Радиоактивное заражение

Влияние облучения носит  неравномерный характер. Для оценки ущерба здоровью человека за счет различного характера влияния облучения  на разные органы (в условиях равномерного облучения всего тела) введено  понятие эффективной эквивалентной дозы Е_эфф применяемое при оценке возможных стохастических эффектов - злокачественных новообразований. 
Эффективная доза равна сумме взвешенных эквивалентных доз во всех органах и тканях:

где w_t - тканевый весовой множитель (таблица 12), а H_t -эквивалентная доза, поглощенная в ткани - t. Единица эффективной эквивалентной дозы - Зиверт.

Коллективная  эффективная эквивалентная доза. Для оценки ущерба здоровью персонала и населения от стохастических эффектов, вызванных действием ионизирующих излучений, используют коллективную эффективную эквивалентную дозу S, определяемую как:

где N(E) - число лиц, получивших индивидуальную эффективную эквивалентную  дозу Е. Единицей S является человеко-Зиверт 
(чел-Зв).

Дозиметрические величины и единицы их измерения

Величина	Единица в системе СИ	Внесистемная единица	Примечания
Активность	Беккерель (Бк)	Кюри (Ки)	1 Бк = 1 расп./с 1 Ки = 3,7 · 1010 Бк 1 Бк=2,7× 10-11 Ки
Доза излучения (поглощенная доза)	Грей (Гр)	Рад (рад)	1 Гр = 100 рад 1 рад = 102 Дж/кг 1 рад = 10-2 Гр
Эквивалентная доза	Зиверт (Зв)	Биологический эквивалент рентгена (бэр)	1 Зв = 1 Гр 1 Зв = 100 бэр = 100 Р 1 бэр = 10-2 Зв
Экспозиционная доза	Кулон на килограмм (Кл/кг)	Рентген (Р)	1 Р = 2,58 · 10-4 Кл/кг 1 Кл/кг = 3,88 · 10-2 Р

 

При коэффициенте качества, равном единице:

1 Зв = 1 Гр = 100 рад = 100 бэр  = 100 Р. 

 Производные единицы  зиверта: 

 миллизиверт (мЗв): 1 мЗв = 10^-3 Зв;

 микрозиверт (мкЗв): 1 мкЗв = 10^-6 Зв.

5. Закон спада  уровня радиации.

Уровнем радиации называют мощность экспозиционной дозы (Р/ч) на высоте 0,7-1 м над зараженной поверхностью. Заражение техники, предметов, одежды, продовольствия, воды, а также кожных покровов людей и животных измеряют в миллирентгенах в час. Местность считается зараженной радиоактивными веществами при уровне радиации 0,5 Р/ч и выше.

Характерной особенностью радиационного заражения местности  является постоянный спад уровня радиации вследствие распада радиоактивных  нуклидов.

Спад уровней радиации - непрерывное уменьшение мощности доз ионизирующего излучения на местности, загрязненной радиоактивными веществами в результате их естественного распада. Он оценивается на основе прогнозирования и по данным радиационной разведки и дозиметрического контроля.

За время кратное 7 уровень радиации снижается в 10 раз  так, если через 1 час после взрыва уровень радиации принять за исходный, то через 7 часов он снизится в 10 раз, через 49 часов (примерно 2 суток) в 100 раз, а через 14 суток в 1000 раз по сравнению с первоначальной. Таким образом, чем позднее произведено измерение уровня радиации, тем ниже показания прибора. Поэтому, чтобы сравнить зараженность различных участков, измерения уровня радиации на них нужно проводить к одинаковому времени, например, к первому часу после взрыва (Р0). Этот уровень радиации называется эталонным.

Естественные процессы непрерывного распада радиоактивных продуктов приводят к снижению уровня радиации с течением времени по уравнению:

                 Рt = Р1/t _{0,5или-1,2}                

где Рt - уровень радиации в любое заданное время Е после  взрыва, Р/ч,

P1 - уровень радиации через 1 час после взрыва, Р/ч.

t - время, прошедшее  после взрыва, ч.

Следует помнить, что  по сравнению с открытой местностью доза облучения значительно снижается  различными укрытиями, зданиями и сооружениями. Так, например, при нахождении в одноэтажном деревянном доме доза облучения снижается в 2 раза, в подвале такого дома - в 7 раз, в открытой щели - в 3 раза, в перекрытой щели - в 50 раз, в одноэтажном каменном доме - в 10 раз, в подвале каменного дома: одноэтажного - в 40 раз, трех - пятиэтажного - в 400 раз. В связи с тем что для снижения высокого уровня радиации до безопасного требуется определенное время, в начале заражения во всех случаях нужно находиться в укрытиях, а когда радиация снизится до безопасных уровней, разрешается переходить в жилые помещения. Поэтому после подачи сигнала "Радиоактивное заражение" население должно укрыться в убежищах и укрытиях, а в дальнейшем действовать по указанию штабов гражданской обороны. Они информируют о радиационной обстановке и дают распоряжения как действовать, т.е. устанавливают защитные режимы в зависимости от того, в какой зоне заражения и на каком участке зоны окажется данный населенный пункт.

