5. Действие ионизирующего излучения на человека

и допустимые нормы облучения

В основе биологического действия ионизирующих излучений лежат процессы взаимодействия излучения с атомами и молекулами клеток облучаемого организма.

При облучении человека за счет ионизации и диссоциации в тканевых клетках происходят различные химические изменения. В результате этого разрываются химические связи и изменяется строение соединений, составляющих клетку. Происходит нарушение нормального течения биохимических реакций, определяющих важные функции жизнедеятельности организма (обмен веществ и др.). При достаточно интенсивном облучении эти нарушения проявляются в совокупности болезненных симптомов, характеризующих «лучевую болезнь». К опасным последствиям облучения относятся также «генетические эффекты», заключающиеся в повышенной вероятности появления болезненных отклонений в потомстве за счет того, что под действием ионизирующего излучения возрастает доля вредных мутаций в наследственном аппарате генов. Любой человек, не имеющий профессионального контакта с радиоактивностью, постоянно подвергается облучению космическими лучами, излучениям естественных радиоактивных изотопов, присутствующих в тканях организма и окружающей среде.

Определенная радиоактивность свойственна организму человека. Тело человека содержит ~ 0,08 г (калий - 40) и 1 · 10^-10 г (радий). Эти два вида естественных радиоактивных изотопов ежесекундно дают 4 α - и 20000 β - распадов. В тело человека проникает космическое излучение, под действием которого в нем образуются искусственные радиоактивные элементы. Из них только 3000 расп/с дает радиоуглерод . Всего в теле человека ежесекундно образуется ~ 25000 радиоактивных атомов.

Получаемые при этом дозы облучения малы и составляют фоновый уровень, к которому организм человека адаптировался за время эволюции.

Естественным фоном излучения называют дозу ионизирующего излучения, создаваемую космическим излучением и излучением естественно распределенных природных радионуклидов в поверхностных слоях Земли, приземной атмосфере, продуктах питания, воде, организме человека. Космическое излучение состоит из первичного излучения, поступающего из космического пространства, и вторичного излучения, возникающего в результате взаимодействия первичного излучения с атмосферой (атомами или молекулами воздуха).

Каждую минуту на 1 см² Земной поверхности падает ~ 2 космические частицы. Первичные частицы в основном, протоны и более тяжелые ядра, обладают высокой энергией до 10¹⁹ эВ. Взаимодействуя с атмосферой Земли, эти частицы проникают до высоты ~ 20 км над уровнем моря и образуют вторичное высокоэнергетическое излучение, состоящее из мезонов, нейтронов, фотонов, электронов, протонов. При этом образуется большой набор радионуклидов, определяющих естественный радиационный фон. Нормальный уровень фона - 20 - 60 мкР/ч (0,2 - 0,6 мкЗв/ч).

Фоновое излучение может изменяться. Оно увеличивается после вспышек на Солнце, а также за счет жизнедеятельности человека. Например, в атмосфере Земли ежегодно образуется до 3 · 10²⁶ ядер . Примерно столько же дает одна мегатонна атомного оружия. Поэтому естественное равновесие в природе может нарушаться.

В местах, где готовят атомное оружие, образуется радиоактивный газ криптон (Кr). Он постепенно распространяется по всему миру, увеличивая радиационный фон. Этот газ способствует возникновению рака кожи.

Уровень фонового облучения возрастает при подъеме над уровнем моря:

при h = 2 - 4 км H составляет 0,2 мкЗв/ч, при h = 12 км - 5 мкЗв/ч, при h = 20 км - 13 мкЗв/ч.

Поэтому при полете трансконтинентального лайнера на высоте 12 км доза облучения пассажиров по сравнению с фоновой возрастает примерно в 25 раз. При полетах на сверхзвуковых реактивных самолетах (высота полета выше 20 км) доза облучения увеличивается в 100 раз.

В повышение радиационного фона вносят свою лепту непредвиденные катастрофы на объектах, где применяется радиоактивное сырье.

После взрыва на Чернобыльской АЭС в 1987 г. ядерные частицы дошли до Скандинавии, Франции, Украины, Белоруссии, в России - до юга страны. В результате взрыва на Чернобыльской АЭС в атмосферу были выброшены и долгоживущие изотопы, например, ⁹⁰Sr (стронций - 90), ¹³⁷Се (цезий), периоды полураспада которых 30 лет и более. Поэтому зона Чернобыльской АЭС еще многие десятилетия будет непригодна для нормальной жизни. В 10 - 30 км зоне Чернобыльской АЭС уровень фона составляет до 1200 мкР/ч.

Если облучение превышает некоторый порог, возникает «лучевая болезнь». Ее по тяжести делят на 4 степени, начиная от дозы 100 - 200 Р -1 степень, до 600 Р - 4 степень (смертельный исход).

Международная комиссия по радиационной защите установила предельно допустимые дозы (ПДД) и мощности допустимой дозы (МДЦ), которые человек может получать без вреда для здоровья. Дkя человека МДД - 20 - 60 мкР/ч (0,2 - 0,6 мкЗв/ч), ПДД - 0,5 Р/год (0,5 бэр/год, 0,05 Зв/год, 5000 мкЗв/год).

Для работающих с ионизирующими излучениями эти нормы увеличиваются в 10 раз.

Защита от ионизирующих излучений

Для обеспечения безопасности от воздействия ионизирующих излучений необходима зашита от внутреннего и внешнего излучения.

Зашита от внешнего облучения обеспечивается экранированием различными материалами с учетом времени облучения и расстояния от источника облучения. Дозу (плотность потока) излучения можно снизить увеличением расстояния от источника излучения, уменьшением времени облучения, специальной защитой.

При внешнем облучения наименее опасно α - излучение ввиду малого линейного пробега α - частицы. Для зашиты от β - излучений конструкции должны иметь толщину, превышающую максимальный пробег в материале защиты.

Рентгеновское и гамма - излучения хорошо ослабляются тяжелыми материалами, имеющими высокий атомный номер и плотность (свинец, сталь, бетон).

При внутреннем облучении (попадание радиоактивных частиц в организм человека) наиболее опасны α частицы, обладающие наибольшей ионизирующей способностью.