Ионизирующие излучения и обеспечение радиационной безопасности

Виды ионизирующих излучений и их влияние на живой организм.
XX век невозможно представить без современного и постоянно совершенствуемого ядерного оружия, разбросанных по всей территории Земного шара крупных объектов атомной энергетики и многих сложных промышленных производств, использующих в технологическом процессе различные радиоактивные вещества.

Все это предопределило появление, а затем и нарастание интенсивности такого негативного фактора среды обитания, как ионизирующие излучения, представляющие значительную угрозу для жизнедеятельности человека и требующие проведения надежных мер по обеспечению радиационной безопасности работающих и населения.
Ионизирующее излучение - это явление, связанное с радиоактивностью. Радиоактивность - самопроизвольное превращение ядер атомов одних элементов в другие, сопровождающееся испусканием ионизирующих излучений.
Различают следующие виды радиоактивных превращений: альфа-распад, электронный (в-распад, к-захат (захват орбитального электрона ядром), самопроизвольное деление ядер и термоядерные реакции.
При изучении процесса радиоактивного распада установлено, что не все ядра радиоактивного изотопа распадаются одномоментно, в каждую единицу времени распадается лишь некоторая доля общего числа радиоактивного элемента. Эта неизменная для каждого радиоактивного вещества величина, которая характеризует вероятность распада, называется постоянной распада.
Закон радиоактивного распада можно сформулировать так: количество атомов данного изотопа, претерпевающего ядерное превращение в 1 с, пропорционально общему их количеству; или в равные промежутки времени имеет место ядерное превращение равных долей активных атомов изотопа.
В зависимости от периода полураспада (время, в течение которого распадается половина всех атомов данного радиоактивного изотопа) различают короткоживущие изотопы, период полураспада которых исчисляется долями секунды, минуты, часами, сутками, долгоживущие изотопы, период полураспада которых от нескольких месяцев до миллиардов лет.
При взаимодействии ионизирующих излучений с веществом происходит ионизация атомов среды. Обладая относительно большой массой и зарядом, а-частицы имеют не значительную ионизирующую способность: длина их пробега в воздухе составляет 2,5 см, в биологической ткани 31 мкм, в алюминии - 16 мкм. Вместе с тем для а-частицы характерна высокая удельная плотность ионизации биологической ткани. Для в-частиц длина пробега в воздухе составляет 17,8 м, в воде - 2,6 см, а в алюминии - 9,8 мм. Удельная плотность ионизации, создаваемая (в-частицами, примерно в 1000 раз меньше, чем для а- частиц той же энергии. Рентгеновское и у-излучения обладают высокой проникающей способностью и длина пробега их в воздухе достигает сотен метров.
Степень, глубина и форма лучевых поражений, развивающихся среди биологических объектов при воздействии на них ионизирующего излучения, в первую очередь, зависят от величины поглощенной энергии излучения. Для характеристики этого показателя используется понятие поглощенной дозы, т. е. энергии излучения, поглощенной в единице массы облучаемого вещества.
Для характеристики дозы по эффекту ионизации, вызываемому в воздухе, используется так называемая экспозиционная доза рентгеновского и у-излучений, выраженная суммарным электрическим зарядом ионов одного знака, образованных в единице объема воздуха в условиях электронного равновесия.
Поглощенная и экспозиционная дозы излучений, отнесенные к единице времени, носят название мощности поглощенной и экспозиционной доз.
Для оценки биологического действия ионизирующего излучения наряду с поглощенной дозой используют также понятие биологической эквивалентной дозы. Единицы измерения активности радиоактивных веществ и доз излучения приведены в приложении 1.
Ионизирующее излучение - уникальное явление окружающей среды, последствия от воздействия которого на организм на первый взгляд совершенно неэквивалентны величине поглощенной энергии. В настоящее время распространена гипотеза о возможности существования цепных реакций, усиливающих первичное действие ионизирующих излучений.
