2.1.6. Іонізуючі випромінювання

Розвиток життя на Землі завжди відбувався в присутності радіаційного фону навколишнього середовища. Радіоактивне випромінювання – це не щось нове, створене розумом людини, а вічно існуюче явище. Це явище було відкрито В.К. Рентгеном у 1895 році і названо в подальшому його іменем. У 1896 році А. Бекерель відкрив явище радіоактивності. У 1898 році подружжя М. Кюрі і П. Кюрі встановило, що уран після випромінювання перетворюється на інші хімічні елементи, які вони назвали радієм та полонієм. Хімічні елементи, атоми яких самовільно розпадаються і цей розпад супроводжується радіоактивним випромінюванням альфа, бета і гамма названі радіоактивними речовинами. І вже з самого початку дослідники зіткнулися з негативною дією радіації: Марія Кюрі. Її донька Ірен і зять Жоліо Кюрі померли від променевої хвороби, що виникла під час багаторічної роботи з радіоактивними речовинами. Практичним втіленням пошуків вчених стало створення атомної бомби, атомних електростанцій, широке використання рентгенівських променів і радіоактивних речовин у медицині та в інших галузях народного господарства що поширює радіаційну небезпеку в суспільстві.

Характеристика іонізуючих випромінювань, одиниці випромінювання. Іонізуючим випромінюванням називають будь-яке випромінювання (електромагнітне, корпускулярне), яке при взаємодії з речовиною безпосередньо або непрямо викликає іонізацію та збудження її атомів і молекул. Іонізуюче випромінювання здатне проникати крізь матеріали різної товщини й іонізувати живі клітини організму. Іонізація речовин завжди супроводжується зміною їх основних фізико-хімічних властивостей, а для біологічної тканини - порушенням її життєдіяльності.

Основні типи іонізуючих випромінювань: α (альфа), β (бета), nº (нейтронні) (група корпускулярних випромінювань). Рентгенівські та γ випромінювання (група хвильових). Корпускулярні являють собою потоки невидимих елементарних частинок певної маси і розмірів. Хвильові випромінювання мають квантову природу. Це електромагнітні хвилі в понад короткохвильовому діапазоні.

Альфа – частинка являє собою ядра атомів гелію, що мають два протони і два нейтрони. Альфа випромінювання має відносно велику іонізуючу здатність, але проникає в тканини тіла людини на дуже малу глибину – 0,03 мм (в повітрі пробігає – 2,5 см)

Бета частинка являє собою електрони. Їх проникаюча здатність значно вище, ніж у альфа-частинок (в тканини тіла людини проникає на глибину до 2 см, викликаючи бета-опіки, в повітрі пробіг може досягати 18 м.)

Рентгенівські і α-промені вільно проникають не тільки скрізь тіло людини, але і більш щільні шари середовища. В повітрі величина пробігу досягає десятки метрів, інколи і сотні метрів.

Нейтрони – елементарні частинки з масою близькою до маси протона, але не мають заряду. Тому їх проникаюча здатність приблизно така, як і у γ - променів.

Іонізуюча здатність найвища у α-частинок, трохи менша у нейтронного потоку, значно менша у β-частинок і найменшу іонізуючу здатність мають хвильові випромінювання.

Уражаюча дія радіоактивних випромінювань визначається властивістю їх іонізувати атоми середовища, в якому вони поширюються. Іонізуючі атоми і молекули клітин людини, радіоактивні випромінювання порушують функції життєво важливих органів і систем. Іонізуюча властивість радіоактивних випромінювань характеризують дозою випромінювання.

Доза випромінювання – це кількість енергії радіоактивних випромінювань поглинутих одиницею об’єму середовища, яке опромінюється. Розрізняють експозиційну, поглинуту і еквівалентну дозу.

