Главная страница Случайная страница
Разделы сайта
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
Радиация
|
|
Радиация является одним из компонентов окружающей нас среды. Жизнь на Земле всегда подвергалась фоновому облучению и вряд ли смогла бы существовать в абсолютно радиационно-стерильной среде.
Естественный радиационный фон – жизненно важный фактор биосферы. Он складывается из двух составляющих:
– природного радиационного фона;
– техногенного радиационного фона.
Источники природного фона – космическое излучение и земная радиация. Влияние космического излучения зависит от географической широты и высоты над уровнем моря. На Северном и Южном полюсах облучение сильнее, чем в экваториальных областях, где влияние магнитного поля Земли больше. Если вблизи экватора доза космического излучения составляет в год 0, 35 мЗв, то на широте 500 примерно 0, 5 мЗв. Возрастает интенсивность космического излучения с высотой, достигая максимума на высотах 30-50 км, затем снижается и на высоте около 100 км остается постоянной. В табл. 2 приведены данные о мощности эквивалентной дозы космического излучения на разных высотах.
Земная радиация – радиоактивные
Таблица 2
| Высота, км | Мощность эквивалентной дозы, мкЗв/ч |
| 0, 035 | |
| 0, 2 | |
| 0, 51 | |
| 1, 35 | |
| 2, 88 | |
| 4, 93 | |
| 7, 56 | |
| 9, 7 | |
| 11, 64 | |
| 12, 75 |
Мощность эквивалентной
вещества, содержащиеся в земной коре, продуктах питания, воде, атмосферном дозы космического излуче воздухе, организме человека. Главными ния
в зависимости от источниками земной радиации являются высоты над уровнем моря
радиоактивные элементы, содержащиеся в горных гранитных породах и вулканических образованиях: уран U-238, торий Th-232, актиний Ac-227 и продукты их распада.
Половину годовой дозы облучения от земных источников человек получает от невидимого, не имеющего вкуса и запаха тяжелого газа радона, главным образом, находясь в закрытом, непроветриваемом помещении.
Радон поступает в дома из грунта через трещины в фундаменте, из конструкционных материалов, применяемых в строительстве, из газа и воды, используемых в быту, из наружного воздуха.
Наибольшая концентрация радона наблюдается в подвальных помещениях и на первых этажах зданий (табл. 3). В ванных комнатах, где радон испаряется из горячей воды при принятии душа или ванной и вдыхается легкими, его концентрация может быть в 40 раз выше, чем в жилых комнатах.
На долю естественной радиоактивности приходится около 70% суммарной годовой дозы, получаемой человеком. Это составляет около 2 мЗв.
Накопленная в течение всей жизни человека доза за счет естественного радиационного фона, как правило, не превышает 0, 1 Зв.
Техногенный радиационный фон – это ионизирующее излучение, действующее от искусственных источников, которые появились в результате антропогенной деятельности
Таблица 3
Концентрация радона в различных помещениях
| Тип помещения | Конц. радона, пКи/л |
| Вентилируемые служебные помещения с воздушным кондиционированием | 0, 06-0, 35 |
| Квартиры в кирпичных домах с воздушным кондиционированием | 0, 01-0, 19 |
| Квартиры в деревянных домах | 0, 03-1, 7 |
| Кирпичные дома: нижние этажи верхние этажи | 1, 5-2, 9 0, 7-1, 0 |
| Каменные дома | 2, 3-5, 8 |
| Дома из шлаковых панелей | 4, 0-8, 0 |
| Подвальные этажи с плохой вентиляцией | 3, 6-7, 8 |
Техногенный радиационный фон еще называют искусственным или антропогенным радиационным фоном.
Его источниками являются:
– переработка полезных ископаемых;
– атомная энергетика и ядерные отходы, в том числе радиационные аварии;
– облучение в медицинских целях;
– видеотерминальная техника;
– испытания ядерного оружия;
– промышленные технологии, научное оборудование, использующее радиоактивные вещества.
На долю искусственных источников радиоактивности приходится около 30 % суммарной годовой дозы, получаемой человеком. Это составляет около 0, 4-1 мЗв. Вклад техногенной радиоактивности все время растет и со временем может стать определяющим.
