Часть 2.Радиационные поражения в чрезвычайных ситуациях

2.1.Основы радиобиологии, биологическое действие ионизирующих излучений

Процесс спонтанного перехода атомных ядер из менее устойчивого состояния в более устойчивое называется радиоактивностью. При этом происходит самопроизвольное превращение (распад) неустойчивых атомных ядер одних химических элементов в ядра других элементов, сопровождающееся испусканием ионизирующих излучений. Каждый акт распада ведёт к высвобождению энергии, которая передаётся в виде излучения, способного ионизировать атомы вещества.

Излучение, которое создаётся при радиоактивном распаде, ядерных превращениях, торможении заряженных частиц в веществе и образует при взаимодействии со средой ионы разных знаков, называется ионизирующим излучением (ИИ).

Атомы (нуклиды), являющиеся источниками ИИ, называются радиоактивными (радионуклидами). Радионуклиды, имеющие одинаковое количество изотопов, но разное количество нейтронов, называются радиоизотопами.

Время, в течение которого распадается половина всех атомов данного радионуклида, называется периодом полураспада (Т_1/2). Период полураспада для каждого радионуклида – величина постоянная и не может быть изменена никакими внешними воздействиями. По истечении периода полураспада остаётся половина первоначального числа радиоактивных ядер, по истечении двойного периода – ¼ первоначального числа атомов и т.д. Период полураспада различных радионуклидов изменяется в широких пределах: от 10^-7 сек. до 10¹¹ лет.

Радионуклиды подразделяются на:

• короткоживущие (Т_1/2 - сек., мин., час, сут.) и долгоживущие (Т_1/2 - годы) в зависимости от периода полураспада;

• естественные и искусственные в зависимости от происхождения;

• газообразные, жидкие, твёрдые в зависимости от агрегатного состояния.

Период полураспада наиболее распространенных биологически значимых радионуклидов

Радионуклиды короткоживущие (сек., мин., сутки).	Радионуклиды долгоживущие (годы)
ЕСТЕСТВЕННЫЕ	ЕСТЕСТВЕННЫЕ
Полоний-216 (216Po) 0,16 сек.	Торий – 232 (232Th) 1,4*1010
Торон (газ) – радон-220 (220Rn) 51,5 сек	Уран – 238 (238U) 4,5*109
Радон (газ) - радон – 222 (222Rn) 3,82 дня	Углерод – 14 (14C) 5730
Полоний – 210 (210Po) 138,3 сут	Радий – 226 (226Ra) 1600
	Тритий – 3 (3H) 12,2
ИСКУССТВЕННЫЕ	ИСКУССТВЕННЫЕ
Индий – 113m (113mIn) 99,4 мин	Плутоний – 239 (239Pn) 24000
Технеций – 99m (99mTh) 6 часов	Плутоний – 238 (238Pn) 87,8
Йод – 134 (134I) 52,6 мин	Цезий – 137 (137Cs) 30
Йод – 131 (131I) 8,1сут	Стронций – 90 (90Sr) 29,1
Ксенон – 133 (133Xe) 5,27сут	Криптон – 85 10.7
Церий – 144 (144Ce) 284сут	Кобальт – 60 (60Co) 5,3
	Цезий – 134 (134Cs) 2,1
	Рутений – 106 (106Ru) 1,0

Характеристика видов ионизирующих излучений

Ионизирующие излучения делят на корпускулярные и электромагнитные (фотонные).

Корпускулярные ионизирующие излучения.

Альфа – частицы (-частицы) – поток положительно заряженных, относительно тяжелых частиц (ядра атомов гелия, содержащие 2 протона и 2 нейтрона). Движутся со скоростью 20 тыс. км/с, обладают малой проникающей способностью, величина пробега частиц в воздухе- несколько см, поглощаются листом бумаги. Плотность ионизации атомов и молекул высокая, сверхопасны при попадании внутрь организма.

Бета - частицы (-частицы) – поток электронов или позитронов (положительных электронов). Проникающая способность их значительно выше, чем  - частиц, величина пробега - от нескольких см до нескольких метров в зависимости от энергии. Поглощается слоем алюминия до 5 мм. Плотность ионизации в 1000 раз меньше, чем у  - частиц. Опасны при попадании внутрь организма. Внешнее облучение при контактном загрязнении воздействует на кожные покровы.

Нейтроны (n) – поток частиц без электрического заряда. Нейтроны обладают огромной проникающей способностью. В зависимости от энергии делятся на: холодные, теплые, промежуточные, быстрые, сверхбыстрые. Плотность ионизации высокая и зависит от энергии. Под действием нейтронов стабильные элементы могут становиться радиоактивными. Быстрые нейтроны наиболее эффективно замедляются веществами с малым атомным номером (водородсодержащими веществами, парафином, водой, бетоном, пластмассами). Для поглощения тепловых нейтронов используются материалы, содержащие бор и кадмий (борная сталь, борный графит, сплав кадмия со свинцом).

Протоны (p) – поток положительно заряженных ядер водорода. При одинаковой энергии с - и  - частицами протоны занимают промежуточное положение между ними по проникающей и ионизирующей способности.

Электромагнитные ионизирующие излучения.

Гамма-излучение (-излучение) – поток электромагнитных волн (квантов) высокой энергии, который распространяется со скоростью света на несколько сотен метров. Характерна высокая проникающая способность, плотность ионизации меньше, чем у корпускулярных видов излучения. Поглощается бетоном, свинцом, сталью.

Рентгеновское излучение – поток электромагнитных волн (квантов). Испускается при торможении быстрых электронов в специальных рентгеновских трубках или при переходе электронов с внешних электронных оболочек атома на внутренние при ядерных превращениях. Проникающая способность и плотность ионизации приравнивается к  - излучению.

При распаде большинства радионуклидов одновременно испускаются потоки -,-,-излучения. Но имеются отдельные радионуклиды, являющиеся источниками только  - излучения (радон-222, плутоний-239), или только  - излучения (стронций-90).

Все виды ИИ не видимы, без цвета, вкуса, запаха, вызывают: возбуждение атомов при переходе электронов с нижних оболочек на верхние, ионизацию атомов и молекул (образование положительно и отрицательно заряженных частиц-ионов).

Радионуклиды могут быть источниками внешнего и внутреннего излучения. Внешнее облучение (равномерное и неравномерное) – облучение тела от находящегося вне его источников ИИ.

Внутреннее облучение – облучение тела от находящихся внутри него источников ИИ (инкорпорированных радионуклидов).

Контактное или аппликационное облучение – облучение кожных покровов и слизистых от осевших на них радиоактивных веществ.

Биологическая активность разных видов ИИ неодинакова. Она зависит от плотности ионизации при пробеге частиц в веществе. Для сопоставления биологического действия различного вида ИИ введено понятие “относительная биологическая эффективность” (ОБЭ). Под ОБЭ излучения понимают его относительную (по сравнению с рентгеновским или  излучением) способность при заданной поглощенной дозе вызывать лучевое поражение определенной степени тяжести. ОБЭ рентгеновского и - излучений принимают равным 1, альфа–частиц-20, протонов-5, нейтронов - от 5до20 в зависимости от энергии.

Единицы радиоактивности и дозы облучения

Активность – мера радиоактивности какого-либо радионуклида. Характеризуется числом радиоактивных распадов за единицу времени. Чем больше радиоактивных превращений, тем выше радиоактивность.

В системе СИ в качестве единицы активности выбран Беккерель (Бк), равный одному распаду в секунду. Внесистемная величина активности – Кюри (Кu). 1 Ku = 3,7*10¹⁰ распадов/сек=3,7*10¹⁰Бк. Именно такое число распадов происходит в 1г радия-226, первого вещества, на котором были изучены законы радиоактивного распада. Активность 1г чистого радия близка к 1Кюри.

Единицы удельной активности (активность, отнесенная к весу, объему, площади) применяются для определения содержания радионуклидов в объектах внешней среды: в воде – Бк/л; в пищевых продуктах – Бк/кг; в лекарственных растениях – Бк/кг; в воздухе – Бк/м³; при радиоактивном загрязнении территории – Бк/м² (Кюри/км²).

Все ИИ обладают энергией и передают её среде (воздуху, воде, тканям человеческого организма). Величина энергии ИИ, переданная веществу, называется дозой. Имеется несколько понятий дозы ионизирующего излучения.

Экспозиционная доза – энергия ИИ, регистрируемая в малом объеме воздуха. Внесистемная единица экспозиционной дозы – Рентген (Р). 1 Рентген – это такая экспозиционная доза рентгеновского и гамма-излучения, при которой в 1см³ атмосферного воздуха при t=0С и атмосферном давлении 760мм.рт.ст. число образовавшихся пар ионов составляет 2 миллиарда пар ионов (одну электростатическую единицу количества электричества каждого знака). Экспозиционная доза в единицу времени называется мощностью экспозиционной дозы и измеряется в Р/ч, мР/ч, мкР/ч. В системе СИ единица экспозиционной дозы называется Кулон/кг 1Р=2,58*10^-4Кл/кг.

Ионизирующее излучение, проходя сквозь живые организмы, передают свою энергию тканям и клеткам. Это явление отражает понятие “поглощенная доза”. Поглощенная доза – средняя энергия, переданная ИИ веществу определённой массы. Внесистемная единица поглощенной дозы называется рад. 1 рад – это такая единица поглощенной дозы, когда в 1г вещества поглощается 100 эрг энергии, т.е. 1рад=100эрг/г. В системе СИ единица поглощенной дозы называется Грей. 1Грей (Гр)=1Дж/кг. 1Гр=100рад. Поглощенная доза, образуемая в веществе в единицу времени, называется мощностью поглощенной дозы, и измеряется в: Рад/ч или Гр/ч, мГр/ч и т.д.

В связи с тем, что разные виды ИИ обладают большей или меньшей биологической активностью введено понятие эквивалентная доза. Эквивалентная доза равна поглощенной дозе, умноженной на взвешивающий коэффициент для данного вида излучения. Для гамма - и рентгеновского излучения поглощенная и эквивалентная доза равны, т.к. взвешивающий коэффициент для этих видов излучений равен 1. Для альфа излучения, осколков деления тяжелых ядер, нейтронов с энергией 100 кЭВ-2мЭВ эквивалентная доза будет в 20 раз больше, чем поглощенная доза, т.е. поглощенная доза будет приводить к более тяжелым последствиям, чем такая же доза гамма - или рентгеновского излучения. Внесистемная единица эквивалентной дозы называется Бэр – биологический эквивалент рентгена. Единица эквивалентной дозы в системе СИ – Зиверт и его производные мЗВ, мкЗВ. 1 Зв = 100 бэр. Эквивалентная доза в единицу времени называется – мощностью эквивалентной дозы, и выражается в: БЭР/ч (ЗВ/ч).

Разные органы и ткани организма обладают не одинаковой радиочувствительностью. Наиболее радиочувствительны: гонады (взвешивающий коэффициент=0,20), красный костный мозг, лимфатическая ткань, толстый кишечник, легкие, желудок (взвешивающий коэффициент = 0,12), наименее радиочувствительны: костная и нервная ткани (взвешивающий коэффициент = 0,01). Эту закономерность отражает понятие “эффективная доза”. Эффективная доза – величина, используемая как мера риска возникновения отдаленных последствий облучения всего тела человека и отдельных его органов и тканей с учетом их радиочувствительности. Она представляет собой сумму произведений эквивалентной дозы в органах и тканях на соответствующие взвешивающие коэффициенты. Единицей эффективной дозы приняты Зиверт и его производные.

Естественные и техногенные источники ионизирующего излучения