Експозиційна доза – це доза випромінювання у повітрі. Вона характеризує потенційну загрозу іонізуючих променів для людини (по γ – промінням). Експозиційна доза γ –променів вимірюється несистемною одиницею - рентген (Р). 1Р – це така доза γ – випромінювання, яка в 1 см3

сухого повітря при t0=00 С і тиску 760 мм рт.ст. створює 2,08.109 пар іонів. У системі СІ експозиційна доза вимірюється в кулонах на кілограм (1Р = 2,58.10-4 Кл\кг). Експозиційна доза має обмежене значення: вона характеризує вплив з променів на повітря. Більш поширене значення має поглинута доза. Поглинена доза – це величина, яка характеризує енергію іонізуючого випромінювання, поглинену одиницею маси речовини, яка опромінюється. В системі СІ вона вимірюється в греях. 1Гр – це така поглинена доза, при якій 1 кг опроміненої речовини поглинає енергію в 1Дж (1Гр=1 Дж\кг). Несистемна одиниця – рад (1Гр=100рад). Експозиційна доза в 1Р відповідає приблизно 1раду (в повітрі 1Р=0,88 рад, в біологічній тканині – 0,98 рад).

Для оцінки біологічного дійства іонізуючих випромінювань на організм використовується еквівалентна доза. Вона характеризує вплив різних іонізуючих випромінювань на людину в порівнянні з впливом γ- випромінювання. Еквівалентна доза – це добуток, поглиненої дози на так званий, коефіцієнт якості (Кя). Для γ – променів і β – частинок Кя = 1, для нейтронного потоку з різною енергією Кя = 5-10, для α – частинок – Кя = 20. Еквівалентна доза в системі СІ вимірюється одиницею Зіверт (Зв). Несистемна одиниця-Бер. 13в=100 Бер., а Д екв = Д погл . Кя.

Коефіцієнт якості визначає ефективність іонізуючої дії на людину різних радіоактивних випромінювань. Для контролю за радіаційним забрудненням атмосфери та різних поверхонь використовують величину потужності дози – дозу віднесену до одиниці часу. Потужність дози іонізуючого випромінювання називають (при визначенні потужності доза на висоті 1м над поверхнею землі) також рівнем радіації, або радіаційним фоном. Потужність дози характеризує швидкість накопичення дози: Р=Д\t

Активність радіоактивної речовини – це число атомів, що розпадаються за одну секунду. За одиницю активності прийнято бекерель (Бк) – один розпад за одну секунду. Крім того використовується одиниця активності - Кюрі (Кі). Стосовно радію – один грам радію має активність 1 Кі. Для інших елементів

1Кі = 3,7·1010, це понад 37 міліардів розпадів за 1с. тобто 1Кі=3,7·1010росп\с, 1бк=2,7·10-9Кі.

Для характеристики радіаційного забруднення середовища, предметів, продуктів харчування води застосовують питому, об’ємну і поверхневу

активність, які являють собою відношення активності до одиниці маси, об’єму або площі поверхні (Кі\кг, Кі\м3, Кі\м2).

Зовнішнє і внутрішнє опромінення

Існує два різних шляхи, якими випромінювання досягає тканин організму та діє на них. Перших шлях – зовнішнє опромінення від джерела, розміщеного зовні організму. В цьому випадку зовнішнє радіаційне ураження викликається глибоким проникненням гамма і рентгенівських променів, нейтронів, та неглибоко проникаючими β–частинками в організм людини. Другий шлях –внутрішнє опромінення, обумовлено радіоактивною речовиною, що потрапила в середину організму з їжею, водою, повітрям. Найбільшою небезпекою при цьому буде концентрація в організмі ізотопів, що випромінюють α-частинки, які мають найвищу іонізуючу здатність.

Заходи захисту від зовнішнього опромінення базуються на комбінаціях трьох чинників: зменшення часу знаходження в зоні дії випромінювання, збільшення віддалі від джерела, та екранування джерела випромінювання.

При внутрішньому опроміненні основні заходи захисту спрямовані на зменшення надходження радіоактивних речовин з продуктами харчування і водою в організм людини, а також прискорення їх виведення із організму. Для цього потрібно організувати постійний радіаційний контроль за продуктами харчування і водою, проведення дезактивації продуктів і води. Прискорення виведення із організму радіоактивних речовин проводиться за допомогою радіопротекторів і сечогінних рослин.

Радіоактивні випромінювання, розповсюджуючись, іонізують її атоми, а при проходженні скрізь людину – атоми і молекули, які складають клітини. Це призводить до порушення нормального обміну речовин, зміну характеру життєдіяльності клітин, організмів і систем, що призводить до променевої хвороби. Ступінь і розвиток променевої хвороби у людей і тварин залежить від дози опромінення. Яку одержав організм. Гостра променева хвороба має чотири ступені і починається з кількості однократної поглиненої дози, яка перевищує 100 рад\1Гр\:перша ступінь – легка – 100-200 \1-2Гр\; друга ступінь

200-400 рад - \2-4 Гр\; третя – важка – 400-600 рад \4-6 Гр\; четверта – дуже важка - більш ніж 600 рад \6 Гр\.

