4 курс / Медицина катастроф / Основы_радиобиологии_Доник_А_Д_,_Поройский_С_В_

Все вышеперечисленные излучения обладают способностью вызывать ионизацию атомов и молекул веществ, через которые они проходят (отсюда название «ионизирующие излучения»). Ионизацией называется отрыв электронов от атома, при котором образуется пара ионов (+ и -). На интенсивности ионизации и поглощении лучистой энергии различными веществами основывается измерение дозы ионизирующих излучений –

дозиметрия.

В радиологии проводят два вида измерений ионизирующих излучений:

измеряют экспозиционную дозу излучений в воздухе и дозу излучений,

поглощенных веществом.

Экспозиционная доза – полный электрический заряд образующихся ионов одного знака в единице массы воздуха. Единицы измерения: в Международной системе единиц – кулон на кг (Кл/кг), внесистемная единица – рентген (Р) (когда в 1 см3 воздуха образуется 2,08 млрд. пар ионов, несущих одну электростатическую единицу заряда). 1 Р = 2,58 10-4Кл/кг (таб.1.1.).

На 7 Международном конгрессе радиологов в 1953 году в Копенгагене, в

период наиболее острого интереса к атомной науке и технике, энергию любого вида излучения, поглощенную в одном грамме вещества, было рекомендовано называть поглощенной дозой. В качестве поглощенной дозы был выбран рад

(rad, radiation absorbed dose) - поглощенная доза излучения.

1 рад соответствует такой поглощенной дозе, при которой количество энергии, которая выделяется в одном грамме любого вещества, равно 100 эрг независимо от вида энергии ионизирующего излучения (таб.1.1.). Таким образом,

1 рад =100 эрг/г = 10-2 Дж/кг = 6,25 107 МэВ/г. для любого материала.

21

Единицы измерения поглощенной дозы (количество поглощенной энергии в единице массы вещества): в Международной системе единиц Грей (Гр) –

поглощенная доза излучения, переданная массе облучаемого вещества в 1 кг и измеряемая энергией в 1 Дж (джоуль), внесистемная единица – рад

(радиационная адсорбированная доза). 1 Дж/кг = 1 Гр = 100 рад.

Поглощенная и экспозиционная дозы излучений, отнесенные к единице времени, называются мощностью поглощенной и экспозиционной доз.

Мощностью поглощенной дозы является физической величиной и измеряется в единицах рад/с, рад/мин, рад/ч и т.д. Эта энергетическая единица, никак не учитывающая биологические эффекты, которые производит проникающая радиация при взаимодействии с веществом. Однако то, что действительно интересует специалистов по дозиметрии и радиационной физики - это изменения в организме, возникающее при облучении человека. В связи с тем, что тяжесть нарушений различна в зависимости от типа излучения, знания поглощенной дозы недостаточно для оценки радиационной опасности. Измерить поглощенную дозу непосредственно в живой ткани чрезвычайно трудно, и даже если бы удалось проделать такие измерения, их ценность оказалась бы невелика.

Реакция живого организма на облучение определяется не столько поглощенной дозой, сколько распределением энергии по чувствительным структурам живых клеток (молекулярный и клеточный уровни). В связи с чем, возникла потребность в формулировке измеримой величины, учитывающей не только выделение энергии, но и биологические последствия облучения. Из соображений простоты и удобства, биологические эффекты, вызванные любыми ионизирующими агентами, принято сравнивать с воздействием на живой организм рентгеновского или гаммаизлучения. Удобство определяется тем, что для рентгеновского излучения заданные дозы и их мощность сравнительно легко воспроизводимы и достоверно измеряемы. Все эти процедуры становятся заметно сложнее для других типов излучений. С целью сравнивнения

23

воздействия последних с биологическими эффектами рентгеновского и гамма -

излучений, вводится так называемая эквивалентная доза, (в НРБ-96 исключена)

которая определяется как произведение поглощѐнной дозы на некоторый коэффициент (Q) зависящий от вида излучения, для гаммаизлучений и протонов высокой энергии Q = 1, для тепловых нейтронов Q = 3, для быстрых нейтронов Q = 10, при облучении альфачастицами и тяжелыми ионами Q =20.

Эквивалентная доза измеряется в бэрах (бэр - биологический эквивалент рентгена), под которым понимают такую же степень ионизации в тканях,

которую создает 1 рад гамма-излучения. Таким образом, для рентгеновского излучения, 1 рад поглощенной дозы соответствует 1 бэру. В Международной системе единиц используется единица измерения Зиверт (Зв): 1 Зв = 100 бэр.

