Міністерство освіти та науки України
Запорізький національний університет
Індивідуальна робота з фізики
на тему: «Дія радіації на живі організми: норми, дози, захист, проблеми»
Виконала:студентка групи 8216-2
Ільєнко Уляна
Перевірила:Ткаченко Світлана Петрівна
Запоріжжя
2009 рік
Зміст
Дія радіації на живі організми
Радіація — виділення елементарних частинок чи електромагнітної енергії атомними ядрами під час їх поділу. Нині широко використовують термін йонізуюче випромінювання, під яким розуміють промені різних типів і походження, які в результаті проходження крізь речовину йонізують атоми і молекули. Так, йонізація може бути спричинена електромагнітними коливаннями (рентгенівським, синхротронним, гамма-випромінюванням) та частинками (електронами, позитронами, протонами, альфа-частинками, π-мезо-нами, прискореними ядрами, нейтронами). Найважливішим для людини і в той же час небезпечним є α-, β-і γ-випромінювання.
α -промені— це потік позитивно заряджених ядер Гелію. Вони мають найкоротший радіус дії (кілька сантиметрів у повітрі і 0,1 мм у живій тканині). Небезпечні тільки під час прямого контакту зі шкірою чи слизовими оболонками, але мають надзвичайну руйнівну силу, спричинюють сильні опіки.
β -промені складаються з негативно заряджених електронів, що рухаються з величезною швидкістю. В повітрі вони поширюються на кілька метрів, у живій тканині — на кілька міліметрів.
γ-промені мають електромагнітну природу і становлять найнебезпечніше явище. Діють на відстані сотень метрів.
Радіочутливість живих систем та її модифікація. Дози радіації
Всі живі організми мають власну радіочутливість — здатність реагувати у відповідь на подразнення, що викликане поглинутою енергією іонізуючого випромінення. Радіочутливість частіше всього оцінюється за смертельною дією радіації. Різні біологічні об’єкти мають різний рівень радіочутливості. Наприклад, деякі найпростіші організми, бактерії, віруси здатні переносити величезні дози радіації 1000-10000 Гр (10000-1000000 Р) і при цьому зберігати свою життєдіяльність. У ссавців стійкість до іонізуючих випромінювань набагато менша. Аналіз нещасних випадків показує, що абсолютна смертельна доза для людини, це 600+/-100 Р, а безпосередні (найближчі) ефекти опромінення не розвиваються при дозах менших 100 Р короткочасового опромінення.
Взагалі чутливість клітини до опромінення залежить від швидкості процесів обміну, що відбуваються у них, кількості внутрішньоклітинних структур та інтенсивності поділу клітин.
Складність та різноманітність процесів, що мають місце між початковим поглинанням радіаційної енергії та кінцевим проявом біологічного ушкодження, обумовлюють можливість багаточисельних модифікацій. Різні фізичні, хімічні та біологічні фактори можуть модифікувати число радіаційних ушкоджень.
До людського організму радіоактивні речовини потрапляють при диханні, заковтуванні, а також через пошкоджений шкіряний порив. Внутрішнє опромінення набагато небезпечніше, ніж зовнішнє, ю в цьому випадку збільшується період впливу радіоактивної речовини, зростає доза опромінення (відстань між речовиною і тканиною, яка іонізується, практично відсутня), виникає сприятлива можливість вибіркового розподілу іонізуючих речовин у тих органах, в яких вони найбільш схильні накопичуватись, виключається можливість застосування засобів захисту (екранів, віддалення від джерела або скорочення часу контакту з речовиною).
Із трьох шляхів надходження радіонуклідів до організму людини до найбільш небезпечного відносять вдихання забрудненого повітря. Пов'язано це з тим, що людина пропускає за робочий день через органи дихання близько 20 м3 повітря і тим, що у даному випадку радіоактивна речовина виключно швидко засвоюється.
Пилові частинки, потрапляючи через дихальні шляхи, осідають І альвеолах легенів і трахеобронхіальній області (до 90%), а також через рот і носоглотку потрапляють у травний тракт.
У кишково-шлунковому тракті в залежності від природи ізотопу а хімічної форми з'єднання величина коефіцієнта всмоктування речовини змінюється від часток відсотка (для нерозчинних з'єднань -Ru, Zr, Nb до десятків і навіть 100%, розчинні з'єднання — Ra, Ba, Cs).
Надходження через непошкоджену шкіру у 200-300 разів нижчі, між через травний тракт.
За здатністю розподілятись в організмі людини радіонукліди поділяються на три групи:
— накопичуються в скелеті — Sr-90, Ra-226, Th-228, U-238, ^u-239 (Стронцій, Кальцій, Барій, Радій);
— накопичуються в кровотворних органах і лімфатичній системі — Fu-198,Po-210 (Ніобій, Рутеній);
— рівномірно розподіляються в усіх органах і тканинах — Н-3, М4, Zn-95, Nb-95, Ru-103, Cs-137 (Тритій, Карбон, Ферум, Полоній).
Доза опромінення є кількісною оцінкою йонізