39) Естественные источники радиации.

Основную часть облучения население земного шара получает от естественных источников радиации. Большинство из них таковы, что избежать их совершенно невозможно. На протяжении всей истории существования Земли разные виды излучения падают на поверхность Земли из космоса и поступают от радиоактивных веществ, находящихся в земной коре. Человек подвергается облучению двумя способами. Радиоактивные вещества могут находится вне организма и облучать его снаружи; в этом случае говорят о внешнем облучении. Или же они могут оказаться в воздухе, которым дышит человек, в пище или в воде и попасть внутрь организма. Такой способ облучения называют внутренним. Облучению от естественных источников радиации подвергается любой житель Земли, однако одни из них получают большие дозы, чем другие. Это зависит от того, в частности, где они живут. Уровень радиации в некоторых местах земного шара, там где залегают особенно радиоактивные породы, оказывается значительно выше среднего, а в других местах – соответственно ниже. Доза облучения зависит также от образа жизни людей. Применение некоторых строительных материалов, использование газа для приготовления пищи, открытых угольных жаровень, герметизация помещений и даже полёты на самолетах – все это увеличивает уровень облучения за счет естественных источников 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 часть их рождается на Солнце во время солнечных вспышек. Нет на Земле такого места, куда бы не падал этот невидимый космический душ. Уровень облучения растёт с высотой, поскольку при этом над нами остаётся все меньше воздуха, играющего роль защитного экрана. Люди, живущие на уровне моря, получают в среднем из-за космических лучей эффективную эквивалентную дозу около 300 мкЗв в год; однако для людей, живущих выше 2000 м над уровнем моря, эта величина в несколько раз больше. Еще более интенсивному, хотя и относительно непродолжительному облучению, подвергаются экипажи и пассажиры самолётов. На рисунке показаны уровни космического облучения.

Земная радиация. Основные радиоактивные изотопы, встречающиеся в горных породах Земли, это калий-40, рубидий-87, и элементы двух радиоактивных семейств, берущих начало соответственно от урана-238 и тория-232. Уровни земной радиации неодинаковы для разных мест земного шара и зависят от концентрации радионуклидов в том или ином участке земной коры, в среднем мощность дозы составляет от 0,3 до 0,6 мЗв в год. А вот неподалёку от города Посус-ди-Калдас в Бразилии, расположенного в 200 км к северу от Сан-Паулу, есть небольшая возвышенность, где уровень радиации превышает средний в 800 раз и составляет 250 мЗв в год. Внутреннее облучение. В среднем примерно 2/3 эффективной эквивалентной дозы облучения, которую человек получает от естественных источников радиации, поступает от радиоактивных веществ, попавших в организм с пищей, водой и воздухом. Изотопы свинца-210 и полония-210 поступают в организм с пищей, они концентрируются в рыбе и моллюсках. Десятки тысяч людей на Крайнем Севере питаются в основном мясом северного оленя (карибу), в котором оба упомянутых выше радиоактивных изотопа присутствуют в довольно высокой концентрации. Особенно велико содержание полония-210. Эти изотопы попадают в организм оленей зимой, когда они питаются лишайниками, в которых накапливаются оба изотопа. Дозы внутреннего облучения человека от полония-210 в этих случаях могут в 35 раз превышать средний уровень (1,325 мЗв в год). Радон. Наиболее весомым из всех естественных источников радиации является невидимый, не имеющий ни вкуса, ни запаха тяжёлый газ радон. Он ответственен примерно за половину эффективной эквивалентной дозы облучения, получаемой человеком за год от естественных источников радиации. Большую часть этой дозы человек получает от радионуклидов, попадающих в его организм вместе с вдыхаемым воздухом, особенно в непроветриваемых помещениях. Радон высвобождается повсеместно из земной коры, но его концентрация в наружном воздухе существенно различается для разных точек земного шара.

40) Антрапогенные и естественные источники ионизирующих излучений.

Ионизирующее излучение - это любое излучение, которое прямо или косвенно вызывает ионизацию окружающей среды (образование положительно и отрицательно заряженных ионов).

Ионизирующее излучение существует в течение всего периода существования Земли, оно распространяется в космическом пространстве. Природными источниками ионизирующих излучений являются космические лучи, а также радиоактивные вещества, находящиеся в земной коре.