Процессы взаимодействия ионизирующих излучений с веществом клетки, в результате которых образуются ионизированные и возбужденные атомы и молекулы, являются первым этапом развития лучевого поражения. Ионизированные и возбужденные атомы и молекулы в течение 10"6 с взаимодействуют между собой, давая начало химически активным центрам (свободные радикалы, ионы, ионы-радикалы и др.).
Затем происходят реакции химически активных веществ с различными биологическими структурами, при которых отмечается как деструкция, так и образование новых, несвойственных для облучаемого организма соединений.
На следующих этапах развития лучевого поражения проявляются нарушения обмена веществ в биологических системах с изменением соответствующих функций.
Однако следует подчеркнуть, что конечный эффект облучения является результатом не только первичного облучения клеток, но и последующих процессов восстановления. Такое восстановление, как предполагается, связано с ферментативными реакциями и обусловлено энергетическим обменом. Считается, что в основе этого явления лежит деятельность систем, которые в обычных условиях регулируют естественный мутационный процесс.
Если принять в качестве критерия чувствительности к ионизирующему излучению морфологические изменения, то клетки и ткани организма человека по степени возрастания чувствительности можно расположить в следующем порядке: нервная ткань; хрящевая и костная ткань; мышечная ткань; соединительная ткань; щитовидная железа; пищеварительные железы; легкие; кожа; слизистые оболочки; половые железы; лимфоидная ткань, костный мозг.
Ионизирующие излучения способны вызывать все виды наследственных перемен или мутаций (мутация - это всякое изменение наследственных структур).
На основании количественного учета генных мутаций установлена зависимость частоты их возникновения от дозы облучения. Многочисленные опыты с животными позволили сделать вывод, что частота летальных мутаций в половых клетках возрастает прямо пропорционально дозе ионизирующего излучения. Вместе с тем выявлено, что любая сколь угодно малая доза ионизирующего излучения приводит к повышению частоты мутаций по сравнению с уровне спонтанных мутаций, т. е. имеет место отсутствие порога генетического эффекта при действии источников ионизирующих излучений.
В результате действия ионизирующих излучений на хромосомы возникает большое количество хромосомных перестроек, тип которых зависит от дозы облучения. Частота хромосомных перестроек, происходящих в результате одиночного разрыва, находится в линейной зависимости от дозы. Частота же хромосомных перестроек, возникающих в результате двух независимых одновременных разрывов, возрастает пропорционально квадрату дозы, вследствие того, что вероятность одновременного возникновения двух независимых событий равна произведению вероятностей.
Прямые цитологические исследования - подсчет клеток с нарушенными хромосомами - показали, что возникновение хромосомных аберраций зависит от плотности ионизации. Опыты установили, что корпускулярные излучения - быстрые нейтроны и а- частицы - вызывают хромосомные перестройки чаще, чем электромагнитные излучения. Это объясняется разницей в плотности ионизации, которую они производят.
Во время воздействия ионизирующего излучения на ядро клетки могут возникать истинные и потенциальные разрывы хромосом. Последние в зависимости от условий, складывающихся в клетке после облучения, могут реализоваться в истинные разрывы или совсем не реализоваться. Количество фиксированных мутаций в клетке определяется: количеством первичных поражений хромосом, возникающих в момент радиационного воздействия, и вероятностью перехода первичного изменения в конечную мутацию.
Эффект воздействия источников ионизирующих излучений на организм зависит от ряда причин, главными из которых принято считать уровень поглощенных доз, время облучения и мощность дозы, объем тканей и органов, вид излучения.
Уровень поглощенных доз - один из главных факторов, определяющих возможность реакции организма на лучевое воздействие. Однократное облучение собаки у-излучением в дозе 4-5 Гр (400-500 рад) вызывает у нее острую лучевую болезнь; однократное же облучение дозой 0,5 Гр (50 рад) приводит лишь к временному снижению числа лимфоцитов и нейтрофилов в крови.
