Ионизирующим называется излучение, которое, проходя через среду, вызывает ионизацию или возбуждение молекул среды. Ионизирующее излучение, так же как и электромагнитное, не воспринимается органами чувств человека. Поэтому оно особенно опасно, так как человек не знает, что он подвергается его воздействию. Ионизирующее излучение иначе называют радиацией.

Радиация — это поток частиц (альфа-частиц, бета-частиц, нейтронов) или электромагнитной энергии очень высоких частот (гамма- или рентгеновские лучи).

Загрязнение производственной среды веществами, являющимися источниками ионизирующего излучения, называется радиоактивным загрязнением.

Радиоактивное загрязнение — это форма физического (энергетического) загрязнения, связанного с превышением естественного уровня содержания радиоактивных веществ в среде в результате деятельности человека.

Вещества состоят из мельчайших частиц химических элементов — атомов. Атом делим и имеет сложное строение. В центре атома химического элемента находится материальная частица, называемая атомным ядром, вокруг которой вращаются электроны. Большинство атомов химических элементов обладают большой устойчивостью, т. е. стабильностью. Однако у ряда известных в природе элементов ядра самопроизвольно распадаются. Такие элементы называются радионуклидами. Один и тот же элемент может иметь несколько радионуклидов. В этом случае их называют радиоизотопами химического элемента. Самопроизвольный распад радионуклидов сопровождается радиоактивным излучением.

Самопроизвольный распад ядер некоторых химических элементов (радионуклидов) называется радиоактивностью.

Радиоактивное излучение бывает различного вида: потоки частиц с высокой энергией, электромагнитная волна с частотой более 1,5 .10 17 Гц.

Испускаемые частицы бывают различных видов, но чаще всего испускаются альфа-частицы (α-излучение) и бета-частицы (β-излучение). Альфа-частица тяжелая и обладает высокой энергией, это ядро атома гелия. Бета-частица примерно в 7336 раз легче альфа-частицы, но может обладать также высокой энергией. Бета-излучение — это потоки электронов или позитронов.

Радиоактивное электромагнитное излучение (его также называют фотонным излучением) в зависимости от частоты волны бывает рентгеновским (1,5 . 10 17 ...5 . 10 19 Гц) и гамма-излучением (более 5 . 10 19 Гц). Естественное излучение бывает только гамма-излучением. Рентгеновское излучение искусственное и возникает в электронно-лучевых трубках при напряжениях в десятки и сотни тысяч вольт.

Радионуклиды, испуская частицы, превращаются в другие радионуклиды и химические элементы. Радионуклиды распадаются с различной скоростью. Скорость распада радионуклидов называют активностью . Единицей измерения активности является количество распадов в единицу времени. Один распад в секунду носит специальное название беккерель (Бк). Часто для измерения активности используется другая единица — кюри (Ku), 1 Ku = 37 .10 9 Бк. Одним из первых подробно изученных радионуклидов был радий-226. Его изучили впервые супруги Кюри, в честь которых и названа единица измерения активности. Количество распадов в секунду, происходящих в 1 г радия-226 (активность) равна 1 Ku.

Время, в течение которого распадается половина радионуклида, называется периодом полураспада (Т 1/2). Каждый радионуклид имеет свой период полураспада. Диапазон изменения Т 1/2 для различных радионуклидов очень широк. Он изменяется от секунд до миллиардов лет. Например, наиболее известный естественный радионуклид уран-238 имеет период полураспада около 4,5 миллиардов лет.

При распаде уменьшается количество радионуклида и уменьшается его активность. Закономерность, по которой снижается активность, подчиняется закону радиоактивного распада:

где А 0 — начальная активность, А — активность через период времени t .

Виды ионизирующих излучений

Ионизирующие излучения возникают при работе приборов, в основе действия которых лежат радиоактивные изотопы, при работе электровакуумных приборов, дисплеев и т.д.

К ионизирующим излучениям относятся корпускулярные (альфа-, бета-, нейтронные) и электромагнитные (гамма-, рентгеновское) излучения, способные при взаимодействии с веществом создавать заряженные атомы и молекулы-ионы.

Альфа-излучение представляет собой поток ядер гелия, испускаемых веществом при радиоактивном распаде ядер или при ядерных реакциях.

Чем больше энергия частиц, тем больше полная ионизация, вызванная ею в веществе. Пробег альфа-частиц, испускаемых радиоактивным веществом, достигает 8-9 см в воздухе, а в живой ткани — нескольких десятков микрон. Обладая сравнительно большой массой, альфа-частицы быстро теряют свою энергию при взаимодействии с веществом, что обусловливает их низкую проникающую способность и высокую удельную ионизацию, составляющую в воздухе на 1 см пути несколько десятков тысяч пар ионов.

Бета-излучение - поток электронов или позитронов, возникающих при радиоактивном распаде.

Максимальный пробег в воздухе бета-частиц — 1800 см, а в живых тканях — 2,5 см. Ионизирующая способность бета-частиц ниже (нескольких десятков пар на 1 см пробега), а проникающая способность выше, чем альфа-частиц.