За час хвороби спостерігається чотири періоди: первинна проява хвороби, уявного благополуччя, виразних клінічних проявів, відновлення. Первинна проява хвороби виникає за декілька годин після опромінення і продовжується 1-4 дні. У людини проявляється головний біль, загальна слабкість, нездужання, нудота, незначне зменшення лейкоцитів.

У другому періоді (уявного благополуччя) стан хворих поліпшується до знищення симптомів. Тривалість цього періоду від 0-30 днів.

Третій період характеризується різким погіршенням стану: сильний головний біль, блювота, пронос, буває втрата свідомості, проявляється різке збудження, крововиливи у шкіру і сльозові оболонки, різко зменшується кількість лейкоцитів і еритроцитів, ослабляються захисні сили організму і з’являються різні ускладнення, збільшується температура тіла. Третій період залежно від ступені променевої хвороби продовжується 2-4 тижня і поступово переходить в відновлювальний період.

Клінічна теча гострої променевої хвороби залежить від ступіні ваги. При легкій ступені людини видужують за місяць. При середній ступені люди як правило видужують через кілька місяців. (При ускладненні хвороби можлива летальність в 20%). Важкий ступінь ураження потребує тривалого лікування. Без лікування хвороба часто (50%) призводить до смерті. При надзвичайно важкій ступені період уявного благополуччя відсутній. Хвороба триває 1-2 тижня. Відзначаються множинні крововиливи, кровотечі. Розгортається гостра серцево – судинна недостатність, смерть настає в 100% випадків.

Тривале опромінення малими дозами радіації (-0,001-0,005 Гр) може призвести до хронічної променевої хвороби, яка виявляється на протязі кількох років. Хвороба супроводжується вегетативно – судинними порушеннями, змінами центральної нервової системи, змінами картини периферичної крові, загальним нездужанням. Ефективне спеціальне лікування сприяє одужанню хворого.

Джерела іонізуючих випромінювань

Основну частину опромінення всі живі істоти, які існують на землі, одержують від природних джерел, решту – від штучних джерел. Обидві складові частини утворюють радіаційний фон.

Природні джерела обумовлюють зовнішнє і внутрішнє опромінення. Зовнішнє – від зовнішніх джерел (космічного випромінювання, та природних радіонуклідів у гірських породах, ґрунті, атмосфері та ін.); внутрішнє – від дії випромінювань природних радіонуклідів, які є в організмі (калій – 40, та радіонукліди сім’ї торію, урану, актинію),та надходять до нього з повітрям, їжею, водою.

Рівень природного фону залежить від таких факторів, як висота над рівнем моря, кількість і вид радіонуклідів у гірських породах та ґрунтах, кількість радіонуклідів, які надходять до організму людини. Середня доза опромінення від усіх природних джерел іонізуючого випромінювання становить 200-250 мбер на рік, але ця величина можеколиватися в різних регіонах земної кулі від 50-1000 мбер на рік і більше.

Джерела Середня

доза

річна

мбер мЗв

Космос( випромінювання на рівні моря) 30 0,3

Випромінювання (ґрунту, води, будівельних матеріалів)

50-130 0,5-1,3

Радіоактивні елементи, які знаходяться в тканинах тіла людини 40К14 С та ін. 30 0,3

Інші джерела 2 0,02

Середня сумарна доза за рік 200 2,0

Дози, які одержують люди від штучних джерел радіації, можуть значно відрізнятися. Основна доза, яку одержує людина від техногенних джерел радіації - це рентгенодіагностичне випромінення в медицині. Штучні джерела випромінювання Доза за рік мбер мЗв Медичні джерела (флюографія-370 мбер, рентгенографія зуба-3 бера, рентгеноскопія легенів – 2-8 бер)

100-150

1,0-1,5

Політ у літаку (віддаль – 2000 км. Висота – 12 км, 5 разів на рік)

2,5-5 0,02-0,05

Телевізор (перегляд програми по 4 години на день)

1 0,01

АЕС 0,1 0,01

ТЕС (на вугіллі) на віддалі 20 км 0,6-6,0 0,006-0,06

Глобальні опади від випробувань ядерної зброї 2,5 0,02

Інші джерела 40 0,4

Разом 150-200 1,5-2

Основними штучними джерелами радіоактивного забруднення навколишнього середовища є уранова промисловість, ядерні реактори, радіохімічна промисловість, місця перероблення та поховання радіоактивних відходів, використання радіонуклідів у народному господарстві, ядерні вибухи, великі радіаційні аварії.

