самое заряженное из всех видов. Оно обладает огромной энергией, способной даже в малых дозах вызывать лучевую болезнь. Но при непосредственном облучении проникает только в верхние слои кожи человека. От альфа-лучей защищает даже тонкий лист бумаги. В то же время, попадая в организм с едой или со вдохом, источники этого излучения довольно быстро становятся причиной смерти.
Бета-лучи несут немного меньший заряд. Они способны проникать глубоко в организм. При длительном облучении становятся причиной смерти человека. Меньшие дозы вызывают изменение в клеточной структуре. Защитой может послужить тонкий лист алюминия. Излучение изнутри организма также смертельно.
Самым опасным считается гамма-излучение. Оно проникает насквозь организма. В больших дозах вызывает радиационный ожог, лучевую болезнь, смерть. Защитой от него может быть только свинец и толстый слой бетона.
Особенной разновидностью гамма-излучения считаются рентгеновские лучи, которые генерируются в рентгеновской трубке.
История исследований
Впервые об ионизирующих излучениях мир узнал 28 декабря 1895 года. Именно в этот день Вильгельм К. Рентген объявил, что открыл особый вид лучей, способных проходить через разные материалы и человеческий организм. С этого момента многие врачи и ученые начали активно работать с этим явлением.
Длительное время никто не знал о его влиянии на человеческий организм. Поэтому в истории известно немало случаев гибели от чрезмерного облучения.
Супруги Кюри подробно изучили источники и свойства, которые имеет ионизирующее излучение. Это дало возможность использовать его с максимальной пользой, избегая негативных последствий.
Естественные и искусственные источники излучений
Природа создала разнообразные источники ионизирующего излучения. В первую очередь это радиация солнечных лучей и космоса. Большая ее часть поглощается озоновым шаром, который находится высоко над нашей планетой. Но некоторая их часть достигает поверхности Земли.
На самой Земле, а точнее в ее глубинах, есть некоторые вещества, продуцирующие радиацию. Среди них - изотопы урана, стронция, радона, цезия и другие.
Искусственные источники ионизирующих излучений созданы человеком для разнообразных исследований и производства. При этом сила излучений может в разы превышать естественные показатели.
Даже в условиях защиты и соблюдения мер безопасности люди получают опасные для здоровья дозы облучения.
Единицы измерения и дозы
Ионизирующее излучение принято соотносить с его взаимодействием с человеческим организмом. Поэтому все единицы измерения так или иначе связаны со способностью человека поглощать и накапливать энергию ионизации.
В системе СИ дозы ионизирующего излучения измеряются единицей, именуемой грей (Гр). Она показывает количество энергии на единицу облучаемого вещества. Один Гр равен одному Дж/кг. Но для удобства чаще используется внесистемная единица рад. Она равна 100 Гр.
Радиационный фон на местности измеряется экспозиционными дозами. Одна доза равна Кл/кг. Эта единица используется в системе СИ. Внесистемная единица, соответствующая ей, называется рентген (Р). Чтобы получить поглощенную дозу 1 рад, нужно поддаться облучению экспозиционной дозой около 1 Р.
Поскольку разные виды ионизирующих излучений имеют разный заряд энергии, его измерение принято сравнивать с биологическим влиянием. В системе СИ единицей такого эквивалента выступает зиверт (Зв). Внесистемный его аналог - бэр.
Чем сильнее и дольше излучение, тем больше энергии поглощается организмом, тем опаснее его влияние. Чтобы узнать допустимое время пребывания человека в радиационном загрязнении, используются специальные приборы - дозиметры, осуществляющие измерение ионизирующего излучения. Это бывают как приборы индивидуального пользования, так и большие промышленные установки.
Влияние на организм
Вопреки бытующему мнению, не всегда опасно и смертельно любое ионизирующее излучение. Это можно увидеть на примере с ультрафиолетовыми лучами. В малых дозах они стимулируют генерацию витамина D в человеческом организме, регенерацию клеток и увеличение пигмента меланина, дающего красивый загар. Но длительное облучение вызывает сильные ожоги и может стать причиной развития рака кожи.
В последние годы активно изучается воздействие ионизирующего излучения на человеческий организм и его практическое применение.
В небольших дозах излучения не причиняют никакого вреда организму. До 200 милирентген могут снизить количество белых кровяных клеток. Симптомом такого облучения будут тошнота и головокружение. Около 10% людей гибнут, получив такую дозу.
Большие дозы вызывают расстройство пищеварительной системы, выпадение волос, ожоги кожи, изменения клеточной структуры организма, развитие раковых клеток и смерть.
Лучевая болезнь
Длительное действие ионизирующего излучения на организм и получение им большой дозы облучения могут стать причиной лучевой болезни. Больше половины случаев этого заболевания ведут к летальному исходу. Остальные становятся причиной целого ряда генетических и соматических заболеваний.
На генетическом уровне происходят мутации в половых клетках. Их изменения становятся очевидными в следующих поколениях.
Соматические болезни выражаются канцерогенезом, необратимыми изменениями в разных органах. Лечение этих заболеваний длительное и довольно трудное.
Лечение лучевых поражений
В результате патогенного воздействия радиации на организм возникают различные поражения органов человека. В зависимости от дозы облучения проводят разные методы терапии.
