Радиационная безопасность

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Строение атома и характеристика основных элементарных частиц, входящих в его состав

Атом -- это наименьшая частица химического элемента, сохраняющая все его химические свойства. Атом состоит из ядра, имеющего положительный электрический заряд, и отрицательно заряженных электронов. Заряд ядра любого химического элемента равен произведению Z на e, где Z -- порядковый номер данного элемента в периодической системе химических элементов, е -- величина элементарного электрического заряда.

Электрон -- это мельчайшая частица вещества с отрицательным электрическим зарядом е=1,6·10-19 кулона, принятым за элементарный электрический заряд. Электроны, вращаясь вокруг ядра, располагаются на электронных оболочках К, L, М и т. д. К -- оболочка, ближайшая к ядру. Размер атома определяется размером его электронной оболочки. Атом может терять электроны и становиться положительным ионом или присоединять электроны и становиться отрицательным ионом. Заряд иона определяет число потерянных или присоединенных электронов. Процесс превращения нейтрального атома в заряженный ион называется ионизацией.

Атомное ядро (центральная часть атома) состоит из элементарных ядерных частиц -- протонов и нейтронов. Радиус ядра примерно в сто тысяч раз меньше радиуса атома. Плотность атомного ядра чрезвычайно велика.

Протоны -- это стабильные элементарные частицы, имеющие единичный положительный электрический заряд и массу, в 1836 раз большую, чем масса электрона. Протон представляет собой ядро атома самого легкого элемента -- водорода. Число протонов в ядре равно Z.

Нейтрон -- это нейтральная (не имеющая электрического заряда) элементарная частица с массой, очень близкой к массе протона. Поскольку масса ядра складывается из массы протонов и нейтронов, то число нейтронов в ядре атома равно А -- Z, где А -- массовое число данного изотопа. Протон и нейтрон, входящие в состав ядра, называются нуклонами. В ядре нуклоны связаны особыми ядерными силами.

В атомном ядре имеется огромный запас энергии, которая высвобождается при ядерных реакциях. Ядерные реакции возникают при взаимодействии атомных ядер с элементарными частицами или с ядрами других элементов. В результате ядерных реакций образуются новые ядра. Например, нейтрон может переходить в протон. В этом случае из ядра выбрасывается бета-частица, т. е. электрон.

Переход в ядре протона в нейтрон может осуществляться двумя путями: либо из ядра испускается частица с массой, равной массе электрона, но с положительным зарядом, называемая позитроном (позитронный распад), либо ядро захватывает один из электронов с ближайшей к нему К-оболочки (К-захват).

Иногда образовавшееся ядро обладает избытком энергии (находится в возбужденном состоянии) и, переходя в нормальное состояние, выделяет лишнюю энергию в виде электромагнитного излучения с очень малой длиной волны -- гамма-излучение. Энергия, выделяющаяся при ядерных реакциях, практически используется в различных отраслях промышленности.

Атом (греч. atomos -- неделимый) наименьшая частица химического элемента, обладающая его химическими свойствами. Каждый элемент состоит из атомов определенного вида. В состав атома входят ядро, несущее положительный электрический заряд, и отрицательно заряженные электроны (см.), образующие его электронные оболочки. Величина электрического заряда ядра равна Z-e, где е -- элементарный электрический заряд, равный по величине заряду электрона (4,8·10-10эл.-ст. ед.), и Z -- атомный номер данного элемента в периодической системе химических элементов (см.). Так как неионизированный атом нейтрален, то число электронов, входящих в него, также равно Z. В состав ядра (см. Ядро атомное) входят нуклоны, элементарные частицы с массой, примерно в 1840 раз большей массы электрона (равной 9,1·10-28 г), протоны (см.), заряженные положительно, и не имеющие заряда нейтроны (см.). Число нуклонов в ядре называется массовым числом и обозначается буквой А. Количество протонов в ядре, равное Z, определяет число входящих в атом электронов, строение электронных оболочек и химические свойства атома. Количество нейтронов в ядре равно А--Z. Изотопами называются разновидности одного и того же элемента, атомы которых отличаются друг от друга массовым числом А, но имеют одинаковые Z. Таким образом, в ядрах атомов различных изотопов одного элемента имеется разное число нейтронов при одинаковом числе протонов. При обозначении изотопов массовое число А записывается сверху от символа элемента, а атомный номер внизу; например, изотопы кислорода обозначаются:

Размеры атома определяются размерами электронных оболочек и составляют для всех Z величину порядка 10-8 см. Поскольку масса всех электронов атома в несколько тысяч раз меньше массы ядра, масса атома пропорциональна массовому числу. Относительная масса атома данного изотопа определяется по отношению к массе атома изотопа углерода С12, принятой за 12 единиц, и называется изотопной массой. Она оказывается близкой к массовому числу соответствующего изотопа. Относительный вес атома химического элемента представляет собой среднее (с учетом относительной распространенности изотопов данного элемента) значение изотопного веса и называется атомным весом (массой).