Фактор времени в прогнозе возможных последствий облучения занимает важное место в связи с развивающимися после лучевого повреждения в тканях и органах процессами восстановления.
Различия в биологическом действии ионизирующего излучения при одинаковых поглощенных дозах, но разных мощностях облучения находят свое объяснение в возможностях восстановления поврежденного излучением организма. При малой мощности дозы скорость развития повреждений соизмерима со скоростью восстановительных процессов. С увеличением мощности излучения значимость процессов восстановления уменьшается, это, в свою очередь, приводит к возрастанию биологического эффекта.
Степень лучевого поражения в значительной мере зависит от того, подвергалось ли облучению все тело или только часть его. Например, у собаки при облучении ее смертельной дозой достаточно экранировать область живота, чтобы предупредить летальный исход.
Многочисленными исследованиями на животных установлено, что эффект лучевого воздействия на организм зависит не только от поглощенной дозы и ее фракционирования во времени, но и в значительной степени от пространственного распределения поглощенной энергии, которое характеризуется линейной передачей энергии (ЛПЭ).
Для сопоставления биологического действия различных видов излучений в радиобиологии принято понятие относительной биологической эффективности (ОБЭ). Под ОБЭ излучения понимают относительную (по сравнению с рентгеновским или у-излучением) способность при заданной поглощенной дозе вызывать лучевое поражение определенной степени тяжести. ОБЭ рентгеновского и у-излучений принимают равной 1. Коэффициент ОБЭ определяется как отношение доз данного и стандартного излучений, необходимое для получения одинакового эффекта.
Эквивалентная доза (Н)1 - величина, введенная для оценки радиационной опасности хронического облучения излучением произвольного состава, определяется как произведение поглощенной дозы данного вида излучения на соответствующий коэффициент качества.

Заболевания, вызываемые действием ионизирующих излучений. Важнейшие биологические реакции организма человека на действие ионизирующей радиации условно разделены на две группы. К первой относятся острые поражения, ко второй - отдаленные последствия, которые в свою очередь подразделяются на соматические и генетические эффекты.
Острые поражения. В случае одномоментного тотального облучения человека значительной дозой или распределения ее на короткий срок эффект от облучения наблюдается уже в первые сутки, а степень поражения зависит от величины поглощенной дозы.
При облучении человека дозой менее 100 бэр, как правило, отмечаются лишь легкие реакции организма, проявляющиеся в формуле крови, изменении некоторых вегетативных функций.
При дозах облучения более 100 бэр развивается острая лучевая болезнь, тяжесть течения которой зависит от Дозы облучения. Первая степень лучевой болезни (легкая) возникает при дозах 100-200 бэр, вторая (средней тяжести) - при дозах 200-300 бэр, третья (тяжелая) - при дозах 300-500 бэр и четвертая (крайне тяжелая) - при дозах более 500 бэр.
Дозы однократного облучения 500-600 бэр при отсутствии медицинской помощи считаются абсолютно смертельными.
Другая форма острого лучевого поражения проявляется в виде лучевых ожогов. В зависимости от поглощенной дозы ионизирующей радиации имеют место реакции I степени (при дозе до 500 бэр), II (до 800 бэр), III (до 1200 бэр) и IV степени (при дозе выше 1200 бэр), проявляющиеся в разных формах: от выпадения волос, шелушения и легкой пигментации кожи (I степень ожога) до язвенно-некротических поражений и образования длительно незаживающих трофических язв (IV степень лучевого поражения).
При длительном повторяющемся внешнем или внутреннем облучении человека в малых, но превышающих допустимые величины дозах возможно развитие хронической лучевой болезни.
Отдаленные последствия. К отдаленным последствиям соматического характера относятся разнообразные биологические эффекты, среди которых наиболее существенными являются лейкемия, злокачественные новообразования, катаракта хрусталика глаз и сокращение продолжительности жизни.
