Ионизирующее излучение
ИИ существовали на Земле задолго до зарождения на ней жизни и присутствовали в космосе до возникновения самой Земли. ИИ сопровождало и Большой взрыв, с которого, как мы сейчас полагаем, началось существование нашей Вселенной около 20 млрд. лет назад. Радиоактивные материалы вошли в состав Земли с самого ее рождения. Даже человек слегка радиоактивен, т.к. во всякой живой ткани присутствуют в следовых количествах радиоактивные вещества.
Действие ионизирующей радиации на живой организм интересовало человечество с момента открытия и первых же шагов применения радиоактивного излучения, т.к. исследователи сразу же столкнулись с его отрицательным эффектом. В 1895 году помощник Рентгена получил радиационный ожог рук при работе с рентгеновскими лучами, а французский ученый Беккерель, открывший радиоактивность, положил пробирку с радием в карман и в результате получил сильнейший ожог кожи. Предполагают, что Мария Кюри умерла от злокачественного заболевания крови. Всего в то время 336 человек, работавших с радиоактивными материалами, умерли в результате облучения.
ИИ – это излучение, взаимодействие которого со средой приводит к образованию ионов разных знаков (положительно и отрицательно заряженных частиц).
Классификация ИИ:
1) Фотонное (квантовое) – это поток электромагнитных колебаний, распространяющихся в вакууме со скоростью 3×108 м/с. Сюда относится γ -излучение (гамма) и рентгеновское излучение;
2) Корпускулярное – состоит из частиц с массой покоя, отличной от 0. Сюда относится α -излучение (альфа), β -излучение (бета), протонное и нейтронное.
Таким образом, фотонное излучение – это волны, а корпускулярное – это частицы.
ИИ действительно смертельно опасно. При больших дозах оно вызывает серьезнейшие поражения тканей, а при малых может вызвать рак и индуцировать генетические дефекты, которые, возможно проявятся у детей и внуков человека, подвергшегося облучению, или у его более отдаленных потомков.
Разные виды излучений сопровождаются высвобождением разного количества энергии и обладают разной проникающей способностью, поэтому они оказывают неодинаковое воздействие на ткани живого организма.
α -излучение, которое представляет собой поток тяжелых частиц, состоящих из нейтронов и протонов, задерживается, например, листом бумаги и практически не способно проникнуть через наружный слой кожи, образованный отмершими клетками. Поэтому оно не представляет опасности до тех пор, пока радиоактивные вещества, испускающие α-частицы, не попадут внутрь организма через открытую рану, с пищей или с вдыхаемым воздухом; тогда они становятся чрезвычайно опасными. β -излучение обладает большей проникающей способностью: оно проходит в ткани организма на глубину 1-2 см. Проникающая способность γ -излучения, которое распространяется со скоростью света, очень велика: его может задержать лишь толстая свинцовая или бетонная плита. Самым опасным фотонным излучением является γ -излучение, а корпускулярным – нейтронное.
Особенности действия ионизирующего излучения на человека:
1) Органы чувств не реагируют на излучение;
2) различные органы биологического организма имеют разную чувствительность к ИИ. Наиболее чувствительными являются глазной хрусталик, красный костный мозг, щитовидная железа, органы кроветворения, молочные железы, половые органы;
3) Малые дозы излучения могут суммироваться и накапливаться в организме человека (кумулятивный эффект);
4) Излучение действует не только на данный живой организм, но и на его потомков (генетический эффект);
5) Однократное облучение большими дозами приводит к более негативным последствиям, чем распределённое во времени.
Повреждений, вызванных в живом организме ИИ, будет тем больше, чем больше энергии оно передаст тканям; количество такой переданной организму энергии называется дозой.
Экспозиционная доза характеризует ионизирующую способность излучения в воздухе. В СИ измеряется Кл/кг. Внесистемная единица измерения – рентген (Р). 1 Кл/кг = 3,88´103 Р.
Поглощенная доза – количество энергии ИИ, поглощенное единицей массы облученного вещества. В СИ измеряется в Греях (Гр) 1 Гр = 1 Дж/кг. Внесистемная единица измерения – рад. 1 рад = 0,01 Гр. Но эта величина не учитывает того, что при одинаковой поглощенной дозе α-излучение гораздо опаснее β- или γ-излучений.
Эквивалентная доза – поглощенная доза, умноженная на коэффициент, отражающий способность данного вида излучения повреждать ткани организма. В СИ измеряется в зивертах (Зв). 1 Зв = 1 Гр ´ К. Для α-излучения К=20, для нейтронного К=10, для рентгеновского, γ и β излучений К=1. Внесистемная единица измерения – бэр (биологический эквивалент рада). 1 бэр = 0,01 Зв.
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. Поэтому дозы облучения органов и тканей также следует учитывать с разными коэффициентами.
Эффективная эквивалентная доза – эквивалентная доза, умноженная на коэффициент, учитывающий разную чувствительность различных органов и тканей к облучению, и просуммированная по всем органам и тканям. Коэффициенты радиационного риска для разных органов и тканей человека при равномерном облучении всего тела: красный костный мозг – 1,12; костная ткань – 0,03; щитовидная железа – 0,03; молочная железа – 0,15; легкие – 0,12; половые железы (яичники или семенники) – 0,25; другие ткани – 0,3; организм в целом – 1. Измеряется также в Зв.
Просуммировав индивидуальные эффективные эквивалентные дозы, полученные группой людей, получим коллективную эффективную эквивалентную дозу. Коллективная эффективная эквивалентная доза – эффективная эквивалентная доза, полученная группой людей от какого-либо источника радиации. Она измеряется в человеко-зивертах (чел-Зв).
Нормы радиационной безопасности. Основным документом, регламентирующим радиационную безопасность в Украине, являются НРБУ-97 (Нормы радиационной безопасности Украины). В зависимости от риска ионизирующего облучения выделяются три категории лиц:
категория А – персонал, непосредственно работающий с радиоактивными веществами;
категория Б – персонал, непосредственно не работающий с радиоактивными веществами, но находящийся в сфере их воздействия по условиям работы;
категория В – всё население страны.
В НРБУ-97 установлены лимиты доз суммарного внутреннего и внешнего облучения, причём эффективная эквивалентная доза для всего населения (кат. В) установлена на уровне 1 мЗв/год, что полностью исключает возможность возникновения детерминированных пороговых эффектов (лучевая болезнь), а риск возникновения стохастических эффектов (рак) находится на допустимом уровне.
Как это ни парадоксально это звучит, но наибольшую дозу человек получает не от искусственных, а от естественных источников ИИ. Человек подвергается облучению двумя способами. Внешнее облучение – облучение радиоактивными веществами, находящимися вне организма. Внутреннее облучение – облучение радиоактивными веществами, находящимися в воздухе, воде или пище, и попадающие в организм человека через органы дыхания или ЖКТ.
Космические лучи. Нет такого места на Земле, куда бы не попадал этот невидимый космический душ. Северный и Южный полюса получают больше радиации, чем экваториальные области, из-за наличия у Земли магнитного поля, отклоняющего заряженные частицы. Существеннее, однако, то, что уровень облучения растет с высотой, поскольку при этом над ними остается все меньше воздуха, играющего роль защитного экрана.
Земная радиация. В местах проживания основной массы населения уровни земной радиации примерно одного порядка. Есть, однако, такие места, где уровни земной радиации намного выше. Например, в Бразилии, в 200 км к северу от Сан-Паулу, есть небольшая возвышенность, где уровень радиации в 800 раз превосходит средний. Возвышенность необитаема. Однако, в 600 км к востоку от этой возвышенности расположен курортный город Гуарапари, на отдельных участках пляжей которого уровень радиации превосходит средний более чем в 500 раз. На улицах города радиация существенно ниже, хотя превышает средний уровень. Город стоит на песках, богатых торием. В Иране, в районе городка Рамсер, где бьют ключи, богатые радием, были зарегистрированы уровни радиации, превышающие средний, более чем в 1000 раз. Такие места есть еще в Индии, Нигерии, во Франции, на Мадагаскаре и других частях земного шара.
Внутреннее облучение. Калий-40 поступает в организм с калием, необходимым для жизнедеятельности человека. Свинец и полоний концентрируются в рыбе и моллюсках. Жители Крайнего Севера питаются мясом северного оленя (карибу). Олени питаются лишайниками, в которых достаточно много накапливается радиоизотопов.
Но, лишь совсем недавно ученые поняли, что наиболее весомым из всех источников радиации является невидимый, не имеющий вкуса и запаха тяжелый газ (в 7,5 раз тяжелее воздуха) радон. Радон вместе со своими дочерними продуктами радиоактивного распада ответственен примерно за 3/4 годовой индивидуальной эффективной эквивалентной дозы облучения, получаемой населением от земных источников радиации. Радон концентрируется в воздухе внутри помещений лишь тогда, когда они в достаточной мере изолированы от внешней среды (не проветриваются). Поступая внутрь помещения тем или иным путем (просачиваясь через фундамент и пол из грунта, высвобождаясь из материалов, использованных в конструкции дома), радон накапливается в нем. В результате в помещении могут возникать довольно высокие уровни радиации, особенно если дом стоит на грунте с относительно повышенным содержанием радионуклидов или если при его постройке использовались материалы с повышенной радиоактивностью (отходы урановых обогатительных предприятий, кальций-силикатный шлак, фосфогипс, глинозем, зольная пыль, гранит, пемза). Герметизация помещений с целью утепления только усугубляет дело, поскольку при этом еще более затрудняется выход радиоактивного газа из помещения. Эффективное средство уменьшения количества радона, просачивающегося через щели в полу, вентиляционные установки в подвалах. Эмиссия радона из стен уменьшается в 10 раз при облицовке стен пластиковыми материалами типа полиамида, поливинилхлорида, полиэтилена или после покрытия стен слоем краски на эпоксидной основе или тремя слоями масляной краски. Даже при оклейке стен обоями скорость эмиссии радона уменьшается примерно на 30%. Вода из некоторых источников, особенно из глубоких колодцев или артезианских скважин, содержит очень много радона. Гораздо большую опасность представляет попадание паров воды с высоким содержанием радона в легкие вместе с вдыхаемым воздухом, что чаще всего происходит в ванной комнате. Радон проникает также в природный газ под землей (нужна вытяжка).