Нейтроны, поток которых образует нейтронное излучение, преобразуют свою энергию в упругих и неупругих взаимодействиях с ядрами атомов.

При неупругих взаимодействиях возникает вторичное излучение, которое может состоять как из заряженных частиц, так и из гамма- квантов (гамма-излучение): при упругих взаимодействиях возможна обычная ионизация вещества.

Проникающая способность нейтронов в значительной степени зависит от их энергии и состава вещества атомов, с которыми они взаимодействуют.

Гамма-излучение - электромагнитное (фотонное) излучение, испускаемое при ядерных превращениях или взаимодействии частиц.

Гамма-излучение обладает большой проникающей способностью и малым ионизирующим действием.

Рентгеновское излучение возникает в среде, окружающей источник бета-излучения (в рентгеновских трубках, ускорителях электронов) и представляет собой совокупность тормозного и характеристического излучения. Тормозное излучение — фотонное излучение с непрерывным спектром, испускаемое при изменении кинетической энергии заряженных частиц; характеристическое излучение — это фотонное излучение с дискретным спектром, испускаемое при изменении энергетического состояния атомов.

Как и гамма-излучение, рентгеновское излучение обладает малой ионизирующей способностью и большой глубиной проникновения.

Источники ионизирующего излучения

Вид радиационного поражения человека зависит от характера источников ионизирующих излучений.

Естественный фон излучения состоит из космического излучения и излучения естественно-распределенных радиоактивных веществ.

Кроме естественного облучения человек подвержен облучению и из других источников, например: при производстве рентгеновских снимков черепа — 0,8-6 Р; позвоночника — 1,6-14,7 Р; легких (флюорография) — 0,2-0,5 Р: грудной клетки при рентгеноскопии — 4,7- 19,5 Р; желудочно-кишечного тракта при рентгеноскопии — 12-82 Р: зубов — 3-5 Р.

Однократное облучение в 25-50 бэр приводит к незначительным скоропроходяшим изменениям в крови, при дозах облучения 80-120 бэр появляются признаки лучевой болезни, но без летального исхода. Острая лучевая болезнь развивается при однократном облучении 200-300 бэр, при этом летальный исход возможен в 50% случаев. Летальный исход в 100% случаев наступает при дозах 550- 700 бэр. В настоящее время существует ряд противолучевых препаратов. ослабляющих действие излучения.

Хроническая лучевая болезнь может развиться при непрерывном или повторяющемся облучении в дозах, существенно ниже тех, которые вызывают острую форму. Наиболее характерными признаками хронической формы лучевой болезни являются изменения в крови, нарушения со стороны нервной системы, локальные поражения кожи, повреждения хрусталика глаза, снижение иммунитета.

Степень зависит от того, является облучение внешним или внутренним. Внутреннее облучение возможно при вдыхании, заглатывании радиоизотопов и проникновении их в организм человека через кожу. Некоторые вещества поглощаются и накапливаются в конкретных органах, что приводит к высоким локальным дозам радиации. Например, накапливающиеся в организме изотопы йода могут вызывать поражения щитовидной железы, редкоземельные элементы — опухоли печени, изотопы цезия, рубидия — опухоли мягких тканей.

Искусственные источники радиации

Кроме облучения от естественных источников радиации, которые были и есть всегда и везде, в XX веке появились и дополнительные источники излучения, связанные с деятельностью человека.

Прежде всего — это использование рентгеновского излучения и гамма-излучения в медицине при диагностике и лечении больных. , получаемые при соответствующих процедурах, могут быть очень большими, особенно при лечении злокачественных опухолей лучевой терапией, когда непосредственно в зоне опухоли они могут достигать 1000 бэр и более. При рентгенологических обследованиях доза зависит от времени обследования и органа, который диагностируется, и может изменяться в широких пределах — от нескольких бэр при снимке зуба до десятков бэр — при обследовании желудочно-кишечного тракта и легких. Флюрографические снимки дают минимальную дозу, и отказываться от профилактических ежегодных флюорографических обследований ни в коем случае не следует. Средняя доза, получаемая людьми от медицинских исследований, составляет 0,15 бэр в год.

Во второй половине XX века люди стали активно использовать радиацию в мирных целях. Различные радиоизотопы используют в научных исследованиях, при диагностике технических объектов, в контрольно-измерительной аппаратуре и т. д. И наконец — ядерная энергетика. Ядерные энергетические установки используют на атомных электрических станциях (АЭС), ледоколах, кораблях, подводных лодках. В настоящее время только на атомных электрических станциях работают свыше 400 ядерных реакторов общей электрической мощностью свыше 300 млн кВт. Для получения и переработки ядерного горючего создан целый комплекс предприятий, объединенных в ядерно-топливный цикл (ЯТЦ).

