Ионизирующие излучения и обеспечение радиационной безопасности

XXI век невозможно представить без современного и постоянно совершенствуемого ядерного оружия, разбросанных по всей территории земного шара крупных объектов атомной энергетики и многих сложных промышленных производств, использующих в технологическом процессе различные радиоактивные вещества. Все это предопределило появление, а затем и нарастание интенсивности такого негативного фактора среды обитания, как ионизирующие излучения, представляющие значительную угрозу для жизнедеятельности человека и требующие проведения надежных мер по обеспечению радиационной безопасности работающих и населения.

Среди вопросов, вызывающих интерес и постоянное внимание человечества, является вопрос о действии радиации на человека и окружающую среду. Радиоактивность и сопутствующие ей ионизирующие излучения существовали на Земле и в космосе всегда, но стали известны человеку сравнительно недавно.

В 1895 году немецким физиком Рентгеном были случайно открыты лучи, названные рентгеновскими в честь открывателя. Затем в 1896 году французский ученый Беккерель обнаружил засветившиеся фотографические пластинки, после того, как на них некоторое время пролежал кусок минерала (случайно положенный для придавливания), содержащего уран. В 1898 году химик Мария Кюри и ее муж Пьер Кюри обнаружили, что уран после излучения таинственным образом превращается в другие элементы, один из которых они назвали полонием (в память о родине Марии Кюри –Польше), а другой – радием (по латыни это слово означает «испускающий лучи»). Впервые М.Кюри ввела в обиход слово «радиоактивность». Беккерель один из первых столкнулся с самым неприятным свойством радиоактивного излучения − воздействием на ткани живого организма. Он положил пробирку с радием в карман и в результате получил ожог кожи.

Мария Кюри умерла от злокачественного заболевания крови, поскольку слишком часто подвергалась воздействию радиоактивных излучений, 336 человек, работавших с радиоактивными материалами в то время, умерли в результате облучения. Несмотря на это, ученые направили все усилия на разгадку одной из самых волнующих загадок всех времен, стремясь проникнуть в самые сокровенные тайны материи − строение атома. К сожалению, результатам их поисков суждено было воплотиться в атомную бомбу в 1945 году. Практическим воплощением их поисков в мирных целях явилось создание атомной электростанции в 1954 г. в Обнинске, в 1956 г. в Англии, в 1957 г. – в США, в 1958 – во Франции. Общий радиационный фон, в котором постоянно существует человек, складывается из естественного и техногенного радиационных фонов.

Естественный фон создается:

 космическими излучениями;

 земной радиацией, т.е. природными радиоактивными веществами,

содержащимися в земле, воздухе и биосфере.

Техногенный фон обуславливается:

 работой атомных реакторов;

 работой урановых рудников, урановой промышленности;

 использованием радиоизотопов в народном хозяйстве;

 местами переработки и захоронения радиоактивных отходов.

Космические лучи приходят на землю в основном из глубин Вселенной, некоторая часть рождается на Солнце во время солнечных вспышек. Одни участки земной поверхности более подвержены их воздействию, чем другие. Северный и южный полюсы получают больше радиации, чем экваториальные области, из-за наличия у земли магнитного поля, отклоняющего заряженные частицы, из которых в основном состоят космические лучи. Существенно так же то, что степень облучения растет с высотой, поскольку при этом уменьшается слой воздуха, играющего роль защитного экрана.

Земная радиация Уровни земной радиации неодинаковы для разных мест земного шара и зависят от концентрации радионуклидов в том или ином участке земной коры. В Бразилии недалеко от Сан-Пауло есть место, где уровень радиации в 800 раз превосходит средний. Известны и другие места на земном шаре с высоким уровнем радиации, например, во Франции, Нигерии, на Мадагаскаре, Иране. Наиболее весомым из всех естественных источников земной радиации является невидимый, не имеющий вкуса и запаха тяжелый газ (в 7,5 раз тяжелее воздуха) радон.

