Федеральноеагентство по образованию РФ
ГОУ ВПО “Марийскийгосударственный педагогический институт им. Н.К.Крупской”
Кафедра физики
Курсовая работа
Радиация и человек
Работу выполнила:
ФИО
студентка 32 гр.
Научный руководитель:
ФИО
к.ф.-м.н., доцент
Йошкар-Ола
2008
Содержание
Введение. 3
Естественный фон ионизирующих излучений. Внешнее ивнутреннее облучение 7
Космическая радиация. 8
Земная радиация. 11
Особенности внешнего и внутреннего облучения. 14
Ионизирующая радиация в повседневной жизни. 18
Особенности действия радиации на организм человека. 23
Острая лучевая болезнь. 25
Охрана здоровья людей от вредного действия ионизирующейрадиации. 27
Заключение. 33
Литература. 39
Введение
Вселенная, мировое пространство пронизано лучистойэнергией. Если скопления материи в виде звезд, планет, блуждающих комет иметеоритов в масштабах Вселенной – редкие явления, то потоки лучей, порождаемыеими, наполняют все пространство. В каждой его точке ежесекундно можнообнаружить потоки излучений – радиацию. Огромные массы вещества в недрах звезд,вступая в ядерные реакции, превращаются в лучистую энергию, выделяемую вокружающее пространство. Вспышки новых звезд, рождение и гибель галактик,сжатие и концентрация вещества при затухании звезд и другие еще далеко непознанные, но постоянно происходящие во Вселенной превращения материисопровождаются огромными выбросами лучистой энергии в виде электромагнитныхколебаний всех диапазонов и потоков элементарных частиц и корпускул, начиная отнеуловимого нейтрино и кончая тяжелыми ядрами атомов.
Человечество с глубокой древности знало только осравнительно небольшой части спектра электромагнитных излучений – узкой полосевидимого света. Благотворное влияние солнечного света, под живительными лучамикоторого поспевают урожаи на полях, стало первым знанием человека о зависимостижизни на Земле от лучистой энергии Солнца. Прошло много столетий, прежде, чемчеловечество поняло, что вся энергия, используемая при сжигании дров, нефти,каменного угля – это лучистая энергия Солнца, аккумулированная земнойрастительностью.
Зрение, позволяющее воспринимать всю красоту имногокрасочность окружающего мира и ориентироваться в пространстве, такжеисследуется в течение столетий. В настоящее время хорошо известны и оптическоеустройство глаза, и тонкие фотохимические реакции, преобразующие кванты света внервные импульсы. Мы знаем и о замечательном устройстве зрительных центров вцентральной нервной системе, позволяющем с огромной скоростью анализироватьинтенсивность, длины волн и пространственное расположение потоков квантов,падающих на сетчатку глаза.
Область невидимых излучений лежит как в стороне болеедлинных, так и более коротких волн. Диапазон радиоволн только начинаетинтересовать биолога. Еще не ясно, воздействуют ли они на живые системы. Всебольший интерес вызывают сантиметровые и миллиметровые волны. В последние годыстали накапливаться факты об их воздействии на биологические объекты.Использование этих излучений в промышленности возрастает, поэтому их возможноевлияние на человека – вопрос, имеющий не только теоретический интерес.Ультракороткие и инфракрасные волны оказывают тепловое воздействие на тканиорганизмов, что широко используется в медицинской практике и сельскомхозяйстве. Не менее интересна и область корпускулярных ионизирующих излучений,таких, как α- и β- лучи радионуклидов, потоки электронов и протонов,генерируемые современными ускорителями, нейтроны атомных реакторов или π-мезоныи ядра тяжелых нуклидов – космических лучей. Корпускулярные излучения обладаютвысокой энергией, часто большой проникающей способностью, активновзаимодействуют с атомами и молекулами живых организмов, вызывая ионизацию,образование высокореактивных свободных радикалов, ядерные реакции. Все этоможет иметь глубокие последствия для жизнедеятельности клетки, ткани,организма. Ввиду сходства воздействия на вещество корпускулярных и такихэлектромагнитных излучений, как рентгеновские и γ-лучи, их частообъединяют в группу ионизирующей радиации.
При каждом таком акте распада высвобождается энергия,которая и передаётся дальше в виде излучения. Испускание ядром частицы,состоящей из двух протонов и двух нейтронов, как в случае распада U238,называется α-излучением; испускание электрона, как в случае распадатория-234, называется β-излученим и т.д. Различные ядра высвобождают своюэнергию различными способами, в форме электромагнитных волн и/или потоковчастиц. Разные виды излучения сопровождаются высвобождением разного количестваэнергии и обладают разной проникающей способностью, поэтому они оказываютнеодинаковое воздействие на ткани живого организма.
α -излучение представляет собой поток тяжелых частицположительно заряженных ядер гелия, состоящих из двух протонов и двухнейтронов, испускаемых атомами таких тяжелых элементов, как уран, радий, радони плутоний. В воздухе альфа-излучение проходит не более пары сантиметров(наиболее высокоэнергетические альфа-частицы могут пройти слой воздуха принормальном атмосферном давлении не более 11 см или слой воды до -150 мкм) и полностью задерживается листом бумаги или эпидермисом, внешним омертвевшим слоемкожи. Поэтому оно не представляет опасности до тех пор, пока радиоактивныевещества, испускающие альфа — частицы, не попадут внутрь организма черезоткрытую рану, с пищей или вдыхаемым воздухом; тогда они становятся чрезвычайноопасными. Альфа-излучение в 20 раз опаснее гамма-излучения.
Бета-излучение — это электроны, которые значительноменьше альфа-частиц и могут проникать в ткани организма через кожу на 1-2 см. Оно может быть задержано листом металла, оконным стеклом, обычной одеждой. Бета-излучениепоражает незащищенную кожу и глаза. Если частицы, испускающие бета-излучение,попадут в организм, они будут облучать внутренние ткани.
Гамма-излучение — это электромагнитное излучение высокойэнергии, которое обладает большой проникающей способностью, изменяющейся вшироких пределах. Ионизирующая способность гамма-излучения значительно меньше,чем у альфа- и бета- частиц. С того момента, как гамма-излучение попадает в вещество,его интенсивность начинает снижаться. На своем пути оно повсеместносталкивается с атомами. Такое взаимодействие с клетками тела может повредитькожу и внутренние ткани. Плотные материалы, такие, как свинец, бетон, являютсяотличными барьерами на пути гамма-лучей.
Рентгеновское излучение — аналогично гамма-излучению,испускаемому ядрами, но оно получается искусственно в рентгеновской трубке,которая сама по себе не радиоактивна. Поскольку рентгеновская трубка питаетсяэлектричеством, то испускание рентгеновских лучей может быть включено иливыключено с помощью выключателя.
Нейтронное излучение обладает высокой проникающейспособностью, поэтому наносит вред всем органам, но наиболее чувствительным кнейтронному излучению является хрусталик глаза. Нейтроны проникают глубже, чемгамма-лучи и могут быть остановлены только толстым бетонным, водяным илипарафиновым барьером.
В качестве единицы измерения поглощенной ионизирующейрадиации в современной единой системе единиц принято такое ее количество,которое соответствует энергии в 1Дж, поглощенной 1 кг ткани. Эта единица получила название грей (Гр) в честь крупного английского радиобиолога Л.Грея.В качестве единицы измерения ионизирующей радиации чаще используют величину в100 раз меньшую – рад.[1]
Также введена величина эквивалентной дозы, измеряемая взивертах (1 Зв = 1 Дж/кг). Зиверт представляет собой единицу поглощенной дозы,умноженную на коэффициент, учитывающий неодинаковую радиоактивную опасность дляорганизма разных видов ионизирующего излучения.
Для оценки эквивалентной дозы применяется также единицаБЭР (биологический эквивалент рада): 1БЭР = 0,01 Зв.
Естественный фон ионизирующихизлучений. Внешнее и внутреннее облучение
Где бы мы ни находились – на знойном юге или на далекомсевере, в долинах или высоко в горах, на свежем воздухе или в помещении, наотдыхе в санатории или на работе, окруженные современной техникой, на пароходе,в поезде или в самолете – наше тело постоянно пронизываетсявысокоэнергетическими фотонами и корпускулами ионизирующей радиации. Падая наорганизм извне, они проникают во все ткани и органы, где отдают свою энергиюмолекулам и структурам клеток.
В большом количестве они зарождаются внутри нашего телаот находящихся в нем радиоактивных веществ, и тогда вероятность их поглощениятканями повышается. Речь идет о высокоэнергетических фотонах и частицах. Их энергияво много раз превышает энергию любой химической связи в молекуле. Столкновениетаких частиц с молекулами нашего тела – это, как правило, катастрофа длямолекулы: она распадается, меняет свою конфигурацию, теряет одни свойства иприобретает совсем иные.
Расчеты показывают, что каждую секунду в организмечеловека весом в 70 кг в среднем происходит около 500 тыс. таких молекулярныхкатастроф, 500 тыс. столкновений молекул с ионизирующими частицами,сопровождающихся временным или постоянным изменением свойств этих молекул.
Облучение от естественных источников ни на минуту неостанавливается: секунды, минуты, часы, дни, годы непрерывно идет этамикробомбардировка наших клеток. Ее последствия только за последние годыстановятся ясны благодаря многочисленным радиобиологическим исследованиям. И,как часто бывает в науке, то, что казалось очевидным еще несколько лет назад,приобретает новое освещение в свете полученных фактов. Если в 40-х и даже вначале 50-х годов ученые имели вообще очень смутные представления оестественном фоне радиации, то теперь уже ясно, что его нельзя игнорировать,обсуждая такие проблемы, как происхождение жизни, эволюция, старение,канцерогенез и многое другое. Мы различаем внешнее облучение от источников, расположенныхвне организма, и внутреннее – от инкорпорированных, т.е. включенных в организмрадиоактивных нуклидов. Внешнее облучение слагается из облучения вторичнымикосмическими лучами, достигающими биосферы Земли, и излучениями радионуклидов,рассеянных в окружающих нас земных породах и строительных материалах.
Космическая радиация
Из недр мирового пространства, от звезд нашей галактики,а возможно и других галактик, в межпланетное пространство постоянно направленпоток первичных космических лучей, состоящий из высокоэнергетичных протонов,ионов гелия, тяжелых частиц, электронов, фотонов и нейтрино. Значительный вкладв этот поток вносит и наше Солнце, испускающее, помимо видимого света, мощноеультрафиолетовое излучение и поток высокоэнергетичных протонов.
Первый барьер, с которым сталкиваются космические лучи напути к биосфере, — магнитное поле Земли, отклоняющее заряженные частицыкосмической радиации, не дающее им даже достичь верхних слоев атмосферы.Отклоненные магнитным полем частицы как бы обтекают нашу планету на расстоянииот одного до восьми земных радиусов, образуя радиационные пояса с большойинтенсивностью облучения. (Радиация в этих поясах обусловлена электронами ипротонами с энергиями от десятка кэВ до сотен МэВ.) Радиационные пояса Земли,представляющие большую опасность для космонавтов (полеты с людьми всегдапланируются с расчетом минимального пребывания в пространстве радиационныхпоясов), не влияют на радиационную обстановку на земной поверхности.
Магнитное поле Земли создает мощную защиту нашей планетыот галактической космической радиации. Мощную, но не абсолютную. Частьвысокоэнергетичных лучей прорывается через магнитные поля и постояннобомбардирует верхние слои атмосферы. Исследования, проведенные на ракетах испутниках, показали, что мощность такого облучения закономерно изменяется всвязи с 11- летним солнечным циклом.
Причину подобных изменений выяснил английскийисследователь Е.Н.Паркер в 1966-1967 гг. Оказалось, что в годы солнечнойактивности усиливаются потоки плазмы, низкоэнергетичных протонов и электронов,испускаемых Солнцем, известные в астрономии под названием «солнечного ветра».Солнечный ветер оказывает влияние на магнитные поля Земли, усиливая ихспособность отклонять галактические космические лучи. Излучения солнечноговетра малоэнергетичны и также не пробиваются через магнитные поля. В годыусиленной солнечной активности вследствие увеличения магнитной защитыинтенсивность космического облучения Земли снижается, и наоборот, наибольшая облученностьЗемли космической радиацией наблюдается в годы спокойного Солнца.
Высокоэнергетичные (40-100 МэВ) космические лучи,прошедшие через магнитное поле, врываются в атмосферу. Очень немногие из нихпроникают через всю атмосферу и достигают поверхности Земли. Большинство же,сталкиваясь с атомами азота, кислорода, углерода, атмосферы, взаимодействует сядрами этих атомов, и, образно выражаясь, разбивает их вдребезги, рождаямножество новых частиц: протонов, нейтронов, π-мезонов (пионов), μ-мезонов(мионов)(3), образующих вторичное космическое излучение. Так как эти частицытоже обладают энергией в десятки МэВ, то, сталкиваясь с другими ядрами, онипорождают новые потоки излучений, образуя каскад вторичных космических лучей.
Часть нейтронов захватывается ядрами азота, образуярадиоактивный углерод С14. Мионы легко проникают в нижнюю часть атмосферы идоходят до поверхности Земли, составляя космическую часть естественного фонарадиации.
На уровне моря вторичные космические лучи в виде потоканейтронов, мионов и электронов составляют около 30% от всего облучениябиосферы. С высотой доза облучения от космических лучей значительно возрастает.Для жителей гор (1,5-2 км над уровнем моря) она почти в два раза выше, чем дляжителей равнин. На высоте 10 км, на которой проходят трассы современнойреактивной авиации, облученность космической радиацией уже на порядок выше, чемна уровне моря. На высоте 20 км она возрастает более чем на два порядка.
Эта высота интересна с двух точек зрения:
На такой высоте будут летать в ближайшем будущемпассажирские сверхзвуковые самолеты. Следует отметить, что на такой высотерезко увеличивается количество высокоэнергетичных тяжелых частиц, почти недостигающих поверхности Земли. Радиация от солнечных вспышек, фактически невлияющая на дозы облучения на поверхности Земли, на высоте 20 км будет резкоувеличивать дозы облучения в сотни и даже в тысячи раз.
Высота в 20 км интересна и с другой точки зрения. Втропических широтах Земли мощные потоки нагретого воздуха уносят в верхние слоиатмосферы значительное количество микроорганизмов, бактерий, спор, организмовморского планктона. Определение плотности органического вещества на разныхвысотах показало, что именно на высоте 15-20 км она достигает наибольшейвеличины – до 10 частиц (аэронов) на 1 см3. На этой высоте аэроны будутнаходиться 3-4 месяца, медленно передвигаясь в области средних широт. Принимаяво внимание высокую мощность космических лучей, доза, полученная микроорганизмами,может достигнуть нескольких рад. В средних широтах облученные микроорганизмывойдут в нижние слои атмосферы и выпадут с осадками на поверхность Земли.