ЯТЦ включает предприятия по добыче урана (урановые рудники), его обогащению (обогатительные фабрики), изготовлению топливных элементов, сами АЭС, предприятия вторичной переработки отработанного ядерного горючего (радиохимические заводы), по временному хранению и переработке образующихся радиоактивных отходов ЯТЦ и, наконец, пункты вечного захоронения радиоактивных отходов (могильники). На всех этапах ЯТЦ радиоактивные вещества в большей или меньшей степени воздействуют на обслуживающий персонал, на всех этапах могут происходить выбросы (нормальные или аварийные) радионуклидов в окружающую среду и создавать дополнительную дозу на население, особенно проживающее в районе предприятий ЯТЦ.

Откуда появляются радионуклиды при нормальной работе АЭС? Радиация внутри ядерного реактора огромна. Осколки деления топлива, различные элементарные частицы могут проникать через защитные оболочки, микротрещины и попадать в теплоноситель и воздух. Целый ряд технологических операций при производстве электрической энергии на АЭС могут приводить к загрязнению воды и воздуха. Поэтому атомные станции снабжены системой водо- и газоочистки. Выбросы в атмосферу осуществляются через высокую трубу.

При нормальной работе АЭС выбросы в окружающую среду малы и оказывают небольшое воздействие на проживающее по близости население.

Наибольшую опасность с точки зрения радиационной безопасности представляют заводы по переработки отработанного ядерного горючего, которое обладает очень высокой активностью. На этих предприятиях образуется большое количество жидких отходов с высокой радиоактивностью, существует опасность развития самопроизвольной цепной реакции (ядерная опасность).

Очень сложна проблема борьбы с радиоактивными отходами, которые являются весьма значимыми источниками радиоактивного загрязнения биосферы.

Однако сложные и дорогостоящие от радиации на предприятиях ЯТЦ дают возможность обеспечить защиту человека и окружающей среды до очень малых величин, существенно меньших существующего техногенного фона. Другая ситуация имеет место при отклонении от нормального режима работы, а особенно при авариях. Так, произошедшая в 1986 г. авария (которую можно отнести к катастрофам глобального масштаба — самая крупная авария на предприятиях ЯТЦ за всю историю развития ядерной энергетики) на Чернобыльской АЭС привела к выбросу в окружающую среду лишь 5 % всего топлива. В результате в окружающую среду было выброшено радионуклидов с общей активностью 50 млн Ки. Этот выброс привел к облучению большого количества людей, большому количеству смертей, загрязнению очень больших территорий, необходимости массового переселения людей.

Авария на Чернобыльской АЭС ясно показала, что ядерный способ получения энергии возможен лишь в случае принципиального исключения аварий крупного масштаба на предприятиях ЯТЦ.

• 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.

Ионизирующим излучением называется излучение, взаимодействие которого с веществом приводит к обра­зованию в этом веществе ионов разного знака. Ионизи­рующее излучение состоит из заряженных и незаря­женных частиц, к которым относятся также фотоны. Энергию частиц ионизирующего излучения измеряют во внесистемных единицах- электрон-вольтах, эВ. 1эВ = 1,6 10 -19 Дж.

Различают корпускулярное и фотонное ионизирую­щее излучение.

Корпускулярное ионизирующее излучение - поток элементарных частиц с массой покоя, отличной от нуля, образующихся при радиоактивном распаде, ядерных превращениях, либо генерируемых на ускорителях. К не­му относятся: α- и β-частицы, нейтроны (n), протоны (р) и др.

α-излучение - это поток частиц, являющихся ядра­ми атома гелия и обладающих двумя единицами заряда. Энергия α-частиц, испускаемых различными радионук­лидами, лежит в пределах 2-8 МэВ. При этом все ядра данного радионуклида испускают α-частицы, обладаю­щие одной и той же энергией.

β-излучение - это поток электронов или позитро­нов. При распаде ядер β-активного радионуклида, в от­личие от α-распада, различные ядра данного радионук­лида испускают β-частицы различной энергии, поэтому энергетический спектр β-частиц непрерывен. Средняя энергия β-спектра составляет примерно 0,3 Е тах. Мак­симальная энергия β-частиц у известных в настоящее время радионуклидов может достигать 3,0-3,5 МэВ.

Нейтроны (нейтронное излучение) - нейтральные элементарные частицы. Поскольку нейтроны не имеют электрического заряда, при прохождении через вещество они взаимодействуют только с ядрами атомов. В резуль­тате этих процессов образуются либо заряженные части­цы (ядра отдачи, протоны, нейтроны), либо g-излучение, вызывающие ионизацию. По характеру взаимодействия со средой, зависящему от уровня энергии нейтронов, они условно разделены на 4 группы:

1) тепловые нейтроны 0,0-0,5 кэВ;

2) промежуточные нейтроны 0,5-200 кэВ;

3) быстрые нейтроны 200 Кэв - 20 Мэв;

4) релятивистские нейтроны свыше 20 МэВ.