  Искусственными источниками ионизирующих излучений являются рентгеновские установки, ускорители заряженных частиц, ядерные реакторы, искусственные радиоактивные изотопы, приборы средств связи высокого напряжения и т.п. Как естественные, так и искусственные ионизирующие излучения могут быть электромагнитными (фотонными или квантовыми) и корпускулярными.

  Термин "ионизирующее излучение" характеризует любое излучение, которое прямо или косвенно вызывает ионизацию окружающей среды (образование положительно и отрицательно заряженных ионов).

Особенностью ионизирующих излучений является то, что все они отличаются высокой энергией и вызывают изменения в биологической структуре клеток, которые могут привести к их гибели. На ионизирующие излучения не реагируют органы чувств человека, что делает их особенно опасными.

  Ионизирующее излучение существует в течение всего периода существования Земли, оно распространяется в космическом пространстве. Влияние источников ионизирующего излучения на организм человека начал исследоваться после открытия явления радиоактивности в 1896 г. французским ученым Анри Беккерелем, а затем исследован Марией и Пьером Кюри, которые в 1898 году пришли к выводу, что излучение радия является результатом его превращения в другие элементы. Характерным примером такого преобразования является цепная реакция превращения урана-238 в стабильный нуклид свинца-206.

 

Уран-238 → Терри - 234 → Протактиний - 234 → Уран - 234 → Свинец-206

 

  На каждом этапе такого преобразования высвобождается энергия, которая затем передается в виде излучений. Открытию Беккереля и исследованию Кюри предшествовало открытие неизвестных лучей, которые в 1895 году немецкий физик Вильгельм Рентген назвал Х-лучами, а в дальнейшем в его честь назван рентгеновскими.

  Первые же исследования источников ионизирующих излучений позволили установить их опасные свойства. Об этом свидетельствует то, что более 300 исследователей, проводивших эксперименты с этими материалами, умерших вследствие облучения.

  Все источники ионизирующего излучения делятся на естественные и искусственные (антропогенные).

  Природными источниками ионизирующих излучений являются космические лучи, а также радиоактивные вещества, находящиеся в земной коре.

  Рентгеновское излучение возникает в результате изменения состояния энергии электронов, находящихся на внутренних оболочках атомов, и имеет длину волны (1000 - 1) ? 10-12 м. Это излучение является совокупностью тормозного и характеристического излучения, энергия фотонов которых не превышает 1 МэВ.

  Характеристическим называют фотонное излучение с дискретным спектром, возникающее при изменении энергетического состояния атома.

  Тормозное излучение - это фотонное излучение с непрерывным спектром, которое возникает при изменении кинетической энергии заряженных частиц.

  Рентгеновские лучи проходят ткани человека насквозь.

 

  Гамма (γ)-излучения возникают при возбуждении ядер атомов или элементарных частиц. Длина волны (1000 - 1) ? 10-10 м.

Источником γ-излучения являются ядерные взрывы, распад ядер радиоактивных веществ, они образуются также при прохождении быстрых заряженных частиц через вещество. Благодаря значительной энергии, находится в пределах от 0,001 до 5 МэВ в естественных радиоактивных веществ и до 70 МэВ при искусственных ядерных реакциях, это излучение может ионизировать различные вещества, а также характеризуется большой проникающей способностью, во-излучение проникает сквозь большие толщи вещества. Распространяется оно со скоростью света и используется в медицине для стерилизации помещений, аппаратуры, продуктов питания.

 

  Альфа (а)-излучение - ионизирующее излучение, состоящее из а-частиц (ядер гелия), которые образуются при ядерных превращениях и движутся со скоростью около до 20 000 км / с. Энергия а-частиц - 2-8 МэВ. Они задерживаются листом бумаги, практически неспособны проникать сквозь кожный покров. Поэтому а-частицы не несут серьезной опасности, пока они не попадут внутрь организма через открытую рану или через кишечно-желудочный тракт вместе с пищей, а-частицы проникают в воздух на 10-11 см от источника, а в биологических тканях на 30 - 40 мкм.

