Міністерство охорони здоров’ я України

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

КАМ ’ ЯНЕЦЬ-ПОДІЛЬСЬКЕ МЕДИЧНЕ УЧИЛИЩЕ

 

Лекція

Тема:

” Техногенні небезпеки та їхні наслідки. Радіаційна безпека ”

 

 

РАДІАЦІЙНІ АВАРІЇ

Людство живе в період швидкого розвитку атомної енергетики, широкого використання радіоізотопів та інших джерел іонізуючого випромінювання у всіх галузях народного господарства.

Слово «радіація» походить від латинського «гасііаііо» — випро­мінювання. Термін «випромінювання» використовують, коли йдеться про випромінювання, що здатні спричинювати іонізацію середови­ща, через яке вони проходять.

Радіація і супровідні її іонізуючі випромінювання існували за­довго до виникнення життя на Землі. Учені вважають, що іонізуючі випромінювання супроводжували великий вибух, з якого близько 20 мільярдів років тому утворився наш Всесвіт. Відтоді радіація по­стійно наповнює космічний простір, а радіоактивні матеріали ввійшли до складу Землі із самого її виникнення. Навіть людський організм дещо радіоактивний, тому що в його тканинах у мінімальних кілько­стях наявні радіоактивні речовини. З моменту відкриття радіації минуло вже понад 100 років. У 1895 р. німецький фізик Вільгельм Рентген відкрив невідомі раніше Х-промені, названі на його честь рентгенівськими. Відкриття Рентгена започаткувало наступні відкрит­тя в науці і практиці. У 1896 р. французький вчений Анрі Беккерель поклав у шухляду стола фотоплівки і притиснув шматками мінера­лу, що містив уран. При проявленні на плівках були виділені сліди невідомих випромінювань, що Беккерель визнав результатом впливу урану.

У 1918 р. Марія Кюрі та її чоловік П'єр Кюрі встановили, що уран після випромінювання перетворюється на інші хімічні елементи. Один із цих елементів подружжя назвало полонієм на честь Польщі — батьківщини Марії, і ще один — радієм («що випромінює промінь»). У 1934 р. подружжя Кюрі штучно, шляхом бомбардування альфа- частками інших хімічних елементів, одержало нові елементи. Тепер штучним шляхом отримано понад 900 радіоізотопів. Однак ці вчені вперше зустрілися з уражуючим випромінюванням тканин живого організму. А. Беккерель поклав флакон з радієм у кишеню й одержав опік шкіри, що довго не гоївся. Подружжя Кюрі загинуло від дії радіації. Близько 336 чол., які працювали в ті самі роки з радіоактив­ними речовинами, загинули внаслідок опромінення.

У Гамбурзі встановлено пам'ятник, на якому вибито імена 110 уче­них, які стали жертвами перших експериментів при випромінюванні рентгенівських променів. Незважаючи на це, невелика група моло­дих талановитих учених зосередили свої зусилля на розгадці цих глибинних таємниць матерії. На жаль, результатам їхніх наукових вишукувань призначено було втілитися в атомну бомбу в 1945 р.

Вибухи цих бомб призвели до величезних людських жертв. Ви­бух у Хіросімі (6 серпня 1945 р.) призвів до загибелі 140 000 чол., а в Нагасакі (9 серпня 1945 р.) — 74 000 чол. Люди, які перенесли атом­не бомбардування, помирають від його наслідків дотепер. Практич­ним застосуванням розробок учених стало також будівництво пер­шої у світі атомної електростанції в СРСР (Обнинська АЕС) і пер­шої промислової атомної електростанції в Кодер Холе (Великобри­танія). Разом з тим ніколи не зітреться з нашої пам'яті Чорнобильсь­ка катастрофа 26 квітня 1986 р.

Радіаційні аварії (аварії на АЕС)

У світі експлуатується понад 450 ядерних енергетичних реак­торів, що дають близько 20 % (у Європі 35 %) усієї виробленої елек­троенергії.

На території України діють чотири АЕС із 14 енергетичними реакторами, що виробляють 40 % електроенергії, два дослідницькі ядерні реактори і близько 800 підприємств і організацій, що викори­стовують радіоактивні речовини у виробництві, науково-дослідній роботі і медичній практиці.