Иногда употребляется так же наименование (рем) от английской аббревиатуры rem - roentgen equivalent for man, эквивалент рентгена для человека.

Эквивалентная доза в 4-5 Зв, примерно 400-500 бэр, полученная за короткое время, вызывает тяжелое лучевое поражение и может привести к смертельному исходу (Пример: предельно допустимая доза (ПДД) для персонала, работающего с радиоактивными веществами, установлена в 5 бэр/год или примерно 100

мбэр/неделя. При этом имеется в виду облучение всего тела, как говорят,

тотальное облучение. Для населения установлен предел дозы за год в десять раз меньший - 500 мбэр/год).

При определении суммарной дозы облучения за период продолжительностью более 4 суток пользуются понятием период

полувосстановления, равный для человека в среднем 28 суток. В соответствии с этим существует понятие остаточная доза, зависимая от времени, прошедшего после облучения. Например, через неделю после облучения остаточная доза составит 90% от полученной, а через 4 недели – соответственно 50%. Сумма полученной и остаточной доз называется эффективной дозой облучения.

24

географических районов, где естественный радиационный фон существенно увеличен - это Бразилия, Франция Индия, остров Ниуэ в Тихом океане и Египет.

Искусственные источники – это рентгеновские и гамма-установки в медицине и промышленности, АЭС, выбросы радиоактивных отходов и др.

В мирное время различают следующие типы источников ионизирующих излучений .

I.Природные

1.Космическое излучение.

2.Внешнее облучение (фоновое излучение от строительных материалов).

3.Дополнительное (например, от удобрений, от курения, от почвы под зданием).

II.Медицинские

1.Рентгендиагностика.

2.Радионуклидная диагностика.

III.Производственное

1.Ядерная энергетика.

2.Профессиональное облучение.

3.Испытания ядерного оружия.

Помимо внешнего облучения различают внутреннее облучение организма.

В этом случае источником радиационной опасности являются радионуклиды при инкорпорации.

Радионуклиды - это радиоактивные изотопы различных элементов, в

которых происходит самопроизвольный распад атомных ядер вследствие их внутренней неустойчивости и испускание вследствие этого ионизирующих излучений ( , , ), а само явление распада ядер называется радиоактивностью.

Скорость распада радионуклидов определяется константой распада или периодом полураспада. За единицу радиоактивности принят Беккерель (Бк),

26

равный одному распаду в 1 секунду. Внесистемная единица измерения радиоактивности – кюри (Ки), равная 3,7 1010 Бк.

Определение степени загрязнения радионуклидами различных объектов, а

также уровня радиации называется радиометрией.

Уровнем радиации называется мощность экспозиционной дозы

(определение и единицы измерения которой рассматривались выше).

Естественный радиационный фон внешнего излучения на территории Российской Федерации создает мощность экспозиционной дозы 4-20 мкР/ч (40-

200 мР/год).

Радиометрические измерения поверхностей предметов, воды, продуктов,

кожных покровов и выделений человека, одежды (обмундирования личного состава) позволяют судить о степени радиоактивного загрязнения перечисленных объектов исследования, что имеет большое значение в военное время (и в условиях чрезвычайных ситуаций мирного времени) для предупреждения радиационных поражений в результате инкорпорации радионуклидов.

Источники радионуклидов в природе и народном хозяйстве классифицируются аналогично источникам внешнего излучения. В естественных условиях радионуклиды поступают в организм человека в основном двумя путями: ингаляционно и перорально (с пищевыми продуктами и водой).

В атмосфере Земли содержится более 60 естественных радионуклидов,

которые подразделяются на две категории: первичные и космогенные.

Последние в основном образуются в атмосфере в результате взаимодействия протонов и нейтронов с ядрами азота и кислорода, а затем поступают на земную поверхность с осадками. Наибольшее излучение дают изверженные породы:

гранит, сиенит, диорит, которые применяются как крупные заполнители в бетонах, для дорожных работ и в качестве материалов для наружной и внутренней отделки зданий и сооружений. Дерево, кирпич, бетон выделяют

27

небольшое количество родона, а вот гранит, пемза, глинозѐмы - значительно больше. В связи с чем, в Швеции перестали применять глиноземы при производстве бетона. Радиоактивные природные материалы, используемые человеком для строительства жилых и производственных помещений. В

среднем мощность дозы внутри зданий на 18% больше, чем снаружи, а в некоторых случаях эта разница может достигать 50%. Внутри помещений человек проводит три четверти своей жизни. Человек, постоянно находящийся в помещении, построенном из гранита, может получить 240-400 мрад/год, из пемзового камня –300 мрад/год, из красного кирпича – 140-180 мрад/год, из бетона – 100-180 мрад/год, из известняка – 40 мрад/год, из алебастра – 30

мрад/год, из дерева – 30 мрад/год.

