Радиационное воздействие на человека и окружающую среду

Радиация представляет собой уникальное явление природы, открытое в конце XIX века (в 1896 г. явление радиоактивности обнаружил у соединений урана французский физик А. Беккерель) и тщательно изученное в XX веке. По определению радиоактивность (название по предложению Марии Кюри-Склодовской)– это результат изменения структуры атома из-за внутренней неустойчивости с испусканием при этом излучения, способного вызывать ионизацию атомов окружающей среды.

Ионизирующее излучение (ИИ) представляет собой потоки заряженных и нейтральных частиц, а также электромагнитных волн. В живых организмах ИИ вызывают ионизацию биологической ткани, сообщая атомам при воздействии на них свою энергию. Ионизация биологической ткани приводит к разрыву молекулярных связей и к изменению химической структуры её соединений. Изменения в химическом составе многих молекул приводит к гибели клеток. Излучения расщепляют находящуюся в тканях воду на H⁺ (атомарный водород) и OH^- (гидроксильную группу). В результате реакции появляется H_2­O₂ (перекись водорода) и ряд других перекисных продуктов. Все они обладают высокой химической активностью и в организме начинают протекать реакция окисления, восстановления и соединения одних молекул с другими. Это приводит к образованию химических соединений, не свойственных живой ткани организма, вызывает нарушение нормального течения биологических процессов в организме.

Ионизирующее излучение включает несколько видов излучений, образующихся при ядерных превращениях:

α- излучение – ИИ, состоящее из α-частиц (ядер гелия ), имеет очень незначительную проникающую способность (в воздухе путь пробега составляет не более 10 см, в биоткани до 0,06 мм). Представляет опасность для человека только в случае непосредственного контакта с кожей;

β- излучение - электронное ИИ, испускаемое при ядерных превращениях. Β – частицы распространяются в воздухе до 15 м, в биоткани до 15 м, в алюминии – до 5 мм. Одежда человека почти наполовину ослабляет их действие. Они практически полностью поглощаются оконными стеклами и любым металлическим экраном толщиной в несколько миллиметров. Опасны при контакте с кожей;

g - излучение – фотонное (электромагнитное) ИИ с длиной волны λ = 8^-8-10^{-11 м}. Распространяется в воздухе на несколько сотен метров и свободно проникает через одежду и тело человека, значительные толщи материалов. Считается самым опасным для человека;

нейтроны – это частицы, которые не имеют заряда, но, обладая огромной массой, способны нанести непоправимый вред при облучении организма. Они взаимодействуют только с ядрами атомов. В результате нескольких таких столкновений нейтрон теряет свою энергию и захватывается одним из ядер облучаемого вещества.

Опасность ИИ характеризуется экспозиционной дозой из­лучения, измеряемой в кулонах на килограмм (Кл/кг) (см.схему). На практике в качестве единицы экспозиционной дозы часто применяют внесистемную единицу рентген (Р) — количество γ-излучения, при поглощении которого в 1 см³ сухого воздуха при температуре 50 °С и давлении 760 мм рт. ст. образуется 2,083 • 10⁹ пар ионов^; с зарядом, равным заряду электрона (1 Кл/кг = 3876 Р). Мощность экспозиционной дозы выражается в амперах на килограмм (1 А/кг = 3876 Р/с).

Степень тяжести радиационного поражения главным образом зависит от поглощенной дозы, выражаемой в Греях (Гр). На практике используется внесистемная единица поглощенной дозы – рад (в 1 г облучаемого вещества поглощается энергия, равная 100 эргам). Внесистемная единица мощности поглощенной дозы – рад/ч или рад/с. Между Д_эксп и Д_погл имеется зависимость:

Д_погл = Д_эксп· К,

где К – коэффициент пропорциональности (для мягких тканей организма человека К=0,877).

Если организм подвергся воздействию различных видов ИИ, введено понятие эквивалентная доза, измеряемая единицей бэр – биологический эквивалент рентгена (рада), который отличается от дозы g-излучения на величину коэффициента качества (КК). Величина КК для разных излучений определяется по справочнику, некоторые из них: рентгеновские, g, b - излучения -1; тепловые нейтроны -3; быстрые нейтроны, протоны -10; α-частицы, ядра отдачи -20.

Т.о. 1 бэр = 1 рад · КК.

В системе СИ единицей эквивалентной дозы служит зиверт (Зв). 1 Зв = 100 бэр.

Следует учитывать также, что одни части тела (органы, ткани) более чувствительны, чем другие: например, при одинаковой эквивалентной дозе облучения возникновение рака в легких более вероятно, чем в щитовидной железе, а облучение половых желез особенно опасно опасно из-за риска генетических повреждений. Поэтому дозы облучения органов и тканей также следует учитывать с разными (взвешивающими) коэффициентами.