Глубокая проникающая способность вторичных космическихлучей объясняется большой энергией. Вот почему так трудно избавиться от ихпостоянного воздействия. Для проведения экспериментов с резко пониженнымкосмическим облучением физики оборудуют специальные лаборатории в туннелях,проложенных у основания высоких гор. В таблице представлены дозы облучения человекакосмическими излучениями в разных условиях существования.Место пребывания Доза за определенный отрезок времени, мрад Час Месяц Год Средние широты на уровне моря 0,04 2,3 28 Горы на высоте 1,5-2 км 0,06-0,08 3,5-4,6 42-56 Реактивный самолет (высота 10 км) 0,4 - - Сверхзвуковой самолет (высота 20 км) 4 - - Сверхзвуковой самолет во время солнечной вспышки 400-4000 - -
Земная радиация
Все живое на Земле находится под постоянным воздействиемизлучений от рассеянных в окружающей нас природе радиоактивных нуклидов. Однииз них постоянно образуются в атмосфере и на поверхности Земли в результатеядерных реакций, осуществляемых космическими лучами. Как уже говорилось выше,захват нейтрона атомом азота ведет к образованию радиоактивного углерода С14.За счет ядерных столкновений образуются радионуклиды Н3 (тритий), Ве7(радиоактивный изотоп бериллия), Na22 и Na24 (радиоактивные изотопы натрия). Сточки зрения внешних облучателей С14и Н3 не принимаются во внимание ввиду оченьмягкого излучения этих изотопов. Радиоактивные бериллий и натрий даютвысокоэнергетичные и, следовательно, глубоко проникающие β- и γ-излучения,т.е. участвуют во внешнем облучении организмов. Однако их образуется настолькомало, что удельный вклад в общую облученность оказывается ничтожным.
Иначе дело обстоит с естественными радионуклидами,такими, как уран, торий и радиоактивный изотоп калия К40, и продуктами ихраспада. Как известно, уран-238 образует целую серию продуктов распада. Многиекороткоживущие, промежуточно образующиеся нуклиды, являются также и β-излучателями.Природный радий, например, излучает α-, β- и γ-лучи, так каквсегда содержит некоторое количество таких продуктов распада (дочерниеэлементы).
Длительно живущие элементы – уран, радий, свинец-210 –составляют значительную часть земного излучения. Радон всегда присутствует вприземном воздухе, вызывая облучение поверхности тела и легких при еговдыхании. То же можно сказать и о втором широко распространенном естественномрадионуклиде – тории Th232, имеющем время полураспада (в.п.) 1,41*1010 года.При распаде радиоактивного тория образуются радий228 (в.п. 5,8 лет), торий-228(в.п. 1,9 года), короткоживущий радон-220 (в.п. 55 с), превращаясь в конечномрезультате в стабильный изотоп свинца Pb208.
Наконец, третий, самый распространенный естественныйрадионуклид – это радиоактивный 40К постоянно сопровождающий природный,стабильный калий, имеющий время полураспада 1,26*109 лет и испускающий прираспаде β=1,38 МэВ и γ=1,46 МэВ лучи.
Облучение от земных радионуклидов в большей степенизависит от снежного покрова, влажности почвы и даже времени суток.Действительно, слой снега и большая влажность экранируют излучения почвы, иобщая доза в приземной атмосфере снижается. Ночью с понижением температурыгазообразный радон рассеивается медленнее, чем днем в жаркую погоду, и дозаоблучения на поверхности возрастает.
В различных частях света, в разных странах и отдельныхместностях концентрация естественных радионуклидов подвержена значительнымколебаниям, и соответственно изменяется средняя облученность населения.
Заметно меняется облученность тела человека в зависимостиот времени, которое он проводит в закрытых помещениях: дома, на службе, назаводах, в шахтах. Следует учитывать два обстоятельства: материал, из которогопостроено помещение, и качество вентиляции. Последнее обстоятельство связано сконцентрацией радона, в основном действующего на ткани легких.
Воздействие строительных материалов может проявлятьсядвояко. С одной стороны, они защищают наше тело от внешней радиации, поглощаяее в своей толщи. С другой стороны, многие строительные материалы сами богатырадиоактивными естественными нуклидами и поэтому могут повышать мощностьоблучения в помещениях. Такие строительные материалы, как дерево, тепловыепрокладки (войлок, стружки), почти не содержат или содержат очень малорадиоактивных нуклидов. В деревянных помещениях средний уровень облученностименьше, чем снаружи, вне дома. Отношение мощностей облучения внутри дома квнешнему облучению оказывается меньше единицы – 0,7-0,6 (коэффициент защиты). Низкорадиоактивны и большинство пластиков, природный цемент, мрамор, дающиекоэффициент защиты 0,8-0,9. С другой стороны, такие строительные материалы, какгранит, кирпич и бетон, имеющие в своем составе естественные радионуклиды,собственным излучением перекрывают защиту от внешнего облучения, и коэффициентвозрастает от 1,3 до 1,7. Так, например, измерения, проведенные во многих домахв Швеции, показали, что средняя мощность облучения вне помещения в 90 мрад/годв деревянных домах снижалась до 57, в кирпичных поднималась до 112, а вбетонных достигала 172 мрад/год. Обратная зависимость наблюдалась в колебанияхоблучения в районах с повышенной естественной радиоактивностью. Например,исследования, проведенные в районе Керала (Индия), показали, что в легкихдеревянных, бамбуковых и глиняных хижинах облучение было высоким (в некоторыхместностях достигало 2800 мрад/год), так как эти материалы не защищали отвысокого внешнего фона, а в кирпичных и цементных зданиях проявлялась защита, имощность дозы снижалась до 500-700 мрад/год.
Таким образом, внешнее облучение в биосфере наповерхности Земли в нормальных условиях, примерно на высоте 1 м от ее поверхности, слагается из космических лучей (28,3 мрад/год) и земной радиации (32мрад/год). В сумме организм человека получает 60 мрад/ год. Эта величиназаметно больше в горах и районах повышенной радиоактивности.
Особенности внешнего ивнутреннего облучения
Естественные радионуклиды постоянно вовлекаются вкруговорот веществ, который так характерен для живых организмов. Пути и степеньих проникновения в живые организмы будут зависеть от природы радионуклида. Радиоактивныйизотоп углерода С14 постоянно образуется в верхних слоях атмосферы благодаряядерной реакции космических лучей (нейтронов) с азотом:
n+N14→p+C14
Окисляясь с кислородом или озоном, этот углеродпревращается в радиоактивную углекислоту:
С14+О2→ C14 О2
Последняя, равномерно перемешиваясь с обычнойуглекислотой (на что уходит около года), поглощается зелеными листьями растенийв процессе фотосинтеза.
Хорошо известно, что все части растения строятся изпродуктов фотосинтеза. Таким образом, углеводы, жиры, белки и другие компонентырастений, содержащие углерод, будут слабо радиоактивны и, поступая в качествепищи в организм животного и человека, создают постоянно действующий небольшойуровень внутреннего облучения. Период полураспада С14 очень велик (5720 лет),поэтому он существует тысячелетия на нашей планете.
Установлено, что скорость образования С14 в верхних слояхатмосферы составляет 2,28 атома в 1 см3 в секунду. Это значит, что за год егообразуется 0,038 МКи. Эта цифра согласуется с содержанием С14 в атмосфере вцелом, которое равно 3,8 МКи.
В атмосфере содержится около 1/60 части всего углерода(биосфера, океан, осадочные породы). На нашей планете около 230 МКи С14, чиосообщает природному углероду активность, равную 6,1 пКи на1 г углерода. Этоочень слабая активность, дающая за год облучение тканей человека в пределах0,5-2,2 мрад.
Значительно больший вклад в суммарную активность вноситтакой природный нуклид, как радиоактивный изотоп калия К40. в обычном калиивсегда содержится в очень небольшом количестве (0,0118%) радиоактивный изотопК40. Без калия не происходит нормального развития организмов, без негоневозможна жизнь. Содержание калия строго регулируется как в животном, так и врастительном организмах. Его концентрация в растениях выше, чем в живых тканях.Существуют специальные механизмы, работающие в биомембранах, которые регулируютраспределение калия в организме человека. Его содержание в эритроцитах кровидостигает 460 мг%, в мышцах – 360 мг%, в головном мозге – 330 мг%. Калия мало вкостной ткани (50 мг%) и значительно меньше в сыворотке крови (20 мг%). Вмужском организме по сравнению с женским его больше, особенно в период половогосозревания. Молодой, энергично функционирующий организм содержит больше калияна 1 кг веса, чем старый. Эти данные получены при обследовании 859 человекобоего пола в камерах, позволяющих учитывать уровень и спектр излучения всеготела.
Соответственно содежанию калия меняется и облученностьткани от К40. Исходя из его среднего содержания в человеческом организме (200мг%), можно рассчитать, что К40 усилит общую мощность облучения на 19 мрад/год.В различных тканях эта величина колеблется: в гонадах 9-21, ткани легких 10-24и в костном мозге 16-38 мрад/год.
Уран, торий, радий повсеместно распространены в земнойкоре. Как показали специальные эксперименты, торий почти не усваиваетсярастениями. Его содержание ничтожно мало в собираемом урожае и в зеленой массерастений, поэтому его можно не рассматривать как внутренний излучатель ворганизмах растений, животных и человека.
Иначе ведут себя уран и радий. Соли урана из почвыпоступают в растение. Некоторые виды растений активно концентрируют уран. Былодаже предложено использовать некоторые виды как своеобразные индикаторы присутствияурана в окружающей среде.
С растительной пищей уран попадает в организм животных ичеловека (около 0,2-0,9 пКи в день). Это количество в отдельных местностях,богатых урановыми солями, может повышаться до 1,2 пКи в день. Очень немногоурана (1,4*10-3 пКи в день) поглощается за счет вдыхания пыли окружающеговоздуха, которая всегда содержит небольшие количества этого нуклида.Значительно большие количества урана могут поступить в организм человека засчет воды некоторых минеральных источников. Если обычная питьевая вода содержитменее 0,03 пКи/л урана, то в некоторых местностях его содержание в воде доходитдо 20 пКи/л.
Внутреннее облучение по сравнению с внешним отличаетсярядом особенностей:
Если при внешнем облучении учитывалось только γ-излучение,то при внутреннем основное действие оказывают α- и β-излучения,имеющие возможность действовать непосредственно на жизненно важные ткани и органычеловека.
Большинство радиоактивных изотопов накапливается вопределенных тканях, что приводит к неравномерному облучению отдельных частейорганизма.
Внутреннее облучение действует все время, покарадиоактивные вещества находятся внутри организма.
Данные радиобиологических исследований показывают, что невсе органы и ткани человеческого организма обладают одинаковойчувствительностью к облучению. Наиболее чувствительны гонады – половые железы иорганы кроветворения. Поэтому помимо общей дозы облучения, получаемойчеловеком, необходимо также знать дозу, получаемую гонадами.
В приведенной ниже таблице представлены данные Научногокомитета ООН по действию атомной радиации – мощности доз внешнего и внутреннегооблучения от естественных источников в районах, не обладающих повышенным фономрадиоактивности. В таблице отдельно показана доза, полученная за счет α-частици нейтронов, обладающих большей биологической эффективностью, чем γ-лучи иβ-частицы. Приведенные данные для внешнего облучения могут изменяться взависимости от географических условий.
Годичные дозы, получаемые организмом человека в результатевнешнего и внутреннего облучения от естественных источников.Источники облучения Получаемая доза, мрад/год Гонады Клетки кости Костный мозг
Внешнее облучение
Космические лучи
Излучение земли
28
50
28
50
28
50
Внутреннее облучение
Калий-40
Рубидий-87
Углерод-14
Радий-226
Радий-223
Полоний-210
Радон-222
20
0,3
0,7
-
-
0,3
0,3
15
0,3
1,6
0,6
0,7
2,1
0,3
15
0,3
1,6
0,03
0,03
0,3
0,3 Итого 100 99 96 %-α-частиц и нейтронов 1,3 4,4 1,4
Ионизирующая радиация вповседневной жизни
Радиационное воздействие от атомных электростанций врядли увеличит естественный уровень радиоактивности на нашей планете. Для тревогинет оснований, особенно при сопоставлении пользы от атомных электростанций с ихнеизмеримо малым влиянием на радиоактивность окружающей нас среды. Все подсчетывелись крупномасштабно: в отношении всей планеты и человечества на десятки летвперед. Естественно, возникает вопрос: а не сталкиваемся ли мы с невидимымилучами в повседневной жизни? Не создает ли человек вокруг себя дополнительныеисточники радиации при той или иной деятельности, не пользуемся ли мы этимиисточниками, подчас не ассоциируя их с действием атомной радиации?
В современной жизни человек действительно создает рядвоздействующих на него источников, иногда очень слабых, а подчас и достаточносильных.
Рассмотрим хорошо известные рентгеновские диагностическиеаппараты, которыми снабжены все поликлиники и с которыми мы сталкиваемся привсевозможных профилактических обследованиях, проводимых в массовом масштабесреди населения. Статистика показывает, что количество лиц, проходящихрентгеновское обследование, возрастает с каждым годом на 5-15% в зависимости отстраны, уровня медицинского обслуживания. Все мы хорошо знаем, какую огромнуюпользу приносит современной медицине рентгенодиагностика. Человек заболел. Врачусматривает признаки серьезного заболевания. Рентгеновское обследование частодает решающие данные, следуя которым врач назначает лечение и спасает жизньчеловеку. Во всех этих случаях уже не важно, какую дозу облучения получитбольной при той или иной процедуре. Речь идет о заболевшем человеке, оликвидации непосредственной угрозы его здоровью, и в этой ситуации вряд лиуместно рассматривать возможные отдаленные последствия от самой процедурыоблучения.
Но за последнее десятилетие в медицине наметиласьтенденция усиленного использования рентгеновских обследований здоровогонаселения, начиная от школьников и призывников в армию и кончая населениемзрелого возраста – в порядке диспансеризации. Конечно, врачи и здесь ставятперед собой гуманные цели: своевременно выявить начало еще скрытой болезни,чтобы вовремя и с большим успехом начать лечение. В результате тысячи, сотнитысяч здоровых людей проходят через рентгеновские кабинеты. В идеале врачистремятся такие обследования проводить ежегодно. В результате общаяоблученность населения повышается. О каких же дозах облучения идет речь примедицинских обследованиях?
Научный комитет по изучению действия атомной радиации приООН тщательно изучил этот вопрос, и полученные выводы многих удивили.Оказалось, что на сегодняшний день наибольшую дозу облучения население получаетименно от медицинских обследований. Подсчитав общую среднюю дозу облучения длявсего населения развитых стран от различных источников радиации, комитет обнаружил,что облученность от силовых реакторов даже к 2000 г. вряд ли превысит 2 — 4% от естественной радиации, от радиоактивных осадков 3 — 6 %, а отмедицинских облучений население ежегодно получает дозы, достигающие 20% естественногофона.
Каждое диагностическое «просвечивание» дает наисследуемый орган облучение, начиная от дозы, равной годовой дозе отестественного фона (примерно 0,1 рад), до дозы, превышающей его в 50 раз (до 5рад). Особый интерес представляют дозы, получаемые при диагностическихпросвечиваниях критическими тканями, такими как гонады (повышение вероятностигенетического повреждения потомства) или кроветворные ткани, такие, как костныймозг.
В среднем медицинские диагностические «просвечивания»рентгеном для населения развитых стран (Англия, Япония, СССР, США, Швеция идр.) составляют среднюю годовую дозу, равную одной пятой части естественногофона радиации.
Это, конечно, в среднем очень большие дозы, сопоставимыес естественным фоном, и вряд ли здесь уместно говорить о какой-либо опасности.Тем не менее, современная техника позволяет уменьшить дозовые нагрузки припрофилактических осмотрах, и это должно быть использовано.
Значительного снижения дозы облучения при рентгеновскихобследованиях можно достигнуть, совершенствуя аппаратуру, защиту, повышаячувствительность регистрирующих устройств и сокращая время облучения.
Где еще в нашей повседневной жизни мы сталкиваемся сповышенной ионизирующей радиацией?
Одно время широкое распространение получили часы со светящимсяциферблатом. Люминесцирующая масса, наносимая на циферблат, включала в свойсостав соли радия. Излучения радия возбуждали люминесцирующую краску, и онасветилась в темноте голубоватым светом. Но γ-излучение радия с энергией0,18 МэВ проникало за пределы часов и облучало окружающее пространство. Обычныеручные светящиеся часы содержали от 0,015 до 4,5 мКи радия. Расчет показал, чтонаибольшую дозу радиации (около 2 — 4 рад) за год получают мышечные ткани руки.Мышечная ткань сравнительно радиоустойчива, и это обстоятельство не тревожилорадиобиологов. Но светящиеся часы, находящиеся на руке очень много времени,расположены на уровне гонад и, следовательно, могут вызвать значительноеоблучение этих радиочувствительных клеток. Именно поэтому были предпринятыспециальные расчеты дозы, приходящейся на эти ткани за год.
Исходя из расчетов, что часы находятся на руке 16 часов всутки, была вычислена возможная доза облучения гонад. Она оказалась лежащей впределах от 1 до 60 мрад/год. Значительно большую дозу можно получить отбольших карманных светящихся часов, особенно если их носить в кармане жилета. Приэтом доза облучения может возрасти до 100 мрад. Обследование продавцов, стоящихза прилавком со множеством светящихся часов, показало, что доза облучения былаоколо 70 мрад. Подобные дозы, удваивающие естественный радиоактивный фон,увеличивают вероятность появления наследственных повреждений в потомстве. Вотпочему Международное агентство по мирному использованию атомной энергии в 1967 г. рекомендовало заменить радий в светящихся массах такими радионуклидами, как тритий (Н3) илипрометий – 147 (Рm147), обладающими мягким β-излучением, полностьюпоглощаемым часовой оболочкой.
Нельзя не упомянуть о множестве светящихся приборов вкабинах самолетов, пультах управления и др. Конечно, уровни радиации оченьразличны в зависимости от количества приборов, их расположения и удаленности отработающего, что постоянно должны учитывать органы санитарного надзора.
Далее речь пойдет о телевизоре, который используется вповседневной жизни любого гражданина. Телевизоры распространены в современномобществе столь широко, что вопрос о дозе радиации, поступающей от телевизора,был тщательно исследован. Интенсивность слабого вторичного излучения экрана,бомбардируемого электронным пучком, зависит от напряжения, под которым работаетданная система телевизора. Как правило, черно-белые телевизоры, работающие принапряжении в 15 кВ, дают на поверхности экрана дозы 0,5 – 1 мрад/ч. Однако этомягкое излучение поглощается стеклянным или пластиковым покрытием трубки, и ужена расстоянии 5 см от экрана радиация практически не обнаруживается.
Иначе обстоит дело с цветными телевизорами. Работая назначительно большем напряжении, они дают от 0,5 до 150 мрад/ч вблизи экрана нарасстоянии 5 см. предположим, вы смотрите цветной телевизор три – четыре дня внеделю по три часа в день. В год получим от 1 до 80 рад (не мрад, а рад!). этацифра уже значительно превосходит естественный фон облучения. Вдействительности получаемые людьми дозы значительно меньше. Чем большерасстояние от человека до телевизора, тем меньше доза облучения – она падаетпропорционально квадрату расстояния.
Радиация от телевизора не должна нас волновать. Системытелевизоров все время совершенствуется, и внешняя радиация их снижается.
Еще один источник слабых излучений в нашей повседневнойжизни – это изделия из цветной керамики и майолики. Для создания характерногоцвета глазури, придающего художественную ценность керамической посуде, вазам иблюдам из майолики, издревле используются соединения урана, образующиежаропрочные краски. Уран – долгоживущий естественный радионуклид – всегдасодержит дочерние продукты распада, дающие достаточно жесткое β-излучение,легко обнаруживаемое современными счетчиками вблизи поверхности керамическихизделий. Интенсивность излучения быстро падает с расстоянием, и если вквартирах на полках стоят керамические кувшины, майоликовые блюда илистатуэтки, то, любуясь ими на расстоянии 1-2 м, человек получает исчезающее малую дозу облучения. Несколько иначе обстоит дело с довольно распространеннымикерамическими кофейными и чайными сервизами. Чашку держат в руках, прикасаютсяк ней губами. Правда, такие контакты кратковременны, и значительного облученияне происходит.
Были проведены соответствующие расчеты для наиболеераспространенных керамических чашек для кофе. Если в течение дня 90 миннепосредственно соприкасаться с керамической посудой, то за год от β-радиациируки могут получить дозу облучения от 2 до 10 рад. Эта доза в 100 разпревосходит естественный фон облучения.
Интересная проблема возникла в ФРГ и США в связи сшироким применением для изготовления искусственных фарфоровых зубов особойзапатентованной массы, в состав которой входили соединения урана и церия. Этидобавки вызывали слабую флуоресценцию фарфоровых зубов. Зубные протезы являлисьслабыми источниками радиации. Но так как они постоянно находятся во рту, тодесна получали ощутимую дозу. Был издан специальный закон, регламентирующийсодержание урана в фарфоре искусственных зубов (не выше 0,1%). Даже при такомсодержании ротовой эпителий будет получать в год дозу около 3 рад, т.е. дозу в30 раз большую, чем от естественного фона.
Некоторые сорта оптических стекол изготовляют сдобавлением в их состав тория (18-30%). Изготовление линз для очков из такогостекла приводило к слабому, но постоянно действующему облучению глаз. Сейчассодержание тория в стеклах для очков регламентируется законом.
Особенности действия радиации наорганизм человека
Различные виды ионизирующих излучений вызывают у человекаи животных однотипное заболевание – лучевую болезнь. Быстрота и характерпроявления, а также глубина радиационных поражений зависят от ряда факторов, вчастности, от поглощенной дозы, ее мощности, реактивности организма и,наконец, от условий облучения.
В процессе опытов на лабораторных животных при их общемоблучении свыше 100 рад было установлено, что средняя продолжительность жизнипосле облучения зависит от поглощенной дозы. При облучении порядка 100 рад усобак лишь несколько сокращается продолжительность жизни; при облучении 100-150рад отмечается заболевание различной тяжести, и длительность жизни животногорезко сокращается. При облучении 1000-15000 рад наступает гибель животных натретьи-четвертые сутки после воздействия радиации, а при облучении свыше 20 000рад животные погибают несколько секунд спустя после облучения либо во времяоблучения – так называемая смерть под лучом (молекулярная смерть).
Имеются наблюдения, показывающие, что при одинаковыхпоглощенных дозах в случаях меньшей мощности дозы вредное действие излученияснижается. Это связывают с процессами восстановления поврежденных тканей за времямежду сеансами облучения. Однако многократные повторные облучения при малоймощности облучения также вызывают заболевание. На основании имеющихсястатистических данных о лучевой болезни у человека, а также на основаниирезультатов, полученных на высших млекопитающих, разработаны положения определьно допустимых дозах радиации, т.е. максимальных поглощенных дозах,получение которых не вызывает заметных соматических нарушений в организмечеловека. Такой дозой для человека в настоящее время является 0,1 бэр в неделюсверх естественного фона для лиц, работающих с радиоактивными источниками, 0,01бэр в неделю для лиц, косвенно соприкасающихся с таковыми, и 0,001 бэр для всехостальных людей. Существенную роль в развитии радиационного поражения играютиндивидуальные особенности организма.
Важную роль в развитии последствий воздействия радиациииграют условия облучения. Человек и животное может получить определенную дозуразличными путями:
Общее облучение организма, которое происходит привоздействии рентгеновских и γ-лучей, а также нейтронов;
Местное (локальное) внешнее облучение отдельных частейтела;
Внутреннее (инкорпорированное) облучение при попадании ворганизм радиоактивных веществ – α-, β-, γ-излучателей.
Последнее связано с быстротой всасывания и выведения, спреимущественной локализацией данного вещества в определенном органе, а также спериодом полкраспада данного радиоактивного изотопа. Большую опасность,например, представляет Sr90 (Т=28 лет), локализующийся в костной ткани.Наиболее тяжелые последствия вызывает общее облучение. При местном облучениимогут быть поглощены дозы во много раз больше, чем при общем облучении, чтоиспользуется при лучевой терапии. Летальная доза при локальном воздействиизависит и от того, какой орган облучается, так как надо учитывать, чтооблученный орган всегда взаимодействует с соседними, необлученными.
Причиной лучевой болезни может быть любой видионизирующей радиации и все указанные способы ее воздействия на организм: общееоблучение, большое местное облучение, внутреннее облучение, лучевая терапия,длительное действие малых мощностей поглощенной дозы. По течению различаютострую и хроническую лучевую болезнь.
Острая лучевая болезнь
Острая лучевая болезнь возникает после тотальногооднократного внешнего равномерного облучения. ОЛБ может протекать в легкой,средней тяжести и тяжелой форме. Между величиной поглощенной дозы в организме исредней продолжительностью жизни существует строгая зависимость.
Было обнаружено, что зависимость времени наступлениягибели самых разнообразных объектов от дозы носит ступенчатый характер.Соответствующая кривая для человека, описывающая зависимость среднейпродолжительности жизни от дозы излучения, состоит из 3-х участков. Начальныйучасток охватывает диапазон доз от 200 до 800рад, когда средняяпродолжительность жизни не превышает 40 суток. На первый план при этих дозахвыступает нарушение кроветворения. При дозах до 3000рад (продолжительностьжизни около 8 суток) ведущим становится поражение кишечника, а при еще большихдозах (продолжительность жизни 2 суток и менее) смерть наступает от поврежденияцентральной нервной системы.
В течении ОЛБ выделяют четыре периода:
Начальный – наблюдается сразу после облучения, он длитсяот нескольких часов до 1-2 суток. Признаками лучевого поражения в этот периодявляется задержка митотической активности в кроветворных клетках. В этот периодусиливаются обменные процессы и повышаются функции основных органов и систем.
Скрытый, латентный — характеризуется изменениями в кровибольного, связанными с начинающимся угнетением кроветворения. Длительностьпериода зависит от поглощенной дозы от двух недель до нескольких чаов.
Период выраженных явлений, или период разгара болезни –характерны кровоизлияния во внутренние органы, резкое подавление кроветворения,повышение проницаемости естественных барьеров и мембран, что способствуетраспространение в организме микробов и различных токсических веществ. Он длитсяв легких случаях в течение нескольких дней, в тяжелых – 2-3 недели.
Период исхода, или период восстановления.
Если доза облучения основной массы тела достигает500-1000рад и более, то выживание невозможно, несмотря на медицинский уход итерапию (в Чернобыле — 19 погиб./1 жив.).
При дозах 200-500 рад выживание возможно, но необходимо своевременноеи квалифицированное лечение (в Чернобыле — 7погиб./14 жив.).
При дозах 100-200 рад выживание вполне вероятно безспециального решения, т.к. поражение не столь сильное, чтобы вызватьсущественное угнетение костного мозга (в Чернобыле – 1 погиб./31 жив.).
При дозах менее 100 рад выживание несомненно, аклиническая симптоматика не требует медицинского вмешательства (40 чел. вЧернобыле).
Кроме указанных периодов, можно говорить еще оботдаленных последствиях воздействия радиации, которые могут проявляться вразличных формах спустя 10-20 лет.
Хроническая лучевая болезнь
Хроническая лучевая болезнь развивается в результатепродолжительного облучения организма в малых дозах – мощности дозы0,1-0,5рад/сутки после накопления суммарных доз около 100рад. Своеобразие ХЛБсостоит в том, что в активно размножающихся тканях благодаря интенсивнымпроцессам клеточного обновления длительное время сохраняется возможностьструктурного восстановления целостности ткани. В то же время такиерадиоустойчивые системы, как нервная, сердечно-сосудистая, эндокринная отвечаютна хроническое лучевой воздействие сложным комплексом функциональных реакций. Втечении хронической лучевой болезни выделяются три периода:
период ранних изменений
период развития осложнений
период тяжелых необратимых изменений в организме
Охрана здоровья людей от вредногодействия ионизирующей радиации
Проблема защиты людей от вредного, опасного действияионизирующей радиации разрабатывается уже давно. В 1905 г. на первом конгрессе германских рентгенологов был поднят вопрос о законодательной охране трударентгенологов. В Советском Союзе действовало санитарное законодательство,регламентирующее правила использования источников ионизирующей радиации гигиены,являющийся научным и методологическим центром по разработке проблемрадиационной гигиены.
Искусственные источники ионизирующей радиации, по оценкеООН по изучению действия радиации, создают в среднем за год дозы на половыежелезы порядка 40 мрад; в то время как от естественных источников эта дозаравняется 100 мрад, т.е в 2,5 раза больше.
Таким образом, увеличение лучевого воздействия за счетискусственных источников радиации относительно невелико. Учитывая жеколеблемость естественного фона радиации и способность организмаприспосабливаться к повышению радиационного фона в некоторых пределах, следуетпризнать такие изменения величины лучевого воздействия в достаточной степенибезопасными для здоровья.
Однако необходимо отметить, что эти дозы – средние длявсего населения. В отдельных случаях могут быть значительные отклонения. Такесли каждый человек в результате использования ионизирующей радиации втерапевтических целях в среднем получает 10 мрад в год, то больной,подвергающийся радиотерапии, может получить тысячи и десятки тысяч рад.
В настоящее время, когда прошло уже несколько лет послезапрещения испытаний ядерного оружия в трех средах, опасность, связанная сдействием радиоактивных осадков, значительно уменьшилась. Доза, создаваемаяими, исчисляется в среднем в пределах 2-5 мрад за год, т.е составляет единицыпроцентов от дозы, получаемой от природной радиации.
Основной вклад в дозу от искусственных источниковрадиации вносят рентгенодиагностические процедуры. В среднем он составляет 25мрад за год. В крупных городах развитых стран эта доза значительно выше. Такдля Нью-Йорка она достигает 150 мрад.
Сами по себе такие дозы не опасны для здоровья. Однако вотдельных случаях они могут быть значительно выше и тогда возникает проблемагенетических повреждений. Поэтому во всех странах принимаются меры, ограждающиенаселение, и в первую очередь молодых людей, способных к деторождению, отнерационального применения рентгеновских лучей с диагностической целью.
В Советском Союзе проводится специальный комплексмероприятий с целью снижения лучевых воздействий при рентгенодиагностическихпроцедурах. Осуществляется постоянный контроль за технической неисправностьюаппаратуры и соответствием оборудования рентгенодиагностических кабинетовсанитарным требованиям. Ограничены массовые рентгенодиагностическиеобследования. Они не проводятся у детей. У беременных женщин в связи с высокойрадиочувствительностью плода рентгенодиагностические процедуры проводятсятолько в крайних случаях, по жизненно важным показаниям.
В то же время современная диагностика болезней во многомосновывается на результатах рентгеновских исследований, значение которых в этомотношении трудно переоценить. При проведении многих профилактическихмероприятий используются массовые рентгенодиагностические обследования. Поэтомунет оснований отказываться от использования столь мощного диагностическогосредства. Тем более, что рентгеновская аппаратура постоянно совершенствуется.Это позволяет постепенно снижать величину радиационных воздействий.
Так, внедряется электронно-оптический преобразователь(ЭОП), способный снимать изображение с экрана рентгеновского аппарата ипередавать его на экран телевизора. Такое устройство позволяет почти в десятьраз снижать величину лучевого воздействия на пациента.
Широкое распространение получили часы со светящимисяциферблатами, содержащими радиоактивные вещества. В среднем краска нациферблате содержит 1,5 мккюри радия, что создает дозу порядка 1 мрад в год.Однако, если содержание радия в краске выше, эта доза может быть большей идостигать 4-80 мрад.
В больших часовых магазинах, как показали измерения,проведенные в ФРГ, продавцы получали от циферблатов со светящимися краскамидозу, составляющую 75% от дозы, создаваемой естественным фоном радиации.
Телевизоры имеют очень широкое распространение. В 1967году в Советском Союзе было около 70 млн. телезрителей, т.е. около третинаселения. Телевизионная трубка – кинескоп — излучает мягкие рентгеновы лучи, иесли не предусмотрена необходимая защита, то доза рентгеновских лучей,получаемая телезрителями, может достигнуть нежелательных размеров. Из-занедостаточной защиты в цветных телевизорах фирме “General Electric” пришлосьзаменить более 100 тыс. кинескопов. Этот вопрос обсуждался в конгрессе США, таккак вызвал широкий резонанс у населения.
В Советском Союзе был установлен ГОСТ, предусматривающий,что выпускаемые телевизоры могут создавать дозу на расстоянии 50 см от экрана, не превышающую13 мкр в час. Такая доза за год на все население составит 0,5% отдозы, создаваемой естественным уровнем ионизирующей радиации.
Для лиц, непосредственно работающих с источникамиизлучения, малые дозы радиации приобретают характер профессиональной вредности.Эта группа людей пока относительно невелика. Для обеспечения их безопасности вСоветском Союзе величина лучевого воздействия ограничена в законодательномпорядке; к работе с источниками ионизирующей радиации допускается только здоровыевзрослые люди, получающие целый ряд льгот: укороченный рабочий день, дополнительныйотпуск, специальное питание. Все эти мероприятия создают условия, при которыхпрофессиональные лучевые воздействия не вызывают существенные изменения всостоянии здоровья.
В 1996 году, в соответствии с Законом РФ “О радиационнойбезопасности населения”, введены дозовые пределы: для персонала – 20мЗв(миллизиверт) в год при производственной деятельности с источникамиионизирующих излучений и 1 мЗв для населения.
Методы и средства защиты от ионизирующих излученийвключают в себя организационные, гигиенические, технические илечебно-профилактические мероприятия, а именно:
увеличение расстояния между оператором и источником;
сокращение продолжительности работы в поле излучения;
экранирование источника излучения;
дистанционное управление;
использование манипуляторов и роботов;
полная автоматизация технологического процесса;
использование средств индивидуальной защиты ипредупреждение знаком радиационной опасности;
постоянный контроль за уровнем излучения и за дозамиоблучения персонала.
Защита от внутреннего облучения заключается в устранениинепосредственного контакта работающих с радиоактивными веществами ипредотвращение попадания их в воздух рабочей зоны.
Необходимо руководствоваться нормами радиационнойбезопасности, в которых приведены категории облучаемых лиц, дозовые пределы имероприятия по защите, и санитарными правилами, которые регламентируютразмещение помещений и установок, место работ, порядок получения, учета ихранения источников излучения, требования к вентиляции, пылегазоочистке, обезвреживаниюрадиоактивных отходов и др.
С начала 1996 года в РФ действует Закон “О радиоактивнойбезопасности населения”.Принципиальная основа Закона РФ заключается в новойстратегии радиационной защиты, предусматривающей в качестве основногопоказателя оценки уровня радиационного благополучия населения среднююэффективную дозу, получаемую им от всех источников ионизирующего излучения.
Предусмотрено возмещение ущерба здоровью граждан,проживающих вблизи радиационно-опасных предприятий и на территории, где могутбыть превышения дозовых пределов. В Законе указываются конкретные значенияосновных дозовых пределов, которые снижены для работающих с излучением в 2,5раза, а для населения – в 5 раз по сравнению с ранее действовавшими нормами.Проведение мероприятий, связанных с введением в действие новых основных дозовыхпределов, предусматривается за счет собственных средств предприятий. Крометого, за счет средств предприятий и средств экологических фондов будетвнедряться государственная система социально-экономической компенсации гражданза повышенный риск, связанный с проживанием в районах расположениярадиационно-опасных объектов. За счет средств федерального бюджета — осуществлять разработка единой государственной системы учета и контроля дозоблучения персонала, работающего с радиоактивными источниками, и населения,подвергшегося воздействию источников излучения естественного и искусственногопроисхождения, а также составление карт-схем, атласов радиоактивногозагрязнения и создание банка данных.
В заключение следует подчеркнуть, что действиеионизирующей радиации не опасно для здоровья, если разумно, осторожнообращаться с источниками излучения. Наши знания позволяют установить границыопасных лучевых воздействий. В то же время надо всегда помнить, что неосторожноеобращение с источниками радиации может привести к нежелательным, а иногда итяжелым последствиям.
Заключение
Итак, мы рассмотрели радиационную обстановку на нашейпланете. Все живые организмы, и человек в том числе, постоянно находятся врадиационном поле малой интенсивности. Наше тело каждую секунду на протяжениивсей жизни пронизывается высокоэнергетичными квантами γ-радиации,бомбардируется элементарными частицами больших энергий. Облученность нашегоорганизма обусловлена космической радиацией, излучениями радионуклидов,рассеянных в окружающих нас породах, водах и атмосфере, радионуклидов,инкорпорированных в наши ткани и органы.
Облученность от естественных источников радиацииувеличилась за последние десятилетия за счет использования авиатранспорта,испытаний ядерного оружия, ввода в строй многочисленных атомных электростанций,широкого использования рентгенодиагностики в медицине, использованиярадиоизотопов и электронных устройств в быту.
Дозы облучения, получаемые человеком от всех этихисточников, невелики. Для сравнения вкладов различных источников в общуюусредненную дозу для всего населения Земли они были сопоставлены с естественнымфоном радиации, который был принят за 100 мрад/год. Результаты такогосопоставления приведены ниже. Доза мрад/год Естественный фон радиации 100 Медицинская диагностика 19,1 От ядерных испытаний, осуществленных в период 1951-1976 гг.(сред.) 8,2 От бытовых источников 0,82 От действующих атомных электростанций 0,16 От использования воздушного транспорта 0,10 От использования фосфорно-калийных удобрений 0,01 От тепловых электростанций 0,005
Наибольший вклад в облученность населения вноситмедицинская диагностика, дающая около 20% естественного фона. Все ядерныеиспытания, проведенные до 1976 года, дают годичную облученность, более чем вдва раза меньшую по сравнению с медицинской диагностикой. Еще на порядок меньшеоблученность от бытовых источников, и только около одной десятой процента отестественного фона радиации мы получаем от работающих электростанций.
По мере того как ученые все больше узнают свойства«невидимых лучей», постигают последствия их действия на живые организмы и наокружающую нас природу, осваивают возможности использования этих лучей вмедицине, сельском хозяйстве и промышленности – все новые и новые увлекательныезадачи и проблемы открываются их взору, становятся на повестку дня и ждутсвоего разрешения. Остановимся только на некоторых из них.
Исключительно большой практический интерес имеет проблемаодновременного действия ионизирующей радиации и ряда других физических ихимических факторов окружающей нас среды. Два аспекта этой проблемы особеннозлободневны. Первый заключается в возможности уменьшить разрушающее действиерадиации путем одновременного воздействия другого физического или химическогофактора. Проблема защиты от вредного действия радиации – одна из самыхактуальных проблем.
Второй аспект возник, когда были сделаны наблюдения означительном усилении – синергизме – радиобиологических эффектов при одновременномвоздействии других факторов. Проблема синергизма оказалась весьма актуальнойпри оценке возможных последствий загрязнения окружающей нас среды и прииспользовании ионизирующей радиации в медицине и промышленности. Рассмотримнесколько примеров, поясняющих подходы к решению поставленных задач иперспективность работы в этих направлениях.
Как уже говорилось ранее, при облучении организма втканях, клетках возникает множество свободных радикалов, действие которых наклеточные структуры и вызывает поражающий эффект радиации. Возникла мысльввести перед облучением безвредные для организма вещества, активно реагирующиесо свободными радикалами. Они будут перехватывать эти радикалы и не дадут имвозможности подействовать на жизненно важные структуры клетки – осуществляетсязащита. Подобные вещества так и назвали – «перехватчики радикалов». Имеется рядвеществ, защищающих по этому принципу. Радиобиологи давно установили, чтоприсутствие кислорода усиливает действие облучения – так называемый кислородныйэффект. Были предложены вещества, временно снижающие концентрацию кислорода втканях организма, т.е. вызывающие гипоксию. Оказалось, что в состоянии гипоксииорганизм более устойчив к действию радиации.
Чем интенсивнее идут процессы обмена, чем быстрее делятсяклетки в тканях, тем чувствительней они к вредному действию радиации.Биохимикам были известны вещества, снижающие процессы обмена, замедляющиеделение клеток. Оказалось, что введение этих веществ перед облучениемобеспечивает защитный эффект.
В клетках и тканях организмов всегда присутствуютвещества, препятствующие окислению ненасыщенных жирных кислот, которые входят вструктуру клеточных биомембран. Эти вещества так и называют – антиоксиданты.При облучении организма резко усиливаются процессы окисления ненасыщенныхжирных кислот. Природные антиоксиданты не справляются со своей задачей.Нарушается структура биомембран, их проницаемость, регулярные свойства, чтоуглубляет вредные последствия облучения. Введение дополнительного количестваантиоксидантов перед облучением – еще один путь защиты.
Приведенные примеры наглядно показывают широкиевозможности использования антагонизма в действии двух факторов для успешнойзащиты организмов от вредного действия радиации.
Не менее интересна в теоретическом и практическом аспектепроблема синергизма. О значении этой проблемы и о том внимании, которое уделяетей мировая наука, можно судить хотя бы по международному конгрессу порадиационным исследованиям, состоявшемуся в мае 1979 г. в Японии, на котором проблеме синергизма было посвящено наибольшее количество симпозиумов,секционных заседаний. В центре внимания конгресса стояли вопросы возможностииспользовать явление синергизма для повышения эффективности радиационнойтерапии опухолей. Рентгеновские и γ-излучения уже давно используются вмедицине для борьбы со злокачественными опухолями. Тонкий луч направляется наопухоль, он задерживает рост злокачественных клеток, разрушает их, на чем иоснован терапевтический эффект. Но врач не может увеличить дозу сверхнекоторого предела, так как в этом случае начинают поражаться другие тканибольного. Как усилить воздействия на опухоль, не увеличивая дозу облучения?
Была открыта возможность использования для этой целисинергизма при одновременном действии радиации и тепла. Ученые обнаружили поряду показателей, что ткань опухоли более чувствительна к повышениютемпературы, чем нормальная ткань. Но только прогрев опухоли не давал лечебногоэффекта. Однако, если одновременно с прогревом проводили лучевую терапию, тоэффект значительно усиливался, проявлялось действие синергизма, что позволялопри умеренных дозах облучения получать хороший терапевтический эффект. Гипертермияпри радиотерапии опухолей – еще один шаг вперед на этом трудном пути.
А вот пример использования синергизма совсем в другойобласти. Когда в жаркий летний день вы с удовольствием утоляете жажду стаканомфруктового сока, не приходит ли в голову мысль, а как сохраняется этот свежийсок без порчи, пока он дойдет от завода-изготовителя до потребителя?
Свежеприготовленный сок всегда содержит дрожжевые клеткии, постояв несколько дней, начинает бродить, что делает его непригодным купотреблению. Консервировать сок нагреванием до 100-1100С (обычный способприготовления консервов) нельзя, так как это изменяет и обесценивает егосвойства. Была предложена лучевая стерилизация. Однако, чтобы убить вседрожжевые организмы, потребовались очень высокие дозы облучения – до миллионоврад – что было и дорого и ухудшало качество сока. Решить вопрос удалось,используя явление синергизма – усиление эффекта при одновременном действиитепла и радиации. Только прогрев до 500 С не изменял его свойств, но затоповышал радиочувствительность дрожжевых клеток. Облучение при этой температуреуже при дозах 200-300 крад приводило к стерилизации сока, после чего сокхранился в течение нескольких месяцев, не теряя свойств натурального свежегонапитка.
Еще один пример, где синергизм помог бы разрешить большиехозяйственно важные проблемы. Имеется в виду задача обеззараживания отходовбольших животноводческих хозяйств. Это сложная проблема, если учесть, чтотолько одно крупное хозяйство (на 100 тыс. голов) дает ежедневно около 3000 тотходов. Были предложены химические и радиационные методы обеззараживания.Однако и те и другие оказались нерентабельными из-за необходимости использоватьбольшие количества химикатов для получения высоких доз облучения. Используяявление синергизма и здесь удалось наметить пути решения вопроса. Значительноеусиление эффекта при одновременном действии химиката и радиации позволило резкоснизить мощность и дозу облучения при затрате небольших количеств химикатов.
Все живое на Земле подвержено влиянию множествахимических и физических факторов, которые действуют одновременно с радиацией.Каковы будут последствия одновременного действия ионизирующей радиации ирадиоволн различных диапазонов, ультрафиолетовых и инфракрасных излучений? Какбудет влиять радиация в жарком климате на экваторе и при низких температурахКрайнего Севера? Будет ли проявляться синергизм в мутагенном действии радиациипри одновременном воздействии химических мутагенов, с каждым днем все болеезагрязняющих окружающих нас среду? Как скажется действие малых доз радиации вусловиях крупных промышленных городов, в которых воздух загрязнен выхлопнымигазами автомобилей, окислами азота и серы химических заводов? Сейчас нет данныхдля исчерпывающего ответа на подобные вопросы, но все, что мы знаем о явлениисинергизма, заставляет со всей серьезностью отнестись к ним и развернутьисследования в этом направлении.
В условиях постоянного действия малых доз радиациивозникла и эволюционировала жизнь на нашей планете. Эпидемиологические исравнительно-биологические исследования населения, животных, растений имикроорганизмов в районах с повышенным фоном естественной радиоактивности,несомненно, должны быть расширены. Они обогащают наши знания о результатахдлительного действия малых доз ионизирующей радиации на биосферу. Решениевопроса о приспособлении организмов к повышенным уровням облучения, остимулирующих, благоприятных влияниях малых доз радиации на существованиепопуляций представляет огромный интерес, так же как и установление минимальныхуровней, угнетающих, снижающих жизненные показатели популяций.
Все это – увлекательные и важные задачи для научногопоиска и постановки новых экспериментов, для раздумий и размышлений. Этозадачи, которые призваны решать отряды молодых ученых, заинтересовавшихсяобластью «невидимых лучей» вокруг нас – областью, исследуемой радиобиологией.Решение этих задач очень важно для всего человечества в настоящем и будущем.
Литература
1. Барабой В.А., Киричинский Б.Р. Ядерные излучения и жизнь. — М. 1972
2. Гродзенский Д.Э. Радиобиология. Биологическое действие ионизирующихизлучений. — М 1963
3. Жербин Е.А, Комар В.Е, Хаксон К.П. Радиация, молекулы и клетки. – М.1984
4. Кузин А.М. Невидимые лучи вокруг нас. — М: Наука. 1980
5. Кудрицкий Ю.К. Радиоактивность и жизнь. – Ленинград.1971
6. Писаревский А.Н, Габрилович И.М, Мережинский В.М. и др. Введение врадиационную биофизику. – Минск. 1968