Фотонное излучение - поток электромагнитных ко­лебаний, которые распространяются в вакууме с посто­янной скоростью 300000 км/с. К нему относятся g-излу­чение, характеристическое, тормозное и рентгеновское
излучение.

Обладая одной и той же природой, эти виды электро­магнитных излучений различаются условиями образо­вания, а также свойствами: длиной волны и энергией.

Так, g-излучение испускается при ядерных превра­щениях или при аннигиляции частиц.

Характеристическое излучение - фотонное излуче­ние с дискретным спектром, испускаемое при измене­нии энергетического состояния атома, обусловленного перестройкой внутренних электронных оболочек.

Тормозное излучение - связано с изменением кине­тической энергии заряженных частиц, имеет непрерыв­ный спектр и возникает в среде, окружающей источник β-излучения, в рентгеновских трубках, в ускорителях электронов и т. п.

Рентгеновское излучение - совокупность тормозно­го и характеристического излучений, диапазон энергии фотонов которых составляет 1 кэВ – 1 МэВ.

Излучения характеризуются по их ионизирующей и проникающей способности.

Ионизирующая способность излучения определяется удельной ионизацией, т. е. числом пар ионов, создавае­мых частицей в единице объема массы среды или на единице длины пути. Излучения различных видов обла­дают различной ионизирующей способностью.

Проникающая способность излучений определяется величиной пробега. Пробегом называется путь, прой­денный частицей в веществе до ее полной остановки, обусловленной тем или иным видом взаимодействия.

α-частицы обладают наибольшей ионизирующей спо­собностью и наименьшей проникающей способностью. Их удельная ионизация изменяется от 25 до 60 тыс. пар ионов на 1 см пути в воздухе. Длина пробега этих частиц в воздухе составляет несколько сантиметров, а в мягкой биологической ткани - несколько десятков микрон.

β-излучение имеет существенно меньшую ионизиру­ющую способность и большую проникающую способ­ность. Средняя величина удельной ионизации в воздухе составляет около 100 пар ионов на 1 см пути, а макси­мальный пробег достигает нескольких метров при боль­ших энергиях.

Наименьшей ионизирующей способностью и наиболь­шей проникающей способностью обладают фотонные излучения. Во всех процессах взаимодействия электро­магнитного излучения со средой часть энергии преобра­зуется в кинетическую энергию вторичных электронов, которые, проходя через вещество, производят иониза­цию. Прохождение фотонного излучения через веще­ство вообще не может быть охарактеризовано понятием пробега. Ослабление потока электромагнитного излуче­ния в веществе подчиняется экспоненциальному закону и характеризуется коэффициентом ослабления р., кото­рый зависит от энергии излучения и свойств вещества. Но какой бы ни была толщина слоя вещества, нельзя пол­ностью поглотить поток фотонного излучения, а можно только ослабить его интенсивность в любое число раз.

В этом существенное отличие характера ослабления фотонного излучения от ослабления за­ряженных частиц, для кото­рых существует минимальная толщина слоя вещества-поглотителя (пробег), где происходит полное поглощение потока заряженных частиц.

Биологическое действие ионизирующих излучений. Под воздействием ионизирующего излучения на орга­низм человека в тканях могут происходить сложные физические и биологические процессы. В результате ионизации живой ткани происходит разрыв молекуляр­ных связей и изменение химической структуры различ­ных соединений, что в свою очередь приводит к гибели клеток.

Еще более существенную роль в формировании био­логических последствий играют продукты радиолиза воды, которая составляет 60-70% массы биологической ткани. Под действием ионизирующего излучения на воду образуются свободные радикалы Н·и ОН·, а в присут­ствии кислорода также свободный радикал гидропероксида (НО· 2) и пероксида водорода (Н 2 O 2), являющи­еся сильными окислителями. Продукты радиолиза вступают в химические реакции с молекулами тканей, образуя соединения, не свойственные здоровому орга­низму. Это приводит к нарушению отдельных функций или систем, а также жизнедеятельности организма в целом.

Интенсивность химических реакций, индуцирован­ных свободными радикалами, повышается, и в них вов­лекаются многие сотни и тысячи молекул, не затрону­тых облучением. В этом состоит специфика действия ионизирующего излучения на биологические объекты, то есть производимый излучением эффект обусловлен не столько количеством поглощенной энергии в облучае­мом объекте, сколько той формой, в которой эта энер­гия передается. Никакой другой вид энергии (тепловой, электрической и др.), поглощенной биологическим объек­том в том же количестве, не приводит к таким измене­ниям, какие вызывают ионизирующие излучения.

Ионизирующая радиация при воздействии на организм человека может вызвать два вида эффектов, которые клинической медициной относятся к болезням: детерминированные пороговые эффекты (лу­чевая болезнь, лучевой ожог, лучевая катаракта, лучевое бесплодие, аномалии в развитии плода и др.) и стохастические (вероятностные) беспороговые эффекты (злокачественные опухоли, лейкозы, наслед­ственные болезни).

