Источники и уровни негативных факторов внешней среды: ионизирующие излучения

Степень радиационных повреждений в облучаемой системе зависит как от количества энергии, передаваемой при облучении, так и от скорости передачи этой энергии. Количество поглощённой энергии  и скорость передачи её в свою очередь  зависят от вида и параметров излучения  и ядерно-физических характеристик  веществ, из которых изготовлен облучаемый объект.

Дефекты, образующиеся в материалах при воздействии  на них ионизирующих излучений.

Все виды электронного и корпускулярного  излучений, проходя через вещество, взаимодействуют либо с ядрами атомов, либо с орбитальными электронами, приводя  к изменению свойств облучаемого  вещества.

Обычно  различают первичную и вторичную  стадии этого процесса.

Первичная стадия, или прямой эффект, состоит  в возбуждении электронов, в смещении атомов из узлов решётки, в возбуждении  атомов и молекул и в ядерных  превращениях.

Вторичные процессы состоят в дальнейшем возбуждении  и нарушении структуры выбитыми (смещёнными) из «своих мест» атомами, ионами и элементарными частицами  в результате первичных процессов. Законы, которым они подчиняются, такие же, как законы, управляющие  первичными стадиями процесса. Таким  образом, частицы или кванты высокой  энергии могут вызвать каскадный  процесс с образованием большого числа смещённых атомов, вакансий, ионизированных атомов, электронов и  т.д.

2. Действие радиации на человека

В результате воздействия ионизирующего  излучения на организм человека в  тканях могут происходить сложные  физические, химические и биохимические  процессы.

Радиация по самой своей природе  вредна для жизни. Малые дозы облучения  могут «запустить» не до конца  еще изученную цепь событий, приводящих к раку или генетическим повреждениям. При больших дозах радиация может  разрушать клетки, повреждать ткани  органов и явиться причиной скорой гибели организма.

Повреждения, вызываемые большими дозами облучения, обыкновенно проявляются  в течение нескольких часов или  дней. Раковые заболевания, однако, проявляются спустя много лет  после облучения, -- как правило, не ранее чем через одно-два десятилетия. А врожденные пороки развития и другие наследственные болезни, вызываемые повреждением генетического аппарата, по определению проявляются лишь в следующем или последующих поколениях: это дети, внуки и более отдаленные потомки индивидуума, подвергшегося облучению.

В то время как идентификация  быстро проявляющихся («острых») последствий  от действия больших доз облучения  не составляет труда, обнаружить отдаленные последствия от малых доз облучения  почти всегда оказывается очень  трудно. Частично это объясняется  тем, что для их проявления должно пройти очень много времени. Но даже и обнаружив какие-то эффекты, требуется еще и доказать, что они объясняются действием радиации, поскольку и рак, и повреждения генетического аппарата могут быть вызваны не только радиацией, но и множеством других причин.

Чтобы вызвать острое поражение  организма, дозы облучения должны превышать  определенный уровень, но нет никаких  оснований считать, что это правило  действует в случае таких последствий, как рак или повреждение генетического  аппарата. По крайней мере, теоретически для этого достаточно самой малой  дозы. Однако, в то же время, никакая  доза облучения не приводит к этим последствиям во всех случаях. Даже при  относительно больших дозах облучения  далеко не все люди обречены на эти  болезни: действующие в организме  человека репарационные механизмы  обычно ликвидируют все повреждения. Точно так же любой человек, подвергшийся действию радиации, совсем не обязательно  должен заболеть раком или стать  носителем наследственных болезней; однако вероятность или риск наступления  таких последствий у него больше, чем у человека, который не был  облучен. И риск этот тем больше, чем больше доза облучения.

Острое поражение организма  человека происходит при больших  дозах облучения. Вообще говоря, радиация оказывает подобное действие, лишь начиная с некоторой минимальной, или «пороговой», дозы облучения.

Реакция тканей и органов человека на облучение неодинакова, причем различия очень велики. Величина же дозы, определяющая тяжесть поражения организма, зависит  от того, получает ли ее организм сразу  или в несколько приемов. Большинство  органов успевает в той или  иной степени залечить радиационные повреждения и поэтому лучше  переносит серию мелких доз, нежели ту же суммарную дозу облучения, полученную за один прием.

Возможные последствия облучения людей  при длительном хроническом облучении, зависимость эффектов от дозы однократного облучения приведены на рис. 1.

Таблица 1.

Последствия облучения людей.

