Іонізуюче випромінювання та його вплив на організм людини, радіація, Чорнобиль

Визначення та природа іонізуючого випромінювання

Термін "іонізуюче випромінювання" характеризує будь-яке випромінювання, яке прямо або опосередковано викликає іонізацію навколишнього середовища (утворення позитивно та негативно заряджених іонів).

Особливістю іонізуючих випромінювань є те, що всі вони відзначаються високою енергією і викликають зміни в біологічній структурі клітин, які можуть призвести до їх загибелі. На іонізуючі випромінювання не реагують органи чуття людини, що робить їх особливо небезпечними.

Іонізуюче випромінювання існує протягом всього періоду існування Землі, воно розповсюджується в космічному просторі.

Усі джерела іонізуючого випромінювання поділяються на природні та штучні (антропогенні).

Природними джерелами іонізуючих випромінювань є космічні промені, а також радіоактивні речовини, які знаходяться в земній корі.

Штучними джерелами іонізуючих випромінювань є ядерні реактори, прискорювачі заряджених частинок, рентгенівські установки, штучні радіоактивні ізотопи, прилади засобів зв'язку високої напруги тощо. Як природні, так і штучні іонізуючі випромінювання можуть бути електромагнітними (фотонними або квантовими) і корпускулярними.

Рентгенівське випромінювання виникає в результаті зміни стану енергії електронів, що знаходяться на внутрішніх оболонках атомів. Це випромінювання є сукупністю гальмівного та характеристичного випромінювання, енергія фотонів котрих не перевищує 1 МеВ.

Характеристичним називають фотонне випромінювання з дискретним спектром, що виникає при зміні енергетичного стану атома.

Гальмівне випромінювання - це фотонне випромінювання з неперервним спектром, котре виникає при зміні кінетичної енергії заряджених частинок.

Рентгенівські промені проходять тканини людини наскрізь.

Гамма -випромінювання виникають при збудженні ядер атомів або елементарних частинок.

Джерелом -випромінювання є ядерні вибухи, розпад ядер радіоактивних речовин, вони утворюються також при проходженні швидких заряджених частинок крізь речовину. Завдяки значній енергії, що знаходиться в межах від 0,001 до 5 МеВ у природних радіоактивних речовин та до 70 МеВ при штучних ядерних реакціях, це випромінювання може іонізувати різні речовини, а також характеризується великою проникаючою здатністю, -випромінювання проникає крізь великі товщі речовини. Поширюється воно зі швидкістю світла і використовується в медицині для стерилізації приміщень, апаратури, продуктів харчування.

Альфа -випромінювання - іонізуюче випромінювання, що складається з а-частинок (ядер гелію), які утворюються при ядерних перетвореннях і рухаються зі швидкістю близько до 20 000 км/с. Енергія а-частинок - 2-8 МеВ. Вони затримуються аркушем паперу, практично нездатні проникати крізь шкіряний покрив. Тому -частинки не несуть серйозної небезпеки доти, доки вони не потраплять всередину організму через відкриту рану або через кишково-шлунковий тракт разом із їжею, -частинки проникають у повітря на 10-11 см від джерела, а в біологічних тканинах на 30-40 мкм.

-випромінювання - це електронне та позитронне іонізуюче випромінювання з безперервним енергетичним спектром, що виникає при ядерних перетвореннях. Швидкість -частинок близька до швидкості світла. Вони мають меншу іонізуючу і більшу проникаючу здатність у порівнянні з -частинками. (-частинки проникають у тканини організму на глибину до 1 -2 см, а в повітрі -на декілька метрів. Вони повністю затримуються шаром ґрунту товщиною 3 см.

Потоки нейтронів та протонів виникають при ядерних реакціях, їх дія залежить від енергії цих частинок. Контакт з іонізуючим випромінюванням являє собою серйозну небезпеку для життя та здоров'я людини. Енергію частинок іонізуючого випромінювання вимірюють у позасистемних одиницях електрон-вольтах, еВ. 1 еВ = 1,6-10 джоуля (Дж).

Радіація

Радіація -- це потік різних видів випромінювання, які утворюються в процесі радіоактивного розпаду і взаємодіють з навколишнім середовищем. Кожний вид радіонуклідів розпадається з певною швидкістю, яка характеризується періодом напіврозпаду -- часом, протягом якого число атомів даного радіонукліду зменшується вдвоє.

Для вимірювання ступеня радіаційної небезпеки використовують такі показники: експозиційну дозу, поглинену дозу та еквівалентну дозу, які вимірюються певними одиницями.

Поглинена доза -- енергія іонізуючого випромінювання, яка поглинулась тілом (тканинами організму), у перерахунку на одиницю маси. Вимірюється у системі СІ в греях (Гр). Слід відзначити, що дана величина не враховує того, що при однаковій поглиненій дозі альфа-випромінювання більш небезпечним ніж гамма- або бета-випромінювання.

Еквівалентна доза -- поглинена доза, що помножена на коефіцієнт, який відображає здатність даного виду випромінювання пошкоджувати тканини організму. Вимірюють у системі СІ в одиницях -- зівертах (Зв). Зіверт -- одиниця еквівалентної дози у СІ. Відповідає поглиненій дозі в 1 Дж/кг (для рентгенівського, гамма- і бета-випромінювання).

Необхідно враховувати, що одні частини тіла (органи, тканини) більш чутливі, ніж інші: наприклад, при однаковій еквівалентній дозі випромінювання виникнення раку у легенях більш ймовірно, ніж у щитовидній залозі, а опромінення статевих залоз особливо небезпечно через ризик генетичних пошкоджень. По цій причині дози опромінювання органів і тканин також необхідно враховувати з різними коефіцієнтами. Помноживши еквівалентні дози на відповідні коефіцієнти і додавши суми по усіх органах і тканинах, отримуємо ефективну еквівалентну дозу, яка відображає сумарний ефект опромінювання для організму. Вимірюється у зівертах.

Беккерель (Бк) одиниця активності нукліду в радіоактивному джерелі (у системі СІ). 1Бк відповідає одному розпаду у секунду для любого радіонукліда.)

Найбільш поширені позасистемні одиниці і їх зв'язок із системою СІ: кюри (Ки, Си), одиниця активності ізотопу: 1Ки=3,700 х 10¹⁰ Бк; рад -- одиниця поглиненої дози випромінювання: 1 рад = 0,01 Гр; бер -- одиниця еквівалентної дози: 1 бер = 0,01 Зв.

Рівень вмісту радіоактивних ізотопів у організмі залежить від їх концентрації в навколишньому середовищі. Припустимий вміст радіоактивних речовин в організмі (тобто така кількість, за наявності якої утворюється доза на критичний орган, що перевищує ГДД) залежить від ступеня безпеки радіоактивних елементів у випадку потрапляння всередину і визначається їх радіотоксичністю.

Радіотоксичність -- це властивість радіоактивних ізотопів спричинювати патологічні зміни у випадку потрапляння їх до організму. Радіотоксичність ізотопів залежить від низки моментів, основними з яких є: 1) вид радіоактивного перетворення; 2) середня енергія одного акту розпаду; 3) схема радіоактивного розпаду); 4) шляхи надходження радіоактивних речовин до організму; 5) розподіл в органах та системах; 6) час перебування радіонукліда в організмі; 7) тривалість надходження радіоактивних речовин до організму людини.

Основними шляхами надходження радіоактивних речовин до людського організму є: дихальні шляхи, кишково-шлунковий тракт і шкіра. Найнебезпечнішим вважається потрапляння радіоактивних ізотопів через верхні дихальні шляхи, звідки вони попадають у шлунок і в легені. Через неушкоджену шкіру резорбція в 200-300 разів менша, ніж через травний канал, і не відіграє суттєвої ролі, за винятком ізотопу водню -- тритію, який легко потрапляє через шкіру.

Дія іонізуючого випромінювання на організм людини

У результаті дії іонізуючого випромінювання на організм людини в тканинах можуть виникати складні фізичні, хімічні та біологічні процеси. При цьому порушується нормальне протікання біохімічних реакцій та обмін речовин в організмі.

В залежності від поглинутої дози випромінювання та індивідуальних особливостей організму викликані зміни можуть носити зворотний або незворотний характер. При незначних дозах опромінення уражені тканини відновлюються. Тривалий вплив доз, які перевищують гранично допустимі межі, може викликати незворотні зміни в окремих органах або у всьому організмі й виразитися в хронічній формі променевої хвороби. Віддаленими наслідками променевого ураження можуть бути променеві катаракти, злоякісні пухлини.

При вивченні дії на організм людини іонізуючого випромінювання були виявлені такі особливості:

- висока руйнівна ефективність поглинутої енергії іонізуючого випромінювання, навіть дуже мала його кількість може спричинити глибокі біологічні зміни в організмі;

- присутність прихованого періоду негативних змін в організмі, він може бути досить довгим при опроміненнях у малих дозах;

- малі дози можуть підсумовуватися чи накопичуватися;

- випромінювання може впливати не тільки на даний живий організм, а й на його нащадків (генетичний ефект);

- різні органи живого організму мають певну чутливість до опромінення. Найбільш чутливими є: кришталик ока, червоний кістковий мозок, щитовидна залоза, внутрішні (особливо кровотворні) органи, молочні залози, статеві органи;

- різні організми мають істотні відмінні особливості реакції на дози опромінення;

- ефект опромінення залежить від частоти впливу іонізуючого випромінювання. Одноразове опромінення у великій дозі спричиняє більш важкі наслідки, ніж розподілене у часі.

При одноразовому опроміненні всього тіла людини можливі такі біологічні порушення в залежності від сумарної поглинутої дози випромінювання:

Доза 60 Гр (6000 рад) призводить до того, що смерть, як правило, настає протягом декількох годин або діб. Якщо доза опромінення перевищує 60 Гр, людина може загинути під час опромінення.

Репродуктивні органи та очі мають особливо високу чутливість до опромінення. Одноразове опромінення при дозі лише 0,1 Гр (10 рад) призводить до тимчасового безпліддя, доза понад 2-3 Гр (200 рад) може призвести до постійного безпліддя.

Очі людини уражаються при дозах 2...5 Гр (200...500 рад). Встановлено, що професійне опромінення із сумарною дозою 0,5...2 Гр (50...200 рад), отримане протягом 10-20 років, призводить до помутніння кришталика.

Небезпека радіоактивних елементів для людини визначається здатністю організму поглинати та накопичувати ці елементи. Тому при потраплянні радіоактивних речовин усередину організму уражаються ті органи та тканини, у яких відкладаються ті чи інші ізотопи: йод - у щитовидній залозі; стронцій - у кістках; уран і плутоній - у нирках, товстому кишечнику печінці; цезій - у м'язовій тканині; натрій поширюється по всьому організму. Ступінь небезпеки залежить від швидкості виведення радіоактивних речовин з організму людини. Більша частина людських органів є мало чутливою до дії радіації. Так, нирки витримують сумарну дозу приблизно 23 Гр (2300 рад), отриману протягом п'яти тижнів, сечовий міхур -55 Гр (5500 рад) за один місяць, печінка - 40 Гр (4000 рад) за місяць.

Ймовірність захворіти на рак знаходиться в прямій залежності від дози опромінення. Перше місце серед онкологічних захворювань займають лейкози. їх дія, що веде до загибелі людей, виявляється приблизно через 10 років після опромінення.

Харчування в умовах радіаційного забруднення

З метою зменшення шкідливого впливу радіонуклідів на організм людини і запобігання його негативним наслідкам потрібно обмежити їх надходження в організм із навколишнього середовища. Цього можна досягти як за рахунок технологічної та кулінарної обробки, так і за рахунок застосування радіопротекторів.

Радіозахисні властивості мають білки, полі ненасичені жирні кислоти, деякі амінокислоти, тіамін, рибофлавін, складні не крохмальні вуглеводи, вітамін Р, каротин та деякі мінеральні речовини.

В умовах радіаційного забруднення особливо бажаними є сірковмісні амінокислоти - цистеїн і метіонін. Вони містяться в значних кількостях в білку молока та яєць, у бобових та вівсяній крупі, домашньому сирі, курячому м'ясі й соняшниковому насінні, а також капусті, петрушці, цибулі.

До раціону повинні входити й жири, переважно рослинні, що містять полі ненасичені жирні кислоти й антиоксиданти. Слід збільшити кількість не крохмальних вуглеводів - харчових волокон полісахаридів, пектинових речовин і зменшити споживання цукру. Оптимальна доза пектину становить 2-4 г (для дітей 1-2 г) на добу.

Вміст пектину в 100 г деяких овочів і фруктів, г

Потреба дорослої людини в аскорбіновій кислоті становить 70-100 мг на добу. Вона захищає від негативного впливу радіонуклідів стінки судин, капілярів та мембрани клітин. Овочі та фрукти забезпечують організм аскорбіновою кислотою, каротином, біофлавоноїдами, пектиновими речовинами та органічними кислотами. Багато аскорбінової кислоти і калію в картоплі, якої потрібно споживати не менше 350-400 г на добу. Серед фруктів - чорна смородина, лимони, шипшина. Серед овочів - кріп, який у тричі багатший на аскорбінову кислоту за лимони.

Вітамін А (каротин), що міститься у моркві, кукурудзі, пастернаку, шпинаті, капусті та гарбузі має протипухлинні та радіопротекторну дії

Цинк, що міститься в овочах і фруктах, блокує поглинання організмом радіонукліда 65 Zn

Вітаміни групи В потрібні у кількості 17-25 мг на добу. Вони містяться в молоці, чорному хлібі, бобових, яйцях, печінці., а також у горіхах, гарбузовому та соняшниковому насінні. Характерною є радіозахисна властивість горіхів і насіння, які мають низький вміст радіонуклідів та хімічних токсинів.

Добова потреба у такому антиоксиданті як токоферол (вітамін Е) становить 20 мг. Цього вітаміну багато у зародках злаків (2,5 г на 100 г) та висівковому хлібі, а також міститься він у горіхах та насінні (соняшниковому й гарбузовому).

Для запобігання шкідливого впливу радіоактивних 137Cs та 90 Sr необхідно насичувати організм солями калію та кальцію. Багато калію міститься в овочах (огірки) і фруктах, кальцію - в домашньому сирі і молоці. Добова потреба в кальції для дорослої людини становить 800 мг, для дітей 1200 мг. Цю потребу можуть задовольнити 100 г сиру або 0,5 л молока.

Особливе значення в умовах радіоактивного забруднення в харчовому раціоні мають кровотворні мікроелементи - залізо, мідь, манган та кобальт. Добова потреба в мангані становить 5 мг, міді - 2 мг і заліза - 14 мг. Багато цих мікроелементів міститься в м'ясних продуктах, печінці, крові, яблуках та вівсяній крупі. Нестача такого елемента як йод спричинює гіперплазії щитоподібної залози. Поповнити дефіцит йоду можна за рахунок вживання йодованої солі, а також морській рибі, водоростях.

До раціону слід включати кавуни й дині, багаті на органічні кислоти, пектинові речовини, каротин й калій.

Корисним продуктом є бобові, особливо квасоля, що містить повноцінний білок, метіонін, цистин, полі ненасичені жирні кислоти та магній. Магній сприяє оптимальному засвоєнню кальцію і перешкоджає засвоєнню радіоактивного 90 Sr. Щодня потрібно споживати 150-200 г яблук, абрикос, персиків, слив та вишень.

З напоїв до щоденного раціону варто включати чай ы за можливості - червоне вино. Таніни, катехіни й епікатехіни, що містяться у чаї, зміцнюють капіляри і знижують проникність їхніх стінок. Значна кількість флавоноїдів, що містяться в натуральному червоному вині, має радіопротекторну дію на організм.

Радіаційне забруднення на території України

Атомна енергетика в даний час є екологічно чистіша і дешевша, ніж теплова. У розвинених країнах вона забезпечує від 15 до 70% усієї електроенергії, що виробляється (Франція - 70%, США - 17%, Швеція - 50%, Канада - 15%). Однак у разі аварії атомні станції становлять дуже серйозну небезпеку для людей і оточуючого середовища. За час експлуатації АЕС у світі сталося 3 основні аварії: 1961 р. - в Айдахо-Фолс (США), 1979 р. - на АЕС “Примайл-Айленд” у Гарисберзі (США), 1986р. - на Чорнобильській АЕС.

Аварії на АЕС мають значні відмінності від ядерних вибухів. Вони відрізняються від ядерних вибухів більшою тривалістю викидів, що змінює напрямок потоків повітряних мас, тому практично немає можливості прогнозувати розміри зон ураженості.На чорнобильській техногенній аварії, яка стала аварією глобального масштабу, необхідно акцентувати дещо більшу увагу. Як сьогодні стало відомо з численних фактів вченим, ще жодна катастрофа XX століття не мала таких тяжких екологічних наслідків, як Чорнобильська. Ця трагедія не регіонального, не національного, а глобального масштабу. Випадання радіоактивних речовин простежувалось і у державах Західної Європи, підвищився радіаційний фон у Скандинавії, Японії та США. Навіть через 15 місяців після катастрофи у Чорнобилі у Великій Британії було виявлено надзвичайно велике забруднення рослинності радіоактивними опадами, а також великий вміст цезію у м'ясі овець. В результаті катастрофи вже загинуло багато тисяч чоловік (понад 50 тис з 100 тис тих, які брали участь у ліквідації аварії). Внаслідок Чорнобильської катастрофи на території України забруднено 12 областей, 86 адміністративних районів, 2311 населених пунктів, де загалом мешкає близько 2 млн 600 тис жителів, у тому числі - 600 тис дітей. Забруднено радіонуклідами понад 7 млн гектарів землі, серед яких 3 млн га сільськогосподарських угідь та 2 млн лісових масивів. Ще близько 1.5 млн чоловік проживає на території, де радіоактивний фон у десятки разів перевищує допустимі норми (Київська, Житомирська, Чернівецька, Рівненьська, Черкаська, Вінницька, Чернігівська, Кіровоградська, Івано-Франківська області). Дезактиваційні роботи, на які в 1986-1989 роках було витрачено мільйони, бажаних результатів не дали.

У водах Дніпра, Прип'яті, Київського водосховища концентрація радіонуклідів і через 10 років після аварії була в 10-100 разів вищою, ніж до аварії, а в донних відкладах, особливо мулових, збагачених органікою, накопичилася велика кількість радіоактивного бруду. Вважається, що в грунті заплав і дна водойм 30-кілометрової зони накопичилося близько 14400 Кі цезію-137, 7360 Кі стронцію-90, 250 Кі плутонію, а в Київському водосховищі назбиралося вже більше 60 млн тонн радіоактивного мулу (більше 2000 Кі цезію-137)

Велику небезпеку довкіллю завдають близько 1000 тимчасових могильників навколо ЧАЕС, у яких знаходиться 40 млн куб. м твердих відходів з сумарною радіоактивністю понад 200 тис Кі.

Там ще зосталася велика кількість радіоактивного бруду потужністю в багато сотень тисяч кюрі, надійність нерозповсюдження якого зовсім не гарантована. Могильники вже сьогодні протікають, саркофаг з роками стає все більше радіоактивним, конструкції його просідають, деформуються.

Вплив Чорнобильської аварії на здоров'я людей дуже значний і буде проблемою не тільки для нас, а й для кількох прийдешніх поколінь. Уже в 1992-1994 роках в Житомирській і Київській областях, як і в Білорусії, за даними Міністерства Охорони Здоров'я України, у жительок забруднених радіонуклідами районів значно збільшилася кількість народження недоношених дітей і калік, кількість тяжких ускладнень вагітності (у 2,5-3 рази), є серйозні генетичні зміни здоров'я. В результаті потрапляння радіоактивних речовин в організм у багатьох людей була уражена щитовидна залоза, виникла променева хвороба. Нині спостерігається тенденція до збільшення онкологічних захворювань, захворювань ендокринної системи, систем кровообігу, травлення, а також захворювань, пов'язаних з імунною системою. У зв'язку з тим, що у продуктах викиду перевагу мають довгоживучі радіонукліди, зараження буде тривалим.

У 1990 р. експертна комісія попередньо оцінила збитки від катастрофи на ЧАЕС в 250 млрд грн., а реальні ж втрати поки що підрахувати важко.