Атом является микроскопической системой, и его строение и свойства могут быть объяснены лишь при помощи квантовой теории, созданной в основном в 20-е годы 20 века и предназначенной для описания явлений атомного масштаба. Опыты показали, что микрочастицы -- электроны, протоны, атомы и т. д.,-- кроме корпускулярных, обладают волновыми свойствами, проявляющимися в дифракции и интерференции. В квантовой теории для описания состояния микрообъектов используется некоторое волновое поле, характеризуемое волновой функцией (Ш-функция). Эта функция определяет вероятности возможных состояний микрообъекта, т. е. характеризует потенциальные возможности проявления тех или иных его свойств. Закон изменения функции Ш в пространстве и времени (уравнение Шредингера), позволяющий найти эту функцию, играет в квантовой теории ту же роль, что в классической механике законы движения Ньютона. Решение уравнения Шредингера во многих случаях приводит к дискретным возможным состояниям системы. Так, например, в случае атома получается ряд волновых функций для электронов, соответствующих различным (квантованным) значениям энергии. Система энергетических уровней атома, рассчитанная методами квантовой теории, получила блестящее подтверждение в спектроскопии. Переход атома из основного состояния, соответствующего низшему энергетическому уровню Е0, в какое-либо из возбужденных состояний Ei происходит при поглощении определенной порции энергии Еi -- Е0. Возбужденный атом переходит в менее возбужденное или основное состояние обычно с испусканием фотона. При этом энергия фотона hv равна разности энергий атома в двух состояниях: hv= Ei-- Еk где h -- постоянная Планка (6,62·10-27 эрг·сек), v -- частота света.

Кроме атомных спектров, квантовая теория позволила объяснить и другие свойства атомов. В частности, были объяснены валентность, природа химической связи и строение молекул, создана теория периодической системы элементов.

2. Характеристика наиболее опасных для биосферы радиоактивных продуктов деления

В связи с широким распространением в природе радиоактивных изотопов естественного и искусственного происхождения, в связи с постоянно увеличивающимся применением их в отраслях экономики и науки необходимо иметь возможно более полное представление о свойствах хотя бы некоторых наиболее опасных при попадании внутрь организма радиоактивных элементов.

Все изотопы при соблюдении мер безопасности не могут оказать неблагоприятного влияния ни на человека, ни на окружающую среду. При грубом нарушении норм радиационной безопасности возможно внешнее или внутренне облучение в повышенной дозе. Как было отмечено выше, клиническое течение лучевой болезни, обусловленной внешним и внутренним радиоактивным заражением, определяется дозой облучения, растворимостью и всасываемостью поступивших внутрь радионуклидов, характером их распределения в органах, тканях, путями поступления в организм и скоростью распада и выведения из организма. Как всасывание, так и распределение, и выведение радионуклидов зависят от их физико-химической природы.

Выделены 4 группы опасных радионуклидов ? А, Б, В и Г.

Группа А ? радионуклиды особо высокой токсичности (свинец-210, торий-230);

Группа Б ? радионуклиды с высокой токсичностью (йод-131, стронций- 90, уран-235);

Группа В ? радионуклиды со средней токсичностью (цезий-137, натрий-22, кальций-45);

Группа Г ? радионуклиды с наименьшей токсичностью (углерод-14, железо-55, хром-51).

Токсичность зависит от вида и энергии излучения, периода полураспада, физико-химических свойств вещества. Рассмотрим некоторые радионуклиды (изотопы) более подробно.

Йод (I). Природный йод состоит из одного стабильного изотопа с массовым числом 127. Из искусственных радиоактивных изотопов йода важнейшими являются йод-131 (Т1/2 ? 8 суток) и йод-133 (Т1/2 ? 22 часа). При ядерных взрывах и авариях на АЭС радиоактивные изотопы йода составляют значительную часть активности «молодых» продуктов деления, и они являются одним из основных компонентов заражения внешней среды. Йод в основном представлен органическими соединениями. В форме элементарного йода находится лишь 5%. Примерно 90% активности представляют короткоживущие изотопы. Поступая во внешнюю среду, йод-131 становится источником внешнего и внутреннего облучения, так как он бета-активен.