 

  Бета (β)-излучение - это электронное и позитронно ионизирующее излучение с непрерывным энергетическим спектром, возникающее при ядерных превращениях. Скорость (3-частиц близка к скорости света, они имеют меньшую ионизирующую и большую проникающую способность по сравнению с а-частицами. (3-частицы проникают в ткани организма на глубину до 1-2 см, а в воздухе - на несколько метров, они полностью задерживаются слоем грунта толщиной 3 см.

 

  Потоки нейтронов и протонов возникают при ядерных реакциях, их действие зависит от энергии этих частиц.

41) Воздействие энергии ионизирующих излучений на биологическую ткань.

Ионизи́рующее излуче́ние — в самом общем смысле — поток микрочастиц, способных ионизировать вещество. В более узком смысле к ионизирующему излучению не относятультрафиолетовое излучение и излучение видимого диапазона света, которое в отдельных случаях также может быть ионизирующим. Излучение микроволнового и радиодиапазонов не является ионизирующим^{[1][2][3][4][5]}, поскольку его энергии недостаточно для ионизации атомов и молекул в основном состоянии.

Биологическое действие ионизирующих излучений, изменения, вызываемые в жизнедеятельности и структуре живых организмов при воздействии коротковолновых электромагнитных волн (рентгеновского излучения и гамма-излучения) или потоков заряженных частиц (альфа-частиц, бета-излучения, протонов) инейтронов.

Исследования Б. д. и. и. были начаты сразу после открытия рентгеновского излучения (1895) и радиоактивности(1896). В 1896 русский физиолог И. Р. Тарханов показал, что рентгеновское излучение, проходя через живые организмы, нарушает их жизнедеятельность. Особенно интенсивно стали развиваться исследования Б. д. и. и. с началом применения атомного оружия (1945), а затем и мирного использования атомной энергии (см.Радиобиология).

Для Б. д. и. и. характерен ряд общих закономерностей. 1) Глубокие нарушения жизнедеятельности вызываются ничтожно малыми количествами поглощаемой энергии. Так, энергия, поглощённая телом млекопитающего животного или человека при облучении смертельной дозой, при превращении в тепловую привела бы к нагреву тела всего на 0,001°С. Попытка объяснить "несоответствие" количества энергии результатам воздействия привела к созданию теории мишени (см. Мишени теория), согласно которой лучевое повреждение развивается при попадании энергии в особенно радиочувствительную часть клетки — "мишень". 2) Б. д. и. и. не ограничивается подвергнутым облучению организмом, но может распространяться и на последующие поколения, что объясняется действием на наследственный аппарат организма. Именно эта особенность очень остро ставит перед человечеством вопросы изучения Б. д. и. и. и защиты организма от излучений. 3) Для Б. д. и. и. характерен скрытый (латентный) период, т. е. развитие лучевого поражения наблюдается не сразу. Продолжительность латентного периода может варьировать от нескольких мин до десятков лет в зависимости от дозы облучения, радиочувствительности организма и наблюдаемой функции (рис. 1, 3). Так, при облучении в очень больших дозах (десятки тыс. рад) можно вызвать "смерть под лучом", длительное же облучение в малых дозах ведёт к изменению состояния нервной и других систем, к возникновению опухолей спустя годы после облучения.

Радиочувствительность разных видов организмов различна. Смерть половины облученных животных (при общем облучении) в течение 30 сут после облучения (летальная доза — ЛД ⁵⁰/₃₀) вызывается следующими дозами рентгеновского излучения: морские свинки 250 р, собаки 335 р, обезьяны 600 р, мыши 550—650 р, караси (при 18°С) 1800 р, змеи 8000—20000 р. Более устойчивы одноклеточные организмы: дрожжи погибают при дозе 30000 р, амёбы — 100000 р, а инфузории выдерживают облучение в дозе 300000 р. Радиочувствительность высших растений тоже различна: семена лилии полностью теряют всхожесть при дозе облучения 2000 р, на семена капусты не влияет доза в 64000 р.