Газообразный радон поступает в атмосферу из Земли. Он рассеивается в воздухе и концентрация его в окружающей среде достаточно низка. Однако радон проникает в помещения через стены или пол и некоторыми другими путями. Строительные материалы, вода, природный газ являются внутренними источниками, а атмосферный воздух, почва под зданием – внешними.

К радионуклидам, поступающим в организм с водой, пищевыми продуктами и ингаляционным путем, помимо радона относятся 210Pb, 210Ро, 40К,

торон. 40К поступает в организм человека с пищей, он является основным источником внутреннего облучения помимо продуктов распада радона.

Содержание 40К в организме человека зависит от мышечной массы, так оно в 2

раза выше у молодых мужчин, чем у пожилых женщин. В среднем человек получает около 100 мкЗв/год за счет калия-40, который усваивается организмом вместе с нерадиоактивным калием, необходимым для жизнедеятельности.

Нуклиды свинца-210, полония-210 концентрируются в рыбе и моллюсках.

Жители северных районов, питающиеся мясом северного оленя, тоже подвергаются более высокому облучению, потому что лишайник, основная пища этих животных, концентрирует в себе значительное количество изотопов полония и свинца. Дозы внутреннего облучения в этом случае от полония-210 в

28

35 раз превышают средне годовую. А в другом полушарии люди, живущие в Западной Австралии в местах с повышенной концентрацией урана, получают дозы облучения, в 75 раз превосходящие средний уровень, потому что едят мясо и требуху овец и кенгуру. Прежде чем попасть в организм человека,

радиоактивные вещества, проходят по сложным маршрутам в окружающей среде, и это приходится учитывать при оценке доз облучения, полученных от какого-либо источника.

Согласно ―Нормам радиационной безопасности‖ 1999 г, в нашей стране установлена система ограничений на облучение населения от отдельных природных источников ионизирующих излучений. Так, например, нормируется содержание радона и торона в воздухе помещений; радона в питьевой воде, в

минеральных и лечебных водах, а также других природных радионуклидов в фосфорных удобрениях, в строительных материалах и т.п.

Важным аспектом радиационной безопасности населения является нормирование медицинского облучения. Принципы контроля и ограничения радиационных воздействий в медицине основаны на получении необходимой и полезной диагностической информации или терапевтического эффекта при минимально возможных уровнях облучения. При этом не устанавливаются пределы доз, но используются принципы обоснования назначения радиологических медицинских процедур и оптимизации мер защиты пациентов.

Один из распространенных способов диагностики - рентгеновской аппарат. В

развитых странах на 1000 жителей приходится от 300 до 900 обследований в год,

не считая рентгенологических обследований зубов и массовой флюорографии. В

любом случае пациент получает минимальную дозу при обследовании. Так, при рентгенографии зубов - 0,03 Зв (3 бэр), при рентгеноскопии желудка - столько же, при флюорографии - 3,7 мЗв (370 мбэр).

29

1.4.Поражающие факторы, их характеристика.

Врезультате производственных аварий и катастроф, применения оружия

массового поражения в случаях конфликтных ситуаций, возникают

поражающие факторы, вызывающие поражения людей, с/х животных,

растительности, разрушения зданий, сооружений, загрязнение и заражение окружающей среды.

Различают две группы факторов, вызывающих поражения людей при ядерных взрывах и радиационных авариях:

I группа – радиационные: проникающую радиация, радиоактивное загрязнение местности.

II группа - нерадиационные: ударная волна, световое излучение,

электромагнитный импульс

1.4.1. Проникающая радиация

Проникающая радиация - это главный радиационный фактор ядерного взрыва (составляет примерно 5% энергии ядерного взрыва). Проникающая радиация представляет собой поток нейтронов и гамма-лучей, которые оказывают свое действие в момент взрыва и в течение последующего короткого промежутка времени.

Нейтронное излучение возникает в основном в процессе реакций деления и синтеза ядер. Эти реакции протекают в течение очень короткого промежутка времени (порядка 10-6 с), поэтому нейтронное излучение воздействует на объекты, находящиеся в зоне его распространения, мгновенно.

Основными источниками гамма-излучения являются осколки деления ядер урана и плутония, а также атомы азота воздуха, окружающего зону взрыва,

которые, захватывая нейтроны, переходят в нестабильное состояние и испускают гамма-кванты как излишек энергии.. Однако в связи с тем, что интенсивность такого гамма-излучения со временем быстро падает (по экспоненциальному

30