Поступление в организм человека радиоактивных изотопов йода происходит через органы пищеварения, дыхания, кожу, раневые и ожоговые поверхности. Практическое значение имеет пищевой и ингаляционный путь. Основными цепочками являются: растения ? человек, растения ? животное ? человек и т.д. Особое значение, как источники поступления йода в организм человека, могут иметь продукты питания растительного и животного происхождения, особенно молоко, свежие молочные продукты и листовые овощи. Так, у коров с молоком йод-131 выводится в количестве до 1% в литре и при длительном поступлении ? 0,5?1,1%.

Поступивший в организм радиоактивный йод быстро всасывается в кровь и лимфу. В течение первого часа всасывается 80?90%. Органы и ткани по концентрации йода образуют убывающий ряд: щитовидная железа, почки, мышцы, кости. Накопление йода-131 в щитовидной железе протекает быстро: через 2?6 ч после поступления содержание его составляет 5?10 и 15?20% соответственно, через сутки ? 25?30% введенного количества. При поступлении малых количеств йода-131 уже отмечаются нарушение функции щитовидной железы, а также незначительные изменения крови и некоторых показателей обмена и иммунитета. Облучение щитовидной железы в дозах порядка десятков Грей (Гр) вызывает снижение ее функциональной активности. При дозе несколько Грей выявлено повышение активности железы, которое может смениться состоянием гипофункции. Статистически значимое учащение возникновения опухолей железы отмечено при дозе облучения 0,5 Гр.

Общий характер действия йода на организм: при действии паров появляется кашель, насморк, слезотечение, конъюнктивит, опухание околоушных желез, головные боли. В тяжелых случаях ? рвота, понос, белок и эритроциты в моче, задержка мочи, одышка. При хроническом отравлении ? катар слизистых носа (типичный насморк), зева, исхудание, наблюдается желтоватая окраска зубов.

Основным путем выведения йода-131 из организма являются почки, также он выводится с калом, потом, прочими жидкостями и через органы дыхания, однако доля этого выведения не установлена.

Неотложная помощьпри работе в зоне, зараженной радиоизотопами йода: с целью профилактики прием ежедневно иодида калия по 0,25 г (одна таблетка в день); дезактивация кожных покровов водой с мылом, промывание носоглотки и полости рта; при поступлении радионуклидов в организм внутрь ? иодид калия ? 0,2 г, иодид натрия ? 0,2 г, сайодин - 0,5 г, рвотные средства (апоморфин 1% ? 0,5 мл) или промывание желудка, обильное питье, мочегонные средства.

Фосфор (Р). Природный фосфор состоит из одного стабильного изотопа ? фосфора-31. Известны шесть искусственных радионуклидов с массовыми числами: 28?30, 32?34.

Одним из основных источников поступления радиоактивного фосфора-32 в окружающую среду являются атомные предприятия по производству плутония. Фосфор-32 ? доминирующий радионуклид в большинстве форм водных организмов и водоплавающих птиц. Основной путь поступления радионуклидов из водных сбросов в организм человека ? использование питьевой воды, а также потребление рыбы и других пищевых продуктов из водоемов. Наиболее интенсивное накопление фосфора-32 (Т1/2 = 14,22 суток) происходит в растущих тканях с повышенным обменом. Так, при раковых поражениях желудка, кишечника, матки накопление фосфора-32 по отношению к нормальным тканям происходит быстрее и увеличивается в 2?6 раз в зависимости от опухоли. Выводится из организма через почки и желудочно-кишечный тракт (ЖКТ). Специфичность действия связана с избирательным накоплением в костной ткани, большую опасность представляет поступление нерастворимых соединений радиоактивного фосфора в органы дыхания. При поражении такими соединениями наблюдается лучевой ожог кишечника, сопровождающийся кровавым поносом, резким исхуданием, лейкоцитозом, наблюдается сгущение крови, т.е. происходит угнетение функции костного мозга и других органов кроветворения.

Стронций-90 (Sr). Это бета-излучающий изотоп. Среди искусственных изотопов стронция это долгоживущий радионуклид. Стронций-90 (Т1/2 =29,1 лет) ? один из важнейших компонентов радиоактивного заражения биосферы. Попадая в окружающую среду, стронций-90 характеризуется способностью включаться в процессы обмена веществ у растений, животных и человека. Поэтому при оценке заражения биосферы стронцием-90 принято рассчитывать отношение стронция-90 к кальцию в стронциевых единицах (с.е. - 1 мккюри стронция на 1 г кальция). В растения стронций-90 может поступать непосредственно при прямом заражении листьев и из почвы через корни. Относительно больше накапливают его бобовые растения, корнеплоды, меньше ? злаки, в том числе зерно, лен. У животных и человека стронций-90 накапливается главным образом в костях.

