Внешнее и внутреннее облучение.
Внешнее облучение — это облучение человека от источника, находящегося вне его тела; внутреннее облучение — это облучение от радиоактивных изотопов (радионуклидов), попавших внутрь организма.
В технике радиационной безопасности принимают, что внешнее облучение создается закрытыми радиоактивными источниками, для которых исключается возможность попадания радиоактивных веществ в окружающую среду в условиях их эксплуатации. К ним относятся источники нейтронов, α-, β-, γ- источники, имеющие защитное покрытие или оболочку, рентгеновские установки ускорители частиц. Воздействие на людей проникающей радиации ядерных взрывов, космических излучений и излучений природных радиоактивных веществ также представляет собой случаи внешнего облучения.
Внешнему облучению может подвергаться либо полностью весь организм, либо отдельные участки тела (локальное облучение). В зависимости от этого последствия облучения будут различными.
Внешние радиационные поражения можно классифицировать как вызываемые либо глубоко проникающей радиацией (гамма- и рентгеновские лучи, нейтроны), либо неглубоко проникающей радиацией (бета-частицы с высокой энергией, электроны). Глубоко проникающее излучение может достичь, а, следовательно, и повредить любые ткани и органы тела.
Степень лучевого поражения человека при внешнем облучении в значительной мере обусловлена проникающей способностью излучений, которая зависит от их вида и энергии. Внешнее облучение α- частицами не опасно, так как они проникают в покровный слой кожи (эпидермис) лишь на несколько десятков мкм и практически не достигают чувствительного слоя кожи.
Бета-частицы проникают в ткань на несколько мм, поглощаясь кожей и подкожной жировой клетчаткой. При облучении открытых участков тела сравнительно большими дозами β-излучения могут возникать эритемы кожи, катаракты глаз и т. п. Электроны высоких энергий (~10 МэВ) и сопровождающее их тормозное рентгеновское излучение проникают в тело на глубину нескольких сантиметров и могут поражать отдельные органы и ткани.
Более опасно внешнее γ-излучение, которое пронизывает все тело и способно поражать все органы и ткани человека. Еще в большей степени это относится к быстрым нейтронам, обладающим большой проникающей способностью.
Таким образом, при внешнем облучении организма радиационная опасность в зависимости от вида излучения возрастает в следующем порядке: α-излучение < β-излучение и электроны < рентгеновское и γ-излучение < быстрые нейтроны. Поэтому в условиях внешнего облучения особое внимание следует уделять защите от γ-излучения и нейтронов.
Внутреннее облучение обусловлено радиоактивным веществом, поступившим внутрь организма. При этом вклад в облучение дают альфа-, бета- и гамма-излучатели.
В организм попадают как естественные, так и искусственные радиоизотопы. Подвергаясь в тканях тела радиоактивному распаду, эти изотопы излучают альфа-, бета-частицы, гамма-лучи.
Основным источником поступления радионуклидов в организм являются продукты питания (около 97%), в меньшей степени вода (около 2%) и воздух. Большую опасность представляют продукты питания и воздух, содержащие изотопы плутония и америция, которые обладают высокой альфа активностью. Плутоний, выпавший в результате Чернобыльской катастрофы, является самым опасным канцерогенным веществом. Альфа излучение имеет высокую степень ионизации и, следовательно, большую поражающую способность для биологических тканей.
Опасность поступления радионуклидов внутрь организма возникает при работе с открытыми источниками и при радиоактивном загрязнения окружающей среды. Открытым источником называется источник, при использовании которого возможно попадание содержащихся в нем радиоактивных веществ в окружающую среду (радиоактивные растворы и порошки в химической посуде, жидкие и твердые радиоактивные препараты, пробы почв и растений, содержащие радионуклиды и т. п.). Рассмотрим факторы, влияющие на биологический эффект при внутреннем облучении.
• Активность радионуклида в организме или критическом органе. Очевидно, что с увеличением активности возрастает степень лучевого поражения.
• Вид излучения и. При одинаковой активности инкорпорированных нуклидов опасность внутреннего облучения возрастает в последовательности, обратной внешнему облучению: γ-излучение < β-излучение < α-излучение (наиболее опасно).
Это объясняется тем, что частицы испускаются и поглощаются в самих органах и тканях и основную роль играет их коэффициент качества к, зависящий от их энергии. Пробеги в ткани α-частиц не превышают 100 мкм, а β- частиц - нескольких мм. Однако из-за различия в ЛПЭ α-частица ионизирует в клетке ткани в сотни раз больше молекул, чем β-частица. Под действием α-частиц разрушаются почти все клетки вблизи α-источника, и в ткани образуется плотный очаг поражения. Клетки, пораженные β-излучением, более рассредоточены в ткани, что не вызывает столь губительного эффекта, γ-излучение ионизирует посредством вторичных электронов (косвенная ионизация) и, несмотря на одинаковую ЛПЭ, создает в ткани намного меньше ионов, чем β-излучение; кроме того, часть энергии γ-излучения уходит за пределы организма. Поэтому при прочих равных условиях внутреннее облучение γ-фотонами наименее опасно.
