Влияние радиоактивных излучений на организм человека.

Действие ядерного оружия на человека и ОМП

Поражающими факторами ядерного взрыва являются:

Ударная волна, световое излучение, проникающая радиация, радиационное заражение, электромагнитный импульс.

При рассмотрении поражающих факторов ядерного взрыва необходимо учитывать, что энергия взрыва при расщеплении 1 гр. ядерного вещества эквивалентна энергии взрыва 20 тонн тринитротолуола.

Ударная волна.

Основным параметром ударной волны является избыточное давление во фронте ударной волны. Обозначается: Единицы измерения: внесистемная килограмм силы (кГс\см²); в системе СИ - кПа.

Соотношение 1 кГс/см² (1 атм.) = 100 кПа.

Различают 4 зоны поражения: (∆Р – избыточное давление)

1. –слабые разрушения ∆Р_ф1 = 10-20 кПа;

2. –средние разрушения ∆Р_ф2 = 20-30 кПа;

3. –сильные разрушения ∆Р_ф3 = 30-50 кПа;

4. –полные разрушения ∆Р_ф4 = более 50 кПа.

Рассмотрим пример: допустим, вы находитесь в зоне № 4, в укрытии за металлической дверью; пусть избыточное давление во фронте ударной волны - 10 кПа (0,1 атм). Площадь двери 2 кв.м.(2х1) или 20000 см.кв. Это значит, что давление на дверь будет равно 2 тонны (20000 х 0,1 атм).

Световое излучение.

Основным параметром является световой импульс.

Единицы измерения : внесистемная – кал/см² в системе СИ- кДж/м². Соотношение между ними: 1 кал/см² = 42 кДж /м².

Различают 3 зоны поражения:

1 зона И_св1 = 100-200 кДж/м² – зона отельных пожаров;

2 зона И_св2 = 200-600 кДж/ м² – зона сплошных пожаров;

3 зона И_св3 = более 600 кДж/м² – пожары в завалах.

О температурах, возникающих в зонах облучения можно судить на примере японца во время взрыва ядерной бомбы в Нагасаки в 2 мировой войне. На оплавленной стене от него остался след силуэта.

Электромагнитный импульс

Представляет собой мощное короткое электромагнитное излучение, поражающее главным образом электрическую и электронную аппаратуру.

Проникающая радиация.

Представляет собой поток гамма- излучения, нейтронов, бета и альфа частиц. Время действия проникающей радиации не превышает 10- 15 сек. с момента взрыва.

Радиоактивное заражение.

Радиоактивное заражение происходит за счет продуктов взрыва – это более 200 радиоактивных изотопов 36 химических элементов, которые излучают альфа, бета и гамма излучение.

Альфа частицы – это поток ядер гелия, скорость распространения которых порядка 20000 км/сек, проникающая способность их мала и одежда человека является достаточно надежной, эффективной защитой от этого вида излучения. Бета – частицы более легкие. Это поток электронов, позитронов, проникающая способность которых больше, чем альфа частиц. Плотная одежда является хорошим экраном для человека, но ионизирующая их способность в сотни раз выше, чем у гамма лучей. Наибольшей проникающей радиацией обладают, гамма лучи – электромагнитное излучение, сопровождающее процесс распада и изменения свойств атома. Полная защита от потока гамма излучения пока отсутствует. Защита осуществляется толстостенными конструкциями бетона или свинцовых защитных экранов. Зона радиоактивного заражения образуется в районе ядерного взрыва на следе радиоактивного облака. Степень радиоактивного заражения характеризуется уровнем радиации на определенное время после взрыва и экспозиционной дозой радиации, полученной за время от начала заражения до полного распада радиоактивных веществ.

Доза излучения – та доза, которую может получить человек при радиоактивном заражении.

Влияние радиоактивных излучений на организм человека.

Характеристика лучевой болезни (ЛБ). Существуют 4 степени ЛБ (см. табл.)

Ионизирующее излучение оказывает биологическое действие на живые клетки, ткани и на весь организм человека в целом. Биологическое действиеионизирующего излучения по силе и характеру значительно превышает биологические эффекты других видов излучений - светового или теплового.

