Опасности, связанные с использованием источников

Ионизирующего излучения

 

Слово ''облучение'' родилось, вошло в жизнь послевоенных поколений и до наших дней неразрывно связано с первым практическим и, – увы! – отвратительным применением внутриядерной энергии атомными бомбардировками Хиросимы и Нагасаки. При взрывах атомных бомб более 100 тыс. японцев погибли практически мгновенно, пораженные световой и ударной волнами. Десятки тысяч, выживших в этот первый момент, подверглись действию проникающих излучений атомного взрыва и скончались в течение нескольких дней и недель от острой лучевой болезни (олб), вызванной переоблучением и отягощенной травмами и обширными ожогами кожи. В течение последующих 30 лет (1947-1976) от лучевой болезни скончалось еще около 90 тыс. человек. По прогнозам в дальнейшем жертвами отдаленных последствий переоблучения окажутся еще 360 тыс. человек.

Радиоактивные вещества и излучения всегда были и содержатся в окружающей среде. Все живое на Земле возникло и развивалось под их постоянным воздействием. Естественный радиационный фон складывается из космической радиации и излучений естественных радиоактивных элементов земной коры (урана, радия, тория и др.). Кроме доз внешнего облучения, они являются источниками и внутреннего облучения населения при попадании в организм с вдыхаемым воздухом, пищей и водой таких радиоэлементов как калий, радон, углерод. Суммарная доза природного фона колеблется в широких пределах в различных районах Земли, составляя в среднем 100-200 мбэр/год. В некоторых районах СНГ, Франции, Швеции, США этот уровень достигает 200-300 мбэр/год. На территории Украины также есть районы, где естественный фон существенно выше средних уровней (некоторые районы Житомирской, Днепропетровской, Запорожской областей). В Бразилии и Индии есть районы, где эти дозы в 5-10 раз превышают среднемировые.

Научно-технический прогресс обусловил увеличение дозы природного фона радиации за счет широкого применения медицинской рентген-радиодиагностики, пребывания в современных зданиях, у телевизоров, полетов на самолетах, загрязнения атмосферы при сжигании угля, испытании ядерного оружия и аварий на радиационно-опасных объектах. Таким образом, в настоящее время, в условиях технологически повышенного естественного радиоактивного фона каждый житель Земли на протяжении всей своей жизни ежегодно облучается дозой в среднем 300-600 мбэр, что является обычной средой его обитания в современном мире.

Для объективной и адекватной оценки последствий действия радиации четко разграничивают их непосредственную реализацию (ближайшие последствия) и отдаленные эффекты, которые определяются не только облучением, но в значительно большей степени влиянием многих других факторов, прежде всего химических.

К ближайшим последствиям, непосредственно связанным с воздействием радиации, относят лучевые поражения, как острые, так и растянутые по времени подострые, хронические, обусловленные внешним, внутренним или сочетанным (внешним и внутренним) облучением. К ним относят ОЛБ, подострую и хроническую лучевые болезни, поражения кожи, в том числе выпадение волос, поражения хрусталика глаза.

Вследствие жесткого нормирования и контроля за радиационной безопасностью, все перечисленные поражения могут возникнуть только при нарушении правил работы с радиоактивными источниками и возникновении аварийных ситуаций среди небольшой группы или отдельных лиц, профессионально связанных с этими работами.

К отдаленным последствиям относят повышение риска возникновения опухолей и наследственных эффектов. Когда же значительная часть населения облучается сравнительно небольшими дозами, и ближайшие последствия попросту отсутствуют, на первый план выступает оценка отдаленных последствий, носящих статистический характер.

Прежде, чем рассматривать вопрос о влиянии ионизирующих излучений на биологические объекты, необходимо разобраться в определениях основных понятий, с которыми нам придется далее иметь дело.

Радиоактивность – самопроизвольное превращение (распад) атомных ядер некоторых химических элементов (урана, тория, радия, калифорния и др.), приводящее к изменению их атомного номера и массового числа. Такие элементы называются радиоактивными.

Радиоактивные вещества распадаются со строго определенной скоростью, измеряемой периодом полураспада (Т_1/2), т.е. временем, в течение которого распадается половина всех атомов. Радиоактивный распад не может быть остановлен или ускорен каким-либо способом.

