56 Носовский - Вопросы дозиметрии и радиационная безопасность на АЭС

и определяет судьбу облученного организма. В кишечнике последовательность событий сходная.

Согласно закону Бергонье и Трибонда наиболее радиочувствительная точка процесса это клетка крипта, которая занята быстрым и непрерывным производством клеток, еще полностью неспециализированных. Доза в несколько сотен бэр на кишечник может заставить клетки крипт временно прекратить деление. Зрелые покровные клетки при этом не пострадают. Через несколько часов эти клетки будут унесены, но взамен них новые клетки не придут. Это оголит реснички и откроет тонкую капиллярную сеть. Капилляры разорвутся, что позволит плазме крови вытекать в ЖКТ. Произойдет процесс проникновения внутрикишечных бактерий прямо в кровоток через оголенные капилляры. Инфекция быстро распространяется по телу в то время, когда его иммунная система так сильно потрясена потерей лейкоцитов.

При дозах ниже 1000 бэр клетки крипт восстанавливаются примерно за неделю. Это позволяет перестроить реснички и закрыть капиллярную сеть. Особь выздоравливает. При дозах свыше 1000 бэр клетки крипт не выживают. В связи с невозможностью удалить тонкий кишечник хирургическим путем острое облучение тела дозой в 1000 бэр считается предельной для выживания. Как отмечалось выше, процесс клеточного опустошения в кишечнике происходит быстрее, чем в костном мозге.

Рот и пищевод не радиочувствительны, как и все мышцы и соединительные ткани тела. Нужны значительные дозы, чтобы на них появились язвы.

Желудок более чувствителен. При дозах в несколько сот бэр основные и пристеночные клетки понижают или прекращают полностью свою секреторную деятельность по выделению HCl и пепсина, которые помогают в пищеварении. В последующий период эти клетки опять возобновляют свою деятельность до нормального уровня.

Толстый кишечник по чувствительности к облучению схож с желудком. Дозы свыше 1000 бэр приводят к образованию в нем язв.

Центральная нервная система (ЦНС) состоит, в основном, из мышечной и соединительной тканей. Замещение ее клеток в течение всей жизни не происходит. Поэтому она устойчива к облучению. ЦНС выдерживает дозы до 5000 бэр прежде, чем будет замечен эффект воздействия. Эта система обычно вырабатывает и передает электрические сигналы, необходимые для сокращения сердечной мышцы при работе сердца и сокращения мышц диафрагмы при дыхании. При высоких дозах эти сигналы поступают с перебоями или прекращаются на время. Это приводит к смерти облученного индивидуума через несколько часов.

Репродуктивная система более радиоустойчива. Тем не менее, в соответствии с законом Бергонье и Трибонда производство сперматозоидов (молодых клеток спермы) у мужчин понижается или прекращается при низких дозах. Доза 250 бэр на гонады (половые органы) приводит к временной стерильности на период до года. Для полной стерильности необходима Доза от 500 до 600 бэр.

Доза 170 бэр на женские гонады приводит к стерильности на период 1— 3 года. Полная стерильность наступает при дозе 300-600 бэр, в зависимости от возраста.

Таким образом, если говорить о радиочувствительности организма в целом, то она определяется чувствительностью к радиации клеток костного мозга и от их способности к восстановлению.

ОСТРЫЕ ЭФФЕКТЫ И ОТДАЛЕННЫЕ ПОСЛЕДСТВИЯ МЕДИЦИНСКИЕ АСПЕКТЫ ОБЛУЧЕНИЯ

Действие ионизирующего излучения на организм условно можно разделить на соматические и генетические. Соматические эффекты проявляются у самого облученного, а генетические — у его потомства. То есть соматическое действие ионизирующего излучения это непосредственное действие на организм. Его результат — это лучевая болезнь и локальные повреждения отдельных органов и тканей, а также отдаленные по-

следствия (сокращение продолжительности жизни, возникновение опухолей и т.д.). Генетические эффекты — это результаты облучения генома зародышевых клеток и проявляются они в потомстве облученных особей в виде врожденных уродств и нарушений, передающихся по наследству. Вероятность возникновения вредных эффектов всегда растет с увеличением дозы облучения. Но если и степень тяжести вредных эффектов облучения возрастает с увеличением дозы и выявляются они, начиная с какого-то порога, то такие эффекты называются нестохастическими (пороговыми). К ним, например, относятся нарушение воспроизводительной функции, косметические повреждения кожи, помутнение хрусталика глаза (лучевая катаракта), дистрофические повреждения разных тканей и т.д.

Если же вероятность возникновения последствий облучения человека существует при сколь угодно малых дозах облучения, то эффекты их вызывающие называются стохастическими (беспороговыми). Основные стохастические эффекты — это канцерогенные (лейкемия и другие формы злокачественных новообразований) и генетические эффекты.

Цель радиационной зашиты — предотвращение нестохастических эффектов и ограничение вероятности возникновения стохастических эффектов до уровней, считающихся приемлемыми.

Разнообразные формы проявления поражающего действия радиации на организм называют лучевой болезнью. В результате относительно равномерного действия т.н. "острых эффектов" развивается острая лучевая болезнь.

Термин "острые эффекты" применяется здесь в отношении эффектов, которые проявляются в течение времени от нескольких часов до нескольких месяцев после получения дозы. Эффекты облучения всего тела показаны в таблице 4.6.

Термин "доклинический" означает, что эффект настолько слаб, что его нельзя определить обычным медицинским обследованием. Это не значит, что эффект отсутствует. Такие эффекты, как возросший риск некоторых форм раковых заболеваний или генетические эффекты в потомстве могут не проявляться много лет. Это означает, что медицинское обследование не способно доказать или опровергнуть наличие полученной дозы величиной до 100 бэр на все тело.

В "терапевтическом диапазоне" 100 — 1000 бэр наиболее критической проблемой будет поддержание минимального количества клеток циркулирующей крови. Так как многие кровяные клетки происходят от стержневых клеток в костном мозге, то эффекты, которые происходят в этом диапазоне, как отмечалось выше, называют "синдром костного мозга". Лейкемия означает падение количества лейкоцитов. Пурпура означает мелкие образования (пятна) красного или пурпурного цвета на коже, возникшие при разрыве капилляров и истечении небольшого количества крови в подкожном слое. Эпиляция означает выпадение волос. В основном волосы отрастут в течение приблизительно месяца, хотя новые волосы будут грубее, а цвет светлее.

являются обширные кровоизлияния под кожей, кровотечения из носа, десен. Развиваются язвенные поражения слизистых оболочек. Третья фаза лучевой болезни длится 1

— 3 недели у больных подвергшихся лечению и при благоприятном течении переходит в фазу раннего восстановления. Ее продолжительность 2 — 2,5 месяца, хотя отдельные проявления еще имеют место. Только после 4-го месяца возобновляются рост волос и воспроизводительная способность.

Если воздействию радиации подвергается лишь часть организма, то величина смертельной дозы существенно возрастает. Если, например, вне зоны облучения оказывается хотя бы небольшая часть костного мозга (скажем хвост), то непораженная его часть снабжает жизнеспособными клетками пострадавший организм и обеспечивает его выживание, даже при облучении смертельными дозами радиации в условиях общего облучения.

Вся информация, представленная выше, дана для случаев облучения в течение короткого временного интервала. Во многих случаях (например, работе в радиационноопасных условиях) доза накапливается индивидуумом постоянно на протяжение многих лет. В этих условиях получают возможность работать биологические восстановительные механизмы. В ранних работах с клетками биологи показали, что при делении дозы облучения на части по времени воздействие радиации может снизиться в восемь раз. Такое снижение эффекта легко наблюдается на людях. Работающие с ионизирующим излучением, получая ежегодно 5 бэр, за время работы 50 лет могут получить полную дозу 250 бэр. При этом при клинических обследованиях не наблюдаются никакие эффекты. Тем не менее, при получении дозы в 250 бэр однократно проявятся многие клинические эффекты, такие как: уменьшение количества кровяных клеток, возможна рвота.

