ионизации. В этом случае образуются атомы в возбужденном состоянии, которые передают свою энергию другим атомам, либо испускают кванты характеристического излучения, либо соударяясь в дальнейшем с другими возбужденными атомами, могут получить энергию, недостающую для ионизации.

Как правило, при взаимодействии излучений с веществом имеют место все три вида последствий этого взаимодействия: упругое соударение, возбуждение и ионизация.

4.3. Характеристики радиоактивного излучения. Дозы излучения

Порция энергии, переданная излучением веществу, называется дозой. Количественной характеристикой взаимодействия ионизирующего излучения с веществом является поглощенная доза Дп - отношение средней энергии Е, переданной ионизирующим излучением веществу в элементарном объеме, к единице массы вещества m в этом объеме. В системе СИ в качестве единицы поглощенной дозы принят грэй (Гр). 1 Гр соответствует поглощению в среднем 1 Дж энергии ионизирующего излучения в массе вещества, равной 1 кг. Поглощенная доза определяет количество энергии, оставшейся в организме и способной разрушать его клетки. Однако

различные виды излучения производят разное воздействие на ткани и органы, и биологический эффект действия ионизирующих излучений зависит от плотности ионизации, производимой излучением.

Микрораспределение поглощенной энергии на единице пути ионизирующей частицы называется линейной передачей энергии (ЛПЭ). Коэффициент, показывающий, во сколько раз биологический эффект от какого-либо излучения больше, чем от излучения с ЛПЭ, равной 3,5 кЭв, на 1 мкм пути в воде (т.е. мягкого рентгеновского излучения),

называется коэффициентом качества (КК) излучения.

Для оценки биологического действия ионизирующего излучения, т.е. оценки возможного ущерба здоровью человека от хронического воздействия, введена основная дозиметрическая величина в области радиационной безопасности - эквивалентная доза H. Она определяется

как произведение поглощенной дозы данного вида излучения на коэффициент качества ионизирующего излучения в биологической ткани стандартного человека. Единицей эквивалентной дозы в системе

44

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com

СИ является зиверт (Зв). 1 Зв равен эквивалентной дозе, при которой

произведение поглощенной дозы в биологической ткани стандартного состава (весовой состав, в %: водород 10,1; углерод 11,1; азот 2,6; кислород 76,2) на средний коэффициент качества равно 1 Дж/кг. Одни части тела человека (органы, ткани) более чувствительны к воздействию излучения, другие - менее. Например, при одинаковой эквивалентной дозе облучения повреждения в легких более вероятны, чем в щитовидной железе; облучение половых желез особенно опасно из-за возможности возникновения генетических повреждений. Поэтому дозы

облучения органов и тканей следует учитывать с различными коэффициентами. Эти коэффициенты являются показателями радиационного риска для различных тканей (органов) человека при равномерном облучении всего тела. Сумма эквивалентных доз отдельных органов и тканей человека, умноженных на соответствующие коэффициенты радиационного риска (табл.4.2),

называется эффективной эквивалентной дозой Нe.

Таблица 4.2

Коэффициент радиационного риска для различных органов или тканей

Когда воздействию ионизирующих излучений подвергается большое количество людей, например, непосредственно занятых в

работах с источниками ионизирующих излучений на ядерных энергетических установках, в научных лабораториях, на производстве, в медицине, то для оценки полученной ими дозы введена коллективная эквивалентная доза - сумма индивидуальных эквивалентных доз у данного контингента людей за данный промежуток времени.

45

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com

4.4. Поступление радионуклидов в организм человека

В зависимости от расположения источника излучения различают внешнее и внутреннее облучение человека. Внешнее облучение создают природные космические лучи; природные или искусственные излучатели, находящиеся в воздухе, в земле, в стенах помещений; используемые в медицинских целях рентгеновские аппараты; источники специальных промышленных аппаратов, ускорители заряженных частиц, ядерные реакторы. Внутреннее облучение определяется радиоактивными веществами, проникающими внутрь организма человека с вдыхаемым воздухом, пищей, водой. Для радиоактивных газов и кожа является проницаемой мембраной.