В первую очередь больного помещают в стерильную палату, чтобы избежать возможности инфицирования открытых пораженных участков кожи. Далее проводят специальные процедуры, способствующие скорому выведению из организма радионуклидов.
При сильных поражениях может понадобиться пересадка костного мозга. От радиации он теряет способность воспроизводить красные кровяные клетки.
Но в большинстве случаев лечение легких поражений сводится к обезболиванию пораженных участков, стимулированию регенерации клеток. Большое внимание уделяется реабилитации.
Влияние ионизирующего излучения на старение и рак
В связи с влиянием ионизирующих лучей на организм человека ученые проводили разные эксперименты, доказывающие зависимость процессов старения и канцерогенеза от дозы облучения.
В лабораторных условиях подвергались облучениям группы клеточных культур. Вследствие этого удалось доказать, что даже незначительное облучение способствует ускорению старения клеток. При этом чем старше культура, тем больше она подвержена этому процессу.
Длительное же облучение приводит к гибели клеток или аномальному и быстрому их делению и росту. Этот факт свидетельствует о том, что ионизирующее излучение на организм человека оказывает канцерогенное действие.
В то же время воздействие волн на пораженные раковые клетки приводило к их полной гибели или остановке процессов их деления. Это открытие помогло разработать методику лечения раковых опухолей человека.
Практическое применение радиации
Впервые излучения начали использовать в медицинской практике. С помощью рентгеновских лучей врачам удалось заглянуть внутрь человеческого организма. При этом вреда ему практически не наносилось.
Далее с помощью облучения начали лечить раковые заболевания. В большинстве случаев этот метод оказывает положительное влияние, невзирая на то что весь организм подвергается сильному воздействию излучения, влекущему за собой ряд симптомов лучевой болезни.
Кроме медицины, ионизирующие лучи используются и в других отраслях. Геодезисты с помощью радиации могут изучить особенности строения земной коры на ее отдельных участках.
Способность некоторых ископаемых выделять большое количество энергии человечество научилось использовать в собственных целях.
Атомная энергетика
Именно за атомной энергией будущее всего населения Земли. Атомные электростанции выступают источниками сравнительно недорогого электричества. При условии их правильной эксплуатации такие электростанции намного безопаснее, чем ТЭС и ГЭС. От атомных электростанций намного меньше загрязнения окружающей среды как лишним теплом, так и отходами производства.
В то же время на основании атомной энергии ученые разработали оружие массового поражения. На данный момент на планете атомных бомб столько, что запуск незначительного их количества может стать причиной ядерной зимы, вследствие которой погибнут практически все живые организмы, населяющие ее.
Средства и способы защиты
Использование в повседневной жизни радиации требует серьезных мер предосторожности. Защита от ионизирующих излучений делится на четыре типа: временем, расстоянием, количеством и экранированием источников.
Даже в среде с сильным радиационным фоном человек может находиться некоторое время без вреда для своего здоровья. Именно этот момент определяет защиту временем.
Чем больше расстояние до источника излучения, тем меньше доза поглощаемой энергии. Поэтому стоит избегать близкого контакта с местами, где есть ионизирующее излучение. Это гарантированно убережет от нежелательных последствий.
Если есть возможность использовать источники с минимальным излучением, им в первую очередь отдается предпочтение. Это и есть защита количеством.
Экранирование же означает создание барьеров, через которые не проникают вредоносные лучи. Примером тому служат свинцовые ширмы в рентгеновских кабинетах.
Бытовая защита
В случае объявления радиационной катастрофы следует немедленно закрыть все окна и двери, постараться запастись водой из закрытых источников. Еда должна быть только консервированной. При перемещении на открытой местности максимально закрыть тело одеждой, а лицо - респиратором или влажной марлей. Стараться не заносить в дом верхнюю одежду и обувь.
Необходимо также приготовиться к возможной эвакуации: собрать документы, запас одежды, воды и еды на 2-3 суток.
Ионизирующие излучения как экологический фактор
На планете Земля довольно много загрязненных радиацией участков. Причиной тому служат как естественные процессы, так и техногенные катастрофы. Самые известные из них - авария на ЧАЭС и атомные бомбы над городами Хиросима и Нагасаки.
В таких местах человек не может находиться без вреда для собственного здоровья. В то же время не всегда есть возможность узнать заранее о радиационном загрязнении. Порой даже некритический радиационный фон может стать причиной катастрофы.
Причиной тому служит способность живых организмов поглощать и накапливать радиацию. При этом они сами превращаются в источники ионизирующего излучения. Всем известные «черные» анекдоты о чернобыльских грибах основаны именно на этом свойстве.
В таких случаях защита от ионизирующих излучений сводится к тому, что все потребительские продукты поддаются тщательному радиологическому изучению. В то же время на стихийных рынках всегда есть шанс купить именно знаменитые «чернобыльские грибы». Поэтому стоит воздержаться от покупок у непроверенных продавцов.
Человеческий организм склонен накапливать опасные вещества, вследствие чего происходит постепенное отравление изнутри. Неизвестно, когда именно дадут о себе знать последствия влияния этих ядов: через день, год или через поколение.
