Подробности Просмотров: 7330

В обычных условиях каждый человек непрерывно подвергается воздействию ионизирующей радиации в результате космического излучения, а также вследствие излучения естественных радионуклидов, находящихся в земле, пище, растениях и в самом организме человека.

Уровень естественной радиоактивности, вызываемый естественным фоном, невелик. Такой уровень облучения привычен для человеческого организма и считается безвредным для него.

Техногенное облучение возникает от техногенных источников как в нормальных, так и в аварийных условиях.

Различные виды радиоактивных излучений могут вызывать в тканях организма определенные изменения. Эти изменения связаны с возникающей при облучении ионизацией атомов и молекул клеток живого организма.

Работа с радиоактивными веществами при отсутствии надлежащих мер защиты может привести к облучению дозами, оказывающими вредное влияние на организм человека.

Контакт с ионизирующими излучениями представляет серьезную опасность для человека. Степень опасности зависит как от величины поглощенной энергии излучения, так и от пространственного распределения поглощенной энергии в организме человека.

Радиационная опасность зависит от вида излучения (коэффициент качества излучения). Тяжелые заряженные частицы и нейтроны более опасны, чем рентгеновское и гамма-излучение.

В результате воздействия ионизирующих излучений на организм человека в тканях могут происходить сложные физические, химические и биологические процессы. Ионизирующие излучения вызывают ионизацию молекул и атомов вещества, в результате чего молекулы и клетки ткани разрушаются.

Ионизация живых тканей сопровождается возбуждением молекул клеток, что ведет к разрыву молекулярных связей и к изменению химической структуры различных соединений.

Известно, что 2/3 общего состава ткани человека составляет вода. В связи с этим процессы ионизации живой ткани во многом определяются поглощением излучения водой клеток, ионизацией молекул воды.

Образующиеся в результате ионизации воды водород (Н) и гидроксильная группа (ОН) непосредственно либо через цепь вторичных превращений образуют продукты с высокой химической активностью: гидратный окисел (Н02) и перекись водорода (Н202), обладающие ярко выраженными окислительными свойствами и высокой токсичностью по отношению к ткани. Вступая в соединения с молекулами органических веществ, и прежде всего с белками, они образуют новые химические соединения, не свойственные здоровой ткани.

При облучении нейтронами в организме могут образоваться радиоактивные вещества из содержащихся в нем элементов, образуя наведенную активность, т. е. радиоактивность, созданную в веществе в результате воздействия на него потоков нейтронов.

Ионизация живой ткани, зависящая от энергии излучения, массы, величины электрического заряда и ионизирующей способности излучения, приводит к разрыву химических связей и изменению химической структуры различных соединений, составляющих клетки ткани.

В свою очередь, изменения в химическом составе ткани, происходящие в результате разрушения значительного числа молекул, приводят к гибели этих клеток. Причем многие излучения проникают очень глубоко и могут вызвать ионизацию, а следовательно и поражение клеток в глубоко расположенных частях человеческого тела.

В результате воздействия ионизирующих излучений нарушается нормальное течение биологических процессов и обмен веществ в организме.

В зависимости от дозы облучения и продолжительности воздействия и от индивидуальных особенностей организма эти изменения могут быть обратимыми, при которых пораженная ткань восстанавливает свою функциональную деятельность, либо необратимыми, что приведет к поражению отдельных органов или всего организма. Причем чем больше доза облучения, тем больше воздействие его на организм человека. Выше отмечалось, что наряду с процессами повреждения организма ионизирующими излучениями происходят и защитно-восстановительные процессы.

Продолжительность облучения оказывает большое влияние на эффект облучения, и следует считать, что решающее значение имеет даже не доза, а мощность дозы облучения. С увеличением мощности дозы поражающее действие возрастает. Поэтому дробное воздействие облучения меньшими дозами менее губительно, чем получение той же дозы облучения в течение однократного облучения суммарной дозой облучения.

Степень поражения организма ионизирующим излучением повышается с увеличением размеров облучаемой поверхности. Воздействие ионизирующих излучений оказывается различным в зависимости от того, какой орган подвергается облучению.

Вид излучения влияет на разрушительную способность излучения при воздействии на органы и ткани организма. Это влияние учитывает взвешивающий коэффициент для данного вида излучения, что было отмечено ранее.

Индивидуальные особенности организма сильно проявляются при малых дозах облучения. С увеличением дозы облучения влияние индивидуальных особенностей становится незначительным.

Человек наиболее устойчив к облучению в возрасте от 25 до 50 лет. У молодых людей чувствительность к облучению выше, чем у людей среднего возраста.

Биологическое воздействие ионизирующих излучений в значительной степени зависит от состояния центральной нервной системы и внутренних органов. Нервные заболевания, а также заболевания сердечно-сосудистой системы, кроветворных органов, почек, желез внутренней секреции снижают выносливость человека к облучению.

Особенности воздействия радиоактивных веществ, попавших внутрь организма, связаны с возможностью длительного их нахождения в организме и непосредственного воздействия на внутренние органы.

Внутрь организма человека радиоактивные вещества могут поступать при вдыхании воздуха, загрязненного радионуклидами, через пищеварительный тракт (при еде, питье, курении), через поврежденную и неповрежденную кожу.

Г азообразные радиоактивные вещества (радон, ксенон, криптон и др.) легко проникают через дыхательные пути, быстро всасываются, вызывая явления общего поражения. Газы относительно быстро выделяются из организма, большая их часть выделяется через дыхательные пути.

Проникновение в легкие распыленных радиоактивных веществ зависит от степени дисперсности частиц. Частицы размером более 10 мк, как правило, задерживаются в носовой полости и в легкие не проникают. Частицы размером менее 1 мк, попавшие при вдыхании внутрь организма, удаляются с воздухом при выдыхании.