Большое значение имеют также возраст (рис. 2), физиологическое состояние, интенсивность обменных процессов организма, а также условия облучения. При этом, помимо дозы облучения организма, играют роль: мощность, ритм и характер облучения (однократное, многократное, прерывистое, хроническое, внешнее, общее или частичное, внутреннее), его физические особенности, определяющие глубину проникновения энергии в организм (рентгеновское и гамма-излучение проникает на большую глубину, альфа-частицы до 40 мкм, бета-частицы — на несколько мм), плотность вызываемой излучением ионизации (под влиянием альфа-частиц она больше, чем при действии других видов излучения). Все эти особенности воздействующего лучевого агента определяют относительную биологическую эффективность излучения. Если источником излучения служат попавшие в организм радиоактивные изотопы, то огромное значение для Б. д. и. и.. испускаемого этими изотопами, имеет их химическая характеристика, определяющая участие изотопа в обмене веществ, концентрацию в том или ином органе, а следовательно, и характер облучения организма.

Первичное действие радиации любого вида на любой биологический объект начинается с поглощения энергии излучения, что сопровождается возбуждением молекул и их ионизацией. При ионизации молекул воды (косвенное действие излучения) в присутствии кислорода возникают активные радикалы (ОН- и др.), гидратированные электроны, а также молекулы перекиси водорода, включающиеся затем в цепь химических реакций в клетке. При ионизации органических молекул (прямое действие излучения) возникают свободные радикалы (см. Радикалы свободные), которые, включаясь в протекающие в организме химические реакции, нарушают течение обмена веществ и, вызывая появление несвойственных организму соединений, нарушают процессы жизнедеятельности. При облучении в дозе 1000 р в клетке средней величины (10^-9г) возникает около 1 млн. таких радикалов, каждый из которых в присутствии кислорода воздуха может дать начало цепным реакциям окисления, во много раз увеличивающим количество измененных молекул в клетке и вызывающим дальнейшее изменение надмолекулярных (субмикроскопических) структур. Выяснение большой роли свободного кислорода в цепных реакциях, ведущих к лучевому поражению, т.н. кислородного эффекта, способствовало разработке ряда эффективных радиозащитных веществ, вызывающих искусственную гипоксию в тканях организма. Большое значение имеет и миграция энергии по молекулам биополимеров, в результате которой поглощение энергии, происшедшее в любом месте макромолекулы, приводит к поражению её активного центра (например, к инактивации белка-фермента). Физические и физико-химические процессы, лежащие в основе Б. д. и. и., т. е. поглощение энергии и ионизация молекул, занимают доли сек (рис. 3).

Последующие биохимические процессы лучевого повреждения развиваются медленнее. Образовавшиеся активные радикалы нарушают нормальные ферментативные процессы в клетке, что ведёт к уменьшению количества богатых энергией (макроэргических) соединений. Особенно чувствителен к облучению синтездезоксирибонуклеиновых кислот (ДНК) в интенсивно делящихся клетках. Т. о., в результате цепных реакций, возникающих при поглощении энергии излучения, изменяются многие компоненты клетки, в том числе макромолекулы (ДНК, ферменты и др.) и сравнительно малые молекулы (аденозинтрифосфорная кислота, коферменты и др.). Это приводит к нарушению ферментативных реакций, физиологических процессов и клеточных структур.

Воздействие ионизирующего излучения вызывает повреждение клеток. Наиболее важно нарушение клеточного деления — митоза. При облучении в сравнительно малых дозах наблюдается временная остановка митоза. Большие дозы могут вызвать полное прекращение деления или гибель клеток. Нарушение нормального хода митоза сопровождается хромосомными перестройками, возникновением мутаций, ведущими к сдвигам в генетическом аппарате клетки, а следовательно, к изменению последующих клеточных поколений (цитогенетический эффект.) При облучении половых клеток многоклеточных организмов нарушение генетического аппарата ведёт к изменению наследственных свойств развивающихся из них организмов (см.Генетическое действие излучении). При облучении в больших дозах происходит набухание и пикноз ядра (уплотнение хроматина), затем структура ядра исчезает. В цитоплазме при облучении в дозах 10 000—20 000 рнаблюдаются изменение вязкости, набухание протоплазматических структур, образование вакуолей, повышение проницаемости. Всё это резко нарушает жизнедеятельность клетки.

42) Лучевая болезнь, степени лучевой болезни.