На об'єктах з радіаційною чи радіаційно-ядерною технологією можуть виникнути радіаційні аварії. Під поняттям «радіаційна аварія» мають на увазі широкий спектр таких подій, як крадіжки чи втрати одиничних закритих джерел гамма-випромінювання, неконтрольована розгермети-зація джерел, що містять гамма-, бета- й альфа-випромінювання, включно з джерелами нейтронного випромі­нювання.

Найнебезпечніші аварії на АЕС. Радіаційні аварії на АЕС Украї­ни у випадку руйнування одного реактора з викидом 10 % радіоак­тивних продуктів, що містяться в ньому, за межі санітарно-захисних зон станції можуть спричинювати утворення зон забруднення (з різни­ми рівнями радіації) загальною площею 431 200 км², на якій розта­шовано 5249 населених пунктів з населенням понад 22 млн чол. Крім цього, для території України небезпечні аварії, які можуть виникну­ти на Курській АЕС (для частини територій Полтавської, Сумської, Харківської і Чернігівської областей). На АЕС, розташованих на території Болгарії, Словаччини, Угорщини, Чехії, — для західних ре­гіонів Закарпатської, Львівської й Одеської областей.

За всю історію існування атомної енергетики (з 1945 р.) на АЕС у світі було зареєстровано понад 300 аварійних ситуацій, найбільши­ми з них були: аварії на АЕС в Англії у 1957 р., США у 1979 р. і на Чорнобильській АЕС у 1986 р. в СРСР.

Фізичні основи радіації. Одиниці виміру іонізуючих випромінювань

Іонізуючим випромінюванням називають такі випромінювання, які при проходженні через речовину, у тому числі і тканини організму, спричинюють іонізацію і збудження атомів і молекул середовища, утворюючи іони - частки з позитивними і негативними зарядами. Джерелом цих випромінювань можуть бути як радіоактивні речови­ни, так і спеціальні пристрої (наприклад, рентгенівські установки, прискорювачі та ін.), здатні за певних умов на іонізуюче випроміню­вання. Властивість хімічних елементів мимовільно перетворюватися на інші елементи, випускаючи при цьому елементарні частки, чи фотони, називають радіоактивністю.

Різновиди атомів, що утворюються при цьому, з іншими масови­ми числами й іншими атомними номерами, називають нуклідами.

Речовини, що мають у своїй сполуці радіоактивні нукліди, нази­вають радіоактивними.

Величина, що характеризує число радіоактивних розпадів в оди­ницю часу, називають активністю. При цьому чим більше період радіоак­тивних перетворень відбувається в радіоактивній речовині за одини­цю часу, тим більша її активність.

Усі іонізуючі випромінювання поділяють на дві великі групи. До першої групи відносять корпускулярне випромінювання, що складаєть­ся із заряджених часток - альфа і бета, електронів, протонів та ін.

Другу групу становить фотонне електромагнітне випромінюван­ня — рентгенівське і гамма-випромінювання.

Фотони і нейтрони мають велику проникну здатність, довжина їхнього «пробігу» в повітрі досягає десятків і сотень метрів. Проник­на здатність заряджених часток набагато менша. Наприклад, бета- частки являють собою електрони і позитрони, у тканини організму проникають на 1—2 см, а альфа- частки (ядра гелію внутрішньоядер­ного походження) уражають лише поверхневі покриви біологічних об'єктів. Усі іонізуючі випромінювання мають універсальну влас­тивість спричинювати іонізацію речовин, через які проходять, у тому числі і тканин живого організму. Але на одиницю шляху в тканинах різні випромінювання витрачають свою енергію не однаково. Залеж­но від величини лінійної передачі енергії є відмінність у біологічній дії випромінювань.

Так, випромінювання з великою щільністю іонізації (альфа-частки, нейтрони) мають підвищену відносну біологічну ефективність (ВБЕ) і при однакових фізично поглинених дозах з рентгенівським, гамма- і бета-вииромінюваннями дають більш високий біологічний ефект.

Основною величиною для оцінки радіаційного ефекту, зокрема радіобіологічного, у дозиметрії іонізуючих випромінювань є поглине­на доза — величина енергії, поглиненої одиницею маси речовини, що опромінюється.

Одиницею виміру поглиненої дози є грей (Гр), рівний погли­неній енергії в 1 Дж на 1 кг опроміненої речовини, а також рад, що дорівнює 0,01 Гр.