Радон высвобождается из земной коры повсеместно, но его концентрация в наружном воздухе существенно различается для разных точек земного шара. Основную часть дозы облучения от радона человек получает, находясь в закрытом, непроветриваемом помещении. Поступая внутрь помещения, путем просачивания через фундамент и пол из грунта или реже высвобождаясь из материалов, использованных в конструкции дома, радон накапливается в нем. В результате в помещении могут возникать довольно высокие уровни радиации. Герметизация помещений с целью утепления только усугубляет дело, поскольку при этом еще более затрудняется выход радиоактивного газа из помещения. Концентрация радона в верхних этажах многоэтажных домов, как правило, ниже, чем на первом этаже. Кроме того, источником поступления радона в жилые помещения являются вода и природный газ. Вода из некоторых источников, особенно из глубоких колодцев или артезианских скважин, содержит очень много радона.

Техногенный радиационный фон и радиоактивное загрязнение окружающей среды может обуславливаться работой атомных реакторов АЭС и НИИ, урановых рудников и урановой промышленностью, неправильным содержанием мест переработки и хранения радиоактивных отходов, использованием радиоизотопов в народном хозяйстве и последствиями ядерных взрывов (в том числе и при испытаниях ядерного оружия, несмотря на то, что в настоящее время запрещены испытания ядерного оружия в атмосфере, космосе и под водой), а также в связи с использованием радиоактивных источников в космических исследованиях и астронавтике. Наибольшее загрязнение окружающей среды создает сеть изотопных лабораторий, использующих радионуклиды для научных и производственных целей.

Радиоактивные нуклиды в качестве закрытых источников ионизирующих излучений широко используют в промышленности, медицине, сельском хозяйстве.

Радиоактивное излучение от этих источников может создавать опасность в окружающей среде только в результате их неудовлетворительного хранения.

Радиационно-опасные объекты (РОО) – это объекты народного хозяйства, при авариях и разрушениях которых могут произойти массовые радиационные поражения людей, животных и растений, и загрязнение окружающей среды.

К РОО относятся:

 атомные станции (атомные электрические станции, атомные станции теплоснабжения, атомные энерготехнологические станции);

 урановые рудники;

 предприятия по переработке урановой руды и изготовлению ядерного топлива;

 предприятия по переработке отработанного ядерного топлива и захоронению радиоактивных отходов;

 учреждения, имеющие исследовательские ядерные реакторы и испытательные стенды.

Радиационную опасность также могут представлять транспортные средства, имеющие ядерно-энергетические установки, а также военные объекты, на которых находятся ядерные боеголовки. Из числа РОО наибольшую потенциальную опасность для населения представляют атомные электростанции, аварии на которых могут привести к тяжелым радиационным последствиям.

ХАРАКТЕРИСТИКА РАДИОАКТИВНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ.

Ионизирующее излучение − это явление, связанное с радиоактивностью. Радиоактивность − самопроизвольное превращение ядер атомов одних элементов в другие, сопровождающееся испусканием ионизирующих излучений.

Радиоактивными (ионизирующими) излучениями называются излучения, возникающие при самопроизвольном распаде ядер атомов некоторых химических элементов (урана, радия и т.п.), приводящем к изменению их атомного номера и массового числа.

Радиоактивные вещества распадаются со строго определенной скоростью, измеряемой периодом полураспада, т.е. временем, в течение которого распадается половина ядер атомов данного вещества. Скорость распада не зависит от внешних условий, её нельзя замедлить или ускорить какими-либо средствами.

Период полураспада (Т ½) данного изотопа –величина постоянная. Чем больше период полураспада, тем дольше «живет» данный радиоизотоп, создавая радиоизлучение. Например, Т ½ для йода-132 составляет 8 дней, кобальта-60 –5,3 года, стронция-90 –около 30 лет, цезия-137 –30 лет, урана-235 –710 млн. лет, плутония-234 –24 тыс. лет.

Период полураспада характеризует скорость распада РВ, но не определяет его количество. Количество РВ принято оценивать его активностью, под которой понимают число распадов атомов в единицу времени. За единицу активности, т.е. количества РВ, принята единица, названная Кюри – это внесистемная единица, а в системе «Си» единицей является Беккерель (Бк). 1 Ku= 3,7 10¹⁰ Бк. Один беккерель соответствует одному распаду в секунду для любого радионуклида. Кюри – такое количество РВ, в котором происходит 37 млрд. распадов ядер атомов в одну секунду.