В зависимости от расположения источника излучения различают внешнее и внутреннее облучение организма.
Внешнее облучение происходит от источника, расположенного вне организма. Эффект от внешнего облучения определяют следующие факторы: вид ионизирующего излучения; энергия излучения; активность источника излучения; продолжительность облучения; расстояние от источника.
Эффект от внутреннего облучения определяют: путь поступления радионуклида в организм; энергия излучения; активность источника излучения; продолжительность облучения; время пребывания излучателя в организме; локализация и концентрация радиоактивных веществ в отдельных органах.
Возможны три пути попадания радионуклидов в организм:
1) ингаляционный (через органы дыхания);
2) пероральный (с пищей и водой);
3) кожно-резобтивный (через кожный покров).
Наибольшую опасность при внешнем облучении представляют излучения, обладающие высокой проникающей способностью (γ - и нейтронное излучение), при внутреннем облучении – излучения, обладающие высокой ионизирующей способностью (α - и β - излучения).
При одинаковых концентрациях радионуклидов внутреннее облучение во много раз опаснее, чем внешнее по следующим причинам:
– доза облучения возрастает из-за очень малого расстояния между радионуклидом и тканью;
– значительно увеличивается время облучения, которое длится столько, сколько радионуклид находится в организме. Некоторые радиоактивные вещества, такие как радий–226 и плутоний–239 из организма практически не выводятся, и облучение длится всю жизнь;
– большинство радионуклидов распределяются по тканям неравномерно, концентрируются в отдельных органах и усиливают их облучение.
Органы (ткани), наиболее подверженные действию радиоактивных веществ, называют критическими органами.
Критические органы делят на три группы по степени убывания радиочувствительности:
1 группа – красный костный мозг, половые железы (гонады), лимфатические узлы;
2 группа – хрусталики глаз, щитовидная железа, мышечная и жировая ткани, желудочно-кишечный тракт, легкие, почки, печень;
3 группа – кожный покров, костная ткань, предплечья, кисти рук, голени, стопы.
Острым (однократным) считается облучение, продолжительность которого не превышает 4 суток.
Хроническое (многократное) облучение длится свыше 4 суток, при этом не имеет значения, процесс облучения происходит постоянно или дробно.
Одна и та же доза, полученная при остром облучении, опаснее, чем при хроническом, поскольку здоровый организм человека вырабатывает новые клетки взамен погибших при облучении, а попавшие в организм радионуклиды выводятся из него за счет радиоактивного распада либо в результате биологических процессов выведения. Выведение происходит благодаря обмену веществ через выделительные системы организма.
Действие радиации на организм – это комплекс взаимосвязанных физических, физико-химических, химических и биологических процессов разной интенсивности и продолжительности. Во всех случаях воздействия ионизирующего излучения на живую ткань в основе первичных изменений, возникающих в клетках, лежит передача энергии электронам облучаемого вещества в результате процессов ионизации и возбуждения атомов ткани, разрыва их связи с ядрами атома и придания им начальной скорости движения.
Энергию, непосредственно передаваемую атомам и молекулам биотканей, называют прямым действием радиации.
Косвенное действие радиации связано с передачей энергии не непосредственно от излучения, а от другой молекулы. Поскольку 70% массы человека составляет вода, то ионизация молекул воды связана с образованием свободных радикалов ОНх и Нх, отличающихся исключительно высокой химической активностью. Незначительное количество свободных радикалов организм контролирует, вырабатывая ферменты. Попадая в клетки, свободные радикалы участвуют в процессах окисления белков и ферментов, нарушают баланс кальция и кодирование генетической информации. Образующиеся в организме токсичные вещества ослабляют работу иммунной системы, при этом снижается сопротивляемость организма. В процесс вовлекаются клетки других тканей, что приводит к нарушению их функций. В целом в механизме действия ионизирующего излучения на живой организм можно выделить четыре основных стадии: физическую, физико-химическую, химическую и биологическую (рис. 2):
1 стадия – Физические процессы
Ионизация атомов вследствие проникновения излучения в ткани организма и передачи энергии при электрических взаимодействиях с электронами
2 стадия – Физико-химические процессы
Образование новых молекул, т.ч. свободных радикалов, в результате сложной цепи реакций с участием образовавшихся ионов
3 стадия – Химические процессы
Химическая модификация молекул в результате реакции свободных радикалов друг с другом и другими молекулами
4 стадия - Биологические процессы
Последовательное развитие поражения на всех уровнях биологической организации от субклеточного до биологического
Рис. 2. Механизм биологического действия ионизирующего излучения
Для оценки радиационного воздействия ионизирующего излучения на человека используется понятие дозы облучения.