Радиационные эффекты облучения

Телесные (соматические). Воздействуют  на облучаемого. Имеют дозовый порог.	Вероятностные телесные (соматические-стохастические). Условно не имеют дозового порога.	Гинетические. Условно не имеют дозового порога.
Острая лучевая болезнь	Сокращение продолжительности  жизни.	Доминантные генные мутации.
Хроническая лучевая болезнь.	Лейкозы (скрытый период 7-12 лет).	Рецессивные генные мутации.
Локальные лучевые повреждения.	Опухоли разных органов (скрытый период до 25 лет и более).	Хромосомные абберации.

 

Чтобы избежать ужасных последствий  ИИ, необходимо производить строгий  контроль служб радиационной безопасности с применением приборов и различных  методик. Для принятия мер защиты от воздействия ИИ их необходимо своевременно обнаружить и количественно оценить. Воздействуя на различные среды  ИИ вызывают в них определенные физико-химические изменения, которые можно зарегистрировать. На этом основаны различные методы обнаружения ИИ.

К основным относятся:

-ионизационный,  в котором используется эффект ионизации газовой среды, вызываемой воздействием на неё ИИ, и как следствме - изменение ее электропроводности;

-сцинтилляционный, заключающийся в том, что в  некоторых веществах под воздействием  ИИ образуются вспышки света,  регистрируемые непосредственным  наблюдением или с помощью  фотоумножителей;

-химический, в котором ИИ обнаруживаются с помощью химических реакций, изменения кислотности и проводимости, происходящих при облучении жидкостных химических систем;

-фотографический,  заключающийся в том, что при  воздействии ИИ на фотопленку  на ней в фотослое происходит  выделение зерен серебра вдоль  траектории частиц.

-метод,  основанный на проводимости кристаллов, т.е. когда под воздействием  ИИ возникает ток в кристаллах, изготовленных из диэлектрических материалов и изменяется проводимость кристаллов из полупроводников и др.

Зависимость эффектов от дозы однократного (кратковременного) облучения человека.

Доза	Эффект
Грей	Рад
50	5000	Пороговая доза поражения центральной  нервной системы («электронная смерть»)
6,0	600	Минимальная абсолютно-смертельная  доза
4,0	400	Средне-смертельная доза (доза 50% выживания)
1,5	150	Доза возникновения первичной  лучевой реакции (в зависимости  от дозы облучения различают четыре степени острой лучевой болезни: 100-200 рад - 1ст., 200-400 рад - 2 ст., 400-600 рад - 3 ст., свыше 600 рад - 4ст.)
1,0	100	Порог клинических эффектов
0,1	10	Уровень удвоения генных мутаций

3.Воздействие ионизирующего излучения  на живые клетки

	Заряженные частицы. Проникающие в ткани организма ?- и ?-частицы теряют энергию вследствие электрических взаимодействий с электронами тех атомов, близ которых они проходят. (?-излучение и рентгеновские лучи передают свою энергию веществу несколькими способами, которые в конечном счете также приводят к электрическим взаимодействиям.)
	Электрические взаимодействия. За время порядка десяти триллионных секунды после того, как проникающее излучение достигнет соответствующего атома в ткани организма, от этого атома отрывается электрон. Последний заряжен отрицательно, поэтому остальная часть исходно нейтрального атома становится положительно заряженной. Этот процесс называется ионизацией. Оторвавшийся электрон может далее ионизировать другие атомы.
	Физико-химические изменения. И свободный электрон, и ионизированный атом обычно не могут долго пребывать в таком состоянии и в течение следующих десяти миллиардных долей секунды участвуют в сложной цепи реакций, в результате которых образуются новые молекулы, включая и такие чрезвычайно реакционноспособные, как «свободные радикалы».
	Химические изменения. В течение следующих миллионных долей секунды, образовавшиеся свободные радикалы реагируют как друг с другом, так и с другими молекулами и через цепочку реакций, еще не изученных до конца, могут вызвать химическую модификацию важных в биологическом отношении молекул, необходимых для нормального функционирования клетки.
	Биологические эффекты. Биохимические изменения могут произойти как через несколько секунд, так и чрез десятилетия после облучения и явиться причиной немедленной гибели клеток или таких изменений в них, которые могут привести к раку.

4.Источники радиоактивного облучения

Все источники радиации можно условно  разделить на два вида:

1. Естественные источники радиации;

Источники, созданные человеком;

Естественные  источники радиации

Космические лучи:

Радиационный  фон, создаваемый космическими лучами, дает чуть меньше половины внешнего облучения, получаемого населением от естественных источников радиации. Космические лучи в основном приходят к нам из глубин Вселенной, но некоторая их часть  рождается на Солнце во время вспышек. Они взаимодействуют с атмосферой Земли, порождая вторичное излучение  и приводя к образованию различных  радионуклидов.