В цілому кожний житель Землі протягом свого життя щорічно опромінюється дозою в середньому 250-400 мбер. За цих умов фонового опромінення ризик появи злоякісних пухлин з летальним кінцем дорівнює 50 смертей на рік на 1 млн. жителів, а також 7 спадкоємних порушень у двох поколіннях.

Норми радіаційної безпеки

Радіація – явище потенційно небезпечне, тому опромінення людини підлягає контролю і нормуванню. В нашій державі розробленні і введені в дію Державні гігієнічні нормативи «НРБУ – 97». Вони є основним документом, що встановлює систему радіаційно-гігієнічних регламентів для забезпечення прийнятих рівнів опромінення для окремої людини, так і суспільства взагалі.

Основні регламентовані величини НРБУ – 97 зведено в 4 групи:

- перша група – регламенти за допомогою яких контролюється і додержується опромінення людей (персоналу і населення) на прийнятому рівні, а також підтримується радіаційно-прийнятий стан навколишнього середовища і ядерних об’єктів. До цієї групи входять: ліміти доз, допустимі та контрольні рівні.

- друга група - регламенти, що мають за мету обмеження опромінення від медичних джерел – рекомендовані рівні.

- третя і четверта групи - регламенти, які враховують опромінення

населення в умовах радіаційної аварії та техногенного підсилення джерел природного походження .

Числові значення лімітів доз встановлюється на рівнях, що виключають виникнення детерміністичних ефектів опромінення і, одночасно, гарантують низьку ймовірність виникнення стокохімічних ефектів опромінення. НРБУ встановлюють категорії осіб, які зазнають опромінення: категорія А (персонал) – особи, які працюють безпосередньо з джерелами іонізуючих випромінювань;

категорія Б (персонал) – особи, які безпосередньо не зайняті роботою з джерелами іонізуючих випромінювань, але у зв’язку з розташуванням робочих місць в приміщеннях та на промислових майданчиках об’єктів з радіаційно – ядерними технологіями, можуть отримувати додаткове опромінення; категорія

В - (все населення)

В таблиці наведені ліміти доз опромінення (мЗв\рік) для розглянутих категорій.

Категорія осіб, що зазнають опромінення

А Б В

ЛДЕ(ліміт ефективної дози) 20 2 1

Ліміти еквівалентної дози зовнішнього

опромінення

ЛД ( для кришталика ока) 150 15 15

ЛД ( для шкіри) 500 500 50

ЛД (для кистей та стоп) 500 50

Під час медичних обстежень чи лікувань ліміти доз для обстеження медичного опромінення не встановлюються, а необхідність проведення певної рентгенологічної та радіологічної процедури обґрунтовується лікарем на основі медичних показань.

Для персоналу (категорії А) в непередбачуваних ситуаціях допускається опромінення ЛДmax =50 мЗв* рік-1. У виключних випадках під час виконання рятувальних робіт з метою збереження життя людей, допускається ЛДmax не більше 500 мЗв.

Захист від іонізуючого випромінювання

Питання захисту людини від негативного впливу іонізуючого випромінювання постали майже з відкриттям рентгенівського випромінювання і радіоактивного розпаду. Це зумовлено надзвичайно швидким розвитком застосування іонізуючих випромінювань в науці та на практиці і виявлення негативного впливу випромінювання на організм.

Заходи радіаційної безпеки потребують проведення цілого комплексу різноманітних захисних заходів, що залежать від конкретних умов роботи з джерелами іонізуючих випромінювань і, передусім, від типу джерела випромінювання.

Основними заходами забезпечення радіаційної безпеки є:

1) Зменшення потужності джерела ( захист кількістю);

2) Скорочення часу роботи з джерелом (захист часом);

3) Збільшення відстані від джерела до людей ( захист відстанню);

4) Екранування джерел випромінювання матеріалами, що поглинають іонізуюче випромінювання ( захист екраном).