Мерой облучения всего тела человека и отдельных его органов в данном случае является эффективная доза Е, представляющая сумму произведений эквивалентной дозы в органе Н_Т на соответствующий взвешивающий коэффициент для данного органа или ткани, Зв:

E = ,

где W_T — взвешивающий коэффициент для ткани Т; Н_Т — эквивалентная доза в ткани Т:

Гонады …………………………………………………………………….0,20

Костный мозг (красный), легкие, желудок, кишечник………………..................0,12

Мочевой пузырь, грудная железа, печень, пищевод,

щитовидная железа…………………………………………………………… …..0,05 Кожа, клетки костных поверхностей …………………………………… 0,01

Остальное.................................................... …………………………………...0,05

Скорость нарастания дозы облучения называют мощностью дозы или уровнем радиации в данной точке, обозначается буквой Р и измеряется в Р/ч, мР/ч, мкР/ч, рад/ч, мрад/ч,мкрад/ч и т.д. расчетная доза за время облучения, t определяется по формуле:

Д = Р · t , Р (рад, бэр, Зиверт)

Ионизирующее излучение при воздействии на организм человека может вызвать два вида эффектов:

детерминированные (пороговые) эффекты — лучевая болезнь, лучевой ожог, лучевая катаракта, лучевое бесплодие, аномалии в развитии плода и др.;

стохастические (безпороговые) эффекты — злокачественные коли, лейкозы, наследственные болезни.

Человек постоянно подвержен воздействию ИИ. Источниками радиационной обстановки на Земле является: природная радиоактивность, включая космическое излучение; глобальный радиационный фон, обусловленный проводившимися испытаниями ядерного оружия; эксплуатация радиационно опасных объектов.

Однако не всякая доза облучения опасна. Руководящими документами в вопросах нормирования ИИ являются Федеральный закон от 09.01.96 г. № 3-ФЗ "О радиационной безопасности населения", "Нормы радиационной безопасности (НРБ-99) ". Определяющим здесь является предельно допустимая доза (ПДД)– годовой уровень облучения, не вызывающий при равномерном облучении в течение 50 лет неблагоприятных изменений в состоянии здоровья облучаемого и его потомства.

Категории облучаемых лиц: персонал группы А — это лица, непосредственно работа­ющие с источником ионизирующих излучений; группы Б — лица, которые по условиям профессиональной деятельности могут подвергаться воздействию ра­диоактивного излучения и остальное население.

Основные пределы среднегодовых эффективных доз за любые последовательные 5 лет для персонала группы А - 20 мЗв (2 бэр), группы Б - 5 мЗв (0,5 бэр), населения - 1 мЗв (0,1 бэр), но не более в год 50 мЗв (5 бэр), 12,5 мЗв (1,25 бэр) и 5 мЗв (0,5 бэр) соответственно.

НРБ-99 определены пределы мощности дозы радиационного фона:

Естественный - 5-20 мкбэр/ч;

Допустимый - 20-60 мкбэр/ч;

Повышенный - 60-120 мкбэр/ч.

Данное положение можно показать на примере. Продолжительность облучения населения за год составляет примерно 8800 ч (24 · 365). Уровень радиации (мощность дозы, Р), при достижении которойгодовая эффективная доза для населения превышает допустимое значение:

то есть Р_доп.= 60 мкР/ч.

Аналогичным образом определяют допустимое время пребывания персонала в условиях воздействия ИИ, исходя из предельно допустимой или заданной дозы облучения.

В повседневной жизни человек достаточно часто сталкивается с ионизирующим излучением, эффективные дозы которого при­ведены далее, мкЗв:

Просмотр кинофильма по TV на расстоянии 2 м............ …. 0,01

Ежедневный просмотр 3-часовой

программы TV в течение года...... ……………………... 5...7

Флюорография.................................... ……………………..0,1 ...0,5

Прием радоновой ванны................ ……………………..До 1

Рентгенография грудной клетки... ……………………..До 1

Рентгеноскопия грудной клетки........... ……………………..2...4

Рентгенография зубов..................... …………………..… 0,03...3

Рентгеновская томография............ ……………………..5... 100

Рентгеноскопия желудка................ ……………………...100...250

При радиационной аварии (ядерном взрыве) поражение людей происходит проникающей радиацией, представляющей собой поток γ-лучей и нейтронов, испускаемых из зоны взрыва и радиоактивного облака, а также излучениями загрязненных поверхностей и местности. Степень поражения людей зависит от полученной дозы облучения. При установ­лении допустимых доз облучения учитывается, что облучение может быть однократным или многократным. При однократном облучении (полученном в течение первых четырех суток после ава­рии) различают четыре степени лучевой болезни.

Радиоактивное заражение местностивозникает в результате выпадения радиоактивных веществ (РВ) из радиоактивного облака.

О количестве радиоактивного вещества на загрязненных территориях судят не по весу, а по его активности, т.е. количеству распадающихся ядер вещества в единицу времени. За единицу измерения принят 1 акт распада в секунду, в системе СИ это беккерель (Бк). Внесистемной единицей является 1 кюри (Ки). 1Ки =3,7*10 Бк.

Полезно знать ориентировочное соотношение между мощностью дозы и активностью радионуклида: 1 Ки/м² эквивалентен 10 рад/ч.

Радиоактивная пыль заражает почву и растения. В зависимости от размеров частиц на поверхности растений может задерживаться от 8 до 25 % выпавшей на землю радиоактивной пыли. Лучевое поражение у растений проявляется в торможении роста и замедлении развития, снижении урожая, понижении репродуктивно качества семян, клубней, корнеплодов. При больших дозах облучения возможна гибель растений.

Надежной защитой от проникающей радиации служат убежища и ПРУ гражданской обороны. Для защиты органов дыхания от радиоактивной пыли используют противопыльные респираторы, от контакта с кожными покровами и одеждой – различные виды накидок и защитной одежды.