Величина отложения его в организме животных и человека зависит от возраста особи и количества поступающего радионуклида, интенсивности роста новой костной ткани и др. Большую опасность стронций-90 представляет для детей, в организм которых он поступает с молоком и накапливается в быстрорастущей костной ткани.

Биологическое действие стронция-90 связано с характером его распределения в организме и зависит от дозы бета-излучения, создаваемого им и его дочерним изотопом иттрием-90. При длительном поступлении стронция-90 в организм даже в относительно небольших количествах в результате непрерывного облучения бета-излучением костной ткани могут развиваться лейкемия и рак костей. Существенные изменения в костной ткани наблюдаются при содержании стронция-90 в рационе около 1 мккюри на 1 г кальция, т.е. 1 с.е., а вес мккюри стронция-90 равен 3,7* 10?13 г, предельно допустимая концентрация (ПДК) для вод открытых водоемов (в кюри/л) для стронция-90 равна 3,7* 10?13.

Цезий-137 (Cs) ?бета-гамма-излучающий изотоп цезия, один из главных компонентов радиоактивного заражения биосферы. Т1/2 = 30,2 года. Это один из 15 долго живущих изотопов, остальные искусственные радиоизотопы цезия короткоживущие, если не считать цезий-134, период полураспада которого равен 2 годам. Указанные два радионуклида содержатся в радиоактивных выпадениях, радиоактивных отходах, сбросах заводов, перерабатывающих отходы АЭС. Цезий-137 интенсивно сорбируется почвой и донными отложениями; в воде находится преимущественно в виде ионов. Содержится в растениях и организме животных и человека. Коэффициент накопления цезия-137 наиболее высок у пресноводных водорослей и арктических наземных растений, особенно лишайников. В организме животных цезий-137 накапливается главным образом в мышцах и печени. Наибольший коэффициент его накопления отмечен у северных оленей и североамериканских водоплавающих птиц. В организме человека он распределен относительно равномерно и не оказывает значительного вредного действия при поступлении в небольших количествах. Однако критическими органами являются печень, легкие и особенно селезенка, для селезенки предельно-допустимое поступление (ПДП) составляет 0,34 мккюри, а для всего организма ПДП=33 мккюри. Цезий-137 используют в медицине (радиотерапия).

Территория с плотностью радиоактивного загрязнения почвы цезием-137, превышающей 1 Ки/км2, является зоной радиоактивного загрязнения.

Уран (U). Ядра урана-238 делятся при захвате только быстрых нейтронов с энергией не менее 1 Мэв. Уран и его соединения радиационно и химически токсичны. Предельно допустимая доза облучения профессиональных работников ? 5 бэр в год, а населения ? 0,5 бэр в год, металлический уран или его соединения используются в основном в качестве ядерного горючего в ядерных ректорах. Уран-235 является источником ядерной энергии в ядерном оружии. Уран-238 служит источником вторичного ядерного горючего ? плутония-239.

При попадании в организм уран действует на все органы и ткани, являясь общеклеточным ядом. Преимущественно поражает почки, печень и желудочно-кишечный тракт.

Радий (Ra). Радий-226 - б-активен (Т1/2 = 1590 лет). Радий и его соединения широко распространены в природе и являются одним из основных источников естественного фона. В организм человека может попадать с пишей, питьевой водой, вдыхаемым воздухом и через неповреждённую кожу. Около 90% радия поступает в организм с пищей и около 10% с водой. Установлено, что продолжительное облучение значительными уровнями радия в питьевой воде влечет за собой «высокий риск» рака костей для облученных. По оценкам Агентства по защите окружающей среды США (ЕPA), долговременное потребление воды, содержащей 5 пКи (пикокюри) на литр (0,185 Бк/л), влечет за собой 44 случая дополнительных смертей от рака на каждый миллион облученных. Риск удваивается до 88 случаев (10 пКи/л) и утраивается до 132 случаев (15 пКи/л) и т.д. Токсичность радия обусловлена его радиоактивностью. Накапливается в основном в костной ткани. Одним из признаков радиевой интоксикации является лучевое поражение костей ? их деструкция, развитие радиационного остеита, который приводит к повышенной хрупкости и патологическим переломам костей. Радиационный остеит челюстных костей, как правило, осложняется инфекцией и протекает как хронический остеомиелит.

Радон (Rn). Радон-222 ? б-активен (Т1/2 = 3,8 дня). Газ, который образуется врадиоактивных минералах, постоянно поступает в атмосферу и гидросферу. Он бесцветный, не имеет ни запаха, ни вкуса, в 7,5 раз тяжелее воздуха. Наибольшее содержание радона наблюдается в приземных слоях атмосферы. С увеличением высоты оно уменьшается. В атмосферу и гидросферу радон поступает из почвы, а в воздух помещений ? через неплотные строительные конструкции и из самих строительных конструкций, а также из водопроводной воды и природного газа. Радон на 50?70% формирует дозу, получаемую человеком от естественных источников радиации. В организм человека он попадает в основном с вдыхаемым воздухом и в значительно меньшей степени, с питьевой водой.

Токсическое действие радона связано с его радиоактивностью. Скапливаясь в альвеолах легких, он поражает легочную ткань, вызывая ее злокачественное перерождение. До 20% смертей от рака легких напрямую связано с радоном.

Калий (К). Калий-40. Вторым после радона по значимости дозообразования является природный калий, который содержит 0,012% калия-40. Т1/2 = 2,5*10?10 лет. Этот изотоп повсеместно встречается в минералах и живых организмах и своим в-излучением создает естественное (фоновое) облучение. Других естественных радиоактивных изотопов калия не обнаружено. Калий-40 как токсический элемент не рассматривается, он ответственен только за внешнее облучение, годовая доза от него составляет 16?20% от общей.

Плутоний (Рu).Плутоний - 239 (Т1/2 = 24065 лет) ? один из наиболее токсичных радионуклидов, характеризующийся высокой удельной б -активностью. В состав оружейного плутония кроме Рu-239, входят и другие его радиоактивные изотопы (236, 237, 238, 241, 247 Рu).

При неядерном взрыве (нарушении герметичности боеприпаса, пожаре) плутоний может поступить во внешнюю среду в форме мелкодисперсных аэрозолей и интенсивно окисляется до двуокиси (РuО2), а при температуре свыше 1500 °С до окиси (РuО), которые характеризуются низкой растворимостью и всасываемостью.

Основную опасность плутоний представляет, как внутренний альфа-облучатель. В организм человека нуклид может поступать ингаляционно, перорально и через раневые и ожоговые поверхности. В лёгких нуклид оседает неравномерно, что приводит к неравномерному облучению. Всосавшийся в кровь нуклид депонируется в основном в скелете и печени и в небольших количествах в других органах. Из организма плутонии выводится медленно.

Время уменьшения вдвое воздействия радионуклида на организм (за счёт физического снижения активности радионуклида и биологического выведения его из организма (Тэфф) из печени и скелета) оценивается в 40 и 100 лет. Дозы, таким образом, формируются в течение всей жизни человека. Пожизненные эффективные дозы при поступлении нуклида с рационом и через органы дыхания в зависимости от возраста человека (20?30?50?70) равны соответственно 4,2?2,5*10?7 и 4,1?1,6*10?5 Зв/Бк.

Ингаляционное воздействие плутония на человека наиболее опасно и может привести, даже при поступлении небольшого количества, к развитию острой пневмонии и пневмосклерозу. Распространённость процесса в лёгких и тяжесть поражения возрастают с увеличением поглощённой дозы. Развитие пневмосклероза является главной неопухолевой формой отдалённой патологии. Минимальная пневмосклеротическая доза находится в пределах 0,8?1,2 Зв. Лёгочная патология сопровождается соответствующим нарушением функции сердечно-сосудистой системы. Развитие дистрофических и склеротических процессов в печени приводит к нарушению её функции. Накопление плутония в гонадах проявляется в снижении их функциональной активности.

Наиболее опасным является канцерогенное действие плутония. Опухоли лёгких у облучённых регистрировали в широком диапазоне доз (см. табл. 3). Минимальная канцерогенная доза составляет около 0,8 Зв. Доза, не вызывающая опухоли менее 0,4 Зв. Минимальная доза для индукции остеосарком ~ 1,4 3в. Увеличение частоты рака лёгкого у персонала плутониевого завода зарегистрировано через 18 лет после начала работы.

Медицинские последствия поступления плутония в организм взрослого человека

Торий (Th). Торий ? серебристо-белый блестящий металл, стойкий к окислению в чистом виде, но обычно медленно тускнеющий до тёмного цвета. Торий медленно разрушается водой, но плохо растворяется в основных кислотах, за исключением соляной. Он малорастворим в серной и азотной кислотах. Порошок металлического тория ядовит, поэтому обращаться с ним нужно осторожно. При нагреве в воздухе он загорается и горит ярким белым светом.

Известны 12 изотопов, однако природный торий состоит целиком из одного изотопа ? Th-232 (Т1/2 = 1,405*1010 лет), вид распада ? б-распад. Распад тория приводит к образованию радиоактивного газа, радон-220, который представляет опасность при вдыхании.