• Локализация - способность некоторых нуклидов избирательно накапливаться в отдельных органах тела, называемых «критическими» Критический орган - орган, ткань, часть тела или все тело, облучение которого в данных условиях причиняет наибольший ущерб здоровью данного лица или его потомства. В порядке убывания радиочувствительности выделены три группы критических органов: 1 группа - все тело, гонады и красный костный мозг; 2 группа - мышцы, щитовидная железа, жировая ткань, печень, почки, селезенка, желудочно-кишечный тракт, легкие, хрусталик глаза и другие органы, за исключением тех, которые относятся к I и III группам; 3 группа - кожный покров, костная ткань, кисти, предплечья, лодыжки и стопы. Так, например, около 20% йода депонируется в щитовидной железе, которая по массе составляет только 0,03% массы тела. В костных тканях отлагаются источники α-излучения - радий, уран, плутоний и β-излучения - 90Sr, 90Y, 45Ca; 32Р накапливается в костях и легких, 35S - в легких и гонадах, 137Сs - в печени, легких и по всему телу, 14С - в жировой ткани, 3Н -по всему организму. Доля нуклида f, попадающая через дыхательные пути в кровь, а затем - в критический орган, изменяется от сотых долей процента до 100% и зависит от природы нуклида, его состояния в соединении (растворимое, нерастворимое), от дисперсности аэрозольных частиц, от физиологических процессов в организме. Различная радиочувствительность органов влияет на суммарный эффект внутреннего облучения организма.
• Эффективный период полувыведения. Активность радионуклида в организме уменьшается со временем в результате радиоактивного распада и биологического выведения элемента из организма.
Эффективный период полувыведения может значительно отличаться от периода полураспада. Например, при содержании 90Sr в костной ткани Т1/2 = 28 лет, Тб = 60 лет, Тэфф= 19 лет; для 137Cs в печени Т1/2 = 30 лет, Тб = 90 дней, Тэфф. = 89 дней. Чем больше Тэфф, тем опаснее радионуклид при внутреннем облучении.
При непрерывном хроническом поступлении радионуклида в организм устанавливается равновесие между его поступлением и выведением.
Имеется четыре возможных пути, по которым радиоактивные вещества способны поступить в организм:
1) через легкие при дыхании.
2) вместе с пищей,
3) через повреждения и разрезы на коже,
4) путем абсорбции через здоровую кожу.
Степень радиационной опасности радионуклидов при внутреннем облучении человека определяет ряд параметров:
1) путь поступления радиоактивного вещества в организм (через органы дыхания, желудочно-кишечный тракт (или непосредственно в кровь через повреждения кожи);
2) распределение радиоактивного вещества в организме;
3) продолжительность поступления радиоактивного вещества в тело человека;
4) время пребывания излучателя в организме (определяемое периодом радиоактивного полураспада и периодом биологического полувыделения);
5) энергия, излучаемая радионуклидами в единицу времени (определяется произведением числа актов распада в единицу времени на среднюю энергию одного акта распада);
6) масса облучаемой ткани (зависит от проникающей способности излучения и локализации радиоактивного вещества в организме):
7) отношение массы облучаемой ткани к массе всего тела;
Из всех путей поступления радионуклидов в организм наиболее опасно вдыхание загрязненного воздуха.
Существует ряд особенностей, которые делают внутреннее облучение во много раз более опасным, чем внешнее (при одних и тех же количествах радионуклидов):
1. При внутреннем облучении увеличивается время облучения тканей организма, так как при этом время облучения совладает со временем нахождения РВ в организме (при внешнем облучении доза определяется временем нахождения в зоне радиационного воздействия).
2. Доза внутреннего облучения резко возрастает из-за практически бесконечно малого расстояния до тканей, которые подвергаются ионизирующему воздействию (так называемое контактное облучение).
3. При внутреннем облучении исключается поглощение альфа-частиц роговым слоем кожи (альфа-активные вещества становятся наиболее опасными).
4. За небольшим исключением РВ распределяются в тканях организма неравномерно, а выборочно концентрируются в отдельных органах, ещё более усиливая их облучение.
К основным естественным и искусственным радионуклидам, ответственным за внутреннее облучение человека, относятся: калий-40, радий-226, полоний-210, радон-222, -220, йод-131, цезий-137, стронций-90.