По своей физической природе радиоактивные излучения представляют собой потоки быстро движущихся частиц (α и β частицы), входящих в состав атомных ядер, а также электромагнитное излучение этих ядер (гамма-лучи). Все радиоактивные излучения обладают большими энергиями и могут ионизировать вещество, в котором они распространяются.

Сущность ионизации заключается в том, что под воздействием радиоактивных излучений электрически нейтральные атомы и молекулы вещества распадаются на пары положительно и отрицательно заряженных частиц – ионов.

Ионизация вещества всегда сопровождается изменением его основных физико-химических свойств, а для биологической ткани – нарушением ее жизнедеятельности. Поэтому радиоактивные излучения и оказывают на живой организм поражающее действие. Ионизирующая способность радиоактивного излучения может быть оценена показателем удельной ионизации, измеряемой числом пар ионов вещества, создаваемых излучением на пути в один см. Чем больше величина удельной ионизации, тем быстрее расходуется энергия излучения (тем меньший путь пройдет излучение в веществе до полной потери своей энергии).

Поэтому, чем больше ионизирующая способность излучения, тем меньше проникающая способность и наоборот. Поражение человека и животных радиоактивными изучениями возможно в результате как внешнего, так и внутреннего облучения. Внутреннее облучение создается радиоактивными веществами, попавшими внутрь организма с воздухом, водой и пищей. При внешнем облучении наиболее опасны излучения, обладающие высокой проникающей способностью и находящиеся вне человека, а при внутреннем – обладающие высокой ионизирующей способностью (см.таблицу «Характеристика ионизирующих излучений»).

К основным видам радиоактивных излучений относятся α, β, γ-излучения, а также нейтронное излучение.

α –излучение представляет собой поток положительно заряженных частиц (α -частица – это ядро гелия, состоящее из 2-х протонов и 2 нейтронов), обладает наибольшей ионизирующей и наименьшей проникающей способностью, внешнее облучение практически безвредно, попадание этих частиц внутрь организма очень опасно. Длина их пробега в воздухе составляет 2,5 см, в биологической ткани − 31 мкм, в алюминии − 16 мкм. Вместе с тем для α-частиц характерна высокая удельная плотность ионизации биологической ткани.

Альфа-излучение, которое представляет собой поток тяжелых частиц, состоящих из нейтронов и протонов, задерживается, например, листом бумаги и практически не способно проникнуть через наружный слой кожи, образованный отмершими клетками. Поэтому оно не представляет опасности до тех пор, пока радиоактивные вещества, испускающие α-частицы, не попадут внутрь организма через открытую рану, с пищей или с вдыхаемым воздухом; тогда они становятся чрезвычайно опасными.

β -излучениепредставляет собой поток частиц, отрицательно заряжен-ных. (β -частица – это излученные электрон или позитрон). Ткань одежды задерживает до 50% β -частиц; на глубину до 1 мм проникает 20-25% частиц, попавших непосредственно на кожу. Для β-частиц длина пробега в воздухе составляет 17,8 м, в воде − 2,6 см, а в алюминии − 9,8 мм. При попадании их внутрь – опасно.

Удельная плотность ионизации, создаваемая γ-частицами, примерно в 1000 раз меньше, чем для α-частиц той же энергии. Рентгеновское и γ-излучения обладают высокой проникающей способностью, и длина пробега их в воздухе достигает сотен метров.

γ -излучения – это электромагнитное излучение, выпускаемое ядрами атомов при радиоактивных превращениях. γ -лучи испускаются квантами (порциями), не имеют электрического заряда, поэтому ионизирующая способность значительно ниже, чем у предыдущих излучений. Но зато обладают большой проникающей способностью и распространяются на расстоянии до 1000 м и поэтому очень опасны при внешнем облучении.

Нейтронное излучение представляет собой поток нейтронов. Скорость их распространения может достигать 20 000 км/сек. Так как нейтроны не несут электрического заряда, они легко проникают в ядро атомов и захватываются ими. Нейтроны легко проникают в живые ткани и поэтому оказывают сильное поражающее действие при внешнем и внутреннем облучении.

