Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Что такое радиация

2. Атом

Химические превращения

Ядерные превращения

3. Радиоактивность

4. Доза

Доза ионизирующего излучения

Поглощённая доза

Экспозиционная доза

Эквивалентная доза

Мощность дозы

Измерение мощности дозы

5. Активность радиоактивного вещества

Удельная активность

6. Естественные источники радиации

7. Техногенные источники

8. К чему приводит воздействие радиации на человека

Рак

Генетические последствия облучения

Радиация возвращает молодость

9. Разработка рекомендаций по защите от радиации

10. Рекомендации по очищению организма от радионуклидов

11. Фуллерены защищают клетки от радиации

1. Что такое радиация

Слово "Радиация" пришло к нам из латинского языка. На русский язык оно переводится словом "излучение". В природе существует много видов излучений, например, излучение Солнца. Однако, когда обычные люди говорят о радиации, они имеют ввиду не любое излучение, а так называемое "ионизирующее излучение", которое может оказывать вредное действие на человека.

Ионизирующее излучение - это поток различных частиц, обладающих большой энергией. Наиболее часто встречаются следующие виды ионизирующих излучений.

1. Альфа - излучение. Оно представляет собой поток тяжелых положительно заряженных частиц, каждая из которых состоит из четырех элементарных частиц: двух протонов и двух нейтронов. Из протонов и нейтронов построены ядра всех атомов.

2. Бета - излучение - это поток электронов, легких, отрицательно заряженных частиц, которые образуют внешние оболочки всех атомов.

3. Гамма - излучение - это поток квантов (частиц) электромагнитного излучения, которые также называют фотонами.

4. Рентгеновские лучи. Рентгеновские лучи - поток квантов электромагнитного излучения.

2. Атом

Наименьшая частица химического элемента, являющаяся носителем его свойств. Атом состоит из атомного ядра и электронной оболочки, в которой на определенных энергетических уровнях располагаются электроны. Общее число электронов равно порядковому номеру в периодической системе Д.И. Менделеева, а их движение в атоме описывается квантовой механикой.

Слово ''атом'' происходит от греческого слова ''атомос'', что означает неделимый. Все на свете состоит из мельчайших частиц, называемых атомами и молекулами, их нельзя увидеть невооруженным глазом. Атомы настолько малы, что в точке, стоящей в конце предложения могут уместиться свыше 100 миллиардов атомов. Песчинка состоит из 50 миллионов миллиардов атомов. Каждая молекула песка состоит из трех атомов.

Планетарная модель строения атома (Рис. 1) была предложена в результате открытия ядра атома Резерфордом: в центре атома находится положительно заряженное ядро, занимающее ничтожную часть пространства внутри атома. Весь положительный заряд и почти вся масса атома сосредоточена в его ядре. Вокруг ядра по замкнутым орбитам вращаются электроны. Их число равно заряду ядра.



Рис.1. Атом

а - электрон,

б - протон,

в - нейтрон

Ядро атома состоит из протонов и нейтронов (общее название нуклоны). Ядро характеризуется тремя параметрами: А - массовое число, Z - заряд ядра, равный числу протонов, и N - число нейтронов в ядре. Эти параметры связаны между собой соотношением: A=Z+N. Число протонов в ядре равно порядковому номеру элементов. Заряд ядра обычно пишут внизу слева от символа элемента, а массовое число - вверху слева. Например: - ядро этого атома содержит 18 протонов и 22 нейтрона.

Атомы, ядра которых содержат одинаковое число протонов и разное число нейтронов, называются изотопами, например и.

Атомы представляют собой весьма прочные системы. Даже сильные воздействия (нагрев, изменение давления и т.д.) приводят лишь к очень незначительным изменениям атомов: они ионизируются, т.е. теряют или наоборот, присоединяют к себе электроны.

Химические превращения

Если атом теряет электрон, то образуется положительный ион, если приобретает лишний электрон становится отрицательным ионом. При образовании химической связи возникают пары электронов, которые принадлежат сразу двум атомам. Химические связи в кристаллических структурах могут быть представлены на рис. 2.

Медь Магний Железо

Рис. 2. Основные типы кристаллических решеток в виде шаровых упаковок

Явления, в ходе которых происходит перераспределение химических связей - разрыв старых и образование новых, называются химическими реакциями.

Химическая реакция - это взаимодействие частиц (молекул, атомов) вещества или разных веществ друг с другом, в результате которого одни вещества превращаются в другие. При этом изменяется строение молекул исходных веществ и, как правило, состав. Но есть и такие химические реакции, при которых состав вещества не меняется, например, превращение графита в алмаз.

В химической реакции происходит перераспределение химических связей: старые - рвутся, новые образуются

Рис. 3. Химические превращения

При химических реакциях строение атомов всегда остается неизменным. В этом главное отличие химических процессов от ядерных, в ходе которых ядра атомов перестраиваются, и один элемент может превратиться в другой, например: алюминий в натрий, хлор в серу и т.д.

Ядерные превращения

Большинство атомов стабильно, это означает, что они неизменны. Но некоторые атомы неустойчивы (ученые часто их называют радиоизотопами) они самопроизвольно разрушаются и превращаются в другие. Существует три основных вида самопроизвольных ядерных превращений.

Рис. 4. Компоненты радиоактивного излучения

1. б-распад (альфа-распад). Ядро испускает б-частицу, которая представляет собой ядро атома гелия (4 He) и состоит из двух протонов и двух нейтронов.

При б-распаде массовое число изотопа уменьшится на 4, а заряд ядра - на 2.

2. в-распад (бета-распад). В неустойчивом ядре нейтрон превращается в протон, при этом ядро испускает электрон (в-частицу) и антинейтрон:

n ® P + e + n

При в-распаде массовое число изотопа не изменяется, поскольку общее число протонов и нейтронов сохраняется, а заряд ядра увеличивается на 1, например:

3. г-распад (гамма-распад) Возбужденное ядро испускает электромагнитное излучение с очень малой длинной волны и очень высокой частотой (г-излучение), при этом энергия ядра уменьшается, массовое число и заряд ядра остаются неизменными.

