Средние эффективные эквивалентные дозы от искусственных источников:
· медицинская диагностика 1,00 мЗв/год;
· глобальные выпадения (использования ядерного оружия) 0,01 мЗв/год;
· АЭС (нормальная эксплуатация) 0,02 – 10~2 мЗв/год;
· ТЭС (облучения населения в районе ТЭС мощностью 100G мВт) 0,5 – 2 мЗв/год;
· авиаполеты 0,6-10-2 мЗв/год;
· светящиеся краски (часы и пр.) 0,01 мЗв/год;
· телевидение 0,2-10–2 мЗв/год.
Таблица 5
Воздействие ионизирующих излучений на живые клетки
| Заряженные частицы. Проникающие в ткани организма а- и b-частицы теряют энергию вследствие электрических взаимодействий с электронами тех атомов, близ которых они проходят, (g-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. Электрон 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. 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 реакционно-способные, 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 через десятилетия после облучения и стать причиной немедленной гибели клеток или изменений в них, которые могут привести к раку |
Из приведенных данных очевиден определенный вклад деятельности человека в формирование общей радиационной нагрузки человека (55 - 75 %).
Приближенно можно ориентироваться: естественный фон составит 1 мЗв/год, техногенный – 2 мЗв/год. Однако необходимо иметь в виду, что соотношение основных компонент радиационного фона даже по усредненным (по странам) данным широко варьирует. Общая доля техногенного фона и вклады его компонента в каждой стране будут различны для различных регионов и контингентов населения. Так же, как и их тенденции изменения в будущем. Например, эффективная эквивалентная доза облучения медицинской диагностики в нашей стране более чем на 1 мЗв/год превышает среднемировые за счет несовершенства рентгеновских агрегатов. В Индии (штаты Мадрас и Керала) в связи с повышенным содержанием радионуклидов в горных породах естественный фон в отдельных районах достигает 8–28 мЗв/год, т. е. на порядок выше среднемирового.
Из числа естественных радиоактивных элементов в природе чаще всего встречаются радиоактивные изотопы семейств урана-радия, тория и актиния, а также калий-40.
Наибольшую опасность для здоровья представляет 222 Rn. Это газ, без цвета, запаха и вкуса, с удельным весом 7,67. Период полураспада у 222 Rn – 3,825 суток. Вообще существует несколько изотопов радона: 218 Rn, 219 Rn, 220 Rn, 221 Rn, 222 Rn. Однако первые четыре изотопа короткоживущие: период полураспада 218 Rn – 0,019 с, 219 Rn – 3,92 с, 220 Rn – 52 с и 221 Rn – 25 мин. То есть большая часть этих изотопов распадается прежде, чем они успеют накопиться в атмосфере. Поэтому они не представляют серьезной опасности. Опасность представляет 222 Rn.
Радон-222 диффундирует из урансодержащих руд вместе с продуктами радиоактивного распада, а также выделяется из воды.
Радон слабо растворяется в воде. При температуре 20 °С после установления динамического равновесия между радоном в растворе и в воздухе количество его единице объема воды составляет 23 % от содержания его в таком же объеме воздуха. Если содержание радона в воздухе становится меньше, чем требуется для динамического равновесия (меньше 77 %), радон начинает выделяться из воды, причем это выделение происходит особенно интенсивно из движущейся или взбалтываемой воды.
Несмотря на то, что радон мало растворим в воде, радиоактивность воды, в которой растворен радон, может быть велика. Объясняется это тем, что радиоактивность радона очень велика (в 154 000 раз больше, чем радия).
Радон при своем распаде дает несколько так называемых дочерних продуктов. Это радий A (218 Po), радий В (214 Pb), радий С (214 Bi) и радий С1 (214 Ро). И хотя периоды полураспада этих дочерних продуктов малы (соответственно составляют: 3,05 мин, 26,8 мин, 19,7 мин, 2,73-10-6 мин), они представляют определенную опасность, так как при попадании радона в организм человека распадаются внутри, в легких человека.
Выделению радона из недр земли, грунта, строительных материалов, воды способствуют продольные и поперечные сейсмические (объемные) волны, возникающие в очагах землетрясений, особенно продольные волны, сжимающие и растягивающие вещества горных пород.
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 и 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. Радиация оказывает подобное действие, лишь начиная с некоторой минимальной или «пороговой» дозы облучения.
Механизм биологического действия излучений может быть упрощенно представлен следующим образом. Ионизирующее излучение, воздействуя на вещество, производит ионизацию и возбуждение атомов и молекул. Возбуждение и ионизация органических соединений (белков, нуклеиновых кислот и т. д.), входящих в состав клеток, органов и тканей живого организма, приводят к нарушению их структуры и образованию новых, не свойственных организму веществ и соединений. Этот процесс – результат прямого действия излучений (Табл. 5).
Кроме того, ионизирующие излучения оказывают на биополимерные структуры клеток непрямое действие. Известно, что основную массу живого организма (от 50 до 80 %) составляет вода.
В результате воздействия ионизирующих излучений на молекулы воды образуются химически активные соединения – свободные радикалы, которые взаимодействуют далее с молекулами белков, нуклеиновых кислот и пр., приводя к их разрушению и инактивации.