Лучева́я боле́знь — заболевание, возникающее в результате воздействия различных видов ионизирующих излучений и характеризующееся симптоматикой, зависящей от вида поражающего излучения, его дозы, локализации источника излучения, распределения дозы во времени и теле живого существа (напр. человека).

У человека лучевая болезнь может быть обусловлена внешним облучением (внутренним — при попадании радиоактивных веществ в организм с вдыхаемым воздухом, через желудочно-кишечный тракт или через кожу и слизистые оболочки, а также в результате инъекции).

Общие клинические проявления лучевой болезни зависят, главным образом, от полученной суммарной дозы радиации. Дозы до 1 Гр (100 рад) вызывают относительно лёгкие изменения, которые могут рассматриваться как состояние предболезни. Дозы свыше 1 Гр вызывают костно-мозговую или кишечную формы лучевой болезни различной степени тяжести, которые зависят главным образом от поражения органов кроветворения. Дозы однократного облучения свыше 10 Гр считаются абсолютно смертельными.

Лучевую болезнь можно подразделить на острую и хроническую.

Острая лучевая болезнь. Тяжесть течения острой лучевой болезни зависит от дозы облучения:

1. Церебральная форма (свыше 80 Грэй смерть на 1-3 сут после облучения)

2. Токсемическая форма (20-80 Грэй, смерть на 4-7 сут после облучения).

3. Кишечная форма (10-20 Грэй, смерть на 16-18 сут в результате интоксикации продуктами кишечного

содержимого).

4. Костно-мозговая (типичная) форма - 1-10 грэй, летальность 50%; 4 стадии в течение этой формы:

а) стадия первичной общей реактивности (первые минуты): тошнота, рвота, недомогание, уменьшение

артериального давления, нейтрофильный лейкоцитоз.

б) стадия кажущегося клинического благополучия: субъективное улучшение состояния, снижение количества

тромбоцитов.

в) стадия выраженных клинических проявлений: анемический синдром; геморрагический синдром; развитие

инфекции: пневмония; кишечный синдром; изменение электролитного баланса

г) стадия восстановления

Чем больше поглощенная доза радиации, тем раньше наблюдается клиническое проявление и тем оно

выраженнее.

Хроническая лучевая болезнь. Это общее заболевание организма, развивающееся в результате

длительного действия ионизирующего излучения в относительно малых, но превышающих допустимые

уровни дозах. Характерно поражение различных органов и систем.

В соответствии с современной классификацией хроническая лучевая болезнь может быть вызвана:

а) воздействием общего внешнего излучения или радиоактивных изотопов с равномерным распределением

их в организме;

б) действием изотопов с избирательным депонированием либо местным внешним облучением.

В развитии хронической лучевой болезни выделяют три периода:

1) период формирования, или собственно хроническая лучевая болезнь;

2) период восстановления;

3) период последствий и исходов лучевой болезни.

Первый период, или период формирования патологического процесса, составляет примерно 1 - 3 года – время, необходимое для формирования при неблагоприятных условиях труда клинического синдрома

лучевой болезни с характерными для него проявлениями. По выраженности последних различают 4 степени

тяжести: I – легкую, II – среднюю, III – тяжелую и IV – крайне тяжелую. Все 4 степени являются лишь

разными фазами единого патологического процесса.

Второй период, или период восстановления, определяется обычно через 1 - 3 года после прекращения

облучения или при резком снижении его интенсивности. В этот период можно четко установить степень

выраженности первично-деструктивных изменений и составить определенное мнение о возможности

восстановительных процессов. Заболевание может закончиться полным восстановлением здоровья,

восстановлением с дефектом, стабилизацией бывших ранее изменений или ухудшением

43) Выбросы и особенности радиоактивного загрязнения местности в РБ.

 соответствии с последними исследованиями на январь 2000 г. доля выброшенного в атмосферу цезия-137 составила от 20 до 40% (85±26 петабеккерелей) на основе усредненной доли выброса от ядерного топлива в 47% с последующим удержанием остатка выброса в здании реактора. Что касается йода-131, то его было выброшено от 50 до 60% активной части реактора на уровне 3200 петабеккерелей. Выброшенные радионуклиды примерно распределились так: Беларусь – 34%, Украина – 20%, Российская федерация – 24%, Европа – 22%. Модель выброса радиоактивных веществ по шкале времени представлена на рис.3.1.

