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.
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.
«Отношение людей к той или иной опасности определяется тем, насколько хорошо она им знакома».
Настоящий материал - обобщённый ответ на многочисленные вопросы, возникающие пользователей приборов для обнаружения и измерения радиации в бытовых условиях.
Минимальное использование специфической терминологии ядерной физики при изложении материала поможет вам свободно ориентироваться этой в экологической проблеме, не поддаваясь радиофобии, но и без излишнего благодушия.
Опасность РАДИАЦИИ реальная и мнимая
«Один из первых открытых природных радиоактивных элементов был назван «радием»
- в переводе с латинского-испускающий лучи, излучающий».
Каждого человека в окружающей среде подстерегают различные явления, оказывающие на него влияние. К ним можно отнести жару, холод, магнитные и обычные бури, проливные дожди, обильные снегопады, сильные ветры, звуки, взрывы и др.
Благодаря наличию органов чувств, отведенных ему природой, он может оперативно реагировать на эти явления с помощью, например, навеса от солнца, одежды, жилья, лекарств, экранов, убежищ и т.д.
Однако, в природе существует явление, на которое человек из-за отсутствия необходимых органов чувств не может мгновенно реагировать - это радиоактивность. Радиоактивность - не новое явление; радиоактивность и сопутствующие ей излучения (т.н. ионизирующие) существовали во Вселенной всегда. Радиоактивные материалы входят в состав Земли и даже человек слегка радиоактивен, т.к. в любой живой ткани присутствуют в малейших количествах радиоактивные вещества.
Самое неприятное свойство радиоактивного (ионизирующего) излучения - его воздействие на ткани живого организма, поэтому необходимы соответствующие измерительные приборы, которые предоставляли бы оперативную информацию для принятия полезных решений до того, когда пройдет продолжительное время и проявятся нежелательные или даже губительные последствия.что его воздействие человек начнет ощущать не сразу, а лишь по прошествии некоторого времени. Поэтому информацию о наличии излучения и его мощности необходимо получить как можно раньше.
Однако, хватит загадок. Поговорим о том, что же такое радиация и ионизирующее (т. е. радиоактивное) излучение.
Ионизирующее излучение
Любая среда состоит из мельчайших нейтральных частиц-атомов
, которые состоят из положительно заряженных ядер и окружающих их отрицательно заряженных электронов. Каждый атом похож на солнечную систему в миниатюре: вокруг крошечного ядра движутся по орбитам «планеты» - электроны
.
Ядро атома
состоит из нескольких элементарных частиц-протонов и нейтронов, удерживаемых ядерными силами.
Протоны частицы имеющие положительный заряд, равный по абсолютной величине заряду электронов.
Нейтроны нейтральные, не обладающие зарядом, частицы. Число электронов в атоме в точности равно числу протонов в ядре, поэтому каждый атом в целом нейтрален. Масса протона почти в 2000 раз больше массы электрона.
Число присутствующих в ядре нейтральных частиц (нейтронов) может быть разным при одинаковом числе протонов. Такие атомы, имеющие ядра с одинаковым числом протонов, но различающиеся по числу нейтронов, относятся к разновидностям одного и того же химического элемента, называемым «изотопами» данного элемента. Чтобы отличить их друг от друга, к символу элемента приписывают число, равное сумме всех частиц в ядре данного изотопа. Так уран-238 содержит 92 протона и 146 нейтронов; в уране 235 тоже 92 протона, но 143 нейтрона. Все изотопы химического элемента образуют группу «нуклидов». Некоторые нуклиды стабильны, т.е. не претерпевают никаких превращений, другие же, испускающие частицы нестабильны и превращаются в другие нуклиды. В качестве примера возьмем атом урана - 238. Время от времени из него вырывается компактная группа из четырех частиц: двух протонов и двух нейтронов -«альфа-частица (альфа)». Уран-238 превращается, таким образом, в элемент, в ядре которого содержится 90 протонов и 144 нейтрона - торий-234. Но торий-234 тоже нестабилен: один из его нейтронов превращается в протон, и торий-234 превращается в элемент, в ядре которого содержится 91 протон и 143 нейтрона. Это превращение сказывается и на движущихся по своим орбитам электронах (бета): один из них становится как бы лишним, не имеющим пары (протона), поэтому он покидает атом. Цепочка многочисленных превращений, сопровождающаяся альфа- или бета- излучениями, завершается стабильным нуклидом свинца. Разумеется, существует много подобных цепочек самопроизвольных превращений (распадов) разных нуклидов. Период полураспада, есть отрезок времени, за который исходное число радиоактивных ядер в среднем уменьшается в два раза.