Оскільки різні види опромінення мають різний ефект опромі­нення, то існує поняття «еквівалентна доза». Вона характеризується поглиненою дозою, помноженою на коефіцієнт якості випроміню­вання, що різний для кожного виду випромінювання.

Альфа-випромінювання при цьому в 20 разів небезпечніше від інших видів випромінювань. Одиницею виміру еквівалентної дози є зіверт (Зв) — доза будь-якого виду іонізуючого випромінювання, що має такий самий біологічний ефект, як доза рентгенівського чи гамма-випромінювання в 1 Гр. Позасистемна одиниця еквівалентної дози бер дорівнює 0,01 Зв.

Для кількісної оцінки зовнішнього рентгенівського чи гамма- випромінювання використовується експозиційна доза випроміню­вання, що вимірюється в кулонах на кілограм (Кл/кг). Позасис­темною одиницею виміру експозиційної дози є рентген (Р), рівний 2,58x10⁴ Кл/кг.

У зв'язку з тим що опромінення людини, як правило, є нерівно­мірним як за площею, так і за глибиною, уведено поняття ефективної дози. Для кожного органа і тканини розрахований тканинний ко­ефіцієнт (тканинний фактор), який враховує радіаційну чутливість цього органа щодо радіаційної чутливості усього тіла. Одиницею виміру ефективної дози також є зіверт (Зв).

Для кількісної характеристики зовнішнього випромінювання використовують поняття "потужність дози" — доза, віднесена до оди­ниці часу — секунди чи години. Наприклад, якщо потужність дози гамма-випромінювання на місцевості дорівнює 10 Р/г перебування на цій місцевості, людина отримує дозу опромінення в 10 Р, за 2 год — 20 Р і т. д

 

Величини й одиниці, які використовують в дозиметрії іонізуючого випромінювання

Фізичні величини та їхні символи	В СІ	Позасистемні одиниці	Співвідношення одиниць
Активність, С	Бк- беккерель	Кі — кюрі	1 Бк= 1 розпад за 1 с - = 2,7 • 10 ^11 Кі 1Кі=3,7-10 Бк
Поглинена доза, Д	Гр - грей	Рад - рад	ІГр - 100 рад 1 рад = 10 ^2 Гр
Еквівалентна доза, Н	Зв - зіверт	Бер — бер	1 Зв - 100 бер 1 бер ^= 10-^2 Зв
Експозиційна доза, X	Кл/кг - кулон на кілограм	Р - рентген	1 Кл/кг=3,88 • 10^3 Р 1 Р=2,58* 10^4 Кл/кг
Потужність екс­позиційної дози	А/кг -ампер на кілограм	Р/с — рентген за сек Р/г — рентген за год	1А/кг=3,88* 10^3Р/с 1 Р/г=7,17 • 10"^8 А/кг
Потужність по­глиненої дози	Гр/с - грей за секунду	Рад/с - рад за сек	1рад/с=10^2Гр/с

 

Кількісною характеристикою джерела випромінювання є активність. Для вимірювання активності (міра кількості радіоактивної речовини, виражена числом радіоактивних розпадів за одиницю часу) застосовується одиниця беккерель (Бк) (фр. becquerel — за ім’ям фр. фізика А. Беккереля (А. Becquerel), яка чисельно дорівнює одному ядерному перетворенню за секунду (розпад/с). Позасистемною одиницею активності є Кюрі (Кі), що відповідає активності 1 г радію або 3,7·10¹⁰ розпадам за секунду. Експозиційна доза характеризує іонізуючу здатність випромінювання у повітрі, тобто потенційні можливості іонізуючого випромінювання. За одиницю дози у системі СІ прийнятий Кулон поділений на кілограм (Кл/кг) — це така доза випромінювання, при якій в 1 кг сухого повітря виникає така кількість іонів, що мають заряд 1 кулон електрики кожного знаку. Позасистемною одиницею експозиційної дози є рентген (Р) — одна з найпоширеніших одиниць вимірювання радіоактивності.

Поглинута доза характеризує енергію іонізуючого випромінювання (незалежно від виду випромінювання), яка поґлинута одиницею маси опроміненого середовища. Одиниця вимірювання поглинутої дози в системі СІ — грей (Гр), позасистемна одиниця — рад. При підрахунках експозиційну дозу прирівнюють до поглинутої 1Р=1рад, проте для точних розрахунків необхідно враховувати, що 1 Р відповідає поглинута доза у повітрі – 0,87 рад, у воді та живій тканині — 0,93 рад.