Сейчас торий используется для добавки в многокомпонентные сплавы. Торий заметно повышает прочность и жаростойкость. Также торий применяется и как катализатор ? в процессах органического синтеза и крекинга нефти и при синтезе жидкого топлива из каменного угля.

Торий как радиоактивный элемент является одним из источников радиоактивного фона Земли. Он содержится в объектах окружающей среды повсеместно. Однако в речной воде его на порядок меньше, чем урана, и на два порядка меньше, чем калия-40. В организм человека торий может попадать через органы дыхания и пищеварения, а затем откладываться в легких, скелете, костном мозге, печени, почках. Из организма выводится медленно: от 1,5 до 70 лет. Токсичность тория обусловлена его радиоактивностью. Обычно поражаются органы, в которых он накапливается, вызывая их злокачественное перерождение (карциномы, саркомы, цирроз печени).

Америций (Am). Америций ? металл серебристо-белого цвета, тягучий и ковкий. Америций медленно тускнеет в сухом воздухе при комнатной температуре. Самый долгоживущий изотоп америция Аm-243, он живёт 7600 лет и используется для радиохимических исследований и накопления более отдалённых трансуранов, вплоть до фермия.

Многообразно применение самого первого изотопа америция ? Аm-241 (Т1/2 = 458 лет). Этот изотоп, распадаясь, испускает частицы и мягкие (60 кэВ) г-лучи. Защита от мягкого излучения Аm-241 сравнительно проста и немассивна: вполне достаточно сантиметрового слоя свинца. Аппаратуру с америцием-241 используют для измерения толщины стальной и алюминиевой ленты, листового стекла, снятия электростатических зарядов в промышленности: с пластмасс, синтетических плёнок и бумаги. Он находится и внутри некоторых детекторов дыма. Америций, как и плутоний, обладает высокой удельной активностью. В отличие от плутония, америций лучше растворяется, следовательно, он характеризуется большей всасываемостью и миграционной способностью. Токсические свойства америция, как и плутония, определяются б-излучением. Имеет значение и гамма-излучение нуклида. Основными органами депонирования америция являются скелет, печень, почки. В небольших количествах нуклид откладывается и в других органах. Поступление америция усиливает биологическое действие плутония.

Тритий (Т). Тритий (Т1/2 = 12,33 года), по оценке Научного комитета по действию атомной радиации ООН, является социально опасным глобальным радионуклидом и по радиационной опасности относится к группе Д. Тритий характеризуется высокой генетической эффективностью. Она оценивается в 2?4 раза выше, чем генетическая эффективность г-излучения.

В организм человека тритий может поступать ингаляционно, перорально и через кожные покровы в форме газообразного, НТО (тритиевая вода) и органически связанного. Поступление трития в форме НТО представляет примерно в 1000 раз большую опасность, чем в газообразной форме. Газообразный тритий, подобно инертным газам, слабо растворяется в жидкостях организма и быстро выводится. Процессы всасывания протекают быстро. Независимо от пути поступления нуклид равномерно распределяется в организме и находится в форме свободной воды, НТО и органически связанного.

Выводится нуклид из организма через почки, лёгкие и кожу. Вывод мочой Т1/2 = НТО оценивается в 9,7 суток, а органически связанного значительно больше (Т1/2 = 30 суток,Т1/2 = 450 суток).

Пожизненная доза при поступлении нуклида с рационом в зависимости от возраста человека составляет 6,6?1,8*1011 Зв/Бк. При поступлении взрослому человеку 3,7*10 Бк (1 Ки) формируется доза равная около 1 Гр. Облучение носит равномерный характер. Клиническое течение болезни напоминает лучевую болезнь при внешнем г-облучении. Учитывая сравнительно низкую токсичность трития, есть основания считать, что возможное поступление нуклида во внешнюю среду в аварийных ситуациях не приведет к острому радиационному поражению населения.

Полоний (Ро).Металл легкоплавкий и сравнительно ненизкокипящий. Температура его плавления и кипения соответственно 254 °С и 962 °С. Чистый полоний ? металл серебристо-белого цвета. Его плотность 9,4 ? чуть меньше, чем у свинца.

В урановых рудах его очень мало, равновесное отношение урана к полонию составляет 1,9*10?10 . Это означает, что в урановых минералах полония почти в 20 млрд раз меньше, чем урана. Получить его из руды действительно сложно, но есть другой путь ? синтез. В атомных реакторах висмут-209 облучают потоками нейтронов, и тогда по сравнительно несложной цепочке ядерных превращений образуется самый важный на сегодня изотоп ? полоний- 210.

При работе с полонием приходится соблюдать особую осторожность. Пожалуй, это один из самых опасных радиоэлементов. Его активность настолько велика, что, хотя он излучает только альфа-частицы, брать его руками нельзя, результатом будет лучевое поражение кожи и, возможно, всего организма: полоний довольно легко проникает внутрь сквозь кожные покровы. Элемент №84 опасен и на расстоянии, превышающем длину пробега б-частиц. Он способен быстро переходить в аэрозольное состояние и заражать воздух. Поэтому работают с полонием лишь в герметичных боксах.

Всего известны 27 изотопов полония с массовыми числами от 192 до 218. Это один из самых многоизотопных, если можно так выразиться, элементов. Период полураспада самого долгоживущего изотопа ? полония-209 ? 103 года. Поэтому, естественно, в земной коре есть только радиогенный полоний, и его там исключительно мало ? 2*10?14. Наиболее важный изотоп полоний-210 ? чистый б-излучатель. Испускаемые им частицы тормозятся в металле и, пробегая в нем всего несколько микрон, растрачивают при этом свою энергию. Энергия альфа-частиц полония превращается в тепло, которое можно использовать, скажем, для обогрева и которое не так уж сложно превратить в электричество.

Эту энергию уже используют и на Земле, и в космосе. Изотоп Ро-210 применен в энергетических установках некоторых искусственных спутников. Чистые б-излучатели, и полоний-210 в первую очередь, имеют перед другими источниками излучения несколько очевидных преимуществ. Во-первых, б- частица достаточно массивна, следовательно, несет много энергии. Во-вторых, такие излучатели практически не требуют специальных мер защиты: проникающая способность и длина пробега частицы минимальны.

В принципе для работы на космических станциях в качестве источников энергии приемлемы плутоний-238, полоний-210, стронций-90, церий-144 и кюрий-244. Но у полония-210 есть важное преимущество перед остальными изотопами-конкурентами ? самая высокая удельная мощность, 1210 вт/см2 . Он выделяет так много тепловой энергии, что это тепло способно расплавить образец. Чтобы этого не случилось, полоний помещают в свинцовую матрицу. Образующийся сплав полония и свинца имеет температуру плавления около 600 °С ? намного больше, чем у каждого из составляющих металлов. Мощность, правда, при этом уменьшается, но она остается достаточно большой ? около 150 вт/см2.

Радиоактивный изотоп полоний-210 служил топливом «печки», установленной на «Луноходе-2». Лунные ночи очень долги и холодны. В течение 14,5 земных суток луноход находился при температуре ниже -130 °С. Но в приборном контейнере все это время должна была сохраняться температура, приемлемая для научной аппаратуры.

Полониевый источник тепла был размещен вне приборного контейнера. Полоний излучал тепло непрерывно, но только тогда, когда, температура в приборном отсеке опускалась ниже необходимого предела. Газ-теплоноситель, подогреваемый полонием, начинал поступать в контейнер. В остальное время избыточное тепло рассеивалось в космическое пространство. Есть, правда, у полония-210 и ограничение. Относительно малый период его полураспада ? 138 дней ? ограничивает срок службы радиоизотопных источников с полонием.

Кобальт (Со).Кобальт ? тугоплавкий металл, нашедший широкое применение в металлургии для получения жаропрочных и магнитных сталей и сплавов и в других отраслях промышленности. Это один из немногих химических элементов имеющий всего лишь один природный изотоп, ядро которого состоит из 27 протонов и 32 нейтронов (27Со59).

Кобальт, облученный интенсивным потоком нейтронов в ядерном реакторе, превращается в искусственный радиоизотоп ? кобальт-60, г-активен (Т1/2 = 5,3 года).

В технике кобальт-60 применяют для просвечивания огромных слитков металла, в химии ? для облучения и получения новых пластических масс с новыми свойствами, в медицине ? для лечения злокачественных опухолей, для стерилизации лекарств и медицинской аппаратуры, в сельском хозяйстве ? для борьбы с вредителями, для стимуляции роста растений и т.д.

Чтобы задержать г-лучи, испускаемые кобальтом-60, сделать их безопасными для окружающих и в то же время иметь возможность использовать излучение в научных, лечебных и технических целях, этот элемент хранят в свинцовых или стальных контейнерах. Такой контейнер вместе с контрольными приборами и устройствами для выпуска узкого пучка гамма-лучей назвали кобальтовой пушкой. Кобальт-60 является основным источником внешнего облучения организма, при попадании внутрь с пищей или водой вызывает внутреннее облучение, в основном печени и яичников, что приводит к нарушению их функциональной деятельности и гибели.

3. Патологоанатомические изменения при острой лучевой болезни

Лучевая болезнь (morbus radiatus) - характеризуется нарушением функциональной и морфологической деятельности организма в ответ на воздействие ионизирующего излучения.

Лучевая болезнь у животных может протекать в острой и хронической формах.

Острая лучевая болезнь развивается в результате воздействия в течение короткого промежутка времени (от 3 до 10 суток) внешнего гамма или гамма-нейтронного облучения; общего фракционированного внешнего гамма-бета облучения; сочетанного внешнего гамма облучения и при попадании внутрь радиоактивных веществ.

В зависимости от величины дозы развиваются различные степени тяжести острой лучевой болезни, а также характерны определенные ведущие патогенетические механизмы формирования патологического процесса и соответствующие им синдромы.

В развитии острого течения лучевой болезни выделяют четыре периода. Период первичных реакций на облучение продолжается от 1 до 3 суток. Характеризуется нарушением функций нервной системы. Развивается статическая и динамическая атаксия, судороги, кратковременное возбуждение, сменяющееся угнетением. Аппетит ухудшается или отсутствует. У собак и свиней возможна рвота, жажда, наблюдается гиперемия слизистых оболочек иногда с кровоизлияниями. Усиление перистальтики кишечника сопровождается диареей. В тяжелых случаях повышается температура тела. Изменяется сердечная деятельность (тахикардия), появляется одышка. Продуктивность и работоспособность у животных снижается.

Патологоанатомические изменения. Патологоанатомические изменения, павших животных в разгар острой лучевой болезни, варьируют в зависимости от вида животных, тяжести поражения и времени после облучения. Гибель животных наблюдается в основном в период первичных реакций «смерть под лучом» и в период разгара болезни. Причины смерти животных - гипоксия, возникающая вследствие нарушения ферментативной деятельности и развития, отека легких.

При падеже животных в первые трое суток после облучения в дозе от 50 до 100 и более грей патологоанатомические изменения касаются центральной нервной системы, крово- и лимфообращения. При микроскопическом исследовании обнаруживаются изменения в костном мозге, селезенке, лимфоузлах, в стенках капилляров, соединительной ткани.

При облучении в дозах от 4 до 50 грей, животные погибают в период от 2 до 4 недель. У трупов животных шерсть легко выдергивается, имеются участки облысения. При вскрытии обнаруживаются кровоизлияния, особенно в местах ранее травмированных. На видимых слизистых оболочках, на серозных покровах кровоизлияния. В грудной и брюшной полостях скопление кровянистой жидкости. В легких кровоизлияния и венозный застой. Альвеолы заполнены серозно-геморрагическим экссудатом.

У крупного рогатого скота и свиней чаще выявляются пневмонии двухсторонние и лобулярные. Множественные кровоизлияния обнаруживаются под эпикардом в миокарде, реже в эндокарде. Селезенка уменьшена, капсула ее складчатая, кровоизлияния в пульпе, на разрезе темно-красная, фолликулы не заметны, трабекулы выражены. Лимфатические узлы увеличены, отечны с кровоизлияниями. В головном и спинном мозге точечные кровоизлияния, в тяжелых случаях отек. Костный мозг студневидной или слизеподобной консистенции, цвет его желтый или красно-коричневый. В ротовой полости отмечаются геморрагии, возможно наличие эрозий и язв. У жвачных животных кровоизлияния обнаруживаются в сычуге и книжке, у свиней и лошадей - в тонком и толстом отделах кишечника и на брыжейке. В желудке и кишечнике выявляются участки отслоения слизистой оболочки с образованием эрозий и язв. Края язв отечны, регенеративные процессы отсутствуют. Печень кровенаполнена, возможны кровоизлияния. При длительном течении болезни отмечают дегенеративно-некротические процессы. Желчный пузырь переполнен желчью. Почки увеличены, капсула напряжена и легко снимается. В корковом и мозговом слоях множественные кровоизлияния. В почечной лоханке полосчатые кровоизлияния, иногда небольшое количество несвернувшейся крови. В мочевом пузыре моча с примесью крови, нитей фибрина, на слизистой оболочке множество кровоизлияний.

Список литературы

радиоактивный лучевой болезнь

1. Радиобиология. Радиационная безопасность сельскохо-зяйственных животных / под ред. профессора В.В. Бударкова и профессора А.С. Зенкина - М.: КолосС, 2008.

2. Лысенко Н.П. Радиобиология: учебник / Н.П. Лысенко, В.В. Пак, Л.В. Рогожина, З.Г. Кусурова. - СПб.: ООО «Лань», 2012.

3. Лысенко, Н.П. Практикум по радиобиологии / Н.П. Лысенко, В.В. Пак, Л.В. Рогожина, З.Г. Кусурова, С.В. Тимофеев // Учебное пособие - М: «КолосС», 2007.

Размещено на Allbest.ru