Защита от радиоактивных излучений

Сегодня трудно найти отрасль народного хозяйства, где бы не использовались радионуклиды или другие источники ионизирующих излучений (ИИ). Вступление в "ядерный век" принес человечеству неоспоримые преимущества: открыл путь к получению практически неисчерпаемой энергии; привел к созданию многочисленных новых промышленных и сельскохозяйственных технологий; обогатил науку и практику медицины высокоэффективными средствами диагностики и лечения. В то же время возникла потенциальная опасность радиационного поражения людей и других биологических объектов.

Природа ионизирующих излучений и их биологическое действие

Виды ионизирующих излучений и их свойства

Ионизирующими называются излучения, способные образовывать в среде их распространения положительные и отрицательные ионы. К ионизирующего излучения относятся рентгеновское и электромагнитное излучение, а также потоки заряженных и нейтральных частиц, имеющих энергии, достаточные для ионизации.

Важнейшими свойствами различных видов ИС является их ионизирующая способность, то есть способность создавать некоторое количество пар ионов в среде распространения, и проницаема способность, то есть способность проникать в вещество на определенную глубину. Эти свойства определяют степень влияния ИС и способы защиты от них. Проникающая и ионизирующая способности зависят от вида излучения, их энергетических спектров и материала среды.

Элементарные акты взаимодействия ионизирующих частиц с веществом среды происходят под действием кулоновских, электромагнитных и ядерных сил. Рассмотрим особенности взаимодействия с веществом некоторых видов излучений. Заряженные частицы (-ядра гелия, ß-электроны и позитроны, а также протоны и др.) Тратят свою кинетическую энергию малыми порциями, в основном при взаимодействии с электронами вещества, вызывая нарушения и ионизацию его атомов и молекул. Больше высокоэнергетические -частицы способны создать до 300 тыс. Пар ионов, но проходят только до 11 см в воздухе и до 150 мкм в воде биологической ткани (поглощаются листом бумаги). Проникающая способность ß-частиц в сотни раз выше, а ионизирующая способность в сотни раз ниже, чем в -частиц, которые имеют эквивалентную энергию. Электромагнитное (рентгеновское) излучение и поток нейтронов имеют очень большую проникающую способность, поскольку фотоны и нейтроны электрически нейтральными и не тормозятся электрическим и магнитным полями электронных частиц среды.

Характеристики ионизирующих излучений. Единицы измерения

Ядра некоторых природных тяжелых элементов (урана, тория, радия и др.) Способны к самопроизвольному преобразования (распада), что приводит к изменению их атомного номера и массового числа и сопровождается ионизирующими излучениями. Такое явление называется радиоактивностью, а ядра атомов, которые имеют свойства радиоактивности, называются радионуклидами.

Количество распадов в единицу время называется активностью радионуклида (А):

В системе международных единиц (СИ) активность измеряется в беккерелях (Бк): 1 Бк = 1 расп / с. Широко используется внесистемная единица активности - кюри (Ки): 1 Ки = 3,7 * 10 в 10 степени Бк. 1 Ки - это активность 1 г радия.

Каждый радионуклид характеризуется своим периодом полураспада Т (1/2), то есть время, в течение которого количество ядер радионуклида в результате распада уменьшается вдвое.

Радиоактивный распад не может быть остановлен или ускоренный каким-либо способом. Кроме природных радионуклидов, в настоящее время известно более 1700 искусственных.

Основной физической величиной, определяющей степень радиационного воздействия, является поглощенная доза - 2). Это отношение средней энергии dW, переданной ионизирующим излучением веществу в элементарном объеме, к массе dm вещества в этом объеме:

Единица поглощенной дозы И в СИ- грей (Гр); 1 ГР - 1 Дж / кг. Но используется и внесистемная единица - рад: 1 рад = 0,01 Гр,

Ионизирующая способность поля фотонного излучения определяется плотностью созданных им ионов и характеризуется экспозиционной дозой X, представляющий собой отношение суммарного заряда аХ) всех ионов одного знака, созданных в элементарном объеме воздуха, к массе этого воздуха dmn:

Единица экспозиционной дозы X в СИ - это кулон на килограмм (Кл / кг). На практике используется внесистемная единица - рентген: 1 Р = 2,58 * 10 в 4 степени Кл / кг.