Таким образом, прямое и косвенное действие радиации на сложные органические компоненты биологических объектов существенно изменяет их структуру и химические свойства, что приводит в дальнейшем к различного рода нарушениям жизнедеятельности клеток, тканей, органов и живого организма в целом.
Различают два вида повреждений, вызываемых действием ионизирующих излучений: соматическое и генетическое. В первом случае речь идет о воздействии излучений на данное лицо или поколение; во втором –имеется в виду передача наследственных изменений, возникающих под влиянием излучений, потомству: детям, внукам, правнукам и т. д.
Характер соматических повреждений определяется в первую очередь величиной эквивалентной дозы: чем она выше, тем сильнее лучевое поражение. Кроме того, влияние излучения зависит от того, получены ли дозы облучения всеми или отдельными органами и насколько существенно значение этих органов в общей жизнедеятельности организма. Наиболее опасно общее облучение организма, кроветворных органов (костного мозга), половых желез (гонад). Менее опасно облучение кожи и костей. Степень лучевого повреждения зависит от времени воздействия излучения: при остром (однократном) и хроническом (многократном) облучениях одной и той же эквивалентной дозой повреждения будут различными. Это связано с тем, что организм обладает способностью через известное время оправляться от последствий облучения за счет работы восстановительных механизмов. Поэтому, если облучение производится малыми дозами в течение длительного времени, степень поражения будет меньше, чем при однократном воздействии такой же суммарной дозой.
К настоящему времени установлено, что при однократном облучении всего организма в дозах до 0,25 Зв не происходит заметных отклонений в деятельности организма. Облучение в дозах 0,25 – 0,50 Зв приводит к незначительным скоропроходящим изменениям в крови. При дозах облучения 0,80 – 1,20 Зв появляются начальные признаки лучевой болезни (головная боль, слабость, головокружение, тошнота, потеря аппетита, снижение работоспособности и т.д.). Смертельный исход отсутствует. Острая лучевая болезнь развивается при однократном облучении в дозах 2,50 – 3,00 Зв. Смертельный исход возможен в 20 % случаях. Доза 4,50Зв называется средней летальной дозой (смертельный исход наступает в 50 % случаев). При дозах 5,50 – 7,00 Зв смертность приближается к 100 %. Причиной смерти обычно является необратимое поражение костного мозга. Эти данные относятся к случаям, когда лечение не проводится. Своевременное лечение с помощью современных средств позволяет существенно ослабить радиационное поражение.
При местных облучениях, т.е. облучении отдельных частей тела (чаще всего рук) в больших дозах, наблюдаются лучевые ожоги, сопровождающиеся шелушением и пигментацией кожи, появлением язв, выпадением ногтей и т. д.
В большинстве случаев в организме, который перенес острую или хроническую болезнь, через много лет могут развиваться самые разнообразные болезненные процессы (в Хиросиме и Нагасаки были случаи проявления лучевой болезни через 13-15 лет). Эти отдаленные последствия облучения выражаются в возникновении злокачественных опухолей (рак, лейкемия и т.п.), снижении способности к деторождению, преждевременной старости, сокращении продолжительности жизни и т. п.
Таблица 6
Радиационное воздействие и биологические эффекты
| Доза, Зв | Мощность дозы или продолжительность | Облу-чение | Биологический эффект |
| 0,003 | В течение недели | О | Практически отсутствует |
| 0,01 | Ежедневно (в течение нескольких лет) | О | Лейкемия |
| 0,015 | Единовременно | Л | Хромосомные нарушения в опухолевых клетках (культура соответствующих тканей) |
| 0,25 | В течение недели | Л | Практически отсутствует |
| 0,5-1 | Накопление малых доз | Л | Удвоение мутагенных эффектов у одного поколения |
| Единовременно | О | Тошнота | |
| 3-5 | — | О | СД50 для людей |
| — | Л | Выпадение волос (обратимое) | |
| 4-5 | 0,1-0,5 Зв/сут | О | Возможно излечение в стационарных условиях |
| 6-9 | 3 Зв/сут или накопление малых доз | Л | Радиационная катаракта |
| 10-25 | 2-3 Зв/сут | Л | Возникновение рака сильно радиочувствительных органов |
| 25-60 | 2-3 Зв/сут | Л | Возникновение рака умеренно радиочувствительных органов |
| 40-50 | 2-3 Зв/сут | Л | Дозовый предел для нервных тканей |
| 50-60 | 2-3 Зв/сут | Л | Дозовый предел для желудочно-кишечного тракта |
Примечание: О – общее облучение тела; Л – локальное облучение; СД50 — доза, приводящая к 50 %-ной смертности среди лиц, подвергшихся облучению.
Под влиянием длительного воздействия на организм небольших доз облучения возникает хроническая лучевая болезнь. Развитие хронического поражения протекает медленнее по сравнению с острым поражением и имеет характерные симптомы и клинические проявления.
Генетические наследственные повреждения, возникающие у потомков подвергшихся облучению людей, являются одним из наиболее опасных последствий воздействия ионизирующих излучений. Последующие поколения поражаются в результате повреждения половых клеток родителей еще до оплодотворения. Дозы облучения, которые приводят к генетическим повреждениям у потомства, оказываются гораздо меньше, чем те, которые вызывают появление соматических повреждений у родителей.