Нарушения биологических процессов могут быть либо обратимыми, когда нормальная работа клеток облучен­ной ткани полностью восстанавливается, либо необрати­мыми, ведущими к поражению отдельных органов или всего организма и возникновению лучевой болезни.

Различают две формы лучевой болезни - острую и хроническую.

Острая форма возникает в результате облучения боль­шими дозами в короткий промежуток времени. При дозах порядка тысяч рад поражение организма может быть мгновенным («смерть под лучом»). Острая лучевая болезнь может возникнуть и при попадании внутрь орга­низма больших количеств радионуклидов.

Острые поражения развиваются при однократном равномерном гамма-облучении всего тела и поглощенной дозе выше 0,5 Гр. При дозе 0,25...0,5 Гр могут наблюдаться временные изменения в крови, которые быстро нормализуются. В интервале дозы 0,5...1,5 Гр возникает чувство усталости, менее чем у 10 % облученных может наблюдаться рвота, умеренные изменения в крови. При дозе 1,5...2,0 Гр наблюдает­ся легкая форма острой лучевой болезни, которая проявляется продол­жительной лимфопенией (снижение числа лимфоцитов - иммунокомпетентных клеток) , в 30...50 % случаев - рвота в первые сутки после облучения. Смертельные исходы не регистрируются.

Лучевая болезнь средней тяжести возникает при дозе 2,5...4,0 Гр. Почти у всех облученных в первые сутки наблюдаются тошнота, рво­та, резко снижается содержание лейкоцитов в крови, появляются подкожные кровоизлияния, в 20 % случаев возможен смертельный исход, смерть наступает через 2...6 недель после облучения. При дозе 4,0...6,0 Гр развивается тяжелая форма лучевой болезни, приводящая в 50 % случаев к смерти в течение первого месяца. При дозах, превы­шающих 6,0 Гр, развивается крайне тяжелая форма лучевой болезни, которая почти в 100 % случаев заканчивается смертью вследствие кровоизлияния или инфекционных заболеваний. Приведенные дан­ные относятся к случаям, когда отсутствует лечение. В настоящее время имеется ряд противолучевых средств, которые при комплекс­ном лечении позволяют исключить летальный исход при дозах около 10 Гр.

Хроническая лучевая болезнь может развиться при непрерывном или повторяющемся облучении в дозах, существенно ниже тех, кото­рые вызывают острую форму. Наиболее характерными признаками хронической лучевой болезни являются изменения в крови, ряд сим­птомов со стороны нервной системы, локальные поражения кожи, поражения хрусталика, пневмосклероз (при ингаляции плутония-239), снижение иммунореактивности организма.

Степень воздействия радиации зависит от того, является облуче­ние внешним или внутренним (при попадании радиоактивного изо­топа внутрь организма). Внутреннее облучение возможно при вдыха­нии, заглатывании радиоизотопов и проникновении их в организм через кожу. Некоторые вещества поглощаются и накапливаются в конкретных органах, что приводит к высоким локальным дозам ра­диации. Кальций, радий, стронций и другие накапливаются в костях, изотопы йода вызывают повреждение щитовидной железы, редкозе­мельные элементы - преимущественно опухоли печени. Равномер­но распределяются изотопы цезия, рубидия, вызывая угнетение кро­ветворения, атрофию семенников, опухоли мягких тканей. При внут­реннем облучении наиболее опасны альфа-излучающие изотопы по­лония и плутония.

Способность вызывать отдаленные последствия - лейкозы, зло­качественные новообразования, раннее старение - одно из ковар­ных свойств ионизирующего излучения.

Для решения вопросов радиационной безопасности в первую очередь представляют интерес эффекты, наблю­даемые при «малых дозах» - порядка нескольких сантизивертов в час и ниже, которые реально встречаются при практическом использовании атомной энергии.

Весьма важным здесь является то, что, согласно со­временным представлениям, выход неблагоприятных эффектов в диапазоне «малых доз», встречающихся в обычных условиях, мало зависит от мощности дозы. Это означает, что эффект определяется прежде всего сум­марной накопленной дозой вне зависимости от того, по­лучена она за 1 день, за 1 с или за 50 лет. Таким обра­зом, оценивая эффекты хронического облучения, следует иметь в виду, что эти эффекты накапливаются в орга­низме в течение длительного времени.

Дозиметрические величины и единицы их измерения. Действия ионизирующего излучения на вещество проявляется в ионизации и возбуждении атомов и моле­кул, входящих в состав вещества. Количественный ме­рой этого воздействия служит поглощенная доза Д п - средняя энергия, переданная излучением единице мас­сы вещества. Единица поглощенной дозы - грей (Гр). 1 Гр = 1 Дж/кг. На прак­тике применяется также внесистемная единица - 1 рад = 100 эрг/г = 1 10 -2 Дж/кг = 0,01 Гр.

Поглощенная доза излучения зависит от свойств из­лучения и поглощающей среды.