ПОНЯТИЕ О ДОЗЕ ОБЛУЧЕНИЯ, УРОВНЕ РАДИАЦИИ

Как было сказано, разные виды излучений сопровождаются высвобождением разного количества энергии и обладают разной проникающей способностью, поэтому они оказывают неодинаковое воздействие на ткани живого организма. Повреждений, вызванных в живом организме излучением, будет тем больше, чем больше энергии оно передаст тканям. Количество такой, переданной организму энергии, или, другими словами, количество энергии ионизирующих излучений, поглощенной единицей массы облучаемой среды, называется дозой (Д). Дозу облучения организм может получить от любого радионуклида или их смеси независимо от того, находятся ли они вне организма или внутри его (в результате попадания с пищей, водой или воздухом).

Различают 4 дозы облучения: экспозиционную, поглощенную, эквивалентную и эффективную.

Экспозиционная (или физическая) доза облучения – это количество энергии рентгеновских и γ -лучей, способных ионизировать сухой воздух. Чем больше доза, тем выше степень ионизации. За единицу измерения экспозиционной дозы γ -излучения в воздухе принят рентген (внесистемная единица измерения). Рентген (р) – это такая доза облучения, при которой в 1 см³сухого воздуха при Т 0 С и давлении 760 мм рт. ст. образуется 2,08 млрд. пар ионов. Производными от рентгена единицами являются миллирентген (мр), равный 0,001 р и микрорентген (мкр), равный 0,000001 р. В системе «Си» единицей измерения экспозиционной дозы является кулон на кг(кул/кг). 1 кул/кг = 3,88 10³ р.

Поглощенная доза – это количество энергии различных излучений, поглощенное единицей массы облучаемого тела и измеряется в радах (внесистемная единица). Рад – это такая поглощенная доза, при которой количество поглощенной энергии в 1 гр любого вещества составляет 100 эрг независимо от вида энергии излучения. В системе «СИ» единицей измерения этой дозы является грей (Гр). 1 рад = 0,01 Гр (1 Гр = 100 рад).

Грей (Гр, Gy) − единица поглощенной дозы в системе СИ. Представляет собой количество энергии ионизирующего излучения, поглощенной единицей массы какого-либо физического тела, например тканями организма. В системе СИ за единицу поглощенной дозы облучения принят джоуль на килограмм (Дж/кг) – грей (1 Гр = 1 Дж/кг).

Производными рада являются: миллирад (мрад), и микрорад (мкрад). При дозе облучения в 1р поглощенная доза в воздухе составит 0,87 рад, а в воде и живой ткани 0,93 рада. Поэтому о поражающем действии излучения на живые ткани организма можно судить по эффекту ионизации воздуха γ -излучением, т.е. 1р = 0,93 рада.

Но поглощенная доза не учитывает того, что при одинаковом ее значении α -излучения гораздо опаснее β или γ -излучений из-за своей выраженной ионизирующей способности.

Если принять во внимание этот факт, то поглощенную дозу стоит умножить на коэффициент, отражающий способность излучения данного вида повреждать ткани организма (т.е. вызывать ионизирующий эффект):

α -излучение считается при этом в 20 раз опаснее других видов излучений, т.е. установлены коэффициенты для пересчета эквивалентной дозы. Так, для α -излучения К=20, нейтронного – 10, для β и γ-излучений = 1.

Пересчитанную такими образом дозу называют эквивалентной дозой.

Эквивалентная доза − поглощенная доза, умноженная на коэффициент, отражающий способность данного вида излучения повреждать ткани организма. Её измеряют в бэрах (внесистемная единица) – биологический эквивалент рентгена, 1 бэр – это эквивалентная доза излучения, соответствующая поглощенной энергии любого вида излучения, биологическое действие которого эквивалентно действию 1 рентгена (рада) γ -излучения. В системе «Си» единицей измерения является зиверт (зв).

Зиверт (Зв, Sv) − единица эквивалентной дозы в системе СИ. Представляет собой единицу поглощенной дозы, умноженную на коэффициент, учитывающий неодинаковую радиационную опасность для организма разных видов ионизирующего излучения. Один зиверт соответствует поглощенной дозе в 1 Дж/кг (для рентгеновского, γ- и β- излучений).

Производным бэра является миллибэр (мбэр) и микробэр (мкбэр). (1 бэр = 0,01 зв, 1 зв = 100 бэр). Для удобства пользования единицами измерения принято, что 1 р =1 рад =1 бэр.