Лейкемия - относительно редкое заболевание. По данным ВОЗ, годовые показатели смертности от лейкемии на 1 млн человек в 1955 г. составляли от 23 (Япония) до 74 (Дания). Частота возникновения лейкемии среди лиц, подвергавшихся воздействию ионизирующей радиации, по данным ряда авторов, превосходит уровни, характерные для населения в целом.
Большинство радиобиологов считают, что вероятность возникновения лейкемии составляет 1-2 случая в год на 1 млн населения при облучении всей популяции дозой 1 бэр.
Злокачественные новообразования. Первые случаи развития злокачественных новообразований от воздействия ионизирующей радиации описаны еще в начале XX столетия. Это были случаи рака кожи кистей рук у работников рентгеновских кабинетов. В дальнейшем была обнаружена возможность возникновения остеосарком при содержании Ра226 в организме в количествах, превышающих 0,5 мкКи. Описаны случаи развития злокачественных новообразований у шахтеров, подвергавшихся длительному воздействию радиоактивных газов и аэрозолей, содержащихся во вдыхаемом воздухе в количествах, когда суммарная доза воздействия на бронхи достигала 1000 рад.
Сведения о возможности развития злокачественных новообразований у человека пока носят описательный характер, несмотря на то, что в ряде экспериментальных исследований на животных были получены некоторые количественные характеристики. Поэтому точно указать минимальные дозы, которые обладают бластомогенным эффектом, не представляется возможным.
Развитие катаракт наблюдалось у лиц, переживших атомные бомбардировки в Хиросиме и Нагасаки, у физиков, работавших на циклотронах, у больных, глаза которых подвергались облучению с лечебной целью. Одномоментная катарактогенная доза ионизирующей радиации, по мнению большинства исследователей, составляет около 200 бэр. Скрытый период до появления первых признаков развития поражения обычно составляет от 2 до 7 лет.
Сокращение продолжительности жизни в результате воздействия ионизирующей радиации на организм обнаружено в экспериментах на животных (предполагают, что это явление обусловлено ускорением процессов старения и увеличением восприимчивости к инфекциям). Продолжительность жизни животных, облученных дозами, близкими к летальным, сокращается на 25-50% по сравнению с контрольной группой. При меньших дозах срок жизни животных уменьшается на 2-4% на каждые 100 рад.
Достоверных данных о сокращении сроков жизни человека при длительном хроническом облучении малыми дозами до настоящего времени не получено.
По мнению большинства радиобиологов, сокращение продолжительности жизни человека при тотальном облучении находится в пределах 1-15 дней на 1 бэр.
Регламентация облучения и принципы радиационной безопасности. С 1 января 2000 г. облучения людей в РФ регламентируют Нормы радиационной безопасности (НРБ)- 96, Гигиенические нормативы (ГН) 2.6.1.054-96. Основные дозовые пределы облучения и допустимые уровни устанавливают для следующих категорий облучаемых лиц: персонал - лица, работающие с техногенными источниками (группа А) или находящиеся по условиям работы в сфере их воздействия (группа Б); население, включая лиц из персонала, вне сферы и условий их производственной деятельности.
Для указанных категорий облучаемых предусматриваются три класса нормативов: основные дозовые пределы (предельно допустимая доза - для категории А, предел дозы - для категории Б); допустимые уровни (допустимая мощность дозы, допустимая плотность потока, допустимое содержание радионуклида в критическом органе и др.); контрольные уровни (дозы и уровни), устанавливаемые администрацией учреждения по согласованию с Госсанэпиднадзором на уровне ниже допустимого.
Основные дозовые пределы установлены для трех групп критических органов. Критический орган - орган, ткань, часть тела или все тело, облучение которых
причиняет наибольший ущерб здоровью данного лица или его потомству. В основу деления на группы критических органов положен закон радиочувствительности Бергонье- Трибондо, по которому самые чувствительные к ионизирующему излучению - это наименее дифференцированные ткани, характеризующиеся интенсивным размножением клеток.