Значению 1 Р экспозиционной дозы соответствует поглощена биотканью доза 0,95 советов, поэтому с точностью до 5% эти величины для биоткани можно считать сходящимися.

Биологический эффект ИС при одинаковой поглощенной дозе зависит от вида излучения и его энергетического спектра. Для учета степени радиационной опасности различных видов ИС вводится коэффициент качества излучения К и эквивалентная доза - Н, которая определяется как произведение поглощенной дозы & и среднего коэффициента качества излучения К в этом объеме биоткани:

Единица эквивалентной дозы Н в СИ - зиверт (Зв). Зиверт - единица эквивалентной дозы любого вида излучения, создает такой же биологический эффект, как и поглощенная доза в один рентген образцового рентгеновского излучения. Используется также внесистемная единица бэр (биологический еквивалентт совет) 1 бэр = 0,01 Зв. При неизвестном энергетическом спектре рекомендуется брать такие значения К 1 для рентгеновского и ß-излучений, 10 - для нейтронов и протонов, 20 - для а-частиц.

Интенсивность ИС измеряется единицами мощности дозы Р. ВСЕ единица мощности поглощенной дозы Р - грей в секунду (Гр / с); мощности эквивалентной дозы Рекв - зиверт в секунду (Зв / с); мощности экспозиционной дозы Р - ампер на килограмм (А / кг), чаще используются внесистемные единицы Р: рад в секунду, советов в час, бэр за секунду, бэр за час, рентген в секунду, рентген в час и дольные с приставками милли-, микро-.

Мощность дозы ИС характеризует уровень радиоактивного заражения (загрязнения) местности, различных поверхностей и объемов.

Степень радиоактивного загрязнения местности и поверхности оценивается также значением поверхностной активности А8 (Бк / м 2, Ки / км 2 и т.д.). В оценочных расчетах 1 Ки / км 2 соответствует мощности экспозиционной дозы примерно 10 мкР / ч, измеряемой на высоте 1 м от поверхности. Степень радиоактивного загрязнения воды, продовольствия, воздуха измеряется удельной активностью Ат (Бк / кг, Ки / кг и т.д.) или объемной активностью Аv (Бк / м 3, Бк / л, Ки / м 3, Ки / л ). Степень радиоактивного загрязнения характеризуется также плотностью потока. частиц, излучаемых загрязненной поверхностью,

Биологическое действие ионизирующих излучений. Относительно небольшие дозы энергии ИС влияют на живые организмы. Доза в 10 Гр (10 Дж / кг) смертельна для большинства млекопитающих. Если бы такая энергия передавалась в форме тепла, температура тела повысилась бы только на 0,001 ° С, то есть для человека меньше чем от стакана горячего чая. Таким образом, эффект биологического воздействия ИС обусловлено не столько количеством поглощенной энергии, сколько специфической формой ее передачи.

Энергия ИС вызывает у биотканях, как и в любом веществе, образование ионов и возбужденных молекул. Но это лишь первый "акт драмы" разыгрывается в живой клетке. За ним появляются этапы химического и биологического поражения клетки. При определенном количестве пораженных клеток нарушается жизнедеятельность отдельных органов или систем организма в целом.

В живых клетках наиболее уязвимыми являются структуры клеточного ядра и прежде всего молекулы ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты), в которых закодирована наследственная информация (генетический код). Эти молекулы содержатся в клетке в единственном экземпляре. Степень повреждения ДНК и относительное количество пораженных клеток зависят от дозы ИС. При небольших дозах репарации клеток устраняют повреждения. С увеличением дозы эти системы не справляются с повреждениями, пораженные клетки погибают или, сохраняя жизнеспособность, передают "дочерним" клеткам измененную наследственную информацию, возникают мутации (от лат. Mutatio - изменение).