Эффективная эквивалентная доза − эквивалентная доза, умноженная на коэффициент, учитывающий разную чувствительность различных тканей к облучению. Величина воздействия ионизирующего излучения, используемая как мера риска возникновения отдаленных последствий облучения организма человека и отдельных его органов с учетом их радиочувствительности. Измеряется в зивертах.

Коллективная эффективная эквивалентная доза − эффективная эквивалентная доза, полученная группой людей от какого-либо источника радиации.

Полная коллективная эффективная эквивалентная доза − коллективная эффективная эквивалентная доза, которую получат поколения людей от какого-либо источника за все время его дальнейшего существования.

В дозиметрии кроме термина «излучение» применяется также термин «облучение» («доза облучения»), под которым понимается действие ионизирующих излучений на живой организм или материалы. Для характеристики степени загрязнения радиоактивными веществами какой-либо поверхности (почвы, предметов и т.д.), продуктов, воды и т.д. применяется мощность дозы излучения (уровень радиации – Р). Уровень радиации равен дозе, создаваемой за единицу времени, т.е. характеризует скорость накопления дозы. Единицами измерения мощности дозы является рентген/час (р/ч), рад/час (р/ч), бэр/час (бэр/ч), и соответственно им производные милли-и микро-, т.е. мр /ч, мкр/ч и т.д.

Произведение уровня радиации (Р) на время (Т) облучения дает дозу облучения (Д), т.е. Д = Р х Т (р, рад, бэр, зв).

Поэтому, чем больше уровень радиации, тем меньше время могут находиться на загрязненном участке территории люди, чтобы полученная доза облучения не превысила допустимую.

Допустимая доза облучения человека за свою жизнь: для населения средняя годовая эффективная доза равна 0,001 зиверта (0,1 бэр), или за период жизни (70 лет) – 0,07 зиверта (7 бэр). Для работающих с источниками излучения средняя годовая доза равна 0,02 зиверта (0,2 бэр), а за период трудовой деятельности (50 лет) – 1 зиверт (100 бэр).

Источники возможного дополнительного облучения человека в процессе жизни:

 просмотр одного хоккейного матча по ОВ – 1 мкбэр;

 ежедневный трехчасовой просмотр ТВ в течение года – 0,5 мбэр;

 перелет самолетом на расстоянии 2400 км –1 мбэр;

 облучение при флюорографии (только грудная клетка) – 370 мбэр;

 облучение при рентгеноснимке зуба (местное) – 3 бэра.

В результате воздействия радиоактивного излучения на организм человека в тканях могут происходить сложные физические, химические и биохимические процессы, связанные с ионизирующей способностью этих излучений. Известно, что 2/3 общего состава ткани человека составляют вода и углерод. Вода под воздействием излучения расщепляется на водород Н и гидроксильную группа ОН, которая образует продукты высокой химической активности: гидратный оксид НО₂ и перекись водорода Н₂ О₂. Эти соединения взаимодействуют с молекулами органического вещества ткани, окисляя и разрушая её. В результате нарушается нормальное течение биохимических процессов и обмен веществ в организме.

В зависимости от величины поглощенной дозы облучения и индивидуальных особенностей организма вызванные изменения могут быть обратимыми или необратимыми. Малые дозы облучения могут привести к развитию раковых поражений или к генетическим повреждениям, появляющимся через несколько или много лет.

Большие дозы облучения приводят к развитию у человека острой или хронической лучевой болезни. Считается, что однократное облучение в дозе менее 100 рад (бэр) не вызывает ОЛБ. Дозы, приводящие к развитию острой лучевой болезни при одноразовом облучении или облучении за короткое время (4 суток):

100 –200 рад –первая степень –легкая;

200 –400 рад –вторая степень –средняя;

400 –600 рад –третья степень –тяжелая;

600 –1000 рад –четвертая степень –крайне тяжелая.

Характерной особенностью течения ОЛБ является фазность (стадии или периоды в течении заболевания). Различают 4 периода в течении ОЛБ при любой степени тяжести:

1. Начальный период (первичная реакция на облучение);

2. Скрытый период (период мнимого благополучия);

3. Разгар болезни (период выраженных клинических проявлений);

4. Период разрешения болезни (с полным или частичным выздоровлением, а в крайне тяжелых случаях – летальным исходом).

