Действие ионизирующего излучения на человека

Население Земли в течение тысячелетий подвергается облучению в естественных условиях от мало интенсивных источников, которые исключить невозможно.

Наиболее значительным источником внешнего облучения в эксплуатируемых зданиях является радон – 222 и 220. Значения естественного радиационного фона колеблются в зависимости от местности или района города.

Основными источниками радиоактивных загрязнении являются: урановая добыча, радиохимическая промышленность, ядерные реакторы разных типов, места переработки и захоронения радиоактивных отходов, ядерные взрывы, космические излучения, использование радиоактивных веществ в народном хозяйстве (в машиностроении и приборостроении для автоматического контроля технологических операций, дефектоскопии металлов, качества сварных швов, структуры металла, уровня агрессивных сред в замкнутых объемах, борьбы со статическим электричеством, в медицине, геологической разведке…).

К ионизирующим относятся корпускулярные (a, b, n) и электромагнитные (, рентгеновское) излучения, способные при взаимодействии с веществом создавать в нем заряженные атомы и молекулы – ионы.

a частицы – поток ядер гелия, испускаемых веществом при радиоактивном распаде, это тяжелые, положительно заряженные частицы, движущиеся со скоростью около 10⁹см/с и поглощающиеся алюминиевой фольгой толщиной несколько микрометров. Обладают большой ионизирующей способностью, малой проникающей способностью. Пробег a - частиц в воздухе всего 10 см, в живой ткани несколько микрометров.

b частицы – легкие, отрицательно заряженные частицы, движутся со скоростью близкой к скорости света. Поглощаются слоем алюминия толщиной 1 мм (электроны). Обладают большей по сравнению с a частицами проникающей, но меньшей ионизирующей способностью. В воздухе распространяются на десятки метров.

нейтроны n - поток частиц, которые преобразуют свою энергию в упругих и неупругих взаимодействиях с ядрами атомов; при упругих взаимодействиях возможна обычная ионизация вещества, при неупругих – возникает вторичное излучение, которое может состоять из заряженных частиц или - квантов. Проникающая способность зависит от их энергии и состава атомов вещества с которым они взаимодействуют.

лучи – сильно проникающее излучение, не отклоняющееся ни в электрическом ни в магнитном поле. Природа лучей – жесткое ЭМИ, имеющее еще более короткую волну, чем рентгеновское излучение. Обладает большой проникающей и малой ионизирующей способностью. Энергия фотонов 0,01-3 МэВ.

рентгеновское излучение - возникает в среде, окружающей b - источник, в рентгеновских трубах, в ускорителях электронов… и представляет собой совокупность тормозного и характеристического излучения с энергией фотонов не более 1 МэВ. Обладает большой проникающей и малой ионизирующей способностью.

Самопроизвольное превращение ядер, сопровождающееся излучением называется РАДИОАКТИВНОСТЬЮ.

При работе с радиоактивными изотопами для чело­века существенно значимо не их массовое количество, а число испускаемых ими частиц, которое определяется числом распадающихся ядер в секунду; оно называется активностью изотопов или радиоактивностью. За еди­ницу радиоактивности принят беккерель (Бк), означаю­щий одно ядерное превращение в секунду. Радиоактив­ность определяет энергию радиоактивного изотопа, ко­торая характеризуется дозой излучения.

Различают поглощенную Д_п, экспозиционную Д_э, эк­вивалентную или биологическую Д_б и интегральную Д_и дозы. Поглощенная доза характеризует количество анер­гии, поглощенной единицей облучаемой массы, измеря­ется в грэях (1 Гр = 1 Дж/кг); экспозиционная доза — ионизирующую способность радиоактивного изотопа, измеряется в кулонах на килограмм (Кл/кг); эквивален­тная (биологическая) доза — энергию, поглощенную биологической тканью, измеряется в зивертах (Зв). Меж­ду эквивалентной и поглощенной дозами существует сле­дующая зависимость:

Д_б = Д_п Q Зв,

где Q — коэффициент качества, учитывающий опасную для человека ионизирующую способность излучений.

Коэффициент качества для рентгеновских и гамма - лучей принят равным 1, для бета - лучей — 2, для нейт­ронов с энергией менее 20 МэВ.— 3, для протонов с энергией менее 10 МэВ — 10, для альфа - лучей — 20 и т. д. Таким образом, чем выше ионизирующая способ­ность, тем больше коэффициент качества.

Интегральная доза излучения характеризует суммар­ную дозу, полученную всей облучаемой массой.

Любая доза, отнесенная к единице времени, называ­ется мощностью дозы. Человек не может с помощью органов чувств обнаружить наличие ИИ, хотя они в орга­низме ионизируют сложные органические соединения (белки, нуклеиновые кислоты и т. п.), приводя к нару­шениям их структуры и образованию новых, не свой­ственных организму веществ и соединений, в том числе и радиоактивных.

Биологическое действие радиации на живой организм начинается на клеточном уровне. В результате облучения в живой ткани, как и в любой среде поглощается энергия и возникают возбуждение и ионизация атомов облучаемого вещества. Т.к. у человека основную массы тела составляет вода, первичные процессы во многом определяются поглощением излучения водой клеток, ионизацией молекул воды с образованием высокоактивных в химическом отношении свободных радикалов типа ОН или Н и последующими цепными реакциями, в основном окислением этими радикалами молекул белка. Это косвенное действие ИИ.

Прямое действие ИИ может вызвать расщепление молекул белка, разрыв наименее прочных связей и т.д.

Облучение источниками ИИ может быть внешним и внутренним. Внешнее облучение производится источни­ками, находящимися вне организма, внутреннее — источниками, попавшими внутрь через легкие, кожу, органы пищеварения.

Внутреннее облучение более опасно, чем внешнее, так как попавшие внутрь организма радиоактивные изотопы подвергают непрерывному облучению не защищенные роговым слоем внутренние органы до тех пор, пока не выводятся из организма.

Одни радиоактивные вещества, попавшие в организм, накапливаются в скелете (Ra, Sr, Zr), другие — в печени (Th, Ce, Am), некоторые распределяются по всему организму (Po, Te, Sb, Nb) и т.д.

Различают два вида эффекта воздействия на организм ИИ: соматический и генетический. При соматическом эффекте последствия проявляются непосредственно у облучаемого, при генетическом — у его потомства.

Соматические эффекты могут быть ранними или отдаленными. Ранние соматические эффекты, возникают в период от нескольких минут до 30 — 60 суток после облучения. К ним относят покраснение и шелушение кожи, помутнение хрусталика глаза, поражение кроветворной системы, продромальные реакции (потеря аппетита, тошнота, рвота, понос и т.п.), лучевую болезнь, летальный исход. Отдаленные соматические эффекты проявляются через несколько месяцев или лет после облучения в виде стойких изменений кожи, злокачественных новообразований, снижения воспроизводительных функций, сокращения продолжительности жизни. Выраженные соматические эффекты проявляются при поглощенной дозе более 0,5 Гр, острая болезнь — при дозе более 4,0 Гр.

Генетические эффекты связаны с поражением клеток в гонадах (мужских половых железах), передающих генетические характеристики последующему поколению. Они проявляются в ухудшении физического и умственного развития потомства, снижении у него средней продолжительности жизни и т. п.

Острые поражения развиваются при однократном равномерном гамма-облучении всего тела и поглощенной дозе свыше 0,25 Гр. При дозе 0,25...0,5 Гр могут наблюдаться временные изменения в крови, которые быстро нормализуются. В интервале дозы 0,5... 1,5 Гр возникает чувство усталости, менее чем у 10 % облученных может наблюдаться рвота, умеренные изменения в крови.

При дозе 1,5...2,0 Гр наблюдается легкая форма острой лучевой болезни, которая проявляется продолжительным снижением числа лимфоцитов в крови (лимфопенией), возможна рвота в первые сутки после облучения. Смертельные исходы не регистрируются. Лучевая болезнь средней тяжести возникает при дозе 2,5...4,0 Гр. Почти у всех в первые сутки—тошнота, рвота, резко снижается содержание лейкоцитов в крови, появляются подкожные кровоизлия­ния, в 20 % случаев возможен смертельный исход, смерть наступает через 2...6 недель после облучения. При дозе 4,0...6,0 Гр развивается тяжелая форма лучевой болезни, приводящая в 50 % случаев к смерти в течение первого месяца. При дозах, превышающих 6,0...9,0 Гр, почти в 100 % случаев крайне тяжелая форма лучевой болезни заканчивается смертью из-за кровоизлияния или инфекционных заболеваний.

Основными особенностями воздействия ИИ являются:

Даже малые количества ИИ могут вызвать глубокие изменения в организме (лучевую болезнь);

Действие малых доз суммируется, но не пропорционально (за счет сопротивляемости организма облучению);

ИИ вызывают изменения не только в облучаемом организме, но могут оказывать воздействие на генетический аппарат организма.

1. Органы человека имеют различную чувствительность к ИИ (щитовидная железа накапливает иод, мышечная ткань – стронций 90). Установлены группы органов по чувствительности к ИИ:

Органы, ткань	Максимально допустимые дозы, для взрослых и облучении во время работы за 1 год, Зв	Дозовые пределы для населения за 1 год, Зв
Гонады, красный костный мозг	0,05	0,005
Кожа, кости, щитовидная железа	0,33	0,003
Кисти рук, предплечье, ступни, лодыжки	0,75	0,0075

Одноразовое облучение большими дозами вызывает более глубокие изменения, чем фракционное.