При каждом акте распада высвобождается энергия, которая и передается в виде излучения. Часто нестабильный нуклид оказывается в возбужденном состоянии и при этом испускание частицы не приводит к полному снятию возбуждения; тогда он выбрасывает порцию энергии в виде гамма-излучения (гамма-кванта). Как и в случае рентгеновских лучей (отличающихся от гамма-излучения только частотой) при этом не происходит испускания каких-либо частиц. Весь процесс самопроизвольного распада нестабильного нуклида называется радиоактивным распадом, а сам нуклид радионуклидом.
Различные виды излучений сопровождаются высвобождением разного количества энергии и обладают различной проникающей способностью; поэтому они оказывают неодинаковое воздействие на ткани живого организма. Альфа-излучение, задерживается, например, листом бумаги и практически не способно проникнуть через наружный слой кожи. Поэтому оно не представляет опасности до тех пор, пока радиоактивные вещества, испускающие альфа - частицы, не попадут внутрь организма через открытую рану, с пищей, водой или с вдыхаемым воздухом или паром, например, в бане; тогда они становятся чрезвычайно опасными. Бета - частица обладает большей проникающей способностью: она проходит в ткани организма на глубину один-два сантиметра и более, в зависимости от величины энергии. Проникающая способность гамма-излучения, которое распространяется со скоростью света, очень велика: его может задержать лишь толстая свинцовая или бетонная плита. Ионизирующее излучение характеризуется рядом измеряемых физических величин. К ним следует отнести энергетические величины. На первый взгляд может показаться, что их бывает достаточно для регистрации и оценки воздействия ионизирующего излучения на живые организмы и человека. Однако, эти энергетические величины не отражают физиологического воздействия ионизирующего излучения на человеческий организм и другие живые ткани, субъективны, и для разных людей различны. Поэтому используются усредненные величины.
Источники радиации бывают естественными, присутствующими в природе, и не зависящими от человека.
Установлено, что из всех естественных источников радиации наибольшую опасность представляет радон -тяжелый газ без вкуса, запаха и при этом невидимый; со своими дочерними продуктами.
Радон высвобождается из земной коры повсеместно, но его концентрация в наружном воздухе существенно различается для различных точек земного шара. Как ни парадоксально это может показаться на первый взгляд, но основное излучение от радона человек получает, находясь в закрытом, непроветриваемом помещении. Радон концентрируется в воздухе внутри помещений лишь тогда, когда они в достаточной мере изолированы от внешней среды. Просачиваясь через фундамент и пол из грунта или, реже, высвобождаясь из стройматериалов, радон накапливается в помещении. Герметизация помещений с целью утепления только усугубляет дело, поскольку при этом еще более затрудняется выход радиоактивного газа из помещения. Проблема радона особенно важна для малоэтажных домов с тщательной герметизацией помещений (с целью сохранения тепла) и использованием глинозема в качестве добавки к строительным материалам (т.н. «шведская проблема»). Самые распространенные стройматериалы - дерево, кирпич и бетон - выделяют относительно немного радона. Гораздо большей удельной радиоактивностью обладают гранит, пемза, изделия из глиноземного сырья, фосфогипса.
Еще один, как правило менее важный, источник поступления радона в помещения представляет собой вода и природный газ, используемый для приготовления пищи и обогрева жилья.
Концентрация радона в обычно используемой воде чрезвычайно мала, но вода из глубоких колодцев или артезианских скважин содержит очень много радона. Однако основная опасность исходит вовсе не от питья воды, даже при высоком содержании в ней радона. Обычно люди потребляют большую часть воды в составе пищи и в виде горячих напитков, а при кипячении воды или приготовлении горячих блюд радон практически полностью улетучивается. Гораздо большую опасность представляет попадание паров воды с высоким содержанием радона в легкие вместе с вдыхаемым воздухом, что чаще всего происходит в ванной комнате или парилке (парной).
В природный газ радон проникает под землей. В результате предварительной переработки и в процессе хранения газа перед поступлением его к потребителю большая часть радона улетучивается, но концентрация радона в помещении может заметно возрасти, если кухонные плиты и другие нагревательные газовые приборы не снабжены вытяжкой. При наличии же приточно - вытяжной вентиляции, которая сообщается с наружным воздухом, концентрации радона в этих случаях не происходит. Это относится и к дому в целом -ориентируясь на показания детекторов радона можно установить режим вентиляции помещений, полностью исключающий угрозу здоровью. Однако, учитывая, что выделение радона из грунта имеет сезонный характер, нужно контролировать эффективность вентиляции три-четыре раза в год, не допуская превышения норм концентрации радона.
Другие источники радиации, к сожалению обладающие потенциальной опасностью, созданы самим человеком. Источники искусственной радиации - это созданные с помощью ядерных реакторов и ускорителей искусственные радионуклиды, пучки нейтронов и заряженных частиц. Они получили название техногенных источников ионизирующего излучения. Оказалось, что наряду с опасным для человека характером, радиацию можно поставить на службу человеку. Вот далеко не полный перечень областей применения радиации: медицина, промышленность, сельское хозяйство, химия, наука и т.д. Успокаивающим фактором является контролируемый характер всех мероприятий, связанных с получением и применением искусственной радиации.
Особняком по своему воздействию на человека стоят испытания ядерного оружия в атмосфере, аварии на АЭС и ядерных реакторах и результаты их работы, проявляющиеся в радиоактивных осадках и радиоактивных отходах. Однако только чрезвычайные ситуации, типа Чернобыльской аварии, могут оказать неконтролируемое воздействие на человека.
Остальные работы легко контролируются на профессиональном уровне.
При выпадении радиоактивных осадков в некоторых местностях Земли радиация может попадать внутрь организма человека непосредственно через с/х продукцию и питание. Обезопасить себя и своих близких от этой опасности очень просто. При покупке молока, овощей, фруктов, зелени, да и любых других продуктов совсем не лишним будет включить дозиметр и поднести его к покупаемой продукции. Радиации не видно - но прибор мгновенно определит наличие радиоактивного загрязнения. Такова наша жизнь в третьем тысячелетии - дозиметр становится атрибутом повседневной жизни, как носовой платок, зубная щетка, мыло.
ВОЗДЕЙСТВИЕ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ТКАНИ ОРГАНИЗМА
Повреждений, вызванных в живом организме ионизирующим излучением, будет тем больше, чем больше энергии оно передаст тканям; количество этой энергии называется дозой, по аналогии с любым веществом поступающим в организм и полностью им усвоенным. Дозу излучения организм может получить независимо от того, находится ли радионуклид вне организма или внутри него.
Количество энергии излучения, поглощенное облучаемыми тканями организма, в пересчете на единицу массы называется поглощенной дозой и измеряется в Греях. Но эта величина не учитывает того, что при одинаковой поглощенной дозе альфа-излучение гораздо опаснее (в двадцать раз) бета или гамма-излучений. Пересчитанную таким образом дозу называют эквивалентной дозой; ее измеряют в единицах называемых Зивертами.
Следует учитывать также, что одни части тела более чувствительны, чем другие: например, при одинаковой эквивалентной дозе облучения, возникновение рака в легких более вероятно, чем в щитовидной железе, а облучение половых желез особенно опасно из-за риска генетических повреждений. Поэтому дозы облучения человека следует учитывать с различными коэффициентами. Умножив эквивалентные дозы на соответствующие коэффициенты и просуммировав по всем органам и тканям, получим эффективную эквивалентную дозу, отражающую суммарный эффект облучения для организма; она также измеряется в Зивертах.
Заряженные частицы.
Проникающие в ткани организма альфа- и бета-частицы теряют энергию вследствие электрических взаимодействий с электронами тех атомов, близ которых они проходят. (Гамма-излучение и рентгеновские лучи передают свою энергию веществу несколькими способами, которые в конечном счете также приводят к электрическим взаимодействиям).
Электрические взаимодействия.
За время порядка десяти триллионных секунды после того, как проникающее излучение достигнет соответствующего атома в ткани организма, от этого атома отрывается электрон. Последний заряжен отрицательно, поэтому остальная часть исходно нейтрального атома становится положительно заряженной. Этот процесс называется ионизацией. Оторвавшийся электрон может далее ионизировать другие атомы.
Физико-химические изменения.
И свободный электрон, и ионизированный атом обычно не могут долго пребывать в таком состоянии и в течение следующих десяти миллиардных долей секунды участвуют в сложной цепи реакций, в результате которых образуются новые молекулы, включая и такие чрезвычайно реакционно способные, как "свободные радикалы".
Химические изменения.
В течение следующих миллионных долей секунды образовавшиеся свободные радикалы реагируют как друг с другом, так и с другими молекулами и через цепочку реакций, еще не изученных до конца, могут вызвать химическую модификацию важных в биологическом отношении молекул, необходимых для нормального функционирования клетки.
Биологические эффекты.
Биохимические изменения могут произойти как через несколько секунд, так и через десятилетия после облучения и явиться причиной немедленной гибели клеток или изменений в них.
ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ РАДИОАКТИВНОСТИ |
||
|
Беккерель (Бк, Вq); |
1 Бк = 1 распад в сек. |
Единицы активности радионуклида. Представляют собой число распадов в единицу времени. |
|
Грей (Гр, Gу); |
1 Гр = 1 Дж/кг |
Единицы поглощённой дозы. Представляют собой количество энергии ионизирующего излучения, поглощенное единицей массы какого-либо физического тела, например тканями организма. |
|
Зиверт (Зв, Sv) |
1 Зв = 1 Гр = 1 Дж/кг (для бета и гамма) 1 мкЗв = 1/1000000 Зв 1 бер = 0.01 Зв = 10 мЗв Единицы эквивалентной дозы. |
Единицы эквивалентной дозы. Представляют собой единицу поглощенной дозы, умноженную на коэффициент, учитывающий неодинаковую опасность разных видов ионизирующего излучения. |
|
Грей в час (Гр/ч); Зиверт в час (Зв/ч); Рентген в час (Р/ч) |
1 Гр/ч = 1 Зв/ч = 100 Р/ч (для бета и гамма) 1 мк Зв/ч = 1 мкГр/ч = 100 мкР/ч 1 мкР/ч = 1/1000000 Р/ч |
Единицы мощности дозы. Представляют собой дозу полученную организмом за единицу времени. |
Для информации, а не для запугивания, особенно людей, решивших посвятить себя работе с ионизирующим излучением, следует знать предельно допустимые дозы. Единицы измерения радиоактивности приведены в таблице 1. По заключению Международной комиссии по радиационной защите на 1990 г. вредные эффекты могут наступать при эквивалентных дозах не менее 1,5 Зв (150 бэр) полученных в течение года, а в случаях кратковременного облучения - при дозах выше 0,5 Зв (50 бэр). Когда облучение превышает некоторый порог, возникает лучевая болезнь. Различают хроническую и острую (при однократном массивном воздействии) формы этой болезни. Острую лучевую болезнь по тяжести подразделяют на четыре степени, начиная от дозы 1-2 Зв (100-200 бэр, 1-я степень) до дозы более 6 Зв (600 бэр, 4-я степень). Четвертая степень может закончиться летальным исходом.
Дозы, получаемые в обычных условиях, ничтожны по сравнению с указанными. Мощность эквивалентной дозы, создаваемой естественным излучением, колеблется от 0,05 до 0,2 мкЗв/ч, т.е. от 0,44 до 1,75 мЗв/год (44-175 мбэр/год).
При медицинских диагностических процедурах - рентгеновских снимках и т.п. - человек получает еще примерно 1,4 мЗв/год.
Поскольку в кирпиче и бетоне в небольших дозах присутствуют радиоактивные элементы, доза возрастает еще на 1,5 мЗв/год. Наконец, из-за выбросов современных тепловых электростанций, работающих на угле, и при полетах на самолете человек получает до 4 мЗв/год. Итого существующий фон может достигать 10 мЗв/год, но в среднем не превышает 5 мЗв/год (0,5 бэр/год).
Такие дозы совершенно безвредны для человека. Предел дозы в добавление к существующему фону для ограниченной части населения в зонах повышенной радиации установлен 5 мЗв/год (0,5 бэр/год), т.е. с 300-кратным запасом. Для персонала, работающего с источниками ионизирующих излучений, установлена предельно допустимая доза 50 мЗв/ год (5 бэр/год), т.е. 28 мкЗв/ч при 36-часовой рабочей неделе.
Согласно гигиеническим нормативам НРБ-96 (1996 г.) допустимые уровни мощности дозы при внешнем облучении всего тела от техногенных источников для помещения постоянного пребывания лиц из персонала - 10 мкГр/ч, для жилых помещений и территории, где постоянно находятся лица из населения - 0,1 мкГр/ч (0,1 мкЗв/ч, 10 мкР/ч).
ЧЕМ ИЗМЕРЯЮТ РАДИАЦИЮ
Несколько слов о регистрации и дозиметрии ионизирующего излучения. Существуют различные методы регистрации и дозиметрии: ионизационный (связанный с прохождением ионизирующего излучения в газах), полупроводниковый (в котором газ заменен твердым телом), сцинтиляционный, люминесцентный, фотографический. Эти методы положены в основу работы дозиметров радиации. Среди газонаполненных датчиков ионизирующего излучения можно отметить ионизационные камеры, камеры деления, пропорциональные счетчики и счетчики Гейгера-Мюллера . Последние относительно просты, наиболее дешевы, не критичны к условиям работы, что и обусловило их широкое применение в профессиональной дозиметрической аппаратуре, предназначенной для обнаружения и оценки бета- и гамма-излучения. Когда датчиком служит счетчик Гейгера-Мюллера, любая вызывающая ионизацию частица, попадающая в чувствительный объем счетчика, становится причиной самостоятельного разряда. Именно попадающая в чувствительный объем! Поэтому не регистрируются альфа -частицы, т.к. они туда не могут проникнуть. Даже при регистрации бета - частиц необходимо приблизить детектор к объекту, чтобы убедиться в отсутствии излучения, т.к. в воздухе энергия этих частиц может быть ослаблена, они могут не преодолеть корпус прибора, не попадут в чувствительный элемент и не будут обнаружены.
Доктор физико-математических наук, Профессор МИФИ Н.М. Гаврилов
статья написана для компании "Кварта-Рад"
Влияние ионизирующих излучений на организм
Основное действие всех ионизирующих излучений на организм сводится к ионизации тканей тех органов и систем, которые подвергаются их облучению. Приобретенные в результате этого заряды являются причиной возникновения несвойственных для нормального состояния окислительных реакций в клетках, которые, в свою очередь, вызывают ряд ответных реакций. Таким образом, в облучаемых тканях живого организма происходит серия цепных реакций, нарушающих нормальное функциональное состояние отдельных органов, систем и организма в целом. Есть предположение, что в результате таких реакций в тканях организма образуются вредные для здоровья продукты - токсины, которые и оказывают неблагоприятное влияние.
При работе с продуктами, обладающими ионизирующими излучениями, пути воздействия последних могут быть двоякими: посредством внешнего и внутреннего облучения. Внешнее облучение может иметь место при работах на ускорителях, рентгеновских аппаратах и других установках, излучающих нейтроны и рентгеновские лучи, а также при работах с закрытыми радиоактивными источниками, то есть радиоактивными элементами, запаянными в стеклянные или другие глухие ампулы, если последние остаются неповрежденными. Источники бетта- и гамма-излучений могут представлять опасность как внешнего, так и внутреннего облучения. aльфа-излучения практически представляют опасность лишь при внутреннем облучении, так как вследствие весьма малой проникающей способности и малого пробега альфа-частиц в воздушной среде незначительное удаление от источника излучения или небольшое экранирование устраняют опасность внешнего облучения.
При внешнем облучении лучами со значительной проникающей способностью ионизация происходит не только на облучаемой поверхности кожных и других покровов, но и в более глубоких тканях, органах и системах. Период непосредственного внешнего воздействия ионизирующих излучений - экспозиция - определяется временем облучения.
Внутреннее облучение происходит при попадании радиоактивных веществ внутрь организма, что может произойти при вдыхании паров, газов и аэрозолей радиоактивных веществ, занесении.их в пищеварительный тракт или попадании в ток крови (в случаях загрязнения ими поврежденных кожи и слизистых). Внутреннее облучение более опасно, так как, во-первых, при непосредственном контакте с тканями даже излучения незначительных энергий и с минимальной проникающей способностью все же оказывают действие на эти ткани; во-вторых, при нахождении радиоактивного вещества в организме продолжительность его воздействия (экспозиция), не ограничивается временем непосредственной работы с источниками, а продолжается непрерывна до его полного распада или выведения из организма. Кроме того, при попадании внутрь некоторые радиоактивные вещества, обладая определенными токсическими свойствами, кроме ионизации, оказывают местное или общее токсическое действие (см. «Вредные химические вещества») .
В организме радиоактивные вещества, как и все остальные продукты, разносятся кровотоком по всем органам и системам, после чего частично выводятся из организма через выделительные системы (желудочно-кишечный тракт, почки, потовые и молочные железы и др.), а некоторая их часть отлагается в определенных органах и системах, оказывая на них преимущественное, более выраженное действие. Некоторые же радиоактивные ве- щества (например, натрий - Na 24) распределяются по всему организму относительно равномерно. Преимущественное отложение различных веществ в тех или иных органах и системах определяется их физико-химическими свойствами и функциями этих органов и систем.
Комплекс стойких изменений в организме под воздействием ионизирующих излучений называется лучевой болезнью. Лучевая болезнь может развиться как вследствие хронического воздействия ионизирующих излучений, так и при кратковременном облучении значительными дозами. Она характеризуется главным образом изменениями со стороны центральной нервной системы (подавленное состояние, головокружение, тошнота, общая слабость и др.), крови и кроветворных органов, кровеносных сосудов (кровоподтеки вследствие ломкости сосудов), желез внутренней секреции.