К первой группе критических органов относятся гонады, красный костный мозг и все тело, если тело облучается равномерным излучением. Ко второй группе - все внутренние органы, эндокринные железы (за исключением гонад), нервная и мышечная ткань и другие органы, не относящиеся к первой и третьей группам.
К третьей группе - кожа, кости, предплечья и кисти, лодыжки и стопы.
В НРБ-96 в качестве основных дозовых пределов используется эффективная доза, определяемая произведением эквивалентной дозы в органе на соответствующий взвешенный коэффициент для данного органа или ткани. Эффективная доза используется в качестве меры риска отдаленных последствий облучения человека. Эффективная доза для персонала равна 20 мЗв в год за любые последовательные 5 лет, но не более 50 мЗв в год; для населения - 1 мЗв в год за любые последовательные 5 лет, но не более 5 мЗв в год.
Для второй и третьей групп критических органов эквивалентная доза в органе соответственно равна: для персонала - 150 и 300 мЗв; для лица из населения - 15 и 50 мЗв.
Для группы Б из персонала и эффективная, и эквивалентные дозы в органе не должны превышать 1/4 значения для персонала (группа А).
Основные дозовые пределы облучения лиц из персонала и населения установлены без учета доз от природных и медицинских источников ионизирующего излучения, а также доз в результате радиационных аварий. Регламентация указанных видов облучения осуществляется специальными ограничениями и условиями. />Помимо дозовых пределов облучения НРБ-96 устанавливают допустимые уровни мощности дозы при внешнем облучении всего тела от техногенных источников, а также допустимые уровни общего радиоактивного загрязнения рабочих поверхностей, кожи, спецодежды и средств индивидуальной защиты.
Соблюдение установленных норм облучения и обеспечение радиационной безопасности персонала предопределяется комплексом многообразных защитных мероприятий, зависящих от конкретных условий работы с источниками ионизирующих излучений, и в первую очередь от типа (закрытого или открытого) источника излучения.
Защитные мероприятия, позволяющие обеспечить радиационную безопасность при применении закрытых источников, основаны на знании законов распространения ионизирующих излучений и характера их взаимодействия с веществом. Главные из которых следующие: доза внешнего облучения пропорциональна интенсивности излучения и времени воздействия; интенсивность излучений от точечного источника пропорциональна количеству квантов или частиц, возникающих в нем за единицу времени, и обратно пропорциональна квадрату расстояния; интенсивность излучения может быть уменьшена с помощью экранов.
Из этих закономерностей вытекают основные принципы обеспечения радиационной безопасности: уменьшение мощности источников до минимальных величин («защита количеством»); сокращение времени работы с источниками («защита временем»); увеличение расстояния от источников до работающих («защита расстоянием»); экранирование источников излучения материалами, поглощающими ионизирующие излучения («защита экранами»).
Гигиенические требования по защите персонала от внутреннего переоблучения при использовании открытых источников ионизирующего излучения определяются сложностью выполняемых операций при проведении работ. Вместе с тем главные принципы защиты остаются неизменными. К ним относятся: использование принципов защиты, применяемых при работе с источниками излучения в закрытом виде; герметизация производственного оборудования для изоляции процессов, которые могут быть источниками поступления радиоактивных веществ во внешнюю среду; мероприятия планировочного характера; применение санитарно-технических устройств и оборудования, использование защитных материалов; использование средств индивидуальной защиты и санитарная обработка персонала; выполнение правил личной гигиены.

<< | >>

↑

Источник: Гриценко В.С.. Безопасность жизнедеятельности: Учебное пособие. 2004

Еще по теме Ионизирующие излучения и обеспечение радиационной безопасности:

- Основы БЖД - Пожарная безопасность - Чрезвычайные ситуации - Школа выживания -