Біологічний ефект іонізуючого випромінювання надзвичайно сильний і не може бути порівняним з дією будь-якого іншого виду енергії. Однократна смертельна доза іонізуючого випромінювання для людини становить 5 Гр, тобто відповідає поглиненій енергії випромінювання 5 Дж/кг. Така кількість теплової енергії витрачається на нагрівання склянки води до 100⁰С або на нагрівання тіла людини не більше, ніж на 0,001⁰С. Поглинута доза не відображає біологічну дію радіації, а тільки свідчить про кількість поглинутої енергії. Для оцінки біологічного впливу різних видів іонізуючих випромінювань на організм людини використовується еквівалентна доза, що у системі СІ вимірюється у зівертах (3в), у системі СГС — берах (біологічний еквівалент рентгена, БЕР). Еквівалентна доза служить для оцінки радіаційної небезпеки різних видів випромінювань.

 

 

Біологічна дія іонізуючих випромінювань

 

Механізм впливу іонізуючих випромінювань на організм пояс­нюють уражуючою дією на клітини, у результаті чого порушується їхня функція, що, у свою чергу, призводить до порушення життєді­яльності організму, а іноді і до його загибелі. Основною відмінністю іонізуючого випромінювання від інших уражуючих чинників, катас­троф (хімічних отрут, високих температур та ін.) є здатність його іонізувати будь-які атоми. При іонізації відбувається відрив елект­рона від атома й утворення іонів. Якщо при опроміненні живих клітин іонізуються атоми, що містяться у невеликих молекулах (наприклад, води, амінокислот, вітамінів), ці молекули можуть розпадатися з ут­воренням вторинних продуктів — вільних радикалів, що мають велику реакційну здатність. Цей процес називають радіолізом. При іонізації макромолекул (білків, ферментів, нуклеїнових кислот) вони втрачають свої біологічні властивості (інактивуються).

Розрізняють два шляхи впливу іонізуючих випромінювань на клітини: прямий, при якому енергія випромінювання поглинається безпосередньо в самих макромолекулах, і непрямий, при якому енергія випромінювання поглинається водою й іншими низькомолекуляр­ними сполуками клітини, а макромолекули ушкоджуються продук­тами радіолізу.

Якщо говорити про вплив радіації на організм у цілому, то відпо­відно до сучасних уявлень усі шкідливі наслідки опромінення поділя­ють надетерміністичні (безпосередні) і стохастичні (вірогідні) ефек­ти. Детерміністичні ефекти виявляються при дозах певного рівня, які називаються порогом клінічних ефектів. Найхарактернішими проявами детерміністичних ефектів є променева хвороба, променеві опіки, катаракти, безплідність, порушення кровотворення та ін. Яск­равим прикладом детерміністичних ефектів дії іонізуючих випромі­нювань є променева хвороба.

Гостра променева хвороба (ГПХ) у її типовій формі розвивається при зовнішньому загальному відносно рівномірному опроміненні в дозі, що перевищує 1 Гр, при порівняно нетривалому впливі. Виок­ремлюють такі форми ГПХ:

— кістково-мозкову (доза опромінення 1 — 10 Гр), кишкову (10— 20 Гр), токсемічну (20-80 Гр);

— церебральну (понад 80 Гр).

Тяжкість кістково-мозкової форми ГПХ також визначається до­зою опромінення: легка (1—2 Гр), середньої тяжкості (2—4 Гр), тяжка (4—6 Гр) і вкрай тяжка (6—10 Гр).

Хронічна променева хвороба (ХПХ) розвивається при тривалому опроміненні організму в малих дозах (0,1—0,5 Гр на добу) при су­марній дозі, що перевищує 0,7—1 Гр. Для хронічної променевої хво­роби характерне повільне наростання тяжкості ураження і тривалі­ший відновний період.

Стохастичні (імовірні) променеві ураження (злоякісні новоутво­рення, лейкози, генетичні порушення) можуть виникати поза залеж­ністю від величини опромінення через деякий час після нього. Латентний (прихований) період становить принаймні 2—5 років у випадку лейкозу, 10 років і більше — у випадку інших злоякісних пухлин. Генетичні променеві ураження можуть виявлятися в наступ­них поколіннях.