Радиоактивность, понятие о единицах радиоактивности

Биологическое действие на организм человека

Биологическое воздействие ИИ (острого, хронического, большими и малыми дозами) на организм человека заключается в возможности возникновения двух видов эффектов, которые клинической медициной относятся к болезням:

1) детерминированные пороговые эффекты (лучевая болезнь, лучевой ожог, лучевая катаракта, лучевое бесплодие, аномалии в развитии плода). Они возникают под влиянием достаточно больших доз ИИ;

2) стохастические (вероятностные) беспороговые эффекты (злокачественные опухоли, лейкозы, наследственные болезни). Их возникновение связывают как раз с воздействием малых доз ИИ, которые чаще всего применяются при медицинских радиологических процедурах.

Начальным этапом биологического действия ионизирующего излучения является ионизация среды и поглощение энергии клеткой.

В результате этого атомы живой материи приобретают большую химическую активность и в клетках происходят значительные морфологические изменения, которые в зависимости от дозы облучения могут быть необратимыми и привести к гибели клетки.

Заболевание, возникающее от ионизирующих излучений, называют лучевой болезнью. Она может проявляться в острой и хронической формах. Большую опасность представляют отдаленные соматические и генетические последствия лучевых поражений.

У работающих с радиоактивными веществами наблюдаются лучевые поражения зубов и слизистой оболочки полости рта. Развивается лучевой кариес, выраженная кровоточивость десен, высыпание афт на слизистой оболочке, которая становится шероховатой и сухой. В США описаны случаи тяжелого заболевания челюстей среди работниц фабрики светящихся цифер-блатов, которые в процессе работы систематически облизывали кисточки. Заболевание начиналось с воспаления десен, затем появлялись зубные боли, отмечалось расшатывание и выпадение зубов, разрушение челюстных костей, образование опухолей.

При биологическом воздействии радиации возникает радиобиологический парадокс, суть которого состоит в крайнем несоответствии между ничтожной величиной поглощенной энергии ИИ и крайней степенью выраженности реакций живых объектов, вплоть до летального исхода.

Например: доза в 1000 бэр убивает всех млекопитающих (чем более низкой организации живое существо, тем смертельная доза должна быть больше). Что же собой представляет эта доза, вызывающая гибель животного? Велика она или мала?

▲ Если выразить эту величину в единицах измерения тепловой энергии, то оказывается, что ее хватит только на то, чтобы нагреть организм на 0,001⁰, т.е. она меньше, чем от стакана выпитого горячего чая!

▲ Если выразить эту величину в единицах механической энергии, то окажется, что ее хватит только на то, чтобы поднять глазное веко!

Эта загадка радиобиологии еще ждет своего решения.

Основные понятия, определения, терминология, в радиационной гигиене

Из курса физики, известно, что источниками ионизирующего излучения, т.е. излучения, способного вызывать эффект образования ионов разного знака при поглощении в веществе, авляются альфа- и бета-частицы, нейтроны (корпускулярное излучение), рентгеновское и гамма-излучение (электромагнитное излучение).

ИИ – это излучения, вызывающие при взаимодействии с веществом ионизацию и возбуждение его атомов и молекул

Альфа-излучение — ИИ, состоящее из альфа-частиц (ядер гелия — 2 протона и 2 нейтрона), испускаемое при ядерных превращениях.

Бета-излучение — электронное и позитронное (позитрон–подобно электрону, но с положительным знаком) ИИ, испускаемое при ядерных превращениях.

Гамма-излучение — фотонное (электромагнитное) ИИ, испускаемое при ядерных превращениях и аннигиляции частиц.

Рентгеновское излучение — совокупность тормозного (возникает при торможении в электрическом поле атомных ядер ускоренных заряженных частиц, обычно электронов) и характеристического (возникает при переходе электрона с одной из внешних орбит на вакантное место, образовавшееся на внутренней орбите) фотонного излучений, генерируемых рентгеновскими аппаратами.

Для качественной характеристики различных видов ИИ используют следующие показатели:

- Длина пробега излучения — расстояние, выражаемое в единицах длины, которое преодолевает квант или частица в данном веществе.

- Линейная плотность ионизации — число пар ионов, создаваемых квантом или частицей на единицу длины.

Энергия излучения — энергия отдельной частицы данного излучения, измеренная в электро-вольтах (эВ), килоэлектро-вольтах (кэВ) и мегаэлектро-вольтах (МэВ).

Электро-вольт — энергия, приобретаемая электроном при прохождении электрического поля с разностью потенциалов в 1 В.

По этим показателям виды излучения характеризуются следующим образом:

альфа-лучи — длина пробега в воздухе составляет всего несколько сантиметров, а в твердом веществе — микроны, и поэтому они обладают малой проникающей способностью, зато их ионизирующая способность составляет десятки тысяч пар ионов на 1 см пробега в воздухе, в веществе она также высока;

бета-лучи — длина пробега в воздухе достигает нескольких метров, ионизирующая способность — сотни пар ионов на 1 см пробега;

гамма- и рентгеновские лучи — обладают большой проникающей способностью (длина пробега составляет сотни метров) и малой ионизирующей способностью — их линейная плотность ионизации составляет от нескольких пар до десятков пар ионов на 1 см пробега в воздухе.

Радиоактивность, понятие о единицах радиоактивности

Радиоактивность — самопроизвольный процесс превращения атомных ядер с изменением их заряда, массы и энергетического состояния.

Этим свойством обладают радиоактивные вещества (РВ), или радионуклиды, которые самопроизвольно превращаются в другие элементы с испусканием альфа- и бета-частиц или гамма-лучей.

Различают природные РВ и искусственные изотопы, важнейшей характеристикой которых является период полураспада — время, в течение которого число ядер данного радионуклида в результате самопроизвольных ядерных превращений уменьшается в 2 раза. Для каждого РВ Т _1/2 величина неизменная: Т _1/2= const.

Пример: Т_1/2 ¹³⁷цезия =30 лет, т.е. через 30 лет от 1 г цезия останется 0,5 г, еще чрез 30 лет – 0,25 г и т.д.

Природные элементы имеют период полураспада 10 лет и более (²³⁸U, ²³²Th, ⁴⁰К, ⁴⁸К и др.).

Изотопы (элементы с одинаковым зарядом ядра – числом протонов, но с разным числом нейтронов) создаются атомной промышленностью или образуются при ядерных взрывах и авариях на АЭС (⁹⁰Sr, ⁶⁰Co, ¹³⁷Cs, ¹³¹ I и др.), период полураспада которых может быть от долей секунды до нескольких суток и лет.

В зависимости от периода полураспада различают коротко- и длительноживущие радионуклиды. Этот показатель определяет и активность радионуклидов.

Активность радионуклида в источнике — количество самопроизвольных ядерных превращений в этом источнике в единицу времени.

Единицы активности — кюри и беккерель:

1 кюри (Ки) — 3,7 х 10¹⁰ ядерных превращений в секунду. Так как это очень большая величина, чаще используют долевые единицы кюри — милли- (мКи) или микрокюри (мкКи).

В системе измерений СИ единицей активности является беккерель (Бк):

1 Бк (беккерель) - одно ядерное превращение в секунду.

В радиационной гигиене применяются специальные понятия дозы и их единицы.

Доза поглощенная (D). Величина энергии ИИ, переданная веществу.

В качестве единицы поглощенной дозы приняты:

- в Международной системе единиц СИ принят грей (Гр) - поглощение 1 Дж (= 10⁷ эрг) энергии 1 кг вещества.

1 Гр = 1 Дж/кг;

- внесистемная единица поглощенной дозы: рад = 100эрг/г = 10^-2 Дж/кг =

=10^-2 Гр

Доза экспозиционная — свидетельствует об имеющейся вокруг живого объекта ионизирующей радиации.

Единицы экспозиционной дозы:

- в Международной системе единиц СИ единицей экспозиционной дозы служит Ку/кг (кулон на килограмм), при котором в 1 кг сухого воздуха образуются ионы, несущие заряд 1 Ку электричества каждого знака

- внесистемная единица экспозиционной дозы Р (рентген) = 2,58×10^-4 Ку/кг или 1 Ку/кг= 3876 Р

Так, доза в 1 Р накапливается за 1 час на расстоянии 1 м от источника, содержащего 1 г. радия

Рентгеновское излучение — фотонное излучение, генерирумое в результате торможения ускоренных электронов на аноде рентгеновской трубки.

Единицы рентгеновского излучения:

-единицей экспозиционной дозы фотонного изучения (рентгеновского или гамма-излучения) является рентге н (Р)

- в единицах Международной системе единиц СИ Р = 2,58 • 10^-4 Кл/кг.

Эквивалентная доза — основная дозиметрическая величина в области радиационной безопасности, введенная для оценки возможного ущерба здоровью человека от хронического воздействия ионизирующего излучения произвольного состава.

Эквивалентная доза (H_TR) - поглощенная доза в органе или ткани, умноженная на соответствующий взвешивающий коэффициент для данного вида излучения:

W_R : H_{TR =} W_R × D_TR

D_TR - средняя поглощенная доза в органе или ткани Т

W_R - взвешивающий коэффициент для излучения R (Rg, β, = 1, n⁰ = 5-10,

α = 20)

Единицы эквивалентной дозы:

- единицей эквивалентной дозы, выражающей биологическое действие ионизирующего излучения на ткани организма человека, является зиверт (Зв)

-внесистемная единица – бэр (биологический эквивалент рада),

1 бэр = 0,01 Зв

Доза эффективная (Е) - величина, используемая как мера риска возникновения отдаленных последствий облучения всего тела человека и отдельных его органов и тканей с учетом их радиочувствительности. Она представляет сумму произведений эквивалентной дозы в органах и тканях на соответствующие взвешивающие коэффициенты:

Е = ∑W_T×H_T

H_T - эквивалентная доза в органе или ткани T

W_T - взвешивающий коэффициент для органа или ткани T