Степень опасности поражения зависит от химической природы этих веществ, а также от скорости выведения радиоактивного вещества из организма. Менее опасны радиоактивные вещества:

быстро обращающиеся в организме (вода, натрий, хлор и др.) и не задерживающиеся в организме на длительное время;

не усваиваемые организмом;

не образующие соединений, входящих в состав тканей (аргон, ксенон, криптон и др.).

Некоторые радиоактивные вещества почти не выводятся из организма и накапливаются в нем, при этом одни из них (ниобий, рутений и др.) равномерно распределяются в организме, другие сосредоточиваются в определенных органах (лантан, актиний, торий - в печени, стронций, уран, радий - в костной ткани), приводя к их быстрому повреждению.

При оценке действия радиоактивных веществ следует также учитывать период их полураспада и вид излучения. Вещества с малым периодом полураспада быстро теряют активность и поэтому менее опасны.

Каждая доза излучения оставляет глубокий след в организме. Одним из отрицательных свойств ионизирующих излучений является его суммарное, кумулятивное действие на организм.

Кумулятивное действие оказывается особенно сильным при попадании в организм радиоактивных веществ, отлагающихся в определенных тканях. При этом, присутствуя в организме изо дня в день в течение длительного срока, они облучают близлежащие клетки и ткани.

Различают следующие виды облучений:

хроническое (постоянное или прерывистое действие ионизирующего излучения в течение длительного времени);

острое (однократное, кратковременное лучевое воздействие);

общее (облучение всего организма);

местное (облучение части организма).

Результат воздействия ионизирующего излучения и при внешнем, и при внутреннем облучении зависит от дозы облучения, продолжительности воздействия, вида облучения, индивидуальной чувствительности и величины облучаемой поверхности. При внутреннем облучении эффект воздействия зависит, кроме того, от физико-химических свойств радиоактивных веществ и их поведения в организме.

На большом экспериментальном материале с животными, а также путем обобщения опыта работы людей с радионуклидами в общих чертах было установлено, что при воздействии на человека определенных доз ионизирующих излучений они не вызывают в организме существенных необратимых изменений. Такие дозы называются предельными.

Предел дозы - величина эффективной годовой или эквивалентной дозы техногенного облучения, которая не должна превышаться в условиях нормальной работы. Соблюдение предела годовой дозы предотвращает возникновение детерминированных эффектов, а вероятность стохастических эффектов сохраняется при этом на приемлемом уровне.

Детерминированные эффекты излучения - клинически выявляемые вредные биологические эффекты, вызываемые ионизирующим излучением, в отношении которых предполагается существование порога, ниже которого эффект отсутствует, а выше - тяжесть эффекта зависит от дозы.

Стохастические эффекты излучения - вредные биологические эффекты, вызываемые ионизирующим излучением, не имеющие дозового порога возникновения, вероятность возникновения которых пропорциональна дозе и для которых тяжесть проявления не зависит от дозы.

В связи с изложенным вопросы защиты работающих от вредного воздействия ионизирующих излучений носят разносторонний характер и регламентируются различными правовыми актами.

Ионизирующее излучение – вид радиации, которая у всех ассоциируется исключительно со взрывами атомных бомб и авариями на АЭС.

Однако на деле ионизирующее излучение окружает человека и представляет собой естественный радиационный фон: оно образуется в бытовых приборах, на электрических вышках и т.д. При воздействии с источниками происходит облучение человека данным излучением.

Стоит ли бояться серьезных последствий – лучевой болезни или поражения органов?

Сила действия излучения зависит от продолжительности контакта с источником и его радиоактивности. Бытовые приборы, создающие незначительный «шум», не опасны для человека.

Но некоторые типы источников могут нанести серьезный вред организму. Чтобы предотвратить негативное воздействие, нужно знать базовую информацию: что такое ионизирующее излучение и откуда оно исходит, а также как влияет на человека.

Природа ионизирующего излучения

Ионизирующее излучение возникает при распаде радиоактивных изотопов.

Таких изотопов множество, они используются в электронике, атомной промышленности, добыче энергии:

1. уран-238;
2. торий-234;
3. уран-235 и т.д.

Изотопы радиоактивного характера естественным образом распадаются с течением времени. Скорость распада зависит от вида изотопа и исчисляется в периоде полураспада.

По истечению определенного срока времени (у одних элементов этом могут быть несколько секунд, у других – сотни лет) количество радиоактивных атомов снижается ровно вдвое.

Энергия, которая высвобождается при распаде и уничтожении ядер, высвобождается в виде ионизирующего излучения. Оно проникает в различные структуры, выбивая из них ионы.

Ионизирующие волны основаны на гамма-излучении, измеряются в гамма-квантах. Во время передачи энергии не выделяются никакие частицы: атомы, молекулы, нейтроны, протоны, электроны или ядра. Воздействие ионизирующего излучения чисто волновое.

Проникающая способность излучения

Все виды разнятся по проникающей способности, то есть способность быстро преодолевать расстояния и проходить сквозь различные физические преграды.

Наименьшим показателем отличается альфа-излучение, а в основе ионизирующего излучения лежат гамма-лучи – самые проникающие из трех типов волн. При этом альфа-излучение оказывает самое отрицательное действие.

Что отличает гамма-излучение?

Оно опасно из-за следующих характеристик:

• распространяется со скоростью света;
• проходит через мягкие ткани, дерево, бумагу, гипсокартон;
• останавливается только толстым слоем бетона и металлическим листом.

Для задержки волн, которыми распространяется данное излучение, на АЭС ставят специальные коробы. Благодаря им радиации не может ионизировать живые организмы, то есть нарушать молекулярную структуру людей.

Снаружи коробы состоят из толстого бетона, внутренняя часть обита листом чистого свинца. Свинец и бетон отражают лучи или задерживают их в своей структуре, не позволяя распространиться и нанести вред живому окружению.