Первый этап биологического действия начинается с поглощения энергии ионизирующего излучения тканями организма. Этот физический процесс взаимодействия излучения с тканями протекает в очень короткое время, порядка миллионных долей секунды при ядерном взрыве, за счет мощного нейтронного потока и гамма-излучения; и может протекать длительное время при достаточно близком контакте человека с радиоактивными веществами за счет альфа-, бета- и гамма-излучения.

При поглощении энергии ионизирующего излучения в тканях живых организмов возникают химически активные радикалы, претерпевают изменения белковые молекулы, происходят изменения в структуре молекул дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Белки, расщепляясь, создают новые формы белков, которые являются токсичными для организма и даже при прекращении действия ионизирующего излучения организм продолжает создавать эти новые формы. Изменение строения генов, отвечающих за наследственные признаки организма, приводит к формированиюгенетически неправильных кодов, которое сказывается на будущем потомстве, приводя к рождению физически и умственно неполноценных детей. Изменения в структуре молекул белков приводят к раковымзаболеваниям различных органов человеческого тела, в том числе и крови(лейкомия).

Особенностью биологического воздействия ионизирующего излучения является наличие скрытого (латентного) периода. Для первичной реакции человеческого организма, при достаточно большой дозе облучения, характерны тошнота, рвота, головная боль, общая слабость и недомогание. Тяжесть состояния человека зависит от величины поглощенной дозы излучения.

В настоящее время приняты следующие нормы облучения (предельно допустимые дозы – ПДД):

- естественный радиационный фон земли – 0,01 миллирентген/час;

- допускается однократная доза внешнего облучения 3 БЭР в любые 13 недель при условии, что годовая норма не будет превышать 5 БЭР;

- суммарная доза к 30 годам не должна превышать 60 БЭР;

- каждое внешнее облучение дозой до 10 БЭР подлежит внимательному медицинскому рассмотрению;

- при дозе облучения до 25 БЭР человек направляется на медицинское обследование.

единицы радиоактивности и дозы излучения

Для ознакомления с некоторыми понятиями радиационной дозиметрии, широко применяемыми в гражданской защите, в особенности в последнее время, целесообразно вспомнить их описание и единицы измерения. В последние годы в научной литературе единицы радиоактивности даются в Международной системе (СИ). Тем не менее, в научной литературе минувших лет в практике ликвидации последствий ядерных аварий, при градуировании шкал дозиметрических приборов применяют не только единицы СИ, а и внесистемные единицы. Учитывая это, для удобства пользования в учебнике одновременно подаются единицы в системе СИ и внесистемные.

Количество радиоактивных веществ в среде (степень загрязнения) часто бывает очень маленьким, что практически не дает возможности определить их весовое содержание. Именно поэтому мерой радиоактивных веществ является не вес, а активность радиоизотопов.

Активностью радиоактивного элемента является количество атомных распадов, которые происходят в 1 секунду. Таким образом, активность радиоактивного элемента определяется числом распадов за единицу времени, она характеризует абсолютную скорость радиоактивного распада радионуклида. Активность радиоактивного вещества пропорциональна его количеству и обратно пропорциональна периоду полураспада. Количество радиоактивного вещества свидетельствует о его активности, т.е. о количестве атомов, которые распадаются за 1 секунду.

За единицу активности (активность нуклида в радиоактивном источнике) принята единица в системе СИ - беккерель (Бк, Bq) - это такое количество радиоактивного вещества, в котором происходит 1 акт распада за 1 с; производные единицы: килобеккерель (кБк) – 1000 Бк, мегобеккерель (МБк) – 1000000 Бк. Внесистемная единица активности - кюри (Ки) - такое количество радиоактивного вещества, в котором происходит 37 млрд. актов распада за 1 с. и производные единицы: 1 мКи = 10^-3 Ки, 1 мкКи = 10^-6 Ки, 1 нКи = 10^-9 Ки.

Соотношение между единицами: Бк = 2,7∙10^-11 Ки; 1Бк = 1 расп/с; 1 Ки = 3,7∙10¹⁰ Бк = 3,7∙ 10¹⁰ расп/с.

За единицу радиоактивности вещества (удельную весовую активность) принята единица беккерель на килограмм (Бк/кг), а внесистемная - кюри на килограмм (Ки/кг).