Доза облучения – это порция энергии ионизирующего излучения, переданной излучением веществу.
Вследствие количественного и качественного многообразия биологических эффектов облучения в дозиметрии используется несколько видов доз, представленных в табл. 4. Сумма индивидуальных эффективных эквивалентных доз, полученных группой людей, дает коллективную эффективную эквивалентную дозу, которая измеряется в человеко-зивертах (чел-Зв).
Таблица 4
Виды доз ионизирующего излучения
| Вид дозы | Формула | Единицы измерения в СИ | Внесистемные единицы измерения | Соотношение единиц измерения |
| Поглощенная доза Дп Характеризует количество энергии, переданной единице массы облучаемого вещества Поглощенная доза накапливается со временем. | Дп= dW/dm, где W-энергия ионизирующего излучения m-масса вещества | Грей (Гр) | рад (аббревиатура от англ. radiationadsorbed dose) | 1Гр=100 рад |
| Экспозиционная доза Дэкс Характеризует ионизационное действие фотонного излучения (γ и рентгеновского) | Дэкс = dQ/dm, где Q-энергия фотонного излучения m-масса вещества | Кулон/килограмм (Кл/кг) | Рентген (Р) | 1 Кл/кг = 3, 88· 103Р |
| Эквивалентная доза Дэкв Характеризует биологический эффект различных ионизирующих излучений | Дэкв= Дп· кобэ*, где Дп- поглощенная доза кобэ- коэффициент относительной биологической эффективности излучения | Зиверт (Зв) | бэр (биологический эквивалент рада) | 1 Зв=100 бэр |
| Эффективная доза Дэфф Характеризует возможные отдаленные последствия облучения с учетом радиочувствительности отдельных органов | Дэфф= Σ Дэквn· кррn**, где Дэквn-эквивалентная доза в органе (ткани) n кррn-коэффициент радиационного риска органа (ткани) n | Зиверт (Зв) | бэр | 1 Зв=100 бэр |
| * кобэ показывает, во сколько раз данное ионизирующее излучение эффективнее поражает биологические ткани по сравнению с такой же дозой образцового рентгеновского излучения (табл. 3.5) | ** радиочувствительность отдельных органов крр учитывает и тканей (табл. 3.6) |
Таблица 5
Коэффициенты радиационного риска относительной
| Органы, ткани | крр |
| Гонады (половые железы) | 0, 2 |
| Красный костный мозг | 0, 12 |
| Толстый кишечник | 0, 12 |
| Желудок | 0, 12 |
| Лёгкие | 0, 12 |
| Мочевой пузырь | 0, 05 |
| Печень | 0, 05 |
| Пищевод | 0, 05 |
| Щитовидная железа | 0, 05 |
| Кожа | 0, 01 |
| Клетки костных поверхностей | 0, 01 |
| Головной мозг | 0, 025 |
| Остальные ткани | 0, 05 |
| Организм в целом | 1, 0 |
Таблица 6
Коэффициенты крр органов и тканей эффективности кобэ для различных видов излучений
| Вид излучения | кобэ |
| Рентгеновское и γ - излучение | |
| β -излучение | |
| Тепловые нейтроны n | |
| Быстрые нейтроны n, протоны ρ | |
| α - излучение |
Поглощенную и экспозиционную дозы облучений, отнесенные к единице времени, называют мощностью дозы:
мощность поглощенной дозы Рп= dДп/dt [Гр/с, рад/с] (1)
мощность экспозиционной дозы Рэкс= dДэкс/dt [А/кг, Р/ч], (2)
где Дп- поглощенная доза, Гр, рад;
Дэкс- экспозиционная доза, А/кг, Р;
t –продолжительность облучения, с.