 

Задача №1.

Рассчитать величину уровня радиации через 10, 20, 40 часов после аварии на радиоактивно опасном объекте и после ядерного взрыва. Построить график, сделать вывод.

Дано:

Р0 = 86 р/ ч

t = 10; 20; 40 ч

Найти: Р_t -?

Решение:

Р_t = Р₀/ t _{0,5 или 1,2} , 

где степень 0,5 используют для расчета спада уровня радиации после аварии на радиационно опасном объекте, а степень 1,2 для расчета спада уровня радиации после ядерного взрыва.

Рассчитаем уровень  радиации на радиационно опасном объекте:

Р₁₀ = 86/ 10^0.5 = 27,22 р/ч – уровень радиации через 10 часов на радиоактивно опасном объекте;

Р₂₀ = 86/ 20^0.5 = 19,24 р/ч – уровень радиации через 20 часов на радиоактивно опасном объекте;

Р₄₀ = 86/ 40^0.5 = 13,61 р/ч – уровень радиации через 40 часов на радиоактивно опасном объекте .

Рассчитаем уровень  радиации после ядерного взрыва:

Р₁₀ = 86/ 10^1,2= 5,42 р/ч – уровень радиации через 10 часов после ядерного взрыва;

Р₂₀ = 86/ 20^1,2= 2,36 р/ч – уровень радиации через 20 часов после ядерного взрыва;

Р₄₀ = 86/ 40^1,2 = 1,03 р/ч – уровень радиации через 40 часов после ядерного взрыва.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

После ядерного взрыва, спад уровня радиации происходит интенсивнее, чем на радиоактивно опасном объекте.

6. Поражающее  воздействие РВ на людей.

Чтобы правильно понимать механизм радиационных поражений, необходимо иметь чёткое представление о  существовании двух путей, по которым излучение проникает в ткани организма и воздействует на них.

Первый путь – внешнее  облучение от источника, расположенного вне организма (в окружающем пространстве). Это облучение может быть связано  с рентгеновскими и гамма лучами, а также некоторыми высокоэнергетическими бета частицами, способными проникать в поверхностные слои кожи.

Второй путь – внутреннее облучение, вызванное попаданием радиоактивных  веществ внутрь организма следующими способами:

  − в первые дни после радиационной аварии наиболее опасны радиоактивные изотопы йода, поступающие в организм с пищей и водой. Весьма много их в молоке, что особенно опасно для детей. Радиоактивный йод накапливается главным образом в щитовидной железе, масса которой составляет всего 20 г. Концентрация радионуклидов в этом органе может быть в 200 раз выше, чем в других частях человеческого организма;

  − через повреждения и порезы на коже;

  − абсорбция через здоровую кожу при длительном воздействии радиоактивных веществ (РВ). В присутствии органических растворителей (эфир, бензол, толуол, спирт) проницаемость кожи для РВ увеличивается. Причем некоторые РВ, поступившие в организм через кожу, попадают в кровеносное русло и, в зависимости от их химических свойств, поглощаются и накапливаются в критических органах, что приводит к получению высоких локальных доз радиации. Например, растущие кости конечностей хорошо усваивают радиоактивный кальций, стронций, радий, почки – уран. Другие химические элементы, такие как натрий и калий, будут распространяться по всему телу более или менее равномерно, так как они содержатся во всех клетках организма. При этом наличие в крови натрия-24 означает, что организм дополнительно подвергся нейтронному облучению (т.е. цепная реакция в реакторе в момент облучения не была прервана). Лечить больного, подвергшегося нейтронному облучению, особенно тяжело, поэтому необходимо проводить определение наведенной активности биоэлементов организма (Р, S и др.);

  − через лёгкие при дыхании. Попадание твердых радиоактивных веществ в лёгкие зависит от степени дисперсности этих частиц. Из проводившихся над животными испытаний установлено, что частицы пыли размером менее 0.1 микрона ведут себя так же как и молекулы газов. При вдохе они попадают с воздухом в лёгкие, а при выдохе вместе с воздухом удаляются. В лёгких может оставаться лишь незначительная часть твёрдых частиц. Крупные частицы размером более 5 микрон задерживаются носовой полостью. Инертные радиоактивные газы (аргон, ксенон, криптон и др.), попавшие через лёгкие в кровь, не являются соединениями, входящими в состав тканей, и со временем удаляются из организма. Не задерживаются в организме длительное время и радионуклиды, однотипные с элементами, входящими в состав тканей и употребляемые человеком с пищей (натрий, хлор, калий и др.). Они со временем полностью удаляются из организма. Некоторые радионуклиды (например, отлагающиеся в костных тканях радий, уран, плутоний, стронций, иттрий, цирконий) вступают в химическую связь с элементами костной ткани и с трудом выводятся из организма. В настоящее время для различных критических органов разработаны нормативы, определяющие предельно допустимое содержание в них каждого радионуклида. Эти нормы изложены в разделе 8 «Числовые значения допустимых уровней» Норм радиационной безопасности НРБ – 76/87.