2. Земная радиация:

Основные  радиоактивные изотопы, встречающиеся  в горных породах Земли,- это калий-40, рубидий-87 и члены двух радиоактивных  семейств, берущих начало соответственно от урана-238 и тория-232 - долгоживущих изотопов, включившихся в состав Земли  с самого ее рождения.

Средняя эффективная эквивалентная доза, которую человек получает за год  от земных источников радиации, составляет примерно 350 микрозивертов.

3. Внутреннее облучение:

В среднем примерно 2/3 эффективной  эквивалентной дозы облучения, которую  человек получает от естественных источников радиации, поступает от радиоактивных  веществ (калий-40, свинец-210, полоний-210 и пр.), попавших в организм с пищей, водой и воздухом.

4. Радон:

Это невидимый, не имеющий вкуса и  запаха тяжелый (в 7,5 раза тяжелее воздуха) газ. Радон вместе со своими дочерними  продуктами распада ответствен примерно за 3/4 годовой индивидуальной эффективной  эквивалентной дозы. Встречается в двух основных формах: радон-222 и радон-220.

Он  высвобождается из земной коры повсеместно, но основную часть дозы облучения  человек получает, находясь в закрытом, непроветриваемом помещении.

Источники, созданные человеком

5. Источники, использующиеся в медицине:

Это:

Рентген; Компьютерная томография; Радиотерапевтические установки для лечения рака; Радиоизотопы, использующиеся для исследования различных  процессов в организме;

Средняя индивидуальная доза за счет этого  источника во всем мире составляет ~ 400 мкЗв на человека в год. Таким образом, коллективная эффективная эквивалентная доза для всего населения равна примерно 1600000 чел-Зв в год.

6. Ядерные взрывы:

Наиболее  опасны воздушные взрывы. Часть радиоактивного материала выпадает неподалеку от места  испытания, какая-то часть задерживается  тропосфере (самом нижнем слое атмосферы), подхватывается ветром и перемещается на большие расстояния, оставаясь  примерно на одной и той же широте. Находясь в воздухе в среднем  около месяца, радиоактивные вещества во время этих перемещений постепенно выпадают на землю. Однако большая часть  радиоактивного материала выбрасывается  в стратосферу - следующий слой атмосферы, лежащий на высоте 10-50 км., где он остается многие месяцы, медленно опускаясь и рассеиваясь по всей поверхности земного шара.

АЭС:

Вносят  весьма незначительный вклад в суммарное  облучение населения. При нормальной работе ядерных установок выбросы  радиоактивных материалов очень  невелики.

5.Выписка из Норм радиационной  безопасности

7. Требования к ограничению облучения  населения

7.1. Общие положения

7.1.2. Радиационная безопасность населения  достигается путем ограничения  облучения от всех основных  источников. Свойства основных источников  и возможности регулирования  облучения населения их излучением  различны. В связи с этим облучение  населения излучением природных,  техногенных и медицинских источников  регламентируется раздельно с  применением разных методологических  подходов и технических способов.

7.1.3. В отношении всех источников  облучения населения следует  принимать меры как по снижению  дозы излучения у отдельных  лиц, так и по уменьшению  числа лиц, подвергающихся облучению.

7.1.4. Следует различать техногенные  источники, находящиеся под контролем  или в процессе нормальной  эксплуатации, и источники, находящиеся  вне контроля (утерянные, рассеянные  в окружающей среде в результате  радиационной аварии и др.).

7.2. Ограничение облучения техногенными  источниками

7.2.1. Годовая доза облучения у населения  от всех техногенных источников  в условиях их нормальной эксплуатации  не должна превышать основные  дозовые пределы.

Нормируемые величины	Дозовые пределы
Эффективная доза	1 мЗв в год в среднем за любые последовательные 5 лет, но не более 5 мЗв в год
Эквивалентная доза за год в хрусталике, коже, кистях и стопах	15 мЗв 50 мЗв 50 мЗв

Указанные пределы дозы относятся к средней  дозе у «критической группы» населения, рассматриваемой как сумма дозы внешнего излучения за текущий год  и ожидаемой дозы за 70 лет вследствие поступления радионуклидов в  организм за текущий год.

7.2.3. Облучение населения техногенными  источниками при их нормальной  эксплуатации ограничивается путем  обеспечения сохранности источников  ионизирующего излучения, контроля  технологических процессов и  ограничения выброса (сброса) радионуклидов  в окружающую среду, другими  мероприятиями на стадии проектирования, эксплуатации и прекращения использования источников ионизирующего излучения.

<