Для характеристики степени радиационного загрязнения местности (помещения, оборудования, территории) используют также понятие радиационного фона, единицами измерения которого кроме единиц мощности дозы могут быть Зв/ч, мкЗв/ч.
Согласно рекомендациям Международной комиссии по радиационной защите (МКРЗ) и Всемирного общества здравоохранения (ВОЗ) нормальным считается радиационный фон 0, 1-0, 2 мкЗв/ч, допустимым – уровень 0, 2-0, 6 мкЗв/ч. Суммарная доза, которую получает человек за год в условиях нормального радиационного фона (от всех источников – естественных и техногенных), составляет 2-3 мЗв.
Наиболее полно изучены последствия острого облучения в поражающих дозах (порядка единиц Зв) и хронического облучения (в течение нескольких лет) в больших дозах (порядка десятка Зв). Однако пока нет достаточно полного представления о биологических эффектах малых доз, т.е. доз, в 10-100 раз превышающих естественный радиационный фон.
Неблагоприятные последствия для здоровья, вызванные действием ионизирующих излучений, могут привести к следующим биологическим эффектам (рис. 3):
Рис. 3. Последствия переоблучения
Соматические последствия (Σ ώ μ α (греч.) – тело) – последствия, которые проявляются у облученного лица.
Соматическими последствиями являются: выпадение волос, катаракта, лучевые ожоги, радиационные поражения отдельных критических органов. Организм способен со временем преодолевать некоторые соматические последствия облучения.
Последствия облучения, которые выявляются, начиная с определенного значения дозы, называются пороговыми (детерминированными). Например, помутнение хрусталика глаза, кратковременное или постоянное бесплодие. Тяжесть пороговых последствий пропорциональна полученной дозе. Большинство соматических эффектов являются пороговыми.
Последствия облучения, проявление которых не зависит от дозы облучения, а носит случайный, вероятностный характер, называются стохастическими. С увеличением дозы возрастает вероятность проявления того или иного стохастического эффекта. Примерами стохастических последствий являются злокачественные и доброкачественные опухоли, лейкозы, сокращение продолжительности жизни. Следует подчеркнуть, что при современном уровне профессионального облучения и облучения населения за счет радиационного фона возможны лишь стохастические эффекты. По оценкам специалистов на долю радиационного фона Земли приходится 1% мутаций человека (соматических и генных). Поэтому стохастические эффекты являются объектом пристального внимания радиационной гигиены.
Генетическими (наследственными) называются последствия, которые проявляются у потомства облученного лица. Это могут быть врожденные уродства, пороки сердца и другие последствия, возникающие при мутациях половых клеток. Если генетические мутации проявляются в первом поколении, их называют доминантными, если же они проявляются в отдаленных поколениях или не проявляются совсем – рецессивными. Генетические последствия являются необратимыми.
Переоблучение человека, т.е. облучение в дозах, превышающих предельно-допустимые значения, приводит к заболеванию лучевой болезнью. Характер облучения определяет форму лучевой болезни: острую или хроническую. Различают четыре степени лучевой болезни (табл. 7).
Таблица 7
Степени острой лучевой болезни, вызванной однократным равномерным облучением
| Степень тяжести | Доза, Зв | Симптомы | Ожидаемый эффект |
| I Легкая | 1-2 | Через 2-3 нед. после облучения – слабость, утомляемость, ухудшение аппетита, расстройство сна, сухость и шелушение кожи, ломкость костей | 100% облученных излечивается |
| II Средняя | 2-4 | Через 1 нед. после облучения – расстройства нервной системы, головные боли, ухудшение памяти, болезненные ощущения в области сердца, обратимое выпадение волос, подкожные кровоизлияния | 80% облученных излечивается |
| III Тяжелая | 4-6 | Через несколько часов после облучения – резкая слабость, апатия, головные боли с головокружением, тошнота, рвота, кровоизлияния в слизистых оболочках, некроз десен | До 50% облученных погибает от инфекционных осложнений и кровотечений |
| IV Крайне тяжелая | 6-10 | Острое проявление симптомов III степени, язвы в местах многочисленных кровоизлияний, отсутствие сопротивляемости к инфекциям | При отсутствии лечения гибель облученных в течение 14 дней |
|
|