Для заряженных частиц (α, β, протонов) небольших энергий, быстрых нейтронов и некоторых других излу­чений, когда основными процессами их взаимодействия с веществом являются непосредственная ионизация и возбуждение, поглощенная доза служит однозначной ха­рактеристикой ионизирующего излучения по его воз­действию на среду. Это связано с тем, что между пара­метрами, характеризующими данные виды излучения (поток, плотность потока и др.) и параметром, характе­ризующим ионизационную способность излучения в сре­де - поглощенной дозой, можно установить адекватные прямые зависимости.

Для рентгеновского и g-излучений таких зависимос­тей не наблюдается, так как эти виды излучений кос­венно ионизирующие. Следовательно, поглощенная доза не может служить характеристикой этих излучений по их воздействию на среду.

До последнего времени в качестве характеристики рентгеновского и g-излучений по эффекту ионизации используют так называемую экспозиционную дозу. Экс­позиционная доза выражает энергию фотонного излуче­ния, преобразованную в кинетическую энергию вторич­ных электронов, производящих ионизацию в единице массы атмосферного воздуха.

За единицу экспозиционной дозы рентгеновского и g-излучений принимают кулон на килограмм (Кл/кг). Это такая доза рентгеновского или g-излучения, при воздействии которой на 1 кг сухого атмосферного возду­ха при нормальных условиях образуются ионы, несу­щие 1 Кл электричества каждого знака.

На практике до сих пор широко используется внеси­стемная единица экспозиционной дозы - рентген. 1 рен­тген (Р) - экспозиционная доза рентгеновского и g-из­лучений, при которой в 0,001293 г (1 см 3 воздуха при нормальных условиях) образуются ионы, несущие заряд в одну электростатическую единицу количества элект­ричества каждого знака или 1 Р=2,58 10 -4 Кл/кг. При экспозиционной дозе в 1 Р будет обра­зовано 2,08 10 9 пар ионов в 0,001293 г атмосферного воздуха.

Исследования биологических эффектов, вызываемых различными ионизирующими излучениями, показали, что повреждение тканей связано не только с количеством поглощенной энергии, но и с ее пространственным рас­пределением, характеризуемым линейной плотностью ионизации. Чем выше линейная плотность ионизации, или, иначе, линейная передача энергии частиц в среде на единицу длины пути (ЛПЭ), тем больше степень био­логического повреждения. Чтобы учесть этот эффект, введено понятие эквивалентной дозы.

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

H t , r =W R D T , R

Единицей измерения эквивалентной дозы является Джž кг -1 , имеющий специальное наименование зиверт (Зв).

Значения W R для фотонов, электронов и мюонов любых энергий составляет 1, для α-частиц, осколков деления, тяжелых ядер - 20. Взвешивающие коэффициенты для отдельных видов излучения при расчете эквивалентной дозы:

· Фотоны любых энергий…………………………………………………….1

· Электроны и мюоны (менее 10 кэВ)……………………………………….1

· Нейтроны с энергией менее 10 кэВ………………………………………...5

от 10 кэВ до 100 кэВ ……....………………………………………………10

от 100 кэВ до 2 МэВ………………………………………………………..20

от 2 МэВ до 20 МэВ………………………………………………………..10

более 20 МэВ…………………………………………………………………5

· Протоны, кроме протонов отдачи,

энергия более 2 МэВ………………………………….………………5

· Альфа-частицы,

осколки деления, тяжелые ядра………………………………………….20

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

гдеН τТ - эквивалентная доза в ткани Т за время τ .

Единица измерения эффективной дозы - Дж × кг -1 , называемая зивертом (Зв).

Значения W T для отдельных видов ткани и органов приведены ниже:

Вид ткани, орган W 1

Гонады................................................................................................................0,2

Костный мозг, (красный), легкие, желудок………………………………0,12

Печень, грудная железа, щитовидная железа. …………………………...0,05

Кожа……………………………………………………………………………0,01

Поглощенная, экспозиционная и эквивалентная дозы, отнесенные к единице времени, носят название мощнос­ти соответствующих доз.

Самопроизвольный (спонтанный) распад радиоактив­ных ядер следует закону:

N = N 0 ехр(-λt),

где N 0 - число ядер в данном объеме вещества в момент времени t = 0 ; N - число ядер в том же объеме к моменту времени t; λ - постоянная распада.

Постоянная λ имеет смысл вероятности распада ядра за 1 с; она равна доле ядер, распадающихся за 1 с. По­стоянная распада не зависит от общего числа ядер и имеет вполне определенное значение для каждого ра­диоактивного нуклида.

Приведенное выше уравнение показывает, что с те­чением времени число ядер радиоактивного вещества уменьшается по экспоненциальному закону.

В связи с тем, что период полураспада значительно­го числа радиоактивных изотопов измеряется часами и сутками (так называемые короткоживущие изотопы), его необходимо знать для оценки радиационной опасно­сти во времени в случае аварийного выброса в окружаю­щую среду радиоактивного вещества, выбора метода де­зактивации, а также при переработке радиоактивных отходов и последующем их захоронении.