Виды источников радиации

Мнение, что радиация возникает только в результате жизнедеятельности человека, ошибочно. Слабый радиационный фон есть почти у всех живых объектов и у самой планеты соответственно. Поэтому избежать ионизирующего излучения очень сложно.

На основе природы возникновения все источники делятся на природные и антропогенные. Наиболее опасны антропогенные, такие, как выброс отходов в атмосферу и водоемы, аварийная ситуация или действие электроприбора.

Опасность последнего источника спорна: считается, что небольшие излучающие устройства не создают серьезной угрозы для человека.

Действие индивидуально: кто-то может почувствовать ухудшение самочувствия на фоне слабого излучения, другой же индивид окажется абсолютно не подвержен естественному фону.

Природные источники радиации

Основную опасность для человека представляют минеральные породы. В их полостях скапливается наибольшее количество незаметного для человеческих рецепторов радиоактивного газа – радона.

Он естественным образом выделяется из земной коры и плохо регистрируется проверочными приборами. При поставке строительных материалов возможен контакт с радиоактивными породами, и как результат – процесс ионизации организма.

Опасаться следует:

1. гранита;
2. пемзы;
3. мрамора;
4. фосфогипса;
5. глинозема.

Это наиболее пористые материалы, которые лучше всего задерживают в себе радон. Данный газ выделяется из строительных материалов или грунта.

Он легче воздуха, поэтому поднимается на большую высоту. Если вместо открытого неба над землей обнаружено препятствие (навес, крыша помещения), газ будет скапливаться.

Большая насыщенность воздуха его элементами приводит к облучению людей, компенсировать которое можно только выведением радона из жилых зон.

Чтобы избавиться от радона, требуется начать простое проветривание. Нужно стараться не вдыхать воздух в том помещении, где произошло заражение.

Регистрация возникновения скопившегося радона осуществляется только при помощи специализированных симптомов. Без них сделать вывод о скоплении радона можно только на основе не специфичных реакций человеческого организма (головная боль, тошнота, рвота, головокружение, потемнение в глазах, слабость и жжение).

При обнаружении радона вызывается бригада МЧС, которая устраняет радиацию и проверяет эффективность проведенных процедур.

Источники антропогенного происхождения

Другое название созданных человеком источников – техногенные. Основной очаг излучения – АЭС, расположенные по всему миру. Нахождение в зонах станций без защитной одежды влечет за собой начало серьезных заболеваний и летальный исход.

На расстоянии нескольких километров от АЭС риск сводится к нулю. При правильной изоляции все ионизирующие излучения остаются внутри станции, и можно находиться в непосредственной близости от рабочей зоны, при этом не получая никакой дозы облучения.

Во всех сферах жизнедеятельности можно столкнуться с источником излучения, даже не проживая в городе близ АЭС.

Искусственная ионизирующая радиация повсеместно используется в различных отраслях:

• медицине;
• промышленности;
• сельском хозяйстве;
• наукоемких отраслях.

Однако получить облучение от аппаратов, которые изготавливаются для данных отраслей, невозможно.

Единственное, что допустимо – минимальное проникновение ионных волн, которое не наносит вреда при малой продолжительности воздействия.

Радиоактивные осадки

Серьезная проблема современности, связанная с недавними трагедиями на АЭС – распространение радиоактивных дождей. Выбросы в атмосферу радиации заканчиваются накоплением изотопов в атмосферной жидкости – облаках. При переизбытке жидкости начинаются осадки, которые представляют серьезную угрозу для сельскохозяйственных культур и человека.

Жидкость впитывается в земли сельскохозяйственных угодий, где произрастает рис, чай, кукуруза, тростник. Данные культуры характерны для восточной части планеты, где наиболее актуальна проблема радиоактивных дождей.

Ионное излучение оказывает меньшее воздействие на другие части света, потому что осадки не доходят до Европы и островных государств в области Великобритании. Однако в США и Австралии дожди иногда проявляются радиационные свойства, поэтому при покупке овощей и фруктов оттуда нужно проявлять осторожность.

Радиоактивные осадки могут выпадать над водоемами, и тогда жидкость по каналам водоочистки и водопроводным системам может попасть в жилые дома. Очистные сооружения не обладают достаточной для снижения радиации аппаратурой. Всегда есть риск, что принимаемая вода – ионная.

Как обезопасить себя от радиации

Прибор, который измеряет, есть ли в фоне продукта ионные излучения, находится в свободном доступе. Его можно приобрести за небольшие деньги и использовать для проверки покупок. Название проверочного устройства – дозиметр.

Вряд ли домохозяйка будет проверять покупки прямо в магазине. Обычно мешает стеснение перед посторонними. Но хотя бы дома те продукты, что поступили из подверженных радиоактивным дождям зон, нужно проверять. Достаточно поднести счетчик к предмету, и он покажет уровень испускания опасных волн.

Влияние ионизирующего излучения на человеческий организм

Научно доказано, что радиация оказывает на человека отрицательное действие. Это было выяснено и на реальном опыте: к сожалению, аварии на Чернобыльской АЭС, в Хиросиме и т.д. доказали биологическую и излучения.

Влияние радиации основано на полученной «дозе» — количестве переданной энергии. Радионуклид (испускающий волны элементы) может оказывать влияние как изнутри, так и снаружи организма.

Полученная доза измеряется в условных единицах – Греях. Нужно учитывать, что доза может быть равной, а вот влияние радиации – разным. Это связано с тем, что различные излучения вызывают разные по силе реакции (самая выраженная у альфа-частиц).

Также на силу воздействия влияет и то, на какую часть организма пришлось попадание волн. Наиболее подвержены структурным изменениям половые органы и легкие, меньше – щитовидная железа.

Результат биохимического воздействия

Радиация влияет на структуру клеток организма, вызывая биохимические изменения: нарушения в циркуляции химических веществ и в функциях организма. Влияние волн проявляется постепенно, а не сразу после облучения.

Если человек попал под допустимую дозу (150 бэр), то отрицательные эффекты не будут выражены. При большем облучении ионизационный эффект увеличивается.

Естественное излучение равно примерно в 44 бэр в год, максимум – 175. Максимальное число лишь немного выходит за рамки нормы и не вызывает отрицательных изменений в организме, кроме головных болей или слабой тошноты у гиперчувствительных людей.

Естественное излучение складывается на основе радиационного фона Земли, употребления зараженных продуктов, использования техники.

Если доля превышена, развиваются следующие заболевания:

1. генетические изменения организма;
2. нарушения половой функции;
3. раковые образования мозга;
4. дисфункции щитовидной железы;
5. рак легких и дыхательной системы;
6. лучевая болезнь.

Лучевая болезнь является крайней стадией всех связанных с радионуклидами заболеваний и проявляется лишь у тех, кто попал в зону аварии.

Ионизирующее излучение -- это электромагнитное излучение, которое создается при радиоактивном распаде, ядерных превращениях, торможении заряженных частиц в веществе и образует при взаимодействии со средой ионы различных знаков.

Взаимодействие с веществом заряженных частиц, гамма-квантов и рентгеновских лучей. Корпускулярные частицы ядерного происхождения (-части, -частицы, нейтроны, протоны и т.д.), а также фотонное излучение (-кванты и рентгеновское и тормозное излучение) обладают значительной кинетической энергией. Взаимодействуя с веществом, они теряют эту энергию в основном в результате упругих взаимодействий с ядрами атомов или электронами (как это происходит при взаимодействии бильярдных шаров), отдавая им всю или часть своей энергии на возбуждение атомов (т.е. перевод электрона с более близкой на более удаленную от ядра орбиту), а также на ио-низацию атомов или молекул среды (т.е. отрыв одного или более электронов от атомов)

Упругое взаимодействие характерно для нейтральных частиц тронов) и фотонов, не имеющих заряда. При этом нейтрон, взаимодействуя с атомами, может в соответствии с законами классической механики передавать часть энергии, пропорциональную массам соударяющихся частиц. Если это тяжелый атом, то передается только часть энергии. Если это атом водорода, равный массе нейтрона, то передается вся энергия. При этом нейтрон замедляется до тепловых энергий порядка долей электровольта и далее вступает в ядерные реакции. Ударяя в атом, нейтрон может передать ему такое количество энергии, которое достаточно, чтобы ядро «выскочило» из электронной оболочки. В этом случае образуется заряженная частица, обладающая значительной скоростью, которая способна осуществлять ионизацию среды.

Аналогично взаимодействие с веществом и фотона. Он самостоятельно не способен ионизировать среду, но выбивает электроны из атома, которые и производят ионизацию среды. Нейтроны и фотонное излучение относятся к косвенно ионизирующим излучениям.

Заряженные частицы (- и -частицы), протоны и другие способны ионизировать среду за счет взаимодействия с электрическим полем атома и электрическим полем ядра. При этом заряженные частицы тормозятся и отклоняются от направления своего движения, испуская при этом тормозное излучение, одно из разновидностей фотонного излучения.

Заряженные частицы могут за счет неупругих взаимодействий передавать атомам среды количество энергии, недостаточное для ионизации. В этом случае образуются атомы в возбужденном состоянии, которые передают эту энергию другим атомам, либо испускают кванты характеристического излучения, либо, соударяясь с другими возбужденными атомами, могут получить энергию, достаточную для ионизации атомов.

Как правило, при взаимодействии излучений с веществами происходят все три вида последствий этого взаимодействия: упругое соударение, возбуждение и ионизация. На примере взаимодействия электронов с веществом в табл. 3.15 показана относительная доля и энергия, теряемая ими на различные процессы взаимодействия.

Таблица 3.15

Относительная доля энергии, теряемая электронами в результате различных процессов взаимодействия, %

Энергия, эВ	Упругое взаимодействие	Возбуждение атомов	Ионизация

Процесс ионизации является наиболее важным эффектом, на котором построены почти все методы дозиметрии ядерных излучений, особенно косвенно ионизирующих излучений.

В процессе ионизации образуются две заряженные частицы: положительный ион (или атом, потерявший электрон с внешней оболочки) и свободный электрон. При каждом акте взаимодействия могут быть оторваны один или несколько электронов.

Истинная работа ионизации атома составляет 10... 17 эВ, т.е. столько энергии требуется для отрыва электрона от атома. Экспериментально установлено, что энергия, передаваемая на образование одной пары ионов в воздухе, в среднем 35 эВ для -частиц и 34 эВ для электронов, а для вещества биологической ткани примерно 33 эВ. Разница определяется следующим. Среднюю энергию, идущую на образование одной пары ионов, определяют экспериментально как отношение энергии первичной частицы к среднему числу пар ионов, образованной одной частицей на всем ее пути. Так как заряженные частицы тратят свою энергию на процессы возбуждения и ионизации, то в экспериментальную величину энергии ионизации входят все виды энергетических потерь, отнесенные к образованию одной пары ионов. Экспериментальным подтверждением сказанному является табл. 3.14.

Дозы излучения. Когда ионизирующее излучение проходит через вещество, то на него оказывает воздействие только та часть энергии излучения, которая передается веществу, поглощается им. Порция энергии, переданная излучением веществу, называется дозой.

Количественной характеристикой взаимодействия ионизирующего излучения с веществом является поглощенная доза. Поглощенная доза Д (Дж/кг) -- это отношение средней энергии Не, переданной ионизирующим излучением веществу в элементарном объеме, к единице массы dm вещества в этом объеме

В системе СИ в качестве единицы поглощенной дозы принят грей (Гр), названной в честь английского физика и радиобиолога Л. Грея. 1 Гр соответствует поглощению в среднем 1 Дж энергии ионизирующего излучения в массе вещества, равной 1 кг. 1 Гр = 1 Джкг -1 .

Доза эквивалентная Н -- поглощенная доза в органе или ткани, умноженная на соответствующий взвешивающий коэффициент для данного излучения, W R

где D T,R -- средняя поглощенная доза в органе или ткани Т, W R - взвешивающий коэффициент для излучения R. Если поле излучения состоит из нескольких излучений с различными величинами W R , эквивалентная доза определяется в виде:

Единицей измерения эквивалентной дозы является Джкг. -1 , имеющий специальное название зиверт (Зв).

Доза эффективная Е -- величина, используемая как мера возникновения отдаленных последствий облучения всего тела человека и отдельных его органов с учетом их радиочувствительности. Она представляет сумму произведений эквивалентной дозы в органе на соответствующий коэффициент для данного органа или ткани:

где -- эквивалентная доза в ткани Т за время, a W T -- взвешивающий коэффициент для ткани Т. Единица измерения эффективной дозы -- Джкг -1 , которая имеет специальное название -- зиверт (Зв).

Доза эффективная коллективная S -- величина, определяющая полное воздействие излучения на группу людей, определяется в виде:

где -- средняя эффективная доза i-й подгруппы группы людей, -- число людей в подгруппе.

Единица измерения эффективной коллективной дозы -- человеко-зиверт (чел-Зв).

Механизм биологического действия ионизирующих излучений. Биологическое действие радиации на живой организм начинается на клеточном уровне. Живой организм состоит из клеток. Клетка животного состоит из клеточной оболочки, окружающей студенистую массу -- цитоплазму, в которой заключено более плотное ядро. Цитоплазма состоит из органических соединений белкового характера, образующих пространственную решетку, ячейки которой заполняют вода, растворенные в ней соли и относительно малые молекулы липидов -- веществ, по свойствам подобным жирам. Ядро считается наиболее чувствительной жизненно важной частью клетки, а основными его структурными элементами являются хромосомы. В основе строения хромосом находится молекула диоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), в которой заключена наследственная информация организма. Отдельные участки ДНК, ответственные за формирование определенного элементарного признака, называются генами или «кирпичиками наследственности». Гены расположены в хромосомах в строго определенном порядке и каждому организму соответствует определенный набор хромосом в каждой клетке. У человека каждая клетка содержит 23 пары хромосом. При делении клетки (митозе) хромосомы удваиваются и в определенном порядке располагаются в дочерних клетках.

Ионизирующее излучение вызывает поломку хромосом (хромосомные аберрации), за которыми происходит соединение разорванных концов в новые сочетания. Это и приводит к изменению генного аппарата и образованию дочерних клеток, неодинаковых с исходными. Если стойкие хромосомные аберрации происходят в половых клетках, то это ведет к мутациям, т.е. появлению у облученных особей потомства с другими признаками. Мутации полезны, если они приводят к повышению жизнестойкости организма, и вредны, если проявляются в виде различных врожденных пороков. Практика показывает, что при действии ионизирующих излучений вероятность возникновения полезных мутаций мала.

Однако в любой клетке обнаружены непрерывно действующие процессы исправления химических повреждений в молекулах ДНК. Оказалось также, что ДНК достаточна устойчива по отношению к разрывам, вызываемым радиацией. Необходимо произвести семь разрушений структуры ДНК, чтобы она уже не могла восстановиться, т.е. только в этом случае происходит мутация. При меньшем числе разрывов ДНК восстанавливается в прежнем виде. Это указывает на высокую прочность генов по отношению к внешним воздействиям, в том числе и ионизирующим излучениям.

Разрушение жизненно важных для организма молекул возможно не только при прямом их разрушении ионизирующим излучением (теория мишени), но и при косвенном действии, когда сама молекула не поглощает непосредственно энергию излучения, а получает ее от другого молекулы (растворителя), которая первоначально поглотила эту энергию. В этом случае радиационный эффект обусловлен вторичным влиянием продуктов радиолиза (разложения) растворителя на молекулы ДНК. Этот механизм объясняется теорией радикалов. Повторяющиеся прямые попадания ионизирующих частиц в молекулу ДНК особенно в ее чувствительные участки -- гены, могут вызвать ее распад. Однако вероятность таких попаданий меньше, чем попаданий в молекулы воды, которая служит основным растворителем в клетке. Поэтому радиолиз воды, т.е. распад при действии радиации на водородный (Н и гидроксильный (ОН) радикалы с последующим образованием молекулярного водорода и перекиси водорода, имеет первостепенное значение в радиобиологических процессах. Наличие в системе кислорода усиливает эти процессы. На основании теории радикалов главную рол в развитии биологических изменений играют ионы и радикалы, которые образуются в воде вдоль траектории движения ионизирующих частиц.

Высокая способность радикалов вступать в химические реакции обусловливает процессы их взаимодействия с биологически важными молекулами, находящимися в непосредственной близи от них. В таких реакциях разрушаются структуры биологических веществ, а это в свою очередь приводит к изменениям биологических процессов, включая процессы образования новых клеток.

Последствия облучения людей ионизирующим излучением. Когда мутация возникает в клетке, то о распространяется на все клетки нового организма, образовавшие путем деления. Помимо генетических эффектов, которые могут сказываться на последующих поколениях (врожденные уродства), наблюдаются и так называемые соматические (телесные) эффекты, которые опасны не только для самого данного организма (соматическая мутация), но и его потомства. Соматическая мутация распространяется только на определенный круг клеток, образовавшихся путем обычного деления из первичной клетки, претерпевшей мутацию.

Соматические повреждения организма ионизирующим излучением являются результатом воздействия излучения на большой комплекс -- коллективы клеток, образующих определенные ткани или органы. Радиация тормозит или даже полностью останавливает процесс деления клеток, в котором собственно и проявляется их жизнь, а достаточно сильное излучение в конце концов убивает клетки. Разрушительное действие излучения особенно заметно проявляется в молодых тканях. Это обстоятельство используется, в частности, для защиты организма от злокачественных (например, раковых опухолей) новообразований, которые разрушаются под воздействием ионизирующих излучений значительно быстрее доброкачественных клеток. К соматическим эффектам относят локальное повреждение кожи (лучевой ожог), катаракту глаз (помутнение хрусталика), повреждение половых органов (кратковременная или постоянная стерилизация) и др.

В отличие от соматических, генетические эффекты действия радиации обнаружить трудно, так как они действуют на малое число клеток и имеют длительный скрытый период, измеряемый десятками лет после облучения. Такая опасность существует даже при очень слабом облучении, которое хотя и не разрушает клетки, но способно вызвать мутации хромосом и изменить наследственные свойства. Большинство подобных мутаций проявляется только в том случае, когда зародыш получает от обоих родителей хромосомы, поврежденные одинаковым образом. Результаты мутаций, в том числе и смертность от наследственных эффектов -- так называемая генетическая смерть, наблюдались задолго до того, как люди начали строить ядерные реакторы и применять ядерное оружие. Мутации могут быть вызваны космическими лучами, а также естественным радиационным фоном Земли, на долю которого по оценкам специалистов приходится 1 % мутаций человека.

Установлено, что не существует минимального уровня радиации, ниже которого мутации не происходит. Общее количество мутаций, вызванных ионизирующим излучением, пропорционально численности населения и средней дозе облучения. Проявление генетических эффектов мало зависит от мощности дозы, а определяется суммарной накопленной дозой независимо от того, получена она за 1 сутки или 50 лет. Полагают, что генетические эффекты не имеют дозового порога. Генетические эффекты определяются только эффективной коллективной дозой человекозиверт (чел-Зв), а выявление эффекта у отдельного индивидуума практически не предсказуемо.

В отличие от генетических эффектов, которые вызываются малыми Дозами радиации, соматические эффекты всегда начинаются с определенной пороговой дозы: при меньших дозах повреждения организма не происходит. Другое отличие соматических повреждений от генетических заключается в том, что организм способен со временем преодолевать последствия облучения, тогда как клеточные повреждения необратимы.

Значения некоторых доз и эффектов воздействия излучения на организм приведены в табл. 3.16.

Таблица 3.16

Радиационное воздействие и соответствующие биологические эффекты

Воздействие
	Мощность дозы или продолжительность	Облучение	Биологический эффект
	В течение недели		Практически отсутствует
	Ежедневно (в течение нескольких лет)		Лейкемия
	Единовременно		Хромосомные нарушения в опухолевых клетках (культура соответствующих тканей)
	В течение недели		Практически отсутствует
	Накопление малых доз		Удвоение мутагенных эффектов у одного поколения
	Единовременно
			СД 50 для людей
			Выпадение волос (обратимое)
	0,1-0,5 Зв/сут		Возможно излечение в стационарных условиях
	3 Зв/сут или накопление малых доз		Радиационная катаракта
			Возникновение рака сильно радиочувствительных органов
			Возникновение рака умеренно радиочувствительных органов
			Дозовый предел для нервных тканей
			Дозовый предел для желудочно-кишечного тракта

Примечание. О -- общее облучение тела; Л -- локальное облучение; СД 50 -- доза, приводящая к 50 %-ной смертности среди лиц, подвергшихся облучению.

Нормирование воздействия ионизирующих излучений. К основным правовым нормативам в области радиационной безопасности относятся Нормы радиационной безопасности (НРБ--99). Документ относится к категории санитарных правил (СП 2.6.1.758-99), утвержден Государственным санитарным врачом Российской Федерации 2 июля 1999 г.

Нормы радиационной безопасности включают в себя термины и определения, которые необходимо использовать в решении проблем радиационной безопасности. Они также устанавливают три класса нормативов: основные дозовые пределы; допустимые уровни, являющиеся производными от дозовых пределов; пределы годового поступления, объемные допустимые среднегодовые поступления, удельные активности, допустимые уровни загрязнения рабочих поверхностей и т.д.; контрольные уровни.

Нормирование ионизирующих излучений определяется характером воздействия ионизирующей радиации на организм человека. При этом выделяются два вида эффектов, относящихся в медицинской практике к болезням: детерминированные пороговые эффекты (лучевая болезнь, лучевой ожог, лучевая катаракта, аномалии развития плода и др.) и стохастические (вероятностные) беспороговые эффекты (злокачественные опухоли, лейкозы, наследственные болезни).

Обеспечение радиационной безопасности определяется следующими основными принципами:

• 1. Принципом нормирования -- непревышение допустимых пределов индиви-дуальных доз облучения граждан от всех источников ионизирующего излучения.
• 2. Принципом обоснования -- запрещение всех видов деятельности по использованию источников ионизирующего излучения, при которых полученная для человека и общества польза не превышает риск возможного вреда, причиненного дополнительным к естественному радиационному фону облучения.
• 3. Принципом оптимизации -- поддержание на возможно низком и достижимом уровне с учетом экономических и социальных факторов индивидуальных доз облучения и числа облучаемых лиц при использовании любого источника ионизирующего излучения.

В целях социально-экономической оценки воздействия ионизирующего излучения на людей для расчета вероятностей потерь и обоснования расходов на радиационную защиту при реализации принципа оптимизации НРБ-- 99 вводят, что облучение в коллективной эффективной дозе в 1 чел-Зв приводят к потере 1 чел-года жизни населения.

НРБ -- 99 вводят понятия индивидуальный и коллективный риск, а также определяют значение максимальной величины уровня принебрегаемого риска воздействия облучения. Согласно этим нормам индивидуальный и коллективный пожизненный риск возникновения стохастических (вероятностных) эффектов определяется соответственно

где r, R -- индивидуальный и коллективный пожизненный риск соответственно; Е - индивидуальная эффективная доза; -- вероятность для i-го индивидуума получить годовую эффективную дозу от Е до Е + dE; r E -- коэффициент пожизненного ри-ска сокращения длительности периода полноценной жизни в среднем на 15 лет один стохастический эффект (от смертельного рака, серьезных наследственных эффектов и несмертельного рака, приведенного по вреду к последствиям от смертельного рака), равный

для производственного облучения:

1/чел.-Зв при мЗв/год

1/чел.-Зв при мЗв/год

для облучения населения:

1/чел.-Зв при мЗв/год;

1/чел.-Зв при мЗв/год

Для целей радиационной безопасности при облучении в течение года индивидуальный риск сокращения длительности периода полноценной жизни в результате возникновения тяжелых последствий от детерминированных эффектов консервативно принимается равным:

где -- вероятность для i-го индивидуума быть облученным с дозой больше Д при обращении с источником в течение года; Д -- пороговая доза для детерминированного эффекта.

Потенциальное облучение коллектива из N индивидуумов оправдано, если

где -- среднее сокращение длительности периода полноценной жизни в результате возникновения стохастических эффектов, равное 15 лет; -- среднее сокращение длительности периода полноценной жизни в результате возникновения тяжелых последствий от детерминированных эффектов, равное 45 лет; -- денежный эквивалент потери 1 чел.-года жизни населения; V-- доход от производства; Р -- затраты на основное производство, кроме ущерба от защиты; Y -- ущерб от защиты.

НРБ--99 подчеркивают, что снижение риска до возможного низкого уровня (оптимизацию) следует осуществлять с учетом двух обстоятельств:

• - предел риска регламентирует потенциальное облучение от всех возможных источников. Поэтому для каждого источника при оптимизации устанавливается граница риска;
• - при снижении риска потенциального облучения существует минимальный уровень риска, ниже которого риск считается пренебрежимым и дальнейшее снижение риска нецелесообразно.

Предел индивидуального риска для техногенного облучения лиц из персонала принимается 1,010 -3 за 1 год, а для населения 5,010 -5 за 1 год.

Уровень пренебрежимого риска разделяет область оптимизации риска и область безусловно приемлемого риска и составляет 10 -6 за 1 год.

НРБ--99 вводят следующие категории облучаемых лиц:

• - персонал и лица, работающие с техногенными источниками (группа А) или находящиеся по условиям работы в сфере их воздействия (группа Б);
• - все население, включая лиц из персонала, вне сферы и условий их производственной деятельности.

Таблица 3.17

Основные дозовые пределы

Примечания. * Дозы облучения, как и все остальные допустимые производные уровни персонала группы Б, не должны превышать 1/4 значений для персонала группы А.

** Относится к среднему значению в слое толщиной 5 мг/см 2 под покровным слоем толщиной 5 мг/см2. На ладонях толщина покровного слоя -- 40 мг/см 2 .

Основные дозовые пределы облучаемых лиц из персонала и населения не включают в себя дозы от природных, медицинских источников ионизирующего излучения и дозу вследствие радиационных аварий. На эти виды облучения устанавливаются специальные ограничения.

НРБ--99 предусматривают, что при одновременном воздействии источников внешнего и внутреннего облучения должно выполняться условие, чтобы отношение дозы внешнего облучения к пределу дозы и отношение годовых поступлений нуклидов к их пределам в сумме не превышали 1.

Для женщин из персонала в возрасте до 45 лет эквивалентная доза в коже на поверхности нижней части живота не должна превышать 1 мЗв в месяц, а поступление радионуклидов в организм не должно превышать за год 1/20 предела годового поступления для персонала. При этом эквивалентная доза облучения плода за 2 месяца не выявленной беременности не превышает 1 мЗв.

При установлении беременности женщин из персонала работодатели должны переводить их на другую работу, не связанную с излучением.

Для студентов в возрасте до 21 года, проходящих облучение с источниками ионизирующего излучения, годовые накопленные дозы не должны превышать значений, установленных для лиц из населения.

При проведении профилактических медицинских рентгенологических научных исследований практически здоровых лиц, годовая эффективная доза облучения не должна превышать 1 мЗв.

НРБ--99 устанавливают также требования по ограничению облучения населения в условиях радиационной аварии.

Радиоактивные вещества (РВ) могут проникать в организм тремя путями: с вдыхаемым воздухом, через желудочно-кишечный тракт (с пищей и водой), через кожу. Человек получает облучение не только снаружи, но и через внутренние органы. РВ проникают в молекулы внутренних органов, особенно костной ткани и мышц. Концентрируясь в них, РВ продолжают облучать и повреждать организм изнутри.

Радиационный риск — вероятность возникновения у человека или его потомства какого-либо вредного эффекта в результате облучения.

Ионизирующая радиация при воздействии на организм человека может вызывать неблагоприятные эффекты двух видов:

Детерминированные (лучевая болезнь, лучевой дерматит, лучевая катаракта, лучевое бесплодие, аномалии в развитии плода и др.). Предполагается существование дозового порога, ниже которого эффект отсутствует, а выше которого тяжесть эффекта зависит от дозы;

Стохастические вероятностные беспороговые вредные биологические эффекты (злокачественные опухоли, лейкозы, наследственные болезни), не имеющие дозового порога возникновения. Тяжесть их проявления не зависит от дозы. Период возникновения этих эффектов у облученного человека составляет от 2 до 50 лет и более.

Биологическое действие ионизирующих излучений связано с образованием новых, не свойственных для организма соединений, нарушающих деятельность как отдельных функций, так и целых систем организма. Частично идут процессы восстановления структур организма. От интенсивности этих процессов зависит общий результат восстановления. С увеличением мощности излучения значимость процессов восстановления уменьшается.

Различают генетические (наследственные) и соматические (телесные) вредные эффекты.

Генетические эффекты связаны с изменением генного аппарата под действием ионизирующих излучений. Последствиями этого являются мутации (появления у облученных людей потомства с иными признаками, часто с врожденными уродствами).

Генетические эффекты имеют длительный скрытый период (десятки лет после облучения). Такая опасность существует даже при очень слабом облучении, которое, хотя и не разрушает клетки, но способно изменить наследственные свойства.

Соматические эффекты всегда начинаются с определенной пороговой дозы. При дозах, меньших, чем пороговые, повреждения организма не происходит. К соматическим эффектам относят местные повреждения кожи (лучевой ожог), катаракту глаз (помутнение хрусталика), повреждение половых органов (кратковременная или постоянная стерилизация). Организм способен преодолевать многие соматические последствия облучения.

Степень лучевого поражения в значительной мере зависит от размеров облучаемой поверхности, от того, подвергалось ли облучению все тело или только часть его. С ее сокращением уменьшается и биологический эффект.

Длительное облучение малыми дозами (хроническое) в рабочей среде может привести к развитию хронической лучевой болезни. Наиболее характерными признаками хронической лучевой болезни являются изменения формулы крови, локальные поражения кожи, поражения хрусталика, пневмосклероз, снижение иммунитета. Способность вызывать отдаленные последствия — одно из коварных свойств ионизирующего излучения.

Проходя через вещество, все виды ионизирующих излучений вызывают ионизацию, возбуждение и распад молекул. Аналогичный эффект наблюдается при облучении человеческого организма. Поскольку основную массу (70%) организма составляет вода, его поражение при облучении осуществляется посредством так называемого косвенного воздействия : сначала излучение поглощается молекулами воды, а затем ионы, возбужденные молекулы и фрагменты распавшихся молекул вступают в химические реакции с биологическими веществами, составляющими организм человека, вызывая их повреждение. В случае облучения нейтронами в организме могут дополнительно образовываться радионуклиды за счет поглощения нейтронов ядрами элементов, содержащихся в организме.

Проникая в организм человека, ионизирующие излучения могут стать причиной тяжелых заболеваний. Физические, химические и биологические превращения вещества при взаимодействии с ним ионизирующих излучений называют радиационным эффектом , который может привести к таким серьезным заболеваниям, как лучевая болезнь, белокровие (лейкемия), злокачественные опухоли, заболевания кожи. Могут возникнуть и генетические последствия, ведущие к наследственным заболеваниям.

Ионизация живой ткани приводит к разрыву молекулярных связей и изменению химической структуры соединений. Изменения в химическом составе молекул приводят к гибели клеток. В живой ткани происходит расщепление воды на атомарный водород и гидроксильную группу, которые образуют новые химические соединения, не свойственные здоровой ткани. В результате происшедших изменений нормальное течение биохимических процессов и обмен веществ нарушаются.

Облучение организма человека может быть внешним и внутренним. При внешнем облучении , которое создается закрытыми источниками, опасны излучения, обладающие большой проникающей способностью. Внутреннее облучение происходит, когда радиоактивные вещества попадают в организм при вдыхании воздуха, загрязненного радиоактивными элементами, через пищеварительный тракт (при приеме пищи, загрязненной воды и курении) и в редких случаях через кожу. Внутреннему облучению организм подвергается до тех пор, пока радиоактивное вещество не распадется или не выведется в результате физиологического обмена, поэтому наибольшую опасность представляют радиоактивные изотопы с большим периодом полураспада и интенсивным излучением. Характер повреждений и их тяжесть определяются поглощенной энергией излучения, которая прежде всего зависит от мощности поглощенной дозы, а также от вида излучения, продолжительности облучения, биологических особенностей и размеров облучаемой части тела и индивидуальной чувствительности организма.

При воздействии разных видов радиоактивных излучений на живые ткани определяющими являются проникающая и ионизирующая способности излучения. Проникающая способность излучения характеризуется длиной пробега 1 – толщиной материала, необходимой для поглощения потока. Например, длина пробега альфа-частиц в живой ткани несколько десятков микрометров, а в воздухе 8–9 см. Поэтому при внешнем облучении кожа предохраняет организм от воздействия альфа- и мягкого бета- излучения, проникающая способность которых невелика.

Разные виды излучений при одинаковых значениях поглощенной дозы вызывают разное биологическое поражение.

Заболевания, вызванные радиацией, могут быть острыми и хроническими. Острые поражения наступают при облучении большими дозами за малое время. Очень часто после выздоровления наступает раннее старение, обостряются прежние заболевания. Хронические поражения ионизирующими излучениями бывают как общими, так и местными. Развиваются они всегда в скрытой форме в результате систематического облучения дозами, превышающими предельно допустимую, полученными как при внешнем облучении, так и при попадании в организм радиоактивных веществ.

Опасность лучевого поражения в значительной степени зависит от того, какой орган подвергся облучению. По избирательной способности накапливаться в отдельных критических органах (при внутреннем облучении) радиоактивные вещества можно разделить на три группы:

• – олово, сурьма, теллур ниобий, полоний и др. распределяются в организме равномерно;
• – лантан, церий, актиний, торий и др. накапливаются в основном в печени;
• – уран, радий, цирконий, плутоний, стронций и др. накапливаются в скелете.

Индивидуальная чувствительность организма сказывается при малых дозах облучения (менее 50 мЗв/год), при увеличении дозы она проявляется в меньшей степени. Организм наиболее устойчив к облучению в возрасте 25– 30 лет. Заболевание нервной системы и внутренних органов снижает сопротивляемость организма облучению.

При определении доз облучения основными являются сведения о количественном содержании радиоактивных веществ в теле человека, а не данные о концентрации их в окружающей среде.