Попавшие в организм радионуклиды выводятся из него либо вследствие радиоактивного распада, либо в результате биологических процессов выведения. Уменьшение концентрации радиоактивных веществ в организме описывается экспоненциальной функцией:

Ct = C0e−λt ,

где C0 - концентрация радиоактивного вещества в определенный начальный момент времени; Ct - концентрация радиоактивного вещества по истечении времени t; λ - константа уменьшения.

Радиоактивный распад и биологическое выведение - процессы независимые и происходящие одновременно. Поэтому величина λ

обуславливается обоими процессами и носит название константы эффективного выведения (λэфф). Она представляет собой сумму констант радиоактивного распада и биологического выведения.

Экспоненциальное уменьшение радиоактивности в биологической системе обычно выражается эффективным периодом полувыведения Тэфф, который представляет собой время, в течение которого организм (орган или ткань) освобождается от половины находящегося в нем

радиоактивного вещества в результате процессов радиоактивного распада и биологического выведения. Для долгоживущих изотопов с

большим периодом полураспада величина эффективного периода полувыведения определяется только биологическим выведением.

При однократном поступлении в организм радионуклида происходит его распад и биологическое выведение из организма. Зная эффективный период полувыведения, можно рассчитать, какое

количество радионуклида будет находиться в организме в течение

46

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com

определенного времени. Этого достаточно для расчета эквивалентной дозы внутреннего облучения. При хроническом поступлении в организм радионуклидов происходит их постепенное накопление в организме. Однако через определенный промежуток времени, зависящий от скорости обменных процессов и периода радиоактивного полураспада, наступает равновесие, при котором, несмотря на непрекращающееся поступление изотопа, его концентрация, достигнув определенной величины, остается постоянной. Это объясняется тем, что количество радиоактивного вещества, поступающего в орган, ежедневно приближается к количеству вещества, удаляемого из этого органа в процессе обмена веществ. Зная равновесную концентрацию радионуклида в организме, можно определить дозу облучения организма в целом, органа или ткани.

4.5.Механизм биологического действия ионизирующих излучений

Действие радиации на живой организм представляет собой комплекс взаимосвязанных процессов разной интенсивности и продолжительности: физических, физико-химических, химических и биологических. Каждый из

них характеризуется определенным типом взаимодействия излучения с веществом и продуктами этого взаимодействия (табл.4.3).

Биологическое действие радиации на живой организм начинается на клеточном уровне. Ядро считается наиболее чувствительной частью клетки, а основными его структурными элементами являются хромосомы. Молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), заключенные в хромосомах, несут наследственную информацию; отдельные их участки (гены) расположены в строго определенном порядке. Ионизирующее излучение вызывает поломку хромосом (хромосомные аберрации), после которой происходит соединение разорванных концов в новые сочетания.

Это приводит к изменению генного аппарата и образованию дочерних клеток , отличных от исходных.

Разрушение жизненно важных для организма молекул происходит не только при прямом попадании в них ионизирующего излучения, но и при косвенном действии, когда непосредственно молекула не поглощает непосредственно энергию излучения, а получает ее от другой молекулы (растворителя), которая первоначально поглотила эту энергию. В этом

случае радиационный эффект обусловлен вторичным влиянием продуктов радиолиза растворителя на молекулы ДНК. Вероятность попадания ионизирующих частиц в молекулы ДНК меньше, чем вероятность попадания их в молекулы воды, которая служит основным растворителем

47

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com

в клетке. Поэтому радиолиз воды, т.е. распад ее под действием радиации на

водородный и гидроксильный радикалы с последующим образованием молекулярного водорода и перекиси водорода, имеет первостепенное значение в радиобиологических процессах. Высокая способность

радикалов вступать в химические реакции обуславливает процессы их взаимодействия с биологически важными молекулами, находящимися в непосредственной близости к ним.

Таблица 4.3

48

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com