Описанные виды доз относятся к отдельному челове­ку, то есть являются индивидуальными.

Просуммировав индивидуальные эффективные экви­валентные дозы, полученные группой людей, мы при­дем к коллективной эффективной эквивалентной дозе, которая измеряется в человеко-зивертах (чел-Зв).

Следует ввести еще одно определение.

Многие радионуклиды распадаются очень медленно и останутся в отдаленном будущем.

Коллективную эффективную эквивалентную дозу, которую получат поколения людей от какого-либо ра­диоактивного источника за все время его существова­ния, называют ожидаемой (полной) коллективной эф­фективной эквивалентной дозой.

Активность препарата - это мера количества ра­диоактивного вещества.

Определяется активность числом распадающихся ато­мов в единицу времени, то есть скоростью распада ядер радионуклида.

Единицей измерения активности является одно ядер­ное превращение в секунду. В системе единиц СИ она получила название беккерель (Бк).

За внесистемную единицу активности принята кюри (Ки) - активность такого числа радионуклида, в кото­ром происходит 3,7×10 10 актов распада в секунду. На практике широко пользуются производными Ки: мил­ликюри - 1 мКи = 1 ×10 -3 Ки; микрокюри - 1 мкКи = 1 ×10 -6 Ки.

Измерение ионизирующих излучений. Необходимо помнить, что не существует универсаль­ных методов и приборов, применимых для любых усло­вий. Каждый метод и прибор имеют свою область при­менения. Неучет этих замечаний может привести к грубым ошибкам.

В радиационной безопасности используют радиомет­ры, дозиметры и спектрометры.

Радиометры - это приборы, предназначенные для определения количества радиоактивных веществ (радио­нуклидов) или потока излучения. Например, газораз­рядные счетчики (Гейгера-Мюллера).

Дозиметры - это приборы для измерения мощнос­ти экспозиционной или поглощенной дозы.

Спектрометры служат для регистрации и анализа энергетического спектра и идентификации на этой осно­ве излучающих радионуклидов.

Нормирование. Вопросы радиационной безопасности регламентиру­ется Федеральным законом «О радиационной безопасно­сти населения», нормами радиационной безопасности (НРБ-99) и другими правилами и положениями. В зако­не «О радиационной безопасности населения» говорит­ся: «Радиационная безопасность населения - состояние защищенности настоящего и будущего поколений лю­дей от вредного для их здоровья воздействия ионизиру­ющего излучения» (статья 1).

«Граждане Российской Федерации, иностранные граждане и лица без гражданства, проживающие на тер­ритории Российской Федерации, имеют право на радиа­ционную безопасность. Это право обеспечивается за счет проведения комплекса мероприятий по предотвращению радиационного воздействия на организм человека иони­зирующего излучения выше установленных норм, пра­вил и нормативов, выполнения гражданами и организа­циями, осуществляющими деятельность с использованием источников ионизирующего излучения, требований к обеспечению радиационной безопасности» (статья 22).

Гигиеническая регламентация ионизирующего излученияосуществ­ляется Нормами радиационной безопасности НРБ-99 (Санитарны­ми правилами СП 2.6.1.758-99). Основные дозовые пределы облуче­ния и допустимые уровни устанавливаются для следующих категорий

облучаемых лиц:

· персонал - 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.

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.

Радиоактивное излучение (или ионизирующее) – это энергия, которая высвобождается атомами в форме частиц или волн электромагнитной природы. Человек подвергается такому воздействию как через природные, так и через антропогенные источники.

Полезные свойства излучения позволили успешно использовать его в промышленности, медицине, научных экспериментах и исследованиях, сельском хозяйстве и других областях. Однако с распространением применения этого явления возникла угроза здоровью людей. Малая доза радиоактивного облучения способна повысить риск приобретения серьёзных заболеваний.

Отличие радиации от радиоактивности

Радиация, в широком смысле, означает излучение, то есть распространение энергии в виде волн или частиц. Радиоактивные излучения делят на три вида:

• альфа-излучение – поток ядер гелия-4;
• бета-излучение – поток электронов;
• гамма-излучение – поток высокоэнергетических фотонов.

Характеристика радиоактивных излучений основана на их энергии, пропускных свойствах и виде испускаемых частиц.

Альфа-излучение, которое представляет собой поток корпускул с положительным зарядом, может быть задержано толщей воздуха или одеждой. Этот вид практически не проникает через кожный покров, но при попадании в организм, например, через порезы, очень опасен и пагубно действует на внутренние органы.

Бета-излучение обладает большей энергией – электроны движутся с высокой скоростью, а их размеры малы. Поэтому данный вид радиации проникает через тонкую одежду и кожу глубоко в ткани. Экранировать бета-излучение можно при помощи алюминиевого листа в несколько миллиметров или толстой деревянной доски.

Гамма-излучение – это высокоэнергетическое излучение электромагнитной природы, которое обладает сильной проникающей способностью. Для защиты от него нужно использовать толстый слой бетона или пластину из тяжёлых металлов таких, как платина и свинец.