Внутреннее облучение  является более опасным, а его  последствия более тяжёлыми по следующим  причинам:

1. Резко увеличивается доза облучения, определяемая временем пребывания радионуклида в организме (радий-226 или плутоний-239 в течение всей жизни);
2. Практически бесконечно мало расстояние до ионизируемой ткани (так называемое, контактное облучение);
3. В облучении участвуют альфа частицы, самые активные и поэтому самые опасные;
4. Радиоактивные вещества распространяются не равномерно по всему организму, а избирательно, концентрируются в отдельных (критических) органах, усиливая локальное облучение;
5. Невозможно использовать какие-либо меры защиты, применяемые при внешнем облучении: эвакуацию, средства индивидуальной защиты (СИЗ) и др.

Принципиальной особенностью действия ионизирующего излучения является его способность проникать в биологические ткани, клетки, субклеточные структуры и, вызывая одномоментную ионизацию атомов, за счёт химических реакций повреждать их. Ионизирована может быть любая молекула, а отсюда все структурно-функциональные разрушения в соматических клетках, генетические мутации, воздействия на зародыш, болезнь и смерть человека.

Одно из наиболее ранних проявлений облучения – массовая гибель клеток лимфоидной ткани. Образно  говоря, эти клетки первыми принимают на себя удар радиации. Гибель лимфоидов ослабляет одну из основных систем жизнеобеспечения организма – иммунную систему, так как лимфоциты – такие клетки, которые способны реагировать на появление чужеродных для организма антигенов выработкой строго специфических антител к ним.

В результате воздействия  энергии радиационного излучения  в малых дозах в клетках  происходят изменения генетического  материала (мутации), угрожающие их жизнеспособности. Как следствие наступает деградация (повреждение) ДНК хроматина (разрывы молекул, повреждения), которые частично или полностью блокируют или извращают функцию генома. Происходит нарушение репарации ДНК – способности её к восстановлению и залечиванию повреждений клеток при повышении температуры тела, воздействии химических веществ и пр.

Генетические мутации  в половых клетках оказывают  влияние на жизнь и развитие будущих  поколений. Этот случай характерен, например, если человек подвергся воздействию  небольших доз радиации во время  экспозиции в медицинских целях. Существует концепция – при получении дозы в 1 бэр предыдущим поколением она даёт дополнительно в потомстве 0.02 % генетических аномалий, т.е. у 250 младенцев на миллион. Эти факты и многолетние исследования данных явлений привели ученых к выводу, что безопасных доз радиации не существует.

Воздействие ионизирующих излучений на гены половых клеток может вызвать вредные мутации, которые будут передаваться из поколения  в поколение, увеличивая «мутационный груз» человечества. Опасными для  жизни являются условия, увеличивающие «генетическую нагрузку» вдвое. Такой удваивающей дозой является, по выводам научного комитета ООН по атомной радиации, доза в 30 рад при остром облучении и 10 рад при хроническом (в течение репродуктивного периода). С ростом дозы повышается не тяжесть, а частота возможного проявления.

Влияние на зародыш и  плод вследствие облучения матери в  период беременности. Радиочувствительность  клетки меняется на разных этапах процесса деления (митоза). Наиболее чувствительна  клетка в конце покоя и начале первого месяца деления. Особенно чувствительна к облучению зигота – эмбриональная клетка, образующаяся после слияния сперматозоида с яйцом. При этом развитие зародыша в этот период и влияние на него радиационного, в том числе и рентгеновского, облучения можно разделить на три этапа.

1-й этап – после  зачатия и до девятого дня.  Только что сформировавшийся  зародыш под воздействием радиации  погибает. Смерть в большинстве  случаев остается незамеченной.

2-й этап – с девятого  дня по шестую неделю после зачатия. Это – период формирования внутренних органов и конечностей. При этом под воздействием дозы облучения в 10 бэр у зародыша появляется целый спектр дефектов – расщепление нёба, остановка развития конечностей, нарушение формирования мозга и др. Одновременно возможна задержка роста организма, что выражается в уменьшении размеров тела при рождении.