Действие ионизирующих излучений на организм человека. Виды ионизирующих излучений.

Ионизирующими называют излучения, взаимодействие которых со средой приводит к образованию ионов различных знаков, т. е. протекание электрических токов в среде (в том числе и в организме человека), что приводит к разрушению клеток, изменению состава крови, ожогам и другим последствиям. Источники этих излучений широко используются в атомной энергетике, технике, химии, медицине, сельском хозяйстве и т. п. Работа с радиоактивными веществами и источниками ионизирующих излучений представляет потенциальную угрозу здоровью и жизни людей, которые участвуют в их использовании.

К ионизирующим относятся два вида излучений:

1) корпускулярное: альфа (α)- и бета (β)-излучения, нейтронное излучение, 2) электромагнитное: гамма (γ)-излучение и рентгеновское.

Альфа-излучение – это поток ядер атомов гелия, испускаемых веществом при радиоактивном распаде вещества или при ядерных реакциях. Значительная масса α -частиц ограничивает их скорость и увеличивает число столкновений в веществе, поэтому α - частицы обладают высокой ионизирующей способностью и малой проникающей способностью. Пробег -частиц в воздухе достигает 89 см, а в живой ткани – несколько десятков микрометров.

Бета-излучение – это поток электронов или позитронов, возникающих при радиоактивном распаде ядер. По сравнению с α -частицами β -частицы обладают значительно меньшей массой и меньшим зарядом, поэтому у β -частиц выше проникающая способность, чем у α -частиц, а ионизирующая способность ниже. Пробег β -частиц в воздухе составляет 18 м, в живой ткани – 2,5 см.

Нейтронное излучение – это поток ядерных частиц, не имеющих заряда, вылетающих из ядер атомов при ядерных реакциях, в частности при делении ядер урана и плутония. В зависимости от энергии различают медленные нейтроны (с энергией менее 1 кЭВ), нейтроны промежуточных энергий (от 1 до 500 кЭВ) и быстрые нейтроны (от 500 кэВ до 20 МэВ). Проникающая способность нейтронов зависит от их энергии, но она существенно выше, чем у α -частиц или β -частиц. Для быстрых нейтронов длина пробега в воздухе составляет до 120 м, а в биологической ткани – 10 см.

Гамма-излучение представляет собой электромагнитное излучение, испускаемое при ядерных превращениях или взаимодействии частиц (10²⁰…10²² Гц). Гамма-излучение обладает большой проникающей способностью – свободно проходит через тело человека и другие материалы – и малым ионизирующим действием.

Рентгеновское излучение также представляет собой электромагнитное излучение, возникающее при торможении быстрых электронов в веществе (10¹⁷10²⁰ Гц).

Основные показатели, применяемые для характеристики ионизирующих излучений.

Энергия, которой обладают ионизационные излучения, затрачивается на ионизацию объекта. Количественной мерой является доза излучения (облучения) – D. Ее производная – мощность дозы – Р (отношение дозы к интервалу времени ее накопления). Доза в органе или ткани (DT) представляет собой среднюю поглощенную дозу в определенном органе или ткани тела человека. В практике используются: эффективная коллективная, полувековая и другие дозы.

Мощность дозы – приращение дозы (поглощенной, эквивалентной, эффективной) за интервал времени к этому интервалу. За единицу времени могут приниматься секунда, час, сутки, год: Гр/ч,× Зв/ч, рад/с, и т.д.

В настоящее время в соответствии с нормами радиационной безопасности (НРБ-99) установлены следующие основные дозовые характеристики воздействия ионизирущих излучений.

Предотвращаемая доза представляет собой прогнозируемую дозу вследствие радиационной аварии, которая может быть предотвращена защитными мероприятиями.

Период полураспада – время, в течение которого распадается половина ядер радиоактивного вещества.

Активность, А – мера радиоактивности. Характеризует скорость ядерных превращений (распада) радионуклидов. В единицах СИ активность называется Бк – беккерель и измеряется в 1расп/с. Внесистемная единица Кu- кюри. Соотношения между единицами: 1Бк=1расп/с=2,7х10^ˉ11Кu; 1Ku=3,7х10¹ºБк. Активность бывает: удельная (Бк/кг), объемная (мкКu/литр), поверхностная (мкКu/см²) или Кu/км² и др. Доза излучения – это количество энергии, переданное ионизирующим излучением веществу и поглощенное им. Это величина, характеризующая воздействие ионизирующего излучения на вещество.