Феномен радиоактивности был обнаружен в 1896 году. Открытие сделал французский физик Беккерель. Радиоактивность – способность предметов, соединений, элементов испускать ионизирующее изучение, то есть радиацию. Причина явления заключается в нестабильности атомного ядра, которое при распаде выделяет энергию. Существует три вида радиоактивности:

• естественная – характерна для тяжёлых элементов, порядковый номер которых больше 82;
• искусственная – инициируется специально с помощью ядерных реакций;
• наведённая – свойственна объектам, которые сами становятся источником радиации, если их сильно облучить.

Элементы, обладающие радиоактивностью, называют радионуклидами. Каждый из них характеризуется:

• периодом полураспада;
• видом испускаемой радиации;
• энергией радиации;
• и другими свойствами.

Источники радиации

Человеческий организм регулярно подвергается действию радиоактивного излучения. Приблизительно 80% ежегодно получаемого количества приходится на космические лучи. В воздухе, воде и почве содержатся 60 радиоактивных элементов, являющихся источниками естественной радиации. Основным природным источником излучения считается инертный газ радон, высвобождающийся из земли и горных пород. Радионуклиды также проникают в организм человека с пищей. Часть ионизирующего облучения, которому подвергаются люди, исходит от антропогенных источников, начиная от атомных генераторов электричества и ядерных реакторов до используемой для лечения и диагностики радиации. На сегодняшний день распространёнными искусственными источниками излучения являются:

• медицинское оборудование (основной антропогенный источник радиации);
• радиохимическая промышленность (добыча, обогащение ядерного топлива, переработка ядерных отходов и их восстановление);
• радионуклиды, применяющиеся в сельском хозяйстве, лёгкой промышленности;
• аварии на радиохимических предприятиях, ядерные взрывы, радиационные выбросы
• строительные материалы.

Радиационное облучение по способу проникновения в организм делится на два типа: внутреннее и внешнее. Последнее характерно для распылённых в воздухе радионуклидов (аэрозоль, пыль). Они попадают на кожу или одежду. В таком случае источники радиации можно удалить, смыв их. Внешнее же облучение вызывает ожоги слизистых оболочек и кожных покровов. При внутреннем типе радионуклид попадает в кровоток, например, введением в вену или через раны, и удаляется путём экскреции или с помощью терапии. Такое облучение провоцирует злокачественные опухоли.

Радиоактивный фон существенно зависит от географического положения – в некоторых регионах уровень радиации может превышать средний в сотни раз.

Влияние радиации на здоровье человека

Радиоактивное излучение из-за ионизирующего действия приводит к образованию в организме человека свободных радикалов – химически активных агрессивных молекул, которые вызывают повреждение клеток и их гибель.

Особенно чувствительны к ним клетки ЖКТ, половой и кроветворной систем. Радиоактивное облучение нарушает их работу и вызывает тошноту, рвоту, нарушение стула, температуру. Воздействуя на ткани глаза, оно может привести к лучевой катаракте. К последствиям ионизирующего излучения также относят такие повреждения, как склероз сосудов, ухудшение иммунитета, нарушение генетического аппарата.

Система передачи наследственных данных имеет тонкую организацию. Свободные радикалы и их производные способны нарушать структуру ДНК – носителя генетической информации. Это приводит к возникновению мутаций, которые сказываются на здоровье последующих поколений.

Характер воздействия радиоактивного излучения на организм определяется рядом факторов:

• вид излучения;
• интенсивность радиации;
• индивидуальные особенности организма.

Результаты радиоактивного излучения могут проявиться не сразу. Иногда его последствия становятся заметны через значительный промежуток времени. При этом большая однократная доза радиации более опасна, чем долговременное облучение малыми дозами.

Поглощённое количество радиации характеризуется величиной, называемой Зиверт (Зв).

• Нормальный радиационный фон не превышает 0,2 мЗв/ч, что соответствует 20 микрорентгенам в час. При рентгенографии зуба человек получает 0,1 мЗв.

• Смертельная разовая доза составляет 6-7 Зв.

Применение ионизирующих излучений

Радиоактивное излучение широко применяется в технике, медицине, науке, военной и атомной промышленности и других сферах человеческой деятельности. Явление лежит в основе таких устройств, как датчики задымления, генераторы электроэнергии, сигнализаторы обледенения, ионизаторы воздуха.

В медицине радиоактивное излучение используется в лучевой терапии для лечения онкологических заболеваний. Ионизирующая радиация позволила создать радиофармацевтические препараты. С их помощью проводят диагностические обследования. На базе ионизирующего излучения устроены приборы для анализа состава соединений, стерилизации.

Открытие радиоактивного излучения было без преувеличения революционным – применение этого явления вывело человечество на новый уровень развития. Однако это также стало причиной возникновения угрозы экологии и здоровью людей. В связи с этим поддержание радиационной безопасности является важной задачей современности.