Самопроизвольный распад ядра изображен на рис. 5.

Рис. 5. Схема деления ядра

3. Радиоактивность

Ядро можно рассматривать как маленькую каплю, внешняя поверхность которой непрерывно изменяется. И может наступить момент, когда в капле - ядре возникает сначала как бы перетяжка, а затем ядро делится на две части. Так, например, из ядра урана-238 возникают два новых ядра элементов середины периодической системы.

В процессе ядерных превращений происходит самопроизвольное испускание атомами излучения. Так как "Луч" по латыни radius, поэтому самопроизвольное испускание атомами излучения получило название радиоактивности.

Проведенные с радиоактивными веществами опыты показали, что никакие внешние условия не влияют на характер и скорость самопроизвольного распада ядер.

С течением времени число радиоактивных ядер уменьшается по закону радиоактивного распада:

N = N0 е -0,693 t/T,

где No - число ядер в момент времени t,

Т - период полураспада, т.е. время, за которое число ядер уменьшается в два раза.

Зная период полураспада, можно рассчитать, сколько радионуклидов останется через определенное время.

Радиоактивное излучение свидетельствует о том, что ядра атомов претерпевают распад, в результате которого они превращаются в ядра новых элементов.

Когда ядро атома делится надвое или когда два ядра, соединяясь, образуют новое ядро, происходит выделение громадного количества энергии.

Разные виды излучений сопровождаются высвобождением разного количества энергии и обладают разной проникающей способностью, поэтому они оказывают неодинаковое воздействие на ткани живого организма.

Альфа-излучение задерживается, например, листком бумаги и практически не способно проникнуть через наружный слой кожи, образованный отмершими клетками. Поэтому оно не представляет опасности до тех пор, пока радиоактивные вещества, испускающие альфа-частицы, не попадут внутрь организма через открытую рану, с пищей или вдыханием воздуха, тогда они становятся чрезвычайно опасными. Бета-излучение обладает большей проникающей способностью: оно проходит в ткани организма на глубину 1-2см.

Проникающая способность гамма-излучения, которое распространяется со скоростью света, очень велика: его может задержать лишь толстая свинцовая или бетонная плита. (Рис. 6) [7]

Рис. 6. Три вида излучений и их проникающая способность

4. Доза

Доза ионизирующего излучения

Если вблизи воздействия ядерной энергии находится живой организм, то он поглощает эту энергию. Поглощенная энергия - доза - расходуется на разрыв химических связей в клетках организма с образованием высокоактивных в химическом отношении соединений, так называемых свободных радикалов. Вследствие этого в организме начинают происходить другие химические превращения (уже не ядерные). В организме возникают повреждения. Повреждений, вызванных в организме излучением, будет тем больше, чем больше энергии оно передаёт тканям. Количество такой переданной организму энергии называется дозой.

Степень радиоактивного поражения определяется дозой ионизирующего излучения.

Доза ионизирующего излучения - количество энергии, поглощённой в единице массы среды.

Для количественной характеристики воздействия ионизирующего излучения введено такое понятие, как поглощённая доза, (т.е. поглощённая энергия излучения), в каждом случае отнесённая к массе облучаемого материала.

Поглощённая доза

Поглощённая доза - количество энергии ионизирующего излучения, поглощённое единицей массы облучённого тела.

Поглощённая доза = поглощённая энергия излучения / масса

Распространённой внесистемной единицей измерения поглощённой дозы является - 1 рад.

В системе СИ поглощённая доза измеряется в грэях (Гр)

1 Гр = 1 Дж/кг; 1 рад = 0,01 Гр

Поглощённая доза в 1 рад соответствует повышению температуры человеческого тела меньше, чем на 0,00001 оС

Если количество поглощенной энергии гамма - или рентгеновского излучений рассматривать не для вещества, а для воздуха, то вводится понятие ионизации воздуха.

Причем, для воздуха была введена специальная единица, которая связывала заряд ионов каждого знака в 1 см3 сухого воздуха, возникающих в процессе его ионизации гамма-излучением, с "количеством" этого гамма-излучения.

Экспозиционная доза

Для воздуха "количество" излучения, вызывающего ионизацию, было названо экспозиционной дозой.

Внесистемная распространенная единица измерения экспозиционной дозы - рентген (Р).

Единица измерения экспозиционной дозы в системе СИ- кулон на килограмм (Кл/кг).

1Р=2,58 * 10-4Кл/кг

1 Кл/кг - экспозиционная доза рентгеновского или гамма-излучения, при которой сопряженная корпускулярная эмиссия создает в 1 кг сухого атмосферного воздуха ионы, несущие заряд в 1 Кл электричества каждого знака.

Особо большой интерес вызывает случай измерения поглощенной дозы применительно к биологической ткани (в том числе, к материалу, из которого, в среднем, состоит и организм человека). Причем, представляет интерес не только сама энергия (хотя она является физической сущностью этого процесса), но и степень ее биологической опасности. Как оказалось, она различна для разных видов ионизирующих излучений (альфа-, бета- и т.д.).

Таких единиц, как рентген и рад оказалось недостаточно для характеристики биологических поражений, вызванных излучением.

Для оценки степени биологической опасности, на основе многочисленных исследований, установлен так называемый коэффициент качества - k каждого вида излучений (фактически - это коэффициент вредности). Специалисты этот коэффициент называют радиационным взвешивающим фактором. Этот оценочный коэффициент, отражает способность данного вида излучения повреждать ткани организма.

Он безразмерный (относительный). Для бета- и гамма- излучений он равен единице, для альфа- излучений - в среднем 20, для нейтронных потоков - в среднем 10.

Таким образом, опасность для организма человека от поглощенной биологической тканью дозы излучения, равна произведению этой дозы на оценочный коэффициент. Результат произведения называется эквивалентной дозой.

Эквивалентная доза

Эквивалентная доза - понятие, посредством которого делается попытка учесть неодинаковую биологическую активность различных видов излучений с помощью безразмерных коэффициентов, характеризующих радиационную биологическую активность - коэффициент качества излучения.

Несмотря на совпадение размерности эквивалентной дозы (взаимоотношения основных определяющих единиц) с размерностью поглощенной дозы (Дж/кг), для ее измерения с целью подчеркивания ее радиобиологического значения введена специальная единица - зиверт (зв).

1зв=1 Гр * k

Распространенная внесистемная единица эквивалентной дозы - Бэр (биологический эквивалент рентгена).

1бэр=0,01 зв.

Полученная человеком эквивалентная доза является основным радиобиологическим критерием опасности воздействия на него любого радиационного излучения.

Мощность дозы

Для обеспечения прогноза радиоактивных воздействий введено понятие мощность дозы. Это чрезвычайно важное понятие применяется и для экспозиционной, и для поглощенной, и для эквивалентной доз. В каждом случае, соответствующая мощность дозы равна дозе, получаемой тем или иным веществом за единицу времени (за секунду или, в бытовых условиях чаще, за час). Мощность эквивалентной дозы принято обозначать МЭД. Зная эту величину, можно наперёд вычислить ожидаемое значение получаемой дозы за любой, наперед заданный, период времени, умножив МЭД на это время.

Например, дозиметрический прибор показал мощность эквивалентной дозы на ступеньках из гранита - 0,8 мкЗв/час (Р=0,8 мкЗв/час). Если человек посидит на этих ступеньках, например, 5 часов, то он получит радиационное облучение дозы

0,8 мкЗв/час * 5 часов = 4 мкЗв (400 мкбэр),

что в 25-50 раз выше дозы от естественной солнечной радиации.

Измерение мощности дозы

Измерители мощности дозы, к которым относятся и все без исключения бытовые "дозиметры", по установившейся традиции тоже (как и накопители дозы) принято называть дозиметрами. Это допускается действующими в настоящее время стандартами. Дозиметр - это прибор для измерения дозы ионизирующего излучения (это прибор, улавливающий радиацию). Дозиметр показывает дозу, полученную за определённый отрезок времени. Устроен он довольно просто; вакуумная трубка, внутри которой находится две пластины и небольшое количество газа. Радиация при попадании в трубку начинает взаимодействовать с молекулами газа, возникают положительные и отрицательные ионы, которые начинают двигаться к пластинам, т.е. через трубку проходит электрический ток. Измеряя электрический ток, можно узнать количество радиации, попавшей в трубку.

Так как во всех средствах массовой информации сложилась традиция сообщать сведения о радиационной обстановке в единицах - микрорентген в час (мкР/час), а для здоровья человека фактически имеют значения, выраженные в микрозивертах в час (мкЗв/час), дозиметрические приборы на практике тоже проградуированы в мкЗв/час, для перевода следует пользоваться приблизительным соотношением:

1мкЗв/час "100мкр/час

Вышеописанные методы измерения доз и мощностей доз относятся к группе дозиметрических замеров. На практике часто возникает необходимость измерения не результатов облучения (полученных доз) и не процесса облучения (мощностей доз), а исходных данных о количестве радиоактивных веществ, содержащихся в том или ином контролируемом объекте и вызывающих, как следствие, те ионизирующие потоки, которые фиксируются измерительными приборами. Это содержание радиоактивных элементов приятно определять по параметру, именуемому активностью.

5. Активность радиоактивного вещества

Активность радиоактивного вещества - это количество атомных ядер, распадающихся за одну секунду, или число актов распада в секунду (скорость радиоактивного распада). Единица измерения активности - беккерель (Бк).

Данное количество радиоактивных атомов имеет активность 1Бк, если в секунду распадается одно ядро. Каждый акт распада связан с эмиссией ионизирующего излучения.

1 Бк=1 расп/сек.

В течение многих лет применяли старую единицу активности Кюри (Ки), названную так в честь Пьера и Марии Кюри - ученых, первыми выделившими чистый радий. Исторически сложилось так, что указанная единица была введена применительно к радию, один грамм которого и обладал активностью 1 Ки. Когда начали использовать эту единицу по отношению ко всем остальным радиоактивным элементом, 1 Ки стал выражать количество вещества, в котором за 1 секунду происходит распад 37 млрд. атомов:

химический ядерный атом радиация организм

1 Ки=3,7*10E10 расп/сек = 3,7*10E10 Бк

Все замеры, связанные с определением активности, называются радиометрическими.

Удельная активность

Еще более представительным показателем радиационной опасности контролируемого материала, является удельная активность. Этот параметр используется в качестве основного критерия загрязненности пищевых продуктов, воды, почвы, стройматериалов, сырья и продукции промышленных предприятий.

Массовая удельная активность - это отношение числа актов распада в секунду к единице массы (1 кг) радиоактивного вещества. Единица измерения - 1Бк/кг (или Ки/кг).

Объёмная удельная активность - это отношение числа актов распада в секунду к единице объёма радиоактивного вещества. Единица измерения - 1Бк/л или 1Бк/м3 (или Ки/л, Ки/м3)

Для удобства в практической работе рассмотренные выше единицы сведены в таблицу 1.

Таблица 1. Единицы измерения параметров радиации

Основные понятия	Единицы измерения в системе СИ	Внесистемные единицы
Активность радиоактивного вещества	Беккерель (Бк) 1 Бк=0,027 нКu	Кюри (Кu) 1 Кu=3,7*10E10 Бк
Поглощенная доза	Грэй (Гр) 1 Гр=100 рад	Рад (рад) 1 рад=0,01 Гр
Экспозиционная доза	Кулон/кг 1 кл/кг=3,86*10E3 р	Рентген (р) 1 р=2,58*10E-4 кл/кг
Эквивалентная и эффективная доза	Зиверт (Зв) 1 зв=100 бэр 1 Зв = 1Гр*k	Бэр (бэр) 1 бэр=0,01зв 1 бэр = 1 рад*k
Мощность поглощенной дозы	Гр/с 1 гр/с=100 рад/с	Рад/с 1 рад/с=0,01 Гр/с
Мощность экспозиционной дозы (Р)	Ампер/кг (А/кг)	Рентген в сек. (Р/с) 1 р/с=2,58*10E-4 А/кг
Мощность эффективной дозы	Зиверт/с	Бэр/час

6. Естественные источники радиации

Основную часть облучения население земного шара получает от естественных источников радиации. Большинство из них таковы, что избежать облучения от них совершенно невозможно. Человек подвергается облучению двумя способами. Радиоактивные вещества могут находиться вне организма и облучать его снаружи; в этом случае говориться о внешнем облучении. Или же они могут оказаться в воздухе, которым дышит человек, в пище или в воде и попасть внутрь организма. Такой способ облучения называют внутренним. Облучению от естественных источников радиации подвергается любой житель Земли, однако, одни из них получают большие дозы, чем другие. Это зависит от того, где они живут. Уровень радиации в некоторых местах земного шара, там, где залегаю особенно радиоактивные породы, оказывается значительно выше среднего, а в других местах - соответственно ниже. Доза облучения зависит также от образа жизни людей. Применение некоторых строительных материалов, использование газа для приготовления пищи, открытых угольных жаровен, герметизация помещений и даже полеты на самолетах - все это увеличивает уровень облучения за счет естественных источников радиации. Земные источники радиации в сумме ответственны за большую часть облучения, которому подвергается человек за счет естественной радиации. В среднем они обеспечивают более 5/6 годовой эффективной эквивалентной дозы, получаемой населением, в основном, вследствие внутреннего облучения. космическое излучение.

Естественные источники существуют с момента возникновения планеты Земля. Одним из таких источников является космическое излучение, которое облучает всю поверхность Земли. Космическое излучение частично поглощается атмосферой, поэтому мощность эффективной дозы, которую получает человек от космического излучения, возрастает с высотой. Например, человек, летящий на самолете или находящийся на вершине высокой горы, получает большую дозу, чем за тот же самый промежуток времени человек находящийся на поверхности земли.

Другим источником ионизирующего излучения являются естественные радиоактивные элементы. Основными естественными радиоактивными элементами, от которых зависит доза, получаемая человеком, являются калий (K40), уран (U238) и торий (Th232). Эти три элемента являются долгоживущими. Они возникли в то время, когда появилось вещество, из которого состоит наша Земля и другие планеты, и до сих пор не успели полностью исчезнуть в результате радиоактивных превращений.

Радиоактивный калий, как уже отмечалось, создает внутреннее облучение. Воздействие урана и тория на человека более многосторонне. После их радиоактивного распада возникают новые радиоактивные элементы. Их называют дочерними радиоактивными элементами. Цепочка радиоактивных превращений урана и тория заканчивается образованием стабильного элемента - свинца. Таким образом уран и торий являются родоначальниками целых семейств радиоактивных элементов, Наиболее важными дочерними радиоактивными элементами, с точки зрения радиационной опасности для человека, являются радий и радон. Содержание урана и тория на земной поверхности постоянно увеличивается вследствие работы угольных электростанций. Уран и торий, содержащиеся в каменном угле, при его сжигании частично выбрасываются с дымом в атмосферу, а частично остаются в зольных отвалах.

Солнечная радиация

Как известно, суммарная солнечная радиация, поступающая на земную поверхность, состоит из прямой и рассеянной. Значительная часть прямой радиации при поступлении в атмосферу теряется из-за облачности, запыленности, отражения и т.д. Приходя на земную поверхность, солнечная радиация поглащается земной поверхностью, в часть ее отражается. Итоговая величина составляет радиационный баланс земной поверхности.

7. Техногенные источники

Техногенными источниками ионизирующего излучения являются радиоактивные элементы, внесенные самим человеком в среду обитания. Эти элементы возникли в основном при испытаниях ядерного оружия. После наземных ядерных взрывов образуется радиоактивный след, который может простираться на несколько тысяч километров. Мельчайшие радиоактивные частицы при ядерных взрывах попадают в верхние слои атмосферы Земли. Там они находятся в течение нескольких месяцев, выпадая приблизительно равномерно на поверхность всего Земного шара. Именно вследствие такого глобального распределения радиоактивных продуктов ядерных взрывов на всей поверхности земного шара имеются радиоактивные элементы, которые никогда не существовали в природе. Наиболее опасными из них являются цезий (Cs137) и стронций (Sr90). Во первых, эти два элемента являются долгоживущими. Периоды их полураспада равны приблизительно 30 годам. Это значит, что количество этих веществ уменьшается вдвое вследствие радиоактивного распада только через тридцать лет. Поэтому только эти элементы техногенного происхождения имеются в настоящее время на поверхности земли в значительных количествах. Во вторых, эти два вещества являются биологически активными и создают внутреннее облучение.

Из сказанного видно, что наиболее опасными испытаниями ядерного оружия являются испытания, проводимые в атмосфере или на открытой земной поверхности. Такие испытания полностью прекращены в 1980 году. Однако их последствия мы ощущаем до сих пор.

Определенное количество радиоактивного вещества выбрасывается в окружающую среду при нормальной работе атомных электростанций. В основном это радиоактивные инертные газы и тритий. Особенно много радиоактивных веществ поступает в среду обитания человека при ядерных авариях. При аварии на Чернобыльской атомной станции не было радиоактивных выбросов в высокие слои атмосферы. Поэтому авария не сопровождалась заметным глобальным радиоактивным загрязнением. Но около самой станции территории заражены радиоактивными веществами на многие сотни километров.

Средний уровень облучения населения России соответствует среднемировым значениям и обусловлен, в основном, естественными радиоактивными источниками. Однако в регионах, расположенных вблизи мест ядерных аварий, ядерных полигонов, а также в местах крупных естественных радиоактивных аномалий (в местах с повышенным содержанием урана и тория в горных породах), дозы получаемые населением могут существенно превышать средние значения.

8. К чему приводит воздействие радиации на человека

Многолетний опыт позволил медикам получить обширную информацию о реакции тканей человека на облучение. Эта реакция для разных органов и тканей оказалась неодинаковой, причем различие очень велики. Величина же дозы, определяющая тяжесть поражения организма, зависит от того, получает ли ее организм сразу или в несколько приемов. Большинство органов успевает в той или иной степени залечить радиационные повреждения и поэтому лучше переносят серию мелких доз, нежели ту же суммарную дозу облучения, полученную за один прием. Разумеется, если доза облучения достаточно велика, облученный человек погибнет. Во всяком случае, очень большие дозы облучения порядка 100 Гр вызывают настолько серьезное поражения центральной нервной системы, что смерть, как правило, наступает в течение нескольких часов или дней. При дозах облучения от10 до 50 Гр при облучении всего тела поражение ЦНС может оказаться не настолько серьезным, чтобы привести к летальному исходу, однако облученный человек, скорее всего все равно умрет через одну-две недели от кровоизлияний в желудочно-кишечном тракте. При еще меньших дозах может не произойти серьезных повреждений желудочно-кишечного тракта или организм с ними справится, и тем не менее смерть может наступить через один-два месяца с момента облучения главным образом из-за разрушения клеток красного костного мозга главного компонента кроветворной системы организма: от дозы в 3 - 5 Гр при облучении всего тела умирает примерно половина всех облученных. Таким образом, в этом диапазоне доз облучения большие дозы отличаются от меньших лишь тем, что смерть в первом случае наступает раньше, а во втором позже.

Разумеется, чаще всего человек умирает в результате одновременного действия всех указанных последствий облучения. Исследования в этой области необходимы, поскольку полученные данные нужны для оценки последствий ядерной войны и действия больших доз облучения при авариях ядерных установок и устройств. Красный костный мозг и другие элементы кроветворной системы наиболее уязвимы при облучении и теряет способность нормально функционировать уже при дозах облучения 0,5 1 Гр. К счастью, они обладают также замечательной способностью к регенерации, и если доза облучения не настолько велика, чтобы вызвать повреждения всех клеток, кроветворная система может полностью восстановить свои функции. Если же облучению подверглось не все тело, а какая-то его часть, то уцелевших клеток мозга бывает достаточно для полного возмещения поврежденных клеток.

Репродуктивные органы и глаза также отличаются повышенной чувствительностью к облучению. Однократное облучение семенников при дозе всего лишь в 0,1 Гр приводит к временной стерильности мужчин, а дозы свыше двух грэев могут привести к постоянной стерильности: лишь через много лет семенники смогут вновь продуцировать полноценную сперму. По-видимому, семенники являются единственным исключением из общего правила: суммарная доза облучения, полученная в несколько приемов, для них более, а не менее опасна, чем та же доза, полученная за один прием. Яичники гораздо менее чувствительны к действию радиации, по крайней мере, у взрослых женщин. Но однократная доза > 3 Гр все же приводит к их стерильности, хотя еще большие дозы при дробном облучении никак не сказываются на способности к деторождению. Наиболее уязвимой для радиации частью глаза является хрусталик. Погибшие клетки становятся непрозрачными, а разрастание помутневших участков приводит сначала к катаракте, а затем и к полной слепоте. Чем больше доза, тем больше потеря зрения. Помутневшие участки могут образоваться при дозах облучения 2 Гр и менее. Более тяжелая форма поражения глаза прогрессирующая катаракта наблюдается при дозах около 5 Гр. Показано, что даже связанное с рядом работ профессиональное облучение вредно для глаз: дозы от 0,5 до 2 Гр, полученные в течение 10 20 лет, приводят к увеличению плотности и помутнению хрусталика. Дети также крайне чувствительны к действию радиации. Относительно небольшие дозы при облучении хрящевой ткани могут замедлить или вовсе остановить у них рост костей, что приводит к аномалиям развития скелета. Чем меньше возраст ребенка, тем сильнее подавляется рост костей. Суммарной дозы порядка 10 Гр, полученной в течение нескольких недель при ежедневном облучении, бывает достаточно, чтобы вызвать некоторые аномалии развития скелета. По-видимому, для такого действия радиации не существует никакого порогового эффекта. Оказалось также, что облучение мозга ребенка при лучевой терапии может вызвать изменения в его характере, привести к потере памяти, а у человека способны выдерживать гораздо большие дозы.

Крайне чувствителен к действию радиации и мозг плода, особенно если мать подвергается облучению между восьмой и пятнадцатой неделями беременности. В этот период у плода формируется кора головного мозга, и существует большой риск того, что в результате облучения матери (например, рентгеновскими лучами) родится умственно отсталый ребенок. Именно таким образом пострадали примерно 30 детей, облученных в период внутриутробного развития во время атомных бомбардировок Хиросимы и Нагасаки. Хотя индивидуальный риск при этом большой, а последствия доставляют особенно много страданий, число женщин, находящихся на этой стадии беременности, в любой момент времени составляет лишь небольшую часть всего населения. Это, однако, наиболее серьезный по своим последствиям эффект из всех известных эффектов облучения плода человека, хотя после облучения плодов и эмбрионов животных в период и внутриутробного развития было обнаружено немало других серьезных последствий, включая пороки развития, недоразвитость и летальный исход. Большинство тканей взрослого человека относительно мало чувствительны к действию радиации. Почки выдерживают суммарную дозу около 23 Гр, полученную в течение пяти недель, без особого для себя вреда, печень по меньшей мере 40 Гр за месяц, мочевой пузырь по меньшей мере 55 Гр за четыре недели, а зрелая хрящевая ткань до 70 Гр. Легкие чрезвычайно сложный орган гораздо более уязвимы, а в кровеносных сосудах незначительные, но, возможно, существенные изменения могут происходить уже при относительно небольших дозах. Конечно, облучение в терапевтических дозах, как и всякое другое облучение, может вызвать заболевание раком в будущем или привести к неблагоприятным генетическим последствиям. Облучение в терапевтических дозах, однако, применяют обыкновенно для лечения рака, когда человек смертельно болен, а поскольку пациенты в среднем довольно пожилые люди, вероятность того, что они будут иметь детей, также относительно мала. Однако далеко не так просто оценить, насколько велик этот риск при гораздо меньших дозах облучения, которые люди получают в своей повседневной жизни и на работе, и на этот счет существуют самые разные мнения среди общественности.

Рак

Рак наиболее серьезное из всех последствий облучения человека при малых дозах, по крайней мере непосредственно для тех людей, которые подверглись облучению. В самом деле, обширные обследования, охватившие около 100 000 человек, переживших атомные бомбардировки Хиросимы и Нагасаки в 1945 году, показали, что пока рак является единственной причиной повышенной смертности в этой группе населения. Оценки НКДАР ООН риска заболевания раком в значительной мере опираются на результаты обследования людей, переживших атомную бомбардировку. Комитет использует и другие материалы, в том числе сведения о частоте заболевания раком среди жителей островов в Тихом океане, на которых произошло выпадение радиоактивных осадков после ядерных испытаний в 1954 году, среди рабочих урановых рудников и среди лиц, прошедших курс лучевой терапии. Но материалы по Хиросиме и Нагасаки это единственный источник сведений, отражающий результаты тщательного обследования в течение более 30 лет многочисленной группы людей всех возрастов, которые подверглись более или менее равномерному облучению всего тела. Несмотря на все эти исследования, оценка вероятности заболевания людей раком в результате облучения не вполне надежна. Имеется масса полезных сведений, полученных при экспериментах на животных, однако, несмотря на их очевидную пользу, они не могут в полной мере заменить сведений о действии радиации на человека. Для того чтобы оценка риска заболевания раком для человека была достаточно надежна, полученные в результате обследования людей сведения должны удовлетворять целому ряду условий. Должна быть известна величина поглощенной дозы. Излучение должно равномерно попадать на все тело либо, по крайней мере, на ту его часть, которая изучается в настоящий момент. Облученное население должно проходить обследования регулярно в течение десятилетий, чтобы успели проявиться все виды раковых заболеваний Диагностика должна быть достаточно качественной, позволяющей выявить все случаи раковых заболеваний. Очень важно также иметь хорошую <контрольную> группу людей, сопоставимую во всех отношениях (кроме самого факта облучения) с группой лиц, за которой ведется наблюдение, чтобы выяснить частоту заболевания раком в отсутствие облучения. И обе эти популяции должны быть достаточно многочисленны, чтобы полученные данные были статистически достоверны. Ни один из имеющихся материалов не удовлетворяет полностью всем этим требованиям. Еще более принципиальная неопределенность состоит в том, что почти все данные о частоте заболевания раком в результате облучения получены при обследовании людей, получивших относительно большие дозы облучения 1 Гр и более.

Имеется весьма немного сведений о последствиях облучения при дозах, связанных с некоторыми профессиями, и совсем отсутствуют прямые данные о действии доз облучения, получаемых населением Земли в повседневной жизни. Поэтому нет никакой альтернативы такому способу оценки риска населения при малых дозах облучения, как экстраполяция оценок риска при больших дозах (уже не вполне надежных) в область малых доз облучения. НКДАР ООН, равно как и другие учреждения, занимающиеся исследованиями в этой области, в своих оценках опирается на два основных допущения, которые пока что вполне согласуются со всеми имеющимися данными.

Согласно первому допущению, не существует никакой пороговой дозы, за которой отсутствует риск заболевания раком. Любая сколь угодно малая доза увеличивает вероятность заболевания раком для человека, получившего эту дозу, и всякая дополнительная доза облучения еще более увеличивает эту вероятность.

Второе допущение заключается в том, что вероятность, или риск, заболевания возрастает прямо пропорционально дозе облучения: при удвоении дозы риск удваивается, при получении трехкратной дозы утраивается и т. д. НКДАР полагает, что при таком допущении возможна переоценка риска в области малых доз, но вряд ли возможна его недооценка. На такой заведомо несовершенной, но удобной основе и строятся все приблизительные оценки риска заболевания различными видами рака при облучении.

Согласно имеющимся данным, первыми в группе раковых заболеваний, поражающих население в результате облучении, стоят лейкозы. Они вызывают гибель людей в среднем через 10 лет с момента облучения гораздо раньше, чем другие виды раковых заболеваний. Смертность от лейкозов среди тех, кто пережил атомные бомбардировки Хиросимы и Нагасаки, стала резко снижаться после 1970 года; по-видимому, дань лейкозам в этом случае уплачена почти полностью. Таким образом, оценка вероятности умереть от лейкоза в результате облучения более надежна, чем аналогичные оценки для других видов раковых заболеваний.

Согласно оценкам НКДАР ООН, от каждой дозы облучения в 1 Гр в среднем два человека из тысячи умрут от лейкозов. Иначе говоря, если кто-либо получит дозу 1 Гр при облучении всего тела, при котором страдают клетки красного костного мозга, то существует один шанс из 500, что этот человек умрет в дальнейшем от лейкоза. Самыми распространенными видами рака, вызванными действием радиации, оказались рак молочной железы и рак щитовидной железы. По оценкам НКДАР, примерно у десяти человек из тысячи облученных отмечается рак щитовидной железы, а у десяти женщин из тысячи рак молочной железы (в расчете на каждый грэй индивидуальной поглощенной дозы). Однако обе разновидности рака в принципе излечимы, а смертность от рака щитовидной железы особенно низка. Поэтому лишь пять женщин из тысячи, по-видимому, умрут от рака молочной железы на каждый грэй облучения и лишь один человек из тысячи облученных, по-видимому, умрет от рака щитовидной железы.

Рак легких, напротив, беспощадный убийца. Он тоже принадлежит к распространенным разновидностям раковых заболеваний среди облученных групп населения. В дополнение к данным обследования лиц, переживших атомные бомбардировки Хиросимы и Нагасаки, были получены сведения о частоте заболевания раком легких среди шахтеров урановых рудников в Канаде, Чехословакии и США. Любопытно, однако, что оценки, полученные в обоих случаях, значительно расходятся: даже принимая во внимание разный характер облучения, вероятность заболеть раком легких на каждую единицу дозы облучения для шахтеров урановых рудников оказалась в 4 7 раз выше, чем для людей, переживших атомную бомбардировку. НКДАР рассмотрел несколько возможных причин такого расхождения, среди которых не последнюю роль играет тот факт, что шахтеры в среднем старше, чем население японских городов в момент облучения.

Согласно текущим оценкам комитета, из группы людей в тысячу человек, возраст которых в момент облучения превышает 35 лет, по-видимому, пять человек умрут от рака легких в расчете на каждый грэй средней индивидуальной дозы облучения, но лишь половина этого количества в группе, состоящей из представителей всех возрастов. Цифра <пять>~ это нижняя оценка смертности от рака легких среди шахтеров урановых рудников. Рак других органов и тканей, как оказалось, встречается среди облученных групп населения реже. Согласно оценкам НКДАР, вероятность умереть от рака желудка, печени или толстой кишки составляет примерно всего лишь 1/1000 на каждый грэй средней индивидуальной дозы облучения, а риск возникновения рака костных тканей, пищевода, тонкой кишки, мочевого пузыря, поджелудочной железы, прямой кишки и лимфатических тканей еще меньше и составляет примерно от 0,2 до 0,5 на каждую тысячу и на каждый грэй средней индивидуальной дозы облучения. Дети более чувствительны к облучению, чем взрослые, а при облучении плода риск заболевания раком, по-видимому, еще больше. В некоторых работах действительно сообщалось, что детская смертность от рака больше среди тех детей, матери которых в период беременности подверглись воздействию рентгеновских лучей, однако НКДАР пока не убежден, что причина установлена верно.

Среди детей, облупленных в период внутриутробного развития в Хиросиме и Нагасаки, также пока не обнаружено повышенной склонности к заболеванию раком. Вообще говоря, имеется еще ряд расхождений между данными по Японии и другими источниками. Кроме указанных выше противоречий в оценке риска заболевания раком легких имеются значительные расхождения как по раку молочной железы, так и по раку щитовидной железы. И в том и в другом случае данные по Японии дают значительно более низкую частоту заболевания раком, чем другие источники; в обоих случаях НКДАР принял в качестве оценок большие значения. Указанные противоречия лишний раз подчеркивают трудности получения оценок в области малых доз на основании сведений, относящихся к большим дозам и полученных из весьма ограниченного числа источников. Трудность получения более или менее надежных оценок риска еще более возрастает из-за неопределенности в оценке доз, которые были получены людьми, пережившими атомную бомбардировку. Новые сведения из других источников фактически поставили под сомнение правильность прежних расчетов поглощенных доз в Японии, и все они в настоящий момент проверяются заново. Поскольку получение оценок связано с такими трудностями, то неудивительно, что нет единого мнения по вопросу о том, насколько велик риск заболевания раком при малых дозах облучения. В этой области необходимы дальнейшие исследования. Особенно полезно было бы провести обследование людей, получающих дозы, характерные для ряда профессий и условий окружающей среды. К сожалению, чем меньше доза, тем труднее получить статистически достоверный результат. Подсчитано, например, что если оценки НКДАР более или менее верны, то при определении частот заболевания по всем видам рака среди персонала предприятий ядерного топливного цикла, получающих среднюю индивидуальную дозу около 0,01 Гр в год, для получения значимого результата потребуется несколько миллионов человеко-лет. А получить значимый результат при обследовании людей, на которых действует лишь радиационный фон от окружающей среды, было бы гораздо труднее. Есть ряд вопросов еще более сложных, требующих изучения. Радиация, например, может в принципе оказывать действие на разные химические и биологические агенты, что может приводить в каких-то случаях к дополнительному увеличению частоты заболевания раком. очевидно, что этот вопрос чрезвычайно важен, потому что радиация присутствует всюду, а в современной жизни много разнообразных агентов, которые могут с ней взаимодействовать.

НКДАР ООН провел предварительный анализ данных, охватывающий большое число таких агентов. Относительно некоторых из них возникли кое-какие подозрения, но серьезные доказательства были получены только для одного из них: табачного дыма. Оказалось, что шахтеры урановых рудников из числа курящих заболевают раком гораздо раньше. В остальных случаях данных явно недостаточно, и необходимы дальнейшие исследования. Давно высказывались предположения, что облучение, возможно, ускоряет процесс старения и таким образом уменьшает продолжительность жизни. НКДАР ООН рассмотрел недавно все данные в пользу такой гипотезы, но не обнаружил достаточно убедительных доказательств, под- тверждающих ее, как для человека, так и для животных, по крайней мере при умеренных и малых дозах, получаемых при хроническом облучении. Облученные группы людей действительно имеют меньшую продолжительность жизни, но во всех известных случаях это целиком объясняется большей частотой раковых заболеваний.

Генетические последствия облучения

Изучение генетических последствий облучения связано с еще большими трудностями, чем в случае рака. Во-первых, очень мало известно о том, какие повреждения возникают в генетическом аппарате человека при облучении; во-вторых, полное выявление всех наследственных дефектов происходит лишь на протяжении многих поколений; и, в-третьих, как и в случае рака, эти дефекты невозможно отличить от тех, которые возникли совсем по другим причинам. Около 10% всех живых новорожденных имеют те или иные генетические дефекты, начиная от необременительных физических недостатков типа дальтонизма и кончая такими тяжелыми состояниями, как синдром Дауна, хорея Гентингтона и различные пороки развития. Многие из эмбрионов и плодов с тяжелыми наследственными нарушениями не доживают до рождения; согласно имеющимся данным, около половины всех случаев спонтанного аборта связаны с аномалиями в генетическом материале. Но даже если дети с наследственными дефектами рождаются живыми, вероятность для них дожить до своего первого дня рождения в пять раз меньше, чем для нормальных детей. Генетические нарушения можно отнести к двум основным типам: хромосомные аберрации, включающие изменения числа или структуры хромосом, и мутации в самих генах. Генные мутации подразделяются далее на доминантные (которые проявляются сразу в первом поколении) и рецессивные (которые могут проявиться лишь в том случае, если у обоих родителей мутантным является один и тот же ген; такие мутации могут не проявиться на протяжении многих поколений или не обнаружиться вообще). Оба типа аномалий могут привести к наследственным заболеваниям в последующих поколениях, а могут и не проявиться вообще. Оценки НКДАР ООН касаются лишь случаев тяжелой наследственной патологии.

Среди более чем 27 000 детей, родители которых получили относительно большие дозы во время атомных бомбардировок Хиросимы и Нагасаки, были обнаружены лишь две вероятные мутации, а среди примерно такого же числа детей, родители которых получили меньшие дозы, не отмечено ни одного такого случая. Среди детей, родители которых были облучены в результате взрыва атомной бомбы, не было также обнаружено статистически достоверного прироста частоты хромосомных аномалий. И хотя в материалах некоторых обследований содержится вывод о том, что у облученных родителей больше шансов родить ребенка с синдромом Дауна, другие исследования этого не подтверждают. Несколько настораживает сообщение о том, что у людей, получающих малые дозы облучения действительно наблюдается повышенное содержание клеток крови с хромосомными нарушениями.

Этот феномен при чрезвычайно низком уровне облучения был отмечен у жителей курортного местечке Бадгастайн в Австрии и там же среди медицинского персонала, обслуживающего радоновые источники с целебными, как полагают, свойствами. Среди персонала АЭС в ФРГ, Великобритании и США, который получает дозы, не превышающие предельно допустимого, согласно международным стандартам, уровня, также обнаружены хромосомные аномалии. Но биологическое значение таких повреждений и их влияние на здоровье человека пока не выяснены. Поскольку нет никаких других сведений, приходится оценивать риск появления наследственных дефектов у человека, основываясь на результатах, полученных в многочисленных экспериментах на животных. При оценке риска появления наследственных дефектов у человека НКДАР использует два подхода. При одном подходе пытаются определить непосредственный эффект данной дозы облучения, при другом стараются определить дозу, при которой удваивается частота появления потомков с той или иной разновидностью наследственных дефектов по сравнению с нормальными радиационными условиями. Согласно оценкам, полученным при первом подходе, доза в 1 Гр, полученная при низком уровне радиации только особями мужского пола, индуцирует появление от 1000 до 2000 мутаций, приводящих к серьезным последствиям, и от 30 до 1000 хромосомных аберраций на каждый миллион живых новорожденных. Оценки, полученные для особей женского пола, гораздо менее определенны, но явно ниже; это объясняется тем, что женские половые клетки менее чувствительны к действию радиации. Согласно ориентировочным оценкам, частота мутаций составляет от 0 до 900, а частота хромосомных аберраций от 0 до 300 случаев на миллион живых новорожденных.

Согласно оценкам, полученным вторым методом, хроническое облучение при мощности дозы в 1 Гр на поколение (для человека-30 лет) приведет к появлению около 2000 серьезных случаев генетических заболеваний на каждый миллион живых новорожденных среди детей тех, кто подвергся такому облучению. Этим методом пользуются также для оценки суммарной частоты появления серьезных наследственных дефектов в каждом поколении при условии, что тот же уровень радиации будет действовать все время. Согласно этим оценкам, примерно 15 000 живых новорожденных из каждого миллиона будут рождаться с серьезными наследственными дефектами из-за такого радиационного фона. Этот метод пытается учесть влияние рецессивных мутаций. О них известно немного, и по этому вопросу еще нет единого мнения, но считается, что их вклад в суммарную частоту появления наследственных заболеваний незначителен, поскольку мала вероятность брачного союза между партнерами с мутацией в одном и том же гене. Немного известно также о влиянии облучения на такие признаки, как рост и плодовитость, которые определяются не одним, а многими генами, функционирующими в тесном взаимодействии друг с другом. Оценки НКДАР ООН относятся преимущественно к действию радиации на единичные гены, поскольку оценить вклад таких полигенных факторов чрезвычайно трудно. Еще большим недостатком оценок является тот факт, что оба метода способны регистрировать лишь серьезные генетические последствия обучения. Есть веские основания считать, что число не очень существенных дефектов значительно превышает число серьезных аномалий, так что наносимый ими ущерб в сумме может быть даже больше, чем от серьезных дефектов. В последнем докладе НКДАР впервые была сделана попытка оценить ущерб, наносимый обществу серьезными генетическими дефектами, всеми вместе и каждым в отдельности. Например, и синдром Дауна, и хорея Гентингтона это серьезные генетические заболевания, но социальный ущерб от них неодинаков. Хорея Гентингтона поражает организм человека между 30 и 50 годами и вызывает очень тяжелую, но постепенную дегенерацию центральной нервной системы; синдром Дауна проявляется в очень тяжелом поражении организма с самого рождения. Если пытаться как-то дифференцировать эти болезни, то очевидно, что синдром Дауна следует расценивать как болезнь, причиняющую обществу больше ущерба, чем хорея Гентингтона. Таким образом, НКДАР ООН попытался выразить генетические последствия облучения через такие параметры, как сокращение продолжительности жизни и периода трудоспособности. Эти параметры, конечно, не могут дать адекватного представления о страданиях жертв наследственных недугов или таких вещах, как отчаяние родителей больного ребенка, но к ним и невозможно подходить с количественными мерками. Вполне отдавая себе отчет в том, что эти оценки не более чем первая грубая прикидка, НКДАР приводит в своем последнем докладе следующие цифры: хроническое облучение населения с мощностью дозы 1 Гр на поколение сокращает период трудоспособности на 50000 лет, а продолжительность жизни также на 50000 лет на каждый миллион живых новорожденных среди детей первого облученного поколения; те же параметры при постоянном облучении многих поколений выходят на стационарный уровень: сокращение периода трудоспособности составит 340000 лет, а сокращение продолжительности жизни 286 000 лет на каждый миллион живых новорожденных. Несмотря на свою приблизительность, эти оценки все же необходимы, поскольку они представляют собой попытку принять в расчет социально значимые ценности при оценке радиационного риска. А это такие ценности, которые все в большей степени влияют на решение вопроса о том, приемлем риск в том или ином случае или нет. И это можно только приветствовать.