Клетка с нарушенной структурой ДНК меняет свои свойства, способствует появлению новых жизненных форм - мутагенных организмов. Изменены признаки организма могут быть для него полезными или вредными. Дальнейшую судьбу мутагенных организмов определяет комплекс условий жизни. Естественный отбор - важнейший фактор эволюции каждого вида или жизни в целом - определяет направление развития, устраняет массы менее приспособленных носителей вредных мутаций и закрепляет полезные мутации, способствует размножению более приспособленных мутантов.

Есть основания предполагать, что поражающая воображение разнообразие жизненных форм на Земле - это прямой результат мильярдноричнои эволюции, одной из движущих сил которой был и остается естественный радиационный фон. Однако чем выше и сложнее организация живых существ, тем больше вероятность вредных мутаций и меньше полезных. Для человека большинство мутаций оказывается вредными и становится причиной наследственных болезней и увечий, которые могут проявляться в потомстве много поколений.

Диапазон устойчивости к ИС в живой природе достаточно широк. Устойчивыми являются микроорганизмы. Для них полулетальные доза Д50 (доза, при которой погибает половина организмов данного вида) составляет сотни тысяч грей, для беспозвоночных - почти на порядок ниже, для позвоночных - десятки грей. Наиболее чувствительны к ИС - млекопитающие, для которых полулетальные доза составляет 2,5 .. .10 Гр, для человека - 4 ... 4,5 Гр. Радиочувствительность зависит также от возраста, пола, даже в одном организме радиочувствительность органов и тканей различна.

При однократном равномерном облучении тела человека дозой 1 ... 10 Зв развивается острая лучевая болезнь (ОЛБ). Различают 4 степени ОЛБ: легкая - при дозе 1 ... 2 Зв; средняя - 2 ... 4 Зв; тяжелая - 4 ... 6 Зв; предельной считается - 6 ... 10 Сб. В течении ОЛБ выделяют период формирования и восстановления и период последствий.

Первый период, в свою очередь, состоит из четырех фаз: первичная общая реакция; скрытое течение болезни; выраженные клинические проявления; непосредственное восстановление.

Хроническая лучевая болезнь может быть следствием неполного выздоровления после ОЛБ, длительного общего облучения дозой небольшой мощности (0,1 ... 0,5 бэр в сутки) или длительного облучения отдельных органов. При этом характерные волнообразные изменения показателей систем крови, ослабление иммунитета, нарушение сердечно-сосудистой и эндокринной системы, что может привести к истощению резервных сил организма. При местном облучении отдельных органов и тканей опасность для организма уменьшается с уменьшением объема и значимости пораженных органов. Для оценки степени риска местного или неравномерного облучения вводится понятие эффективной эквивалентной дозы. В соответствии с рекомендациями МКРЗ приняты следующие Ги значения: гонады - 0,25; молочная железа - 0,15; красный костный мозг и легкие - по 0,12; щитовидная железа и костные поверхности - по 0,03; 0,3 приходится на другие органы и ткани.

Одна из характерных черт лучевой болезни заключается в том, что через длительное время после, казалось бы, полного выздоровления (у грызунов - через месяц, у людей из - 10-20 и более лет) в организме могут возникать болезненные явления - отдаленные последствия облучения. К ним относятся лейкозы, злокачественные опухоли, катаракты хрусталика, неврозы, снижение продолжительности жизни.

Любой вид ИС вызывает биологические изменения в организме как при внешнем (источник вне организма), так и при внутреннем облучении (когда радиационные вещества (РР) проникают внутрь организма). Биологический эффект зависит от суммарной дозы длительности воздействия излучения и других факторов.

При внутреннем облучении наиболее опасны -излучения, имеющие большую ионизирующей способность, а при внешнем - фотонное и нейтронное, обладающих высокой проницаемость.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   След >