Биологическое действие радиоактивных излучений

В данной теме речь пойдёт о биологическом влиянии радиации на организм человека.

Поглощенная доза – это отношение ионизирующей энергии, переданной веществу к массе этого вещества.

В системе СИ поглощенная доза измеряется в грэях (Гр).

Однако, до введения этой единицы была и другая единица измерения поглощенной дозы – рад.

Она равна приблизительно одной сотой грэя.

От названия этой единицы измерения пошло называние целого класса приборов, которые называются радиометрами.

Еще одна важная величина – это мощность излучения, то есть, поглощенная доза в единицу времени. Зная мощность излучения, можно будет вычислить поглощенную дозу при нахождении в радиоактивной зоне в течение того или иного времени.

Также, существует такая величина, как экспозиционная доза. Она характеризует ионизирующую способность излучения. При попадании радиоактивного излучения в вещество, в нем происходит ионизация. Конечно, ионизация атомов внутри живых организмов пагубно влияет на их здоровье. При попадании в клетку живого организма подобных частиц, происходят нарушения работы клетки. Итак, экспозиционная доза – это отношение суммарного заряда ионов одинакового знака, который образовался в некотором объеме вещества к массе этого объема.

Надо сказать, что экспозиционная доза в кулонах на килограмм используется мало. В основном используется внесистемная единица измерения, которая называется рентген (Р).

Но как всё-таки выразить биологический эффект облучения количественно? Для этого вводится еще одна величина, которая называется эквивалентной дозой. Конечно, разные виды излучения вызывают разные эффекты. Например, a-лучи дают эффект, напоминающий эффект ожога. Дело в том, что a-частицы не проходят в тело человека дальше, чем на несколько микрон. Что касается b-лучей, то они могут проникать на несколько сантиметров, поскольку они значительно меньше и обладают более высокой скоростью. g-излучение пронизывает человека насквозь. В связи с этим вводится такая величина, как коэффициент качества – это величина, характеризующая эффективность того или иного излучения. Эквивалентная доза определяется как произведение поглощенной дозы и коэффициента качества.

Единицей измерения эквивалентной дозы является зиверт (Зв). Условно принято считать, что коэффициент качества для g-излучения равен единице. Исходя из этого, были подсчитаны коэффициенты качества для других видов излучений. Для b-лучей, коэффициент качества также равен единице, а вот для a-лучей, коэффициент качества составляет 20. Для нейтронного излучения коэффициент качества может быть равен трем, семи или десяти (в зависимости от скорости нейтронов). Если вы обратили внимание, то коэффициент качества для быстрых нейтронов меньше, чем для средних. Дело в том, что быстрые нейтроны могут проскочить мимо атомов, не нанеся им никакого вреда.

Итак, в чем же состоит биологическое действие? Как вы знаете, значительную часть человеческого организма составляет вода. Именно на воду и действует радиоактивное излучение в первую очередь. В результате облучения образуются радикалы, которые воздействуют на клетку самым нежелательным образом (а именно – вызывают мутацию клеток). Хорошо известно, что внешнее излучение (пусть даже слабое) способно уже через несколько месяцев изменить состав крови. Но гораздо более опасное и вредное – это внутреннее излучение. Внутреннее излучение возникает, когда радиоактивные продукты распада попадают внутрь человека (чаще всего это бывает при вдыхании радиоактивной пыли, хотя в отдельных случаях, эти продукты могут попасть в человеческий организм вместе с пищей). В первую очередь, поражаются те органы, с помощью которых радиоактивные нуклиды и попали в организм. В дальнейшем эти нуклиды осаждаются в костях, в органах, продолжая испускать излучение, в результате вторичного распада. В качестве примеров таких вредных радионуклидов можно привести углерод 14, калий, стронций, барий, цезий, радий, торий и некоторые другие вещества. Именно внутреннее излучение и губит человека.

Радиационные эффекты делятся на два вида: соматические и генетические. К соматическим эффектам относятся лучевая болезнь, лучевые ожоги и возникновение лейкозы (то есть, заболевание лейкемией). Также к соматическим эффектам относятся раковые опухоли. К генетическим эффектам относятся генные мутации и хромосомные мутации. Эти эффекты проявляются в последующих поколениях – то есть у потомков человека, подвергшегося облучению.

Рассмотрим таблицу, в которой приведены поглощенные дозы и соответствующие последствия.

Как вы знаете, существует естественный радиационный фон, который, конечно, наносит небольшой вред, но никаких ярко выраженных последствий поглощения таких доз нет. Дозы до 1 Гр вызывают не очень значительные изменения и еще могут рассматриваться, как состояние предболезни. Однако, дозы свыше 1 Гр вызывают острую лучевую болезнь. Дозы более 3 Гр считаются критическими: получившие такую дозу требуют немедленного лечения. Дозы более 10 Гр являются 100 % смертельными.

Итак, как же защититься от подобных негативных влияний? В первую очередь, конечно, необходимо защитить дыхательные пути и поверхность кожи. Надо сказать, что от a-лучей можно защититься, даже нося плотную одежду. Для защиты от b-излучения уже требуется специальный костюм, который сделан из прорезиненного и просвинцованного материала. Дело в том, что свинец достаточно хорошо задерживает a- и b-частицы, а также ослабляет g-излучение. Но полностью защититься от g-излучения на сегодняшний день не представляется возможным, поскольку данное излучение обладает очень высокой проникающей способностью. Все укрепления и подземные бункеры, подготовленные на случай ядерной катастрофы сделаны, главным образом, для того, чтобы ослабить влияние g-лучей. В них используются материалы с высоким коэффициентом поглощения – толстые слои бетона и свинца.

Как вы знаете, существуют естественные и искусственные источники радиоактивного излучения. Надо сказать, что 75% радиационного фона привносят естественные источники радиации. Частично – это космическое излучение, которому подвергается Земля (в частности от Солнца). Но, главный вклад вносят радиоактивные элементы, которые существуют на нашей планете с момента её образования. Защититься от этих источников нет никакой возможности, но, к счастью, естественный радиационный фон довольно слаб. Искусственные источники радиации – это, в основном, атомные электростанции и испытания атомного и ядерного оружия.

Основные выводы:

– Поглощенная доза – это величина, равная отношению энергии ионизирующего излучения, поглощенной облучаемым веществом, к массе этого вещества.

– Экспозиционная доза – это величина, равная отношению суммарного заряда ионов одинакового знака, который образовался в некотором объеме вещества к массе этого объема.

– Эквивалентная доза – это величина, определяющая воздействие излучения на организм, и равная произведению поглощенной дозы на коэффициент качества.

– Коэффициент качества показывает, во сколько раз радиационная опасность от воздействия на живой организм данного вида излучения больше, чем от воздействия γ-излучения.

 

https://www.youtube.com/watch?v=JCGpsABhnJo

https://www.youtube.com/watch?v=mvuipGBG9Jc

https://www.youtube.com/watch?v=IekrzYoNFes ссылки на урок

 

Д/З § - 113 изучить, подготовить конспект.