В момент облучения пострадавший никаких ощущений не испытывает.

Начальный период наступает либо сразу после облучения в самых тяжелых случаях, либо через 1-10 часов, в зависимости от дозы облучения. Длительность его от нескольких часов до 2-3 суток. Характеризуется этот период следующими симптомами: появляется общая слабость, головная боль, головокружение, раздражительность, сухость во рту и горле, тошнота и рвота, которая является прогностическим признаком, т.е. чем выраженнее и чаще рвота, тем прогноз менее благоприятен, т.е. человек получил большую дозу облучения, и болезнь будет протекать тяжело или очень тяжело.

В это время появляется покраснение кожи лица, слизистой оболочки глаз, частый пульс, понижение артериального давления, в крови повышенное количество лейкоцитов, может быть повышениие температуры тела.

Скрытый (латентный) период(или период мнимого благополучия) продолжается в зависимости от тяжести поражения (т.е. дозы облучения), от нескольких дней до 2-4 недель, иногда до 5. Чем короче скрытый период, тем тяжелее будет клиническое течение болезни. В этом периоде при любой степени болезни самочувствие пострадавшего улучшается, все симптомы начального период чаще всего исчезают совсем или значительно ослабляются, температура тела нормализуется. Пострадавший не чувствует себя больным, работоспособность восстанавливается, самочувствие, общее состояние нормализуются.

Период разгара болезни характеризуется ухудшением общего состояния больного, у которого вновь появляется головная боль, тошнота, поносы или запоры, боли в животе, нарастает общая слабость, падает вес, повышается температура тела до 38-40. Больные вялы, угнетены, апатичны, отказываются от еды, появляется выпадение волос, на коже и слизистых оболочках множественные точечные кровоизлияния. Наблюдаются кровотечения из внутренних органов (легочные, желудочные, кишечные, почечные и т.п.). Появляются кровоизлияния и язвы в полости рта, на деснах и языке. Имеет место частый пульс, понижение артериального давления. Характерны изменения со стороны крови: прогрессирующее снижение количества эритроцитов, гемоглобина (анемия), лейкоцитов (вследствие чего резко снижаются защитные свойства организма), тромбоцитов (понижается свертываемость крови, способствующая кровотечениям), СОЭ значительно ускорена. В период разгара болезни часто возникают инфекционные осложнения вследствие угнетения иммунологических процессов.

При благоприятном течении болезни период разгара сменяется периодом восстановления. Протекает он длительно, до 5-6 месяцев. Постепенно все симптомы затухают, уменьшается общее самочувствие, нормализуется температура, прекращается кровоточивость и выпадение волос, повышается вес тела, восстанавливается картина крови (количество эритроцитов, лейкоцитов, тромбоцитов приходит в норму). Благоприятному исходу ОЛБ способствует своевременное и правильное лечение, уход за больным.

Выраженность симптомов ОЛБ, прогноз и сроки выздоровления зависят от интенсивности поражения ионизирующей радиацией и от состояния организма пострадавшего.

Стадии развития ОЛБ.

I ст. (легкая) Излечима всегда, лечение, как правило, амбулаторное, выздоровления 100 %.

IIст. (ср.тяжести) через 1,5-2 месяца лечения в стационаре выздоровления 70-80 %

IIIст. (тяжелая) При благоприятном исходе через 6-8 месяцев, лечение в стационаре выздоровления 20-30 %

IVст. (крайне тяжелая) Прогноз не благоприятный 100 % летальный исход, выздоровление в редких случаях как исключение.

Лекция № 2

ТЕМА: ОКАЗАНИЕ ПЕРВОЙ МЕДИЦИНСКОЙ ПОМОЩИ ПРИ ТРАВМАТИЧЕСКОМ ПОВРЕЖДЕНИИ.

ПЛАН:

1. Общие понятия о первой медицинской помощи.

2. Асептика и антисептика.

3. Травма и травматизм, шок, коллапс обморок, кома, ЧМТ, СДС, спинальная травма.

4. Первая медицинская помощь при шоке, коллапсе и обмороке, коме, ЧМТ, СДС, спинальной травме.