Хроническая лучевая болезнь развивается при ежедневном общем облучении 1 — 5 мЗв и при достижении суммарной дозы 0,7— 1 Зв. Процесс восстановления после прекращения облучения идет очень медленно. Сущностью процесса восстановления, как при острой, так и при хронической лучевой болезни, является процесс размножения клеток, сохранивших жизнеспособность, и на этой основе восстановление функциональной активности органов. Скорость восстановления оценивается по величине периода полувосстановления — времени, необходимом для восстановления, например, костного мозга на 50%. Для человека это 25 — 45 дней. Остаточные явления могут исчезнуть значительно позднее в течение 1,5 — 2 лет, либо сохранятся до конца жизни.

Но даже полное восстановление организма не гарантирует его в будущем от опасности проявления отдаленных последствий действия ядерных излучений, а его потомство

—от наследственных или врожденных нарушений.

Эти последствия могут наблюдаться в периоде нескольких лет после острого облу-

чения. Их тяжесть в основном зависит от величины дозы, мощности дозы, возраста на момент облучения и состояния здоровья пострадавшего. Последствия обычно делят на две категории: генетические последствия, которые скажутся на потомстве облученного, и соматические последствия, которые произойдут с самим пострадавшим. Нет сомнений, что радиоактивное излучение является мутагеном, то есть причиной генетических мутаций. Всемирной организацией здравоохранения хорошо определены более 200 различных условий или болезней, которые генетически передаются от родителей потомству. Большинство из них несмертельны, а многие практически незаметны. Действительно, мутации с большими отклонениями в строении (лишние отростки или не достающие основные органы и т. д.) обычно не жизнеспособны. Довольно строгие стандарты "гарантии качества" в человеческом организме обычно приводят к спонтанному выкидышу на ранней стадии беременности.

Около 10% всех новорожденных имеют те или иные спонтанные генетические дефекты. Около половины всех случаев самопроизвольного выкидыша также связано с аномалиями в генетическом материале. Но даже если дети с наследственными дефек-

тами рождаются живыми, то вероятность для них дожить до своего первого дня рождения в 5 раз меньше, чем для нормальных детей. Приведем краткий список некоторых заболеваний, к которым, как считают биологи, приводят генетические мутации:

•врожденные катаракты;

•анемия;

•мышечная дистрофия;

•болезнь Дауна;

•эпилепсия;

•низкий гамма-глобулин;

•дисбаланс стероидов;

•альбиносизм;

•диабет;

•астма.

НКДАР при оценке риска появления наследственных дефектов у человека использует два подхода. При одном подходе пытаются определить непосредственный эффект данной дозы облучения, при другом стараются определить дозу, при которой удваивается частота появления потомков с той или иной разновидностью наследственных дефектов по сравнению с нормальными радиационными условиями.

Необходимо заметить, что получить значимое приближение для оценки этих величин достаточно трудно. Эта трудность связана с тем, что многие величины, описывающие жизнь человеческой популяции, имеют статистические флуктуации большие, чем те, что приводят к изменениям в числе мутаций в связи с радиационным воздействием доз до десятков бэр.

Для людей, однако, сформулированы относительно надежные оценки. Они сводятся к следующему:

•За счет естественного радиационного фона у человека возникает не более 5% общего числа спонтанных мутаций, все остальные — за счет других факторов.

•Существует зависимость радиационно-генетического эффекта от мощности дозы излучения. По мере ее снижения число мутаций, вызываемых одной и той же дозой, сильно уменьшается.

•Удваивающая доза для лейкозов 0.5 Гр, для других мутаций 1 Гp.

•Облучение каждого поколения населения в дозе 0,0l Зв, на протяжении бесконечно длительного времени увеличит частоту самопроизвольных мутаций на 1%. Иными словами, если воздействовать в этой дозе на многие поколения, то на каждый миллион родившихся следовало бы ожидать от 50 до 1000 мутаций дополнительно к 25 тыс. самопроизвольных. Соматические эффекты, то есть эффекты, проявляющиеся на облученных индивидуумах, также дают отдаленные последствия. Часто они делятся, на три категории — сокращение продолжительности жизни, лейкемия и другие раковые заболевания. Сокращение продолжительности жизни является результатом ускорения жизненных процессов. Это совершенно отличается от сокращения продолжительности жизни из-за опасных заболеваний. Этот эффект хорошо зафиксирован в экспериментах на животных. Если произвести несколько приблизительную экстраполяцию на людей при низких дозах, то в результате такой оценки ожидается уменьшение продолжительности жизни на несколько дней на 0,1 мЗв, опять же, не принимая во внимание возможности эффекта стимулирования жизнедеятельности, который должен увеличивать продолжительность жизни при низких дозах.

Имеющийся в настоящее время обширный экспериментальный материал и клиниче-

ские наблюдения показали, что под влиянием облучения могут возникать новообразования практически во всех органах. Однако наиболее частыми следует считать лейкоз (рак крови), злокачественные опухоли кожи, костей, молочной железы и яичников. При этом кожные и костные опухоли возникают чаще всего при местном облучении, а остальные, как правило, в результате тотального воздействия.

Рис.4.2. Вероятность возникновения онкологических заболеваний после однократно-

го общего внешнего облучения в дозе 0,01 Гр.

На рис.4.2 представлена относительная среднестатистическая вероятность заболевания после равномерного однократного облучения тела дозой в 0,01 Гр. График построен на основании результатов обследования людей, переживших атомную бомбардировку в Японии. Показано ориентировочное время появления лейкозов и других форм рака с момента облучения. Видно, что после двухлетнего скрытого периода развиваются лейкозы, достигая максимальной частоты через 6 — 7 лет. затем частота заболеваний плавно уменьшается и через 25 лет практически сводится к нулю. Другие опухоли начинают появляться через 10 лет после облучения и до 3 6 — 40 лет частота их нарастает. Однако, для построения всей кривой пока нет достаточной информации.

Риск возникновения раковых заболеваний приведен в табл.4.7. Все величины в табл.4.7 — это ожидаемые дополнительные случаи раковых заболеваний на миллион человек в год от каждой дозы излучения в 1 бэр, если принята за основу линейная беспороговая концепция (рекомендация НКДАР).

Таблица 4.7.

Оценка риска дополнительных случаев раковых заболеваний

Случаи на миллион человек в год при облучении дозой в 10 мЗв

При малых дозах облучения не имеется статистически обоснованных данных, позволяющих определить воздействие ионизирующих излучений на человека. Международная комиссия по радиологической защите (МКРЗ) для целей радиационной защиты постулировала беспороговую зависимость доза-эффект: любому, сколь угодно малому уровню воздействия облучения соответствует отличная от нуля вероятность появления дополнительных новообразований. Малыми дозами еще можно считать применительно

кчеловеку дозы 40 — 50 мЗв при однократном облучении.

Сдругой стороны, многочисленные исследования радиобиологов показали: малые дозы радиации не только не оказывают угнетающего действия, а наоборот, во многих случаях даже стимулируют жизнедеятельность живых систем (гормезес). В частности у млекопитающих наблюдается: ускоренное развитие, повышенная устойчивость к неблагоприятным условиям, увеличение численности потомства и т.д. По мнению некоторых радиобиологов стимулирующее действие малых доз на человека доказано многими исследованиями (радоновые ванны). По их мнению, вся сумма имеющихся фактов единодушно подтверждает, хотя и не доказывает: существует реальный биологический порог действия ионизирующей радиации.

КОНЦЕПЦИЯ ПРИЕМЛЕМОГО РИСКА

По определению, риск — это "шанс плохих последствий". За количественную меру индивидуального риска принимается средняя вероятность заболевания или гибели человека в год. Риск является стохастической величиной. Классификация источников и уровни индивидуального риска в условиях деятельности человека даны в табл.4.8. В табл.4.9 и 4.10 представлены уровни риска для профессиональной деятельности и искусственной среды обитания.

Таблица 4.8.

Классификация источников риска и его масштабы в условиях деятельности человека

Таблица 4.9. Уровни индивидуального риска в промышленно развитых странах

Из таблиц 4.8,4.9,4.10 следует ряд важных выводов:

•Определенная степень риска вредного воздействия связана с любым видом человеческой деятельности. Его результатом могут быть травмы, заболевания и даже смерть.

•В земных условиях уровни риска меняются в очень широких пределах: от минимально обнаруживаемого уровня 10-8 до 10-2 в год. Практически в сфере человеческой деятельности уровни риска выше 10-2 в год встречаются очень редко. Это есть уровень вероятности смерти в результате болезни.

•В отдельных видах деятельности человека уровни риска носят относительно устойчивый характер.

•Эти уровни риска можно считать приемлемыми для общества, или социально приемлемыми, поскольку население в целом и отдельные группы населения достаточно осведомлены об этих уровнях риска и, тем не менее, принимают их, или во всяком случае, мирятся с ними.

Таблица 4.10

Уровни индивидуального риска в промышленно развитых странах

видимому, этот уровень риска является неприемлемым для населения и является аналогом уровню риска для профессиональной деятельности 10-2 (см. табл. 4.11). При уровне риска 10-4 в год люди меньше склонны к серьезным действиям, но готовы тратить деньги на уменьшение риска. Средства выделяются на ограждение опасных мест, пожарную охрану, регулирование движения транспорта. В активном смысле еще признается риск на уровне 10-5 в год. Люди допускают некоторую долю неудобств для избежания риска этого уровня. Родители предупреждают своих детей об опасности огнестрельного оружия, отравления, плавания и т.д. По отношению к случаям с вероятностью смерти 10-6 в год обычный человек не проявляет большого интереса. Он предполагает, что они с ним не произойдут.

На базе профессионального анализа результатов, аналогичных приведенным выше, сделаны следующие общие выводы о приемлемости риска в различных областях человеческой деятельности: Виды деятельности, связанные с риском более 10-2 в год, являются социально неприемлемыми видами деятельности современного человека.

•Предел индивидуального риска для профессионального облучения принимается 1,0

·10-3 в год, для населения — 1,0·10-4 в го д.

•Средний приемлемый уровень риска деятельности в профессиональной среде равен

2,5 ·10-4 в год.

•Диапазон социально приемлемого риска загрязнения окружающей среды может быть оценен, если в качестве критерия использовать уровни риска в естественной среде

обитания. Тогда максимальный уровень риска за счет загрязнения окружающей среды не должен превышать 10-5 в год, а минимальный уровень — 3 ·10-8 в год.

Уровни индивидуального радиационного риска облучения населения от различных

источников приведены в табл. 4.1. При ее составлении использовался коэффициент риска равный 5,6·10-2 Зв-1.

По аналогии с тем, что базовым уровнем при определении приемлемости риска в жизни человека вообще принята частота природных катастроф (10-8 в год), мерой, мас-

штабом при определении приемлемости риска принят уровень радиоактивного риска, соответствующий естественному фону (10-5 в год).

Средние уровни индивидуального риска в ядерном топливном цикле следующие: уровни риска для шахтеров при добыче урана 10-3, для персонала АЭС 7·10-4 в год, что соответствует социально приемлемому уровню риска. Для населения уровни индивиду-

ального риска возле предприятий по добыче и переработке урановой руды были равны 3 ·10-9 в год, возле АЭС З·10-7 в год, возле радиохимических заводов 3·10-6 в год.

При ежегодной смертности от рака в Украине 60 тыс. случаев в год, приблизительное число гипотетических летальных исходов от рака за счет ядерной энергии (6 случаев в год) является совершенно ничтожным. Из расчетов следует, что число летальных исходов от ядерной энергетики примерно равно числу фатальных исходов от выбросов угольных ТЭС. Таким образом, в режиме нормальной эксплуатации АЭС практически не несут никакого риска.