Единицей радиоактивности жидкой и газообразной среды - удельной объемной активностью – является единица в системе СИ - беккерель на литр (Бк/л), а внесистемная единица - кюри на литр (Ки/л).

За единицу радиоактивности площади - удельную плотность загрязнения в системе СИ – принят беккерель на квадратный километр (Бк/км²), производные: кБк/м²; внесистемная единица -кюри на квадратный километр (Ки/км²).

Ионизирующее свойство радиации в воздухе характеризуют дозой излучения.

Доза излучения - это количество энергии радиоактивных излучений, поглощенных единицей объема среды, которая облучается. Доза излучения (или облучение) является мерой поражающего действия радиоактивных излучений на организм человека, животных и растений. Она может накапливаться за разное время, а биологическое поражение от облучения зависит от величины дозы и от времени ее накопления.

Различают экспозиционную, поглощенную и эквивалентную дозы излучения.

Экспозиционной дозой называют дозу излучения, которая характеризует ионизационный эффект рентгеновского и гамма-излучений в воздухе. Это доза, которая характеризует источник и созданное им радиоактивное поле. Экспозиционную дозу излучения гамма-лучей измеряют внесистемной единицей - рентгеном (Р, R). Один рентген - это такая доза рентгеновского или гамма-излучения, которая в 1 см³ сухого воздуха при температуре 0 °С и давлении 760 мм рт. ст. создает 2 млрд. пар ионов (или точнее 2,08·10⁹). На практике применяют и производные единицы: миллирентген (1 Р = 1000 мР; 1 мР = 10^-3 Р) и микрорентген (1 Р = 1000000 мкР; 1 мкР = 10^-6 Р). В системе СИ экспозиционная доза измеряется в кулонах на килограмм (Кл/кг, C/kg). Это единица экспозиционной дозы излучения, при которой в каждом килограмме воздуха образуются ионы с общим зарядом, который равняется 1 кулону.

Единица облучения в системе СИ равняется 3876 Р. Экспозиционная доза в рентгенах довольно надежно характеризует опасность действия ионизирующих излучений при общем и равномерном облучении организма человека или животного. Соотношения между единицей экспозиционной дозы системы СИ и внесистемной: 1 Кл/кг = 3876 Р или 1 Кл/кг = 3,88∙10³ Р; 1 Р = 2,58∙10^-4 Кл/кг. Рентген определяет количество энергии (дозу), которое получает объект, но не характеризует время, за которое она получена. Для оценки действия ионизирующего излучения за единицу времени применяется понятие "мощность дозы".

Мощность экспозиционной дозы (уровень радиации) - это интенсивность излучения, которое получается за единицу времени и характеризует скорость накопления дозы. Единицей мощности экспозиционной дозы в системе СИ является ампер на килограмм (А/кг, A/kg), а внесистемной единицей для измерения излучений в воздухе является рентген в час (Р/ч, R/h), рентген в секунду (Р/с, R/s) или производные единицы: миллирентген в час (мР/ч), микрорентген в час (мкР/ч). Соотношение между единицей системы СИ и внесистемной единицей мощности экспозиционной дозы: 1 А/кг = 1 Кл/(кг·с) = 3876 Р/с, 1 Р/с = 2,58·10^-4 А/кг = 2,58·10^-4 Кл/(кг·с). Рентген как единица измерения по своему определению является количественной характеристикой гамма- или рентгеновского излучения и ничего не говорит о количестве энергии, поглощенной объемом, который облучается. Поэтому для оценки степени влияния излучения на организм введено понятие "поглощенная доза".

Поглощенная доза - это количество энергии разных видов ионизирующих излучений, поглощенных единицей массы вещества. Единица поглощенной дозы излучения тканями организма в системе СИ - джоуль на килограмм (Дж/кг, J/kg). Дж/кг - это количество энергии любого вида ионизирующего излучения, поглощенного 1 килограммом тела. Кроме этого, единицей измерения поглощенной дозы является грей (Гр.). Еще применяют внесистемную единицу - рад (rad) (это сокращение от англ. radіatіon absorbent dose) - поглощенная доза любого излучения, при которой количество энергии, поглощенной 1 г вещества, которое облучается, соответствует 100 эрг; 1 рад = 0,01 Дж/кг = 100 эрг поглощенного вещества в тканях. Соотношение между единицей поглощенной дозы системы СИ и внесистемной единицей: 1 Гр = 1 Дж/кг, 1 Дж/кг = 100 рад, 1 Гр = 100 рад, 1 рад = 0,01 Гр = 0,01 Дж/кг.