Первоначальный крупный выброс в основном объяснялся механической фрагментацией топлива во время взрыва. Он содержал в основном более летучие радиоизотопы, такие, как благородные газы, различные соединения йода и определенное количество цезия. Второй крупный выброс, произошедший между 7-ми и 10-ми сутками после катастрофы, был связан с высокими температурами, которые возникли в расплавленном топливном ядре.

Резкое уменьшение выбросов через 10 дней после аварии объяснялось быстрым охлаждением топлива по мере того, как остатки топлива прошли через нижний уровень защиты и вступили во взаимодействие с другими материалами в реакторе. После 6 мая выбросы были незначительными.

Химические и физические формы выбросов. Выброс радиоактивных веществ в атмосферу состоял из газов, аэрозолей и топлива, измельченного до микроскопических частиц.

Газообразные элементы, такие как криптон и ксенон, практически полностью оказались выброшенными в атмосферу из ядерного реактора. Помимо того, что йод встречался в газообразной форме и в форме частиц, на месте аварии был также обнаружен органически связанный йод. Именно в начальный период после катастрофы значительное повышение мощности экспозиционной дозы гамма-излучения регистрировалось на всей территории Беларуси (рис.3.3). Уровни радиоактивного загрязнения короткоживущими радионуклидами йода были настолько велики, что вызванное ими облучение миллионов людей квалифицируется специалистами как период «йодно-нептуниевого удара». Например, 29 апреля 1986 года мощность экспозиционной дозы превышала фоновое значение в Минске в 9000 раз, в Бресте – в 6000 раз, в Гомеле –130000 раз. На отдельных участках территории республики активность йода-131 в почве достигала 37000 кБк/м² (1000 Кu/км²).

Являясь бета- и гамма-излучателем (рис.3.5), находясь в аэрозольном состоянии, йод-131 нанес основной удар по щитовидной железе людям с дефицитом йода. Он легко проникает в овощи, ягоды, молоко. Период биологического полувыведения из тела человека – 138 суток.

Необходимо подчеркнуть, что от общего количества выброшенных радионуклидов из реактора 25% составлял йод-131.

Определенный вклад в радиоактивное загрязнение территории Республики Беларусь в первые дни после аварии внесли также телур-132, рутений-103, барий-140 и другие коротко живущие радионуклиды (рис.3.2). Некоторые коротко живущие радионуклиды с периодом полураспада не превышающим несколько часов существенного вклада в облучение людей не внесли, так как при небольшой скорости ветра они не проникли на значительную глубину территории республики.

Позже стали доминировать цезий-134 и цезий-137 .

Другие летучие элементы и смеси, такие как цезий и теллур, вместе с аэрозолями были выброшены в воздух отдельно от частиц топлива. Пробы воздуха показали наличие частиц этих элементов размером от 0,5 до 1 мм.

Элементы низкой летучести, такие как церий, цирконий, актиниды и в значительной степени барий и лантан, а также стронций, оказались привязанными к частицам топлива. Более крупные частицы выпали в районе станции, а более мелкие «горячие» частицы были обнаружены на больших расстояниях от места аварии.

За­грязнение территории радионуклидами оказалось неравномерным, так как в течение первых 10 суток выбросы происходили периодически, а ветер неоднократно менял свое направление .

После распада йода-131 (его период полураспада составляет 8,05 суток) и других короткоживущих радионуклидов основными источниками радиоактив­ного загрязнения территории Республики Беларусь в настоящее время остались:

· цезий-137 – загрязнил 23% территории республики (46,45 тыс. км² );

· стронций-90 – загрязнил 10% территории республики (21,1 тыс. км² );

· плутоний-238, 239, 240 – загрязнили 2% территории республики (4300 км²).

44) Последствия радиоактивного загрязнения территории в РБ.

Чернобыльская катастрофа оказала воздействие на все сферы жизнедеятельности человека - производство, здравоохранение, культуру, науку, образование, экономику и др. В данном разделе представлены наиболее значимые последствия: