Ионизирующие излучения, их природа и воздействие на организм человека

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Радиация - это все виды электромагнитного излучения: свет, радиоволны, энергия солнца и множество иных излучений вокруг нас.

Источниками проникающей радиации, создающими природный фон облучения, являются галактическое и солнечное излучение, наличие радиоактивных элементов в почве, воздухе и материалах, используемых в хозяйственной деятельности, а также изотопов, главным образом, калия, в тканях живого организма. Одним из наиболее весомых естественных источников радиации является радон - газ, не имеющий вкуса и запаха.

Интерес представляет не любая радиация, а ионизирующая, которая, проходя сквозь ткани и клетки живых организмов, способна передавать им свою энергию, разрывая химические связи внутри молекул и вызывая серьёзные изменения в их структуре. Ионизирующее излучение возникает при радиоактивном распаде, ядерных превращениях, торможении заряженных частиц в веществе и образует при взаимодействии со средой ионы разных знаков.

1. Ионизирующие излучения

Все ионизирующие излучения делятся на фотонные и корпускулярные.

К фотонному ионизирующему излучению относятся:

а) Y-излучение, испускаемое при распаде радиоактивных изотопов или аннигиляции частиц. Гамма-излучение по своей природе является коротковолновым электромагнитным излучением, т.е. потоком высокоэнергетических квантов электромагнитной энергии, длина волны которых значительно меньше межатомных расстояний, т.е. y < 10 см. Не имея массы, Y-кванты двигаются со скоростью света, не теряя её в окружающей среде. Они могут лишь поглощаться ею или отклоняться в сторону, порождая пары ионов: частица - античастица, причём последнее наиболее значительно при поглощении Y - квантов в среде. Таким образом, Y - кванты при прохождении через вещество передают энергию электронам и, следовательно, вызывают ионизацию среды. Благодаря отсутствию массы, Y - кванты обладают большой проникающей способностью (до 4- 5 км в воздушной среде);

б) рентгеновское излучение, возникающее при уменьшении кинетической энергии заряженных частиц и / или при изменении энергетического состояния электронов атома.

Корпускулярное ионизирующее излучение состоит из потока заряженных частиц (альфа-, бета-частиц, протонов, электронов), кинетическая энергия которых достаточна для ионизации атомов при столкновении. Нейтроны и другие элементарные частицы непосредственно не производят ионизацию, но в процессе взаимодействия со средой высвобождают заряженные частицы (электроны, протоны), способные ионизировать атомы и молекулы среды, через которую проходят:

а) нейтроны - единственные незаряженные частицы, образующиеся при некоторых реакциях деления ядер атомов урана или плутония. Поскольку эти частицы электронейтральны, они глубоко проникают во всякое вещество, включая живые ткани. Отличительной особенностью нейтронного излучения является его способность превращать атомы стабильных элементов в их радиоактивные изотопы, т.е. создавать наведённую радиацию, что резко повышает опасность нейтронного излучения. Проникающая способность нейтронов сравнима с Y- излучением. В зависимости от уровня носимой энергии условно различают нейтроны быстрые (обладающие энергией от 0,2 до 20 Мэ В) и тепловые (от 0,25 до 0,5 Мэ В). Это различие учитывается при проведении защитных мероприятий. Быстрые нейтроны замедляются, теряя энергию ионизации, веществами с малым атомным весом (так называемыми водородосодержащими: парафин, вода, пластмассы и др.). Тепловые нейтроны поглощаются материалами, содержащими бор и кадмий (борная сталь, бораль, борный графит, сплав кадмия со свинцом).

Альфа -, бета-частицы и гамма - кванты обладают энергией всего в несколько мегаэлектронвольт, и создавать наведённую радиацию не могут;

б) бета частицы - электроны, испускаемые во время радиоактивного распада ядерных элементов с промежуточной ионизирующей и проникающей способностью (пробег в воздухе до 10-20 м).

в) альфа частицы - положительно заряженные ядра атомов гелия, а в космическом пространстве и атомов других элементов, испускаемые при радиоактивном распаде изотопов тяжёлых элементов - урана или радия. Они обладают малой проникающей способностью (пробег в воздухе - не более 10 см), даже человеческая кожа является для них непреодолимым препятствием. Опасны они лишь при попадании внутрь организма, так как способны выбивать электроны из оболочки нейтрального атома любого вещества, в том числе и тела человека, и превращать его в положительно заряженный ион со всеми вытекающими последствиями

2. Источники радиационной опасности

лучевой болезнь ионизирующий

1. Главная причина опасности - радиационная авария. Радиационная авария - потеря управления источником ионизирующего излучения (ИИИ), вызванная неисправностью оборудования, неправильными действиями персонала, стихийными бедствиями или иными причинами, которые могли привести или привели к облучению людей выше установленных норм или к радиоактивному загрязнению окружающей среды. При авариях, вызванных разрушением корпуса реактора или расплавлением активной зоны выбрасываются:

- Фрагменты активной зоны;

- Топливо (отходы) в виде высокоактивной пыли, которая может долгое время находиться в воздухе в виде аэрозолей, затем после прохождения основного облака выпадать в виде дождевых (снеговых) осадков, а при попадании в организм вызывать мучительный кашель, иногда по тяжести сходный с приступом астмы;

- лавы, состоящие из двуокиси кремния, а также расплавленный в результате соприкосновения с горячим топливом бетон. Мощность дозы вблизи таких лав достигает 8000 Р/час и даже пятиминутное пребывание рядом губительно для человека. В первый период после выпадения осадков РВ наибольшую опасность представляет йод-131, являющийся источником альфа- и бэта-излучения. Периоды полувыведения его из щитовидной железы составляют: биологический - 120 суток, эффективный - 7,6. Это требует быстрейшего проведения йодной профилактики всего населения, оказавшегося в зоне аварии.

2. Предприятия по разработке месторождений и обогащению урана. Уран имеет атомный вес 92 и три естественных изотопов: уран-238 (99,3%), уран-235 (0,69%) и уран-234 (0,01%). Все изотопы являются альфа-излучателями с незначительной радиоактивностью (2800 кг урана по активности эквивалентны 1 г радия-226). Период полураспада урана-235 = 7,13 х 10 лет. Искусственные изотопы уран-233 и уран-227 имеют период полураспада 1,3 и 1,9 мин. Уран - мягкий металл, по внешнему виду похожий на сталь. Содержание урана в некоторых природных материалах доходит до 60%, но в большинстве урановых руд оно не превышает 0,05-0,5%. В процессе добычи при получении 1 тонны радиоактивного материала образуется до 10-15 тыс. тонн отходов, а при переработке от 10 до 100 тыс. тонн. Из отходов (содержащих незначительное количество урана, радия, тория и других радиоактивных продуктов распада) выделяется радиоактивный газ - радон-222, который при вдохе вызывает облучение тканей лёгких. При обогащении руды радиоактивные отходы могут попасть в близлежащие реки и озёра. При обогащении уранового концентрата возможна некоторая утечка газообразного гексафторида урана из конденсационно-испарительной установки в атмосферу. Получаемые при производстве тепловыделяющих элементов некоторые урановые сплавы, стружки, опилки могут воспламеняться во время транспортировки или хранения, в результате в окружающую среду могут быть выброшены значительные количества отходов сгоревшего урана.

3. Ядерный терроризм. Участились случаи кражи ядерных материалов, пригодных для изготовления ядерных боеприпасов даже кустарным способом, а также угрозы вывода из строя ядерных предприятий, кораблей с ядерными установками и АЭС с целью получения выкупа. Опасность ядерного терроризма существует и на бытовом уровне.

4. Испытания ядерного оружия. За последнее время достигнута миниатюризация ядерных зарядов для испытаний.

3. Устройство ионизирующих источников излучения

По устройству ИИИ бывают двух типов - закрытые и открытые. Закрытые источники помещены в герметизированные контейнеры и представляют опасность лишь в случае отсутствия должного контроля за их эксплуатацией и хранением. Свою лепту вносят и воинские части, передающие списанные приборы в подшефные учебные заведения. Утери списанного, уничтожение за ненадобностью, кражи с последующей миграцией. Например, в Братске на заводе стройконструкций, ИИИ, заключенный в свинцовую оболочку, хранился в сейфе вместе с драгоценными металлами. И когда грабители взломали сейф, то они решили, что эта массивная болванка из свинца - тоже драгоценная. Украли её, а затем честно поделили, распилив пополам свинцовую «рубашку» и заточенную в ней ампулу с радиоактивным изотопом.

Работа с открытыми ИИИ может привести к трагическим последствиям при незнании или нарушении соответствующих инструкций по правилам обращения с данными источниками. Поэтому прежде, чем начинать любую работу с использованием ИИИ, необходимо тщательно изучить все должностные инструкции и положения техники безопасности и неукоснительно выполнять их требования. Эти требования изложены в «Санитарных правилах обращения с радиоактивными отходами (СПО ГО-85)». Предприятие «Радон» по заявкам производит индивидуальный контроль лиц, территорий, объектов, проверку, дозировку и ремонт приборов. Работы в области обращения ИИИ, средств радиационной защиты, добычи, производства, транспортирования, хранения, использования, обслуживания, утилизации, захоронения производятся только на основании лицензии.

4. Пути проникновения излучения в организм человека

Чтобы правильно понимать механизм радиационных поражений, необходимо иметь чёткое представление о существовании двух путей, по которым излучение проникает в ткани организма и воздействует на них.

Первый путь - внешнее облучение от источника, расположенного вне организма (в окружающем пространстве). Это облучение может быть связано с рентгеновскими и гамма лучами, а также некоторыми высокоэнергетическими бета частицами, способными проникать в поверхностные слои кожи.

Второй путь - внутреннее облучение, вызванное попаданием радиоактивных веществ внутрь организма следующими способами:

- в первые дни после радиационной аварии наиболее опасны радиоактивные изотопы йода, поступающие в организм с пищей и водой. Весьма много их в молоке, что особенно опасно для детей. Радиоактивный йод накапливается главным образом в щитовидной железе, масса которой составляет всего 20 г. Концентрация радионуклидов в этом органе может быть в 200 раз выше, чем в других частях человеческого организма;

- через повреждения и порезы на коже;

- абсорбция через здоровую кожу при длительном воздействии радиоактивных веществ (РВ). В присутствии органических растворителей (эфир, бензол, толуол, спирт) проницаемость кожи для РВ увеличивается. Причем некоторые РВ, поступившие в организм через кожу, попадают в кровеносное русло и, в зависимости от их химических свойств, поглощаются и накапливаются в критических органах, что приводит к получению высоких локальных доз радиации. Например, растущие кости конечностей хорошо усваивают радиоактивный кальций, стронций, радий, почки - уран. Другие химические элементы, такие как натрий и калий, будут распространяться по всему телу более или менее равномерно, так как они содержатся во всех клетках организма. При этом наличие в крови натрия-24 означает, что организм дополнительно подвергся нейтронному облучению (т.е. цепная реакция в реакторе в момент облучения не была прервана). Лечить больного, подвергшегося нейтронному облучению, особенно тяжело, поэтому необходимо проводить определение наведенной активности биоэлементов организма (Р, S и др.);

- через лёгкие при дыхании. Попадание твердых радиоактивных веществ в лёгкие зависит от степени дисперсности этих частиц. Из проводившихся над животными испытаний установлено, что частицы пыли размером менее 0.1 микрона ведут себя так же как и молекулы газов. При вдохе они попадают с воздухом в лёгкие, а при выдохе вместе с воздухом удаляются. В лёгких может оставаться лишь незначительная часть твёрдых частиц. Крупные частицы размером более 5 микрон задерживаются носовой полостью. Инертные радиоактивные газы (аргон, ксенон, криптон и др.), попавшие через лёгкие в кровь, не являются соединениями, входящими в состав тканей, и со временем удаляются из организма. Не задерживаются в организме длительное время и радионуклиды, однотипные с элементами, входящими в состав тканей и употребляемые человеком с пищей (натрий, хлор, калий и др.). Они со временем полностью удаляются из организма. Некоторые радионуклиды (например, отлагающиеся в костных тканях радий, уран, плутоний, стронций, иттрий, цирконий) вступают в химическую связь с элементами костной ткани и с трудом выводятся из организма. При проведении медицинского обследования жителей районов, пострадавших от аварии на Чернобыльской АЭС, во Всесоюзном гематологическом центре АМН было обнаружено, что при общем облучении организма дозой в 50 рад отдельные его клетки оказались облученными дозой в 1 000 и более рад. В настоящее время для различных критических органов разработаны нормативы, определяющие предельно допустимое содержание в них каждого радионуклида. Эти нормы изложены в разделе 8 «Числовые значения допустимых уровней» Норм радиационной безопасности НРБ - 76/87.

Внутреннее облучение является более опасным, а его последствия более тяжёлыми по следующим причинам:

- резко увеличивается доза облучения, определяемая временем пребывания радионуклида в организме (радий-226 или плутоний-239 в течение всей жизни);

- практически бесконечно мало расстояние до ионизируемой ткани (так называемое, контактное облучение);

- в облучении участвуют альфа частицы, самые активные и поэтому самые опасные;

- радиоактивные вещества распространяются не равномерно по всему организму, а избирательно, концентрируются в отдельных (критических) органах, усиливая локальное облучение;

5. Механизм действия ионизирующего излучения

Принципиальной особенностью действия ионизирующего излучения является его способность проникать в биологические ткани, клетки, субклеточные структуры и, вызывая одномоментную ионизацию атомов, за счёт химических реакций повреждать их. Ионизирована может быть любая молекула, а отсюда все структурно-функциональные разрушения в соматических клетках, генетические мутации, воздействия на зародыш, болезнь и смерть человека.

Механизм такого воздействия заключается в поглощении энергии ионизации организмом и разрыве химических связей его молекул с образованием высокоактивных соединений, так называемых свободных радикалов.

Организм человека на 75% состоит из воды, следовательно, решающее значение в этом случае будет иметь косвенное воздействие радиации через ионизацию молекулы воды и последующие реакции со свободными радикалами. При ионизации молекулы воды образуется положительный ион Н О и электрон, который, потеряв энергию, может образовать отрицательный ион Н О. Оба эти иона являются неустойчивыми и распадаются на пару стабильных ионов, которые рекомбинируют (восстанавливаются) с образованием молекулы воды и двух свободных радикалов ОН и Н, отличающихся исключительно высокой химической активностью. Непосредственно или через цепь вторичных превращений, таких как образование перекисного радикала (гидратного оксида воды), а затем перекиси водорода Н О и других активных окислителей группы ОН и Н, взаимодействуя с молекулами белков, они ведут к разрушению ткани в основном за счет энергично протекающих процессов окисления. При этом одна активная молекула с большой энергией вовлекает в реакцию тысячи молекул живого вещества. В организме окислительные реакции начинают превалировать над восстановительными. Наступает расплата за аэробный способ биоэнергетики - насыщение организма свободным кислородом.

Воздействие ионизирующего излучения на человека не ограничивается изменением структуры молекул воды. Меняется структура атомов, из которых состоит наш организм. В результате происходит разрушение ядра, клеточных органелл и разрыв наружной мембраны. Так как основная функция растущих клеток - способность к делению, то утрата её приводит к гибели. Для зрелых неделящихся клеток разрушение вызывает потерю тех или иных специализированных функций (выработку определённых продуктов, распознавание чужеродных клеток, транспортные функции и тд.). Наступает радиационно индуцированная гибель клеток, которая в отличие от физиологической гибели необратима, так как реализация генетической программы терминальной дифференцировки в этом случае осуществляется на фоне множественных изменений нормального течения биохимических процессов после облучения.

Кроме того, дополнительное поступление энергии ионизации в организм нарушает сбалансированность энергетических процессов, происходящих в нём. Ведь наличие энергии в органических веществах зависит в первую очередь не от их элементарного состава, а от строения, расположения и характера связей атомов, т.е. тех элементов, которые легче всего поддаются энергетическому воздействию.

6. Последствия облучения

Одно из наиболее ранних проявлений облучения - массовая гибель клеток лимфоидной ткани. Образно говоря, эти клетки первыми принимают на себя удар радиации. Гибель лимфоидов ослабляет одну из основных систем жизнеобеспечения организма - иммунную систему, так как лимфоциты - такие клетки, которые способны реагировать на появление чужеродных для организма антигенов выработкой строго специфических антител к ним.

В результате воздействия энергии радиационного излучения в малых дозах в клетках происходят изменения генетического материала (мутации), угрожающие их жизнеспособности. Как следствие наступает деградация (повреждение) ДНК хроматина (разрывы молекул, повреждения), которые частично или полностью блокируют или извращают функцию генома. Происходит нарушение репарации ДНК - способности её к восстановлению и залечиванию повреждений клеток при повышении температуры тела, воздействии химических веществ и пр.

Генетические мутации в половых клетках оказывают влияние на жизнь и развитие будущих поколений. Этот случай характерен, например, если человек подвергся воздействию небольших доз радиации во время экспозиции в медицинских целях. Существует концепция - при получении дозы в 1 бэр предыдущим поколением она даёт дополнительно в потомстве 0.02% генетических аномалий, т.е. у 250 младенцев на миллион. Эти факты и многолетние исследования данных явлений привели ученых к выводу, что безопасных доз радиации не существует.

Воздействие ионизирующих излучений на гены половых клеток может вызвать вредные мутации, которые будут передаваться из поколения в поколение, увеличивая «мутационный груз» человечества. Опасными для жизни являются условия, увеличивающие «генетическую нагрузку» вдвое. Такой удваивающей дозой является, по выводам научного комитета ООН по атомной радиации, доза в 30 рад при остром облучении и 10 рад при хроническом (в течение репродуктивного периода). С ростом дозы повышается не тяжесть, а частота возможного проявления.

Мутационные изменения происходят и в растительных организмах. В лесах, подвергшихся выпадению радиоактивных осадков под Чернобылем, в результате мутации возникли новые абсурдные виды растений. Появились ржаво-красные хвойные леса. В расположенном недалеко от реактора пшеничном поле через два года после аварии ученые обнаружили около тысячи различных мутаций.

7. Лучевая болезнь

В зависимости от дозы и времени облучения наблюдаются три степени заболевания: острая, подострая и хроническая. В очагах поражения (при получении высоких доз) возникает, как правило, острая лучевая болезнь (ОЛБ).Различают четыре степени ОЛБ:

- лёгкая (100 - 200 рад). Начальный период - первичная реакция как и при ОЛБ всех других степеней - характеризуется приступами тошноты. Появляются головная боль, рвота, общее недомогание, незначительное повышение температуры тела, в большинстве случаев - анорексия (отсутствие аппетита, вплоть до отвращения к пище), возможны инфекционные осложнения. Первичная реакция возникает через 15 - 20 минут после облучения. Её проявления постепенно исчезают через несколько часов или суток, а могут вообще отсутствовать. Затем наступает скрытый период, так называемый период мнимого благополучия, продолжительность которого обусловливается дозой облучения и общим состоянием организма (до 20 суток). За это время эритроциты исчерпывают свой срок жизни, переставая подавать кислород клеткам организма. ОЛБ лёгкой степени излечима. Возможны негативные последствия - лейкоцитоз крови, покраснения кожи, снижение работоспособности у 25% поражённых через 1,5 - 2 часа после облучения. Наблюдается высокое содержание гемоглобина в крови в течение 1 года с момента облучения. Сроки выздоровления - до трёх месяцев. Большое значение при этом имеют личностная установка и социальная мотивация пострадавшего, а также его рациональное трудоустройство;

- средняя (200 - 400 рад). Короткие приступы тошноты, проходящие через 2-3 дня после облучения.

8. Обеспечение безопасности при работе с ионизирующими излучениями

При организации работ используются следующие основные принципы обеспечения радиационной безопасности: выбор или уменьшение мощности источников до минимальных величин; сокращение времени работы с источниками; увеличение расстояния от источника до работающего; экранирование источников излучения материалами, поглощающими или ослабляющими ионизирующие излучения.

В помещениях, где проводится работа с радиоактивными веществами и радиоизотопными приборами, ведётся контроль за интенсивностью различных видов излучения. Эти помещения должны быть изолированы от других помещений и оснащены приточно-вытяжной вентиляцией. Другими коллективными средствами защиты от ионизирующего излучения в соответствии с ГОСТ 12.4.120 являются стационарные и передвижные защитные экраны, специальные контейнеры для транспортировки и хранения источников излучения, а также для сбора и хранения радиоактивных отходов, защитные сейфы и боксы.

Стационарные и передвижные защитные экраны предназначены для снижения уровня излучения на рабочем месте до допустимой величины. Защита от альфа излучения достигается применением оргстекла толщиной несколько миллиметров. Для защиты от бэта-излучения экраны изготовляют из алюминия или оргстекла. От нейтронного излучения защищает вода, парафин, бериллий, графит, соединения бора, бетон. От рентгеновских и гамма-излучений защищают свинец и бетон. Для смотровых окон используют свинцовое стекло.

При работе с радионуклидами следует применять спецодежду. В случае загрязнения рабочего помещения радиоактивными изотопами поверх хлопчатобумажного комбинезона следует надевать пленочную одежду: халат, костюм, фартук, брюки, нарукавники.

Пленочная одежда изготавливается из пластиков или резиновых тканей, легко очищаемых от радиоактивного загрязнения. В случае применения пленочной одежды необходимо предусмотреть возможность подачи воздуха под костюм.

В комплекты спецодежды входят респираторы, пневмошлемы и другие средства индивидуальной защиты. Для защиты глаз следует применять очки со стеклами, содержащими фосфат вольфрама или свинец. При использовании индивидуальных средств защиты необходимо строго соблюдать последовательность их надевания и снятия, и дозиметрического контроля.

Список использованной литературы

лучевой болезнь ионизирующий

1. Безопасность жизнедеятельности/ Под ред. С.В. Белова. - 3-е изд., перераб. - М.: Высш. шк., 2001.-485 с.

2. Гражданская оборона/ Под ред. П.Г. Якубовского. - 5-е изд., испр. - М.: Просвещение, 1972. - 224 c.

3. Радиация. Дозы, эффекты, риск: Пер. с англ. - М.: Мир - 79 c., ил.

Размещено на Allbest.ru