Для определения дозы облучения биологических объектов измеряют дозу в воздухе в Р, а потом расчетным путем находят поглощенную дозу в радах. Из-за того, что доза излучения 1 Р в воздухе энергетически эквивалентна 88 эрг/г, то поглощенная энергия в радах для воздуха составляет 88/100 = 0,88 рад. Таким образом, если доза излучения в воздухе равняется 1 Р, то поглощенная доза будет 0,88 рад.

Поглощенная доза более точно определяет влияние ионизирующих излучений на биологические ткани организма, которые имеют разные атомный состав и плотность. Есть отдельная зависимость между поглощенной дозой и радиационным эффектом: чем больше поглощенная доза, тем больше радиационный эффект. Поглощенная доза характеризует радиационный эффект для всех видов органических и химических тел, кроме живых организмов.

Единицей мощности поглощенной дозы в системе СИ является грей в секунду (Гр/с) и джоуль на килограмм за секунду (Дж/(кг·с), J/(kg·s)), а внесистемной - рад в секунду (рад/с, rad/s); соотношение между ними: 1 Гр/с = 1 Дж/(кг·с); 1 Гр/с = 100 рад/с, 1 рад/с = 0,01 Гр/с.

Но поглощенная доза не учитывает то, что влияние на организм такой же дозы, но разных излучений неодинаково. Например, альфа-излучение в 20 раз, а бета-излучение в 10 раз опаснее, чем гамма-излучения. Знание величины поглощенной дозы недостаточно для точного предвидения ни степени трудности, ни вероятности возникновения эффектов поражения. Из-за этого введена эквивалентная доза.

Эквивалентная доза характеризует то, что разные виды ионизирующего излучения во время облучения организма одинаковыми дозами приводят к разному биологическому эффекту. Это связано с неодинаковой удельной плотностью ионизации, вызванной разными видами излучений. Так, количество ионов, которые образуются под действием излучения на единице пути в тканях, то есть плотность ионизации альфа-частицами, в сотни раз выше, чем гамма-лучей. Поэтому введены понятия "относительная биологическая активность", которая показывает соотношение поглощенных доз разных видов излучения, которые вызовут одинаковый биологический эффект. Если условно принять биологическую эффективность гамма- и бета-лучей за единицу, то для альфа-частиц она будет равняться десяти, а для медленных и быстрых нейтронов соответственно пяти и двадцати. Эквивалентная доза облучения используется для оценки действия излучения на живые организмы, прежде всего человека и животного.

Единицей эквивалентной дозы в системе СИ является зиверт (Зв, Sv). Один зиверт равняется поглощенной дозе в 1 Дж/кг (для рентгеновского, гамма- и бета-излучений).

Для учета биологической эффективности излучений введена внесистемная единица поглощенной дозы - биологический эквивалент рентгена (бэр). Один бэр - это доза любого вида излучения, которая создает в организме такой же биологический эффект, как единица рентгеновского или гамма-излучение.

Доза в бэрах выражается тогда, когда необходимо оценить общебиологический эффект независимо от типа действующих излучений. Соотношение между единицей эквивалентной дозы в системе СИ и внесистемной единицей: 1 Зв = 100 бэр, 1 бэр = 0,01 Зв. Чтобы рассчитать неравномерность поражения от разных видов излучений, введен "коэффициент качества", на который необходимо перемножить величину поглощенной дозы от определенного вида излучения, чтобы получить эквивалентную дозу. Все международные и национальные нормы установлены в эквивалентной дозе облучения.

Единицей мощности эквивалентной дозы в системе СИ является зиверт в секунду (Зв/с, Sv/s), а внесистемной единицей является бэр в секунду (бэр/с) соотношение между ними: 1 Зв/с = 100 бэр/с, 1 бэр/с = 0,01 Зв/с.