Экспозиционная доза Х служит для количественной характеристики только рентгеновского и -излучения. Это отношение полного электрического заряда dQ ионов одного знака, возникающих в малом объёме воздуха, к массе воздуха dm в этом объёме. Единицей экспозиционной дозы является кулон на килограмм (Кл/кг). Внесистемной единицей экспозиционной дозы является рентген (Р). 1 Р соответствует образованию 2,1·10⁹ пар ионов в 1 см3 воздуха при 0 °C и давлении 760 мм рт. ст.; 1 Р = 2,58·10⁴ Кл/кг.

Поглощенная доза излучения D – это количество энергии ионизирующего излучения, поглощенное единицей массы обучаемого тела, определяется как отношение средней энергии dE, переданной ионизирующим излучением веществу в элементарном объёме, к массе этого вещества dm. Характеризует энергию излучения, переданную телу определенной массы. Энергия может быть усреднена по любому объему, в этом случае средняя доза будет равна полной энергии, переданной объему, деленной на массу этого объема

Единицей измерения поглощенной дозы является грей (Гр). 1 Гр соответствует поглощению в среднем 1 Дж энергии ионизирующего излучения в массе вещества, равной 1 кг, т. е. 1 Гр = 1 Дж/кг. Внесистемной единицей поглощенной дозы является рад – энергия в 100 эрг, поглощенная 1 г вещества: 1 рад = 0,01 Гр.

Одинаковая поглощенная доза различных видов излучения вызывает в живом организме различное биологическое действие. Для учета влияния на организм человека различных видов излучения на различные органы вводят понятия «эквивалентная» и «эффективная» доза.

Эквивалентная доза Н служит для оценки радиационной опасности облучения человека от разных видов излучения. Эта величина определяется как произведение средней поглощенной дозы DT излучения вида R в органе или ткани Т на соответствующий взвешивающий коэффициент для данного излучения WR: Значения WR для фотонов, электронов составляет 1, для -частиц, осколков деления, тяжелых ядер – 20. При воздействии различных видов излучения с различными взвешивающими коэффициентами эквивалентная доза определяется как сумма эквивалентных доз для этих видов излучения.

Единицей измерения эквивалентной дозы является Дж/кг, имеющий специальное наименование зиверт (Зв). Внесистемной единицей служит бэр (биологический эквивалент рада); 1 Зв = 100 бэр.

Эффективная доза E – величина, используемая как мера риска возникновения отдаленных последствий облучения всего тела человека и отдельных его органов с учетом их радиочувствительности. Она представляет сумму произведений эквивалентной дозы в органе (ткани) Ht за время t на соответствующий взвешивающий коэффициент для данного органа или ткани WT.

Взвешивающий коэффициент WT для гонад составляет 0,20, костного мозга, легких, желудка – 0,12, печени, щитовидной железы, мочевого пузыря – 0,05, кожи – 0,01.

Единица измерения эффективной дозы – зиверт. Внесистемная единица Бэр – бэр (биологический эквивалент рада). Соотношения между единицами: 1Зв=1Гр×W=100бэр; 1Бэр=1Рад×W=0,01Зв.

Эффективная доза внешнего облучения (Е) - используется как мера риска возникновения отдаленных последствий облучения всего тела человека и отдельных его органов и тканей. Она представляет сумму произведений эквивалентной дозы в органах и тканях на соответствующие взвешивающие коэффициенты.

Эффективная доза при внутреннем облучении (E(τ)) - ожидаемая доза, за время τ, прошедшее после поступления радиоактивных веществ в организм. Когда τ не определено, то его следует принять равным 50 годам для взрослых и (70 минус t0) - для детей.

Эффективная (эквивалентная) годовая доза представляет собой сумму эффективной (эквивалентной) дозы внешнего облучения, полученной за календарный год, и ожидаемой эффективной (эквивалентной) дозы внутреннего облучения, обусловленной поступлением в организм радионуклидов за этот же год. Единица годовой эффективной дозы - зиверт (Зв).

Эффективная коллективная доза представляет собой меру коллективного риска возникновения стохастических эффектов облучения. Она равна сумме индивидуальных эффективных доз. Единица эффективной коллективной дозы - человеко-зиверт (чел.-Зв).