Если поместить радий в свинцовую коробку с узкой щелью, то с помощью приборов можно определить, что через нее проходит пучок излучений, который разделяется в магнитном поле. Излучение, отклоняющееся в сторону Севера, называется a-излучением, Юга - b-излучением; излучение, не отклоняющееся магнитным полем, называется g-излучением (оно не имеет электрического заряда). Ионизирующее излучение имеет ряд общих свойств, два из которых – способность проникать через материалы различной толщины и ионизировать воздух и живые клетки организма – заслуживают особого внимания. Наибольшей ионизирующей способностью обладают альфа-частицы, имеющие незначительную длину пробега (расстояние, проходимое частицей в среде, до момента прекращения существования данной частицы). У бета-частиц ионизирующая способность значительно меньше, а длина их свободного пробега в воздухе и других материалах гораздо больше. Таким образом, для человека, как и для любого другого организма, альфа-излучение не представляет какой-либо опасности, а вот бета-излучение опасно для человека, особенно при попадании радиоактивных веществ на открытые участки кожи. Зато гамма-кванты обладают очень большой проникающей способностью, поэтому они в еще большей степени вредны для всего живого.

Ионизирующее излучение – излучение, энергия которого достаточна для ионизации облучаемой среды. Процесс взаимодействия излучения со средой называется облучением.

Число радиоактивных распадов в единицу времени называется активностью. В системе единиц СИ за единицу активности принято одно ядерное превращение в секунду (расп/с). Эта единица получила название беккереля (Бк). Внесистемной единицей измерения активности является кюри (Ки)[7].

Количественной характеристикой поля ионизирующего излучения, основанной на величине ионизации сухого воздуха при атмосферном давлении, является экспозиционная доза (Дэ). Единицей ее измерения является рентген (Р)[8].

Количество энергии, поглощенной единицей массы облучаемого вещества называется поглощенной дозой. Единицей дозы является рад. В системе СИ новой единицей поглощения является грей (Гр)[9].

При одной и той же поглощенной дозе радиобиологический эффект тем выше, чем плотнее ионизация, создаваемая излучением. Для количественной оценки этого явления потребовалось ввести понятие коэффициента относительной биологической эффективности (ОБЭ), или коэффициента качества излучения (КК):

ОБЭ, или КК какого-либо излучения – численный коэффициент, который равен отношению поглощенной дозы эталонного излучения, вызывающий определенный радиобиологический эффект, к дозе рассматриваемого излучения, вызывающей тот же биологический эффект.

Экспериментальным путем установлено, что поглощенная доза нейтронов может быть эквивалентна поглощенной дозе g-излучения только с учетом коэффициента ОБЭ (КК). Так в радиационной дозиметрии появилось новое понятие – эквивалентная доза Дэкв = Дп • КК.

Единицей измерения эквивалентной дозы является биологический эквивалент рада: 1 бэр = 1 рад•ОБЭ. В системе единиц СИ новой единицей эквивалентной дозы является зиверт (Зв), названный в честь шведского радиолога Рольфа Зиверта: 1 Зв = 100 бэр (1 бэр = 10^–2 Зв).

Теперь, когда мы познакомились с эквивалентной дозой – последним понятием радиационной дозиметрии и радиобиологии, эту систему можно считать замкнутой.

При изучении действия излучения на организм были определены следующие особенности:

1. Высокая эффективность поглощенной энергии. Малые количества поглощенной энергии излучения могут вызвать глубокие биологические изменения в организме.

2. Наличие скрытого, или инкубационного, периода проявления действия ионизирующего излучения. Этот период часто называют периодом мнимого благополучия. Продолжительность его сокращается при облучении в больших дозах.

3. Действие от малых доз может суммироваться или накапливаться. Этот эффект называется кумуляцией.

4. Излучение воздействует не только на данный живой организм, но и на его потомство. Это так называемый генетический эффект.

5. Различные органы живого организма имеют свою чувствительность к облучению. При ежедневном воздействии дозы 0,002-0,005 Гр уже наступают изменения в крови.

6. Каждый организм в целом одинаково реагирует на облучение.

7. Облучение зависит от частоты. Одноразовое облучение в большой дозе вызывает более глубокие последствия, чем фракционированное.

Энергия, излучаемая радиоактивными веществами, поглощается окружающей средой. В результате воздействия ионизирующего излучения нарушаются нормальное течение биохимических процессов и обмен веществ в организме. В зависимости от величины поглощенной дозы излучения и индивидуальных особенностей организма вызванные изменения могут быть обратимыми или необратимыми. При небольших дозах ткань восстанавливает свою функциональную деятельность. Большие дозы при длительном воздействии могут вызвать необратимое поражение отдельных органов или всего организма.

Любой вид ионизирующих излучений вызывает биохимические изменения в организме, как при внешнем, так и внутреннем облучении. Основным процессом, объясняющим биологическое действие излучения, является растрата поглощенной энергии на разрыв химических связей с образованием высокоактивных в химическом отношении соединений, так называемых свободных радикалов. Поскольку у млекопитающих основную часть массы живого организма составляет вода (у человека коло 75 %), решающее значение имеет косвенное воздействие через ионизацию молекул воды и химизм последующих реакций со свободными радикалами. При ионизации атомов воды образуется положительный ион Н₂О⁺ и электрон, который, пройдя расстояние в несколько сот молекулярных диаметров от места действия первичной частицы и потеряв всю энергию, либо рекомбинирует, либо образует отрицательный ион Н₂О^–

a-, b-, g-Þ Н₂О ® Н₂О⁺ + е^–; Н₂О + е^– ® Н₂О^–.

Оба эти иона являются неустойчивыми и разлагаются на пару стабильных ионов, которые рекомбинируют с образованием молекул воды, и двух свободных радикалов Он^х и Н^х, отличающихся исключительно высокой химической активностью:

Н₂О⁺ ® Он^х + Н^х; Н₂О^– ® Он^х + Н^х;

Он^х + Он^х ® Н₂О₂, Он^х + Н₂О₂ ® Н₂О + Но^х₂.

Непосредственно или через цепь вторичных превращений, таких, как образование НО₂, Н₂О₂ и др. активных окислителей, Он^х и Н^х, взаимодействуя с молекулами белков, ведут к разрушению клеток живой ткани в основном за счет энергично протекающих процессов окисления. Этот эффект в значительной степени снижается бурно развивающейся, цепной, самоускоряющейся обратной реакцией рекомбинации ионов воды. Катализаторами этой реакции служат свободные радикалы, образующиеся при ионизации воды, а сама реакция идет в следующей форме

Он^х + Н₂О₂ ® Н₂О + Но^х₂, Но^х₂ + Н₂О₂ ® Н₂О + Но^х

и т.д., повторяясь. Следовательно можно сказать, что излучение ведет к изменению молекулярной структуры веществ, составляющих объект воздействия.

Биологический эффект ионизирующего излучения зависит от суммарной дозы, времени воздействия излучения, вида излучения, размеров облучаемой поверхности и индивидуальных особенностей организма.

При однократном облучении всего тела человека возможны биологические нарушения в зависимости от суммарной поглощенной дозы излучения. При облучении дозами, в 100-1000 раз превышающими смертельную дозу, человек может погибнуть во время облучения. Смертельные поглощенные дозы для отдельных частей тела следующие: голова-20, нижняя часть живота-30, верхняя часть живота-50, грудная клетка-100, конечности-200 Гр.

Если рассматривать ткани органов в порядке уменьшения их чувствительности к действию излучения, то получим следующую последовательность: лимфатическая ткань, лимфатические узлы, селезенка, зобная железа, костный мозг, зародышевые клетки. Большая чувствительность кроветворных органов к радиации лежит в основе определения характера лучевой болезни. При однократном облучении всего тела человека поглощенной дозой 0,5 Гр. через сутки после облучения может резко сократиться число лимфоцитов. Уменьшится также и количество эритроцитов по истечении двух недель после облучения.

Важным фактором при воздействии ионизирующего излучения на организм является время облучения. С увеличением мощности дозы поражающее действие излучения возрастает. Чем более дробно излучение по времени, тем меньше его поражающее действие. Степень поражения организма зависит от размера облучаемой поверхности.

Радиоактивные вещества могут попасть внутрь организма при вдыхании воздуха, зараженного радиоактивными элементами, с зараженной пищей или водой, через кожу, а также при заражении открытых ран.

Попадание твердых частиц в дыхательные органы зависит от степени дисперсности частиц.

Гораздо чаще вследствие несоблюдения правил техники безопасности радиоактивные вещества попадают в организм через пищеварительный тракт. Проникновение радиоактивных загрязнений через раны или через кожу можно предотвратить, если соблюдать соответствующие меры предосторожности. Опасность радиоактивных элементов, попадающих тем или иным путем в организме человека, тем больше, чем выше их активность.

Степень опасности зависит от скорости выведения их из организма. Если радионуклиды, попавшие внутрь организма, однотипны с элементами, которые потребляются человеком с пищей (натрий, хлор, калий и др.), то они не задерживаются на длительное время в организме, а выделяются вместе с ними.

На скорость выведения радиоактивного вещества большое влияние оказывает период полураспада данного радиоактивного вещества.

Основные особенности биологического действия ионизирующих излучений следующие:

1. Действие ионизирующих излучений на организм не ощутимы человеком. У людей отсутствует орган чувств, который воспринимал бы ионизирующие излучения. Поэтому человек может поглотить, вдохнуть радиоактивное вещество без всяких первичных ощущений. Дозиметрические приборы являются как бы дополнительным органом чувств, предназначенным для восприятия ионизирующего излучения.

2. Видимые поражения кожного покрова, недомогание, характерные для лучевого заболевания, появляются не сразу, а спустя некоторое время.

3. Суммирование доз происходит скрыто. Если в организм человека систематически будут попадать радиоактивные вещества, то со временем дозы суммируются, что неизбежно приводит к лучевым заболеваниям.

При одном и том же потоке излучения, активности или концентрации радионуклида защита населения на местности должна быть на порядок более эффективной, чем персонала на производстве. Это понятно: среди населения могут находиться беременные женщины и дети, особенно чувствительные к облучению, а также профессиональные больные и инвалиды, дальнейшее облучение которых недопустимо.

Для работы в полях высокоэнергетичных электронов критичным органом является хрусталик глаза. Для защиты глаз используют в такой ситуации прозрачные плексигласовые щитки перед глазами или очки из обычного стекла.

У многих сохранились в памяти кадры кинохроники о послеаварийных работах ЧАЭС, предварительный инструктаж людей, идущих работать на крышу машинного зала: “Как только досчитаешь до девяноста после выхода из люка - чем бы ни был занят – бросай и бегом к люку». Это пример «защиты времени», или, говоря научным языком, «определение допустимой продолжительности работы в поле излучения». Исходя из установленных уровней радиации на местности дозиметристами выводятся данные о допустимом времени работ на зараженной территории.

Другой принцип защиты от излучения – это «защита расстоянием». Характерные примеры использования этого метода защиты – длинная штанга g-дозиметра «Карагач», позволяющая ввести ионизационную камеру в мощное поле без переоблучения дозиметриста, или измерение мощности дозы над аварийным реактором с помощью вертолетов, оснащенных соответствующей аппаратурой и пролетающих над ним на большой высоте.

Следующий принцип – защита экранированием или поглощением - основан на использовании процессов взаимодействия фотонов с веществом. Защитные свойства материалов определяются коэффициентом ослабления излучения. Так слой половинного ослабления фотонов с энергией 1 МэВ составляет 1,3 см свинца или 13 см бетона.

Для защиты от проникающего g-излучения активной зоны реактора на АЭС ее окружают многометровым слоем из тяжелых материалов. Толщину защиты выбирают такой, чтобы мощность дозы в постоянно обслуживаемых помещениях не превышала предельно допустимого значения.

Дополнительно для защиты от переоблучения применяются препараты -радипротекторы.

Для получения необходимой информации о состояния радиационной обстановки и облучения персонала при работе с источниками ионизирующего излучения проводится радиационный контроль. Он осуществляется службой радиационной безопасности предприятия, ведомственной службой и органами государственного санитарного надзора.

Помимо перечисленных существует и другие способы защиты людей от ионизирующего излучения (радиоактивные вещества находятся в вытяжном шкафу, закрытом прозрачным защитным экраном, в котором герметично закреплены толстые защитные перчатки; работники применяют (при небольшой активности) легкие полумаски “Лепесток” и специальные костюмы для зоны с высокой радиоактивностью и пр.).

 

Социальные опасности