Основы радиационной безопасности продовольственного сырья и пищевых продуктов

ЛЕКЦИЯ 10

Цель: Рассмотреть основы радиационной безопасности продовольственного сырья, основные принципы радиозащитного питания, нормативно-правовая база обеспечения радиационной безопасности.

Радиоактивность — самопроизвольный распад атомных ядер некоторых элементов, приводящий к изменению их атомного номера и массового числа. Радиоактивный распад не может быть остановлен или ускорен, осуществляется со строго определенной скоростью, измеряемой периодом полураспада — временем, в течение которого распадается половина всех атомов. Распад радиоактивных элементов сопровождается потоками ионизирующих излучений, каждое из которых характеризуется своими физико-химическими свойствами: альфа-излучение представляет собой поток положительно заряженных частиц (атомов гелия), скорость которых может достигать 20 000 км/с; вследствие наличия положительного заряда б-частицы отклоняются в магнитном поле (к северному полюсу). Бета-излучение — поток отрицательно заряженных частиц (электронов), движущихся со скоростью света; вследствие наличия отрицательного заряда электроны отклоняются в магнитном поле (к южному полюсу). Гамма-излучение — коротковолновое магнитное излучение, близкое по свойствам к рентгеновскому; распространяется со скоростью света, в магнитном поле не отклоняется, обладает высокой энергией — от нескольких тысяч до нескольких миллионов электронвольт.

В системе СИ единицей измерения радиоактивности служит беккерель (Бк) — одно ядерное превращение в секунду.

Уровень облучения населения оценивают в единицах эквивалентной дозы — зивертах (Зв). 1 зиверт — это эквивалентная доза любого вида излучения, поглощенная биологической тканью массой 1 кг и создающая такой же биологический эффект, что и поглощенная доза в 1 грей фотонного излучения. 1 грэй (Гр) — это поглощенная доза излучения, соответствующая 1 Дж энергии ионизирующего излучения любого вида, переданной облученному веществу массой 1 кг.

Радиационный фон Земли складывается из трех компонентов:

• космическое излучение;

• естественные радионуклиды, содержащиеся в почве, воде, воздухе, других объектах окружающей среды;

• искусственные радионуклиды, образовавшиеся в результате деятельности человека (например, при ядерных испытаниях); радиоактивные отходы, отдельные радиоактивные вещества, используемые в медицине, технике, сельском хозяйстве.

К природным источникам облучения человека относят следующие.

/. Космическое излучение. Доза космогенных радионуклидов практически полностью обусловлена воздействием изотопа углерода-14 (,4С), образующегося при взаимодействии космического излучения с атмосферным воздухом, и составляет 12 мкЗв/год.

2. Ингаляция. Наибольший вклад в суммарную дозу облучения населения дает ингаляция долгоживущих природных радионуклидов уранового ряда изотопов радия, их короткоживущих дочерних продуктов, находящихся в воздухе помещений и атмосферном воздухе, а также радионуклидов ториевого ряда. Эта доза обусловлена облучением легочного эпителия короткоживущими дочерними продуктами радона-222 (222Rn), а также дозой, полученной за счет растворения газообразного 222Rn в крови и последующего облучения внутренних органов человека. Суммарная эффективная доза при ингаляции составляет около 1260 мкЗв/год.

3. Поступление с пищей и водой. Доза внутреннего облучения за счет поступления природных радионуклидов с водой и пищей включает две составляющие:

а) доза, обусловленная воздействием калия-40 (40К). Эта доза практически одинакова для всех людей и не может быть существенно изменена. Содержание стабильного калия-39 (39К) в организме человека регулируется водно-солевым балансом. Калий-40 поступает и выводится из организма в постоянном соотношении со стабильным калием. Поэтому содержание 40К в организме человека постоянно и не зависит от его поступления в организм;

б) доза, создаваемая радионуклидами уранового и ториевого рядов. Эта доза пропорциональна годовому поступлению указанных радионуклидов с продуктами питания и водой. Среди радионуклидов уранового и ториевого рядов наибольший вклад в облучение людей вносят свинец-210 (210РЬ), который возникает при распаде 222Rn и его короткоживущих дочерних продуктов, содержащихся в атмосферном воздухе. Свинец-210 и образующиеся при его распаде, висмут-210 (210Bi) и полоний-210 (210Ро) осаждаются на земную поверхность, создавая глобальные выпадения природных радионуклидов, что приводит к радиоактивному загрязнению воды, поверхности водоисточников, травы и сельскохозяйственных растений.

Несмотря на то что основная часть дозы внутреннего облучения населения обусловлена поступлением природных радионуклидов с пищей, их содержание в продуктах питания в настоящее время не нормируется.

Наибольшая доза облучения населения искусственными источниками создается при использовании излучения в медицине, в первую очередь при проведении рентгено-диагностических процедур. Вторыми по значимости являются глобальные выпадения радионуклидов, в основном цезия-137 (137Cs) и стронция-90 (90Sr), в результате испытаний ядерного оружия в атмосфере. Наибольшая создаваемая ими доза была зафиксирована в 1963г. (140 мкЗв/год). После запрещения ядерных испытаний она непрерывно снижается и на сегодняшний день составляет 5 мкЗв/год.

В настоящее время при глобальных выпадениях искусственных радионуклидов создаются дозы примерно в 10 раз меньшие, чем при глобальных выпадениях природных радионуклидов. Так, доза облучения населения, проживающего на территориях, подвергшихся радиоактивному заражению, составляет 2 мкЗв/год. В основном эта доза обусловлена последствиями Чернобыльской аварии 1986г. Дозы от всех остальных аварий значительно ниже: текущие выбросы и сбросы АЭС и других радиационных объектов дают крайне малый вклад в среднюю дозу облучения населения.

На сегодняшний день наиболее опасными для организма человека техногенными радионуклидами являются радионуклиды l37Cs и 90Sr, период полураспада которых составляет приблизительно 30 лет. Это означает, что через 30 лет после аварии на Чернобыльской АЭС, т. е. к 2016г., распадется только половина ядер атомов этих элементов, а к 2190г. останется около 1 % нераспавшихся ядер атомов (закон распада радиоактивных элементов является обратно-экспоненциальной зависимостью).

Биологическое воздействие ядерных излучений на живые объекты включает два этапа:

1) первичное действие излучения на биохимические процессы, функции и структуры органов и тканей;

2) нейрогенные и гуморальные сдвиги, возникающие в организме под влиянием радиации: нарушением обмена веществ, ферментативных процессов и пр.

В результате взаимодействия излучений с биосредой живому организму передается определенная доля энергии. Основная величина, характеризующая действие излучения на организм, находится в прямой зависимости от количества поглощенной энергии.

При одних и тех же количествах радиации внутреннее облучение во много раз опаснее внешнего, так как, во-первых, резко увеличивается время облучения из-за того, что попавшие внутрь организма радионуклиды вступают в химическую связь с различными элементами ткани и медленно из нее выводятся; во-вторых, расстояние от источника облучения до облучаемой ткани уменьшается практически до нуля. Радионуклиды отлагаются внутри организма неравномерно и могут концентрироваться вблизи особо чувствительных к излучению и важных для жизнедеятельности органов или непосредственно в них (критические органы — красный костный мозг, щитовидная железа, половые органы, селезенка).

Результатом биологического действия радиации является нарушение нормальных биохимических процессов с последующими функциональными и морфологическими изменениями в клетках и тканях, определяющими в конечном счете механизм развития и специфику патологического процесса. Под действием радиации в организме образуются токсические вещества (радиотоксины), вызывающие качественные и количественные изменения биологических свойств крови, лимфы, тканевой жидкости и других сред. К токсичным агентам можно отнести гормоны, ферменты, продукты обмена веществ и распада тканей. Например, при облучении увеличивается выделение надпочечных гормонов, что приводит к повышению содержания гликогена в печеночной ткани.

При попадании в организм радиоактивные изотопы любого химического элемента участвуют в обмене веществ точно так же, как и стабильные изотопы данного элемента. Действие радионуклидов, попавших организм, не отличается от действия внешних источников излучения. Их особенностью является лишь то, что они, включаясь в обмен веществ, могут оставаться в тканях в течение длительного времени. Активность радионуклидов нельзя погасить ни химическими, ни физическими средствами.

При поступлении в организм радионуклидов большое влияние на степень биологического действия оказывает наличие нерадиоактивных химических элементов-аналогов. Элементами-аналогами являются кальций и стронций. Щелочноземельный изотоп стронция-90 вытесняет кальций из его соединений.

Цезий-137 всасывается в желудочно-кишечном тракте полностью, распространяется в организме равномерно, преимущественно в мягких тканях. Степень всасывания в кишечнике стронция-90 составляет 9-60 %, так как щелочноземельные элементы образуют труднорастворимые соединения, накапливается он в основном в костной ткани.

Распределение радионуклидов в организме слабо зависит от возраста. Для всех радионуклидов критическими органами являются кроветворная система и половые железы, так как в них даже при малых дозах радиации происходят существенные изменения. У беременных радиоактивные изотопы проходят через плаценту и откладываются в тканях плода. Наиболее интенсивное всасывание и депонирование происходит у молодого растущего организма. Так, строн-ций-90 сначала в большом количестве откладывается в губчатых, а в дальнейшем — в компактных частях костей. Стронций-90 токсичнее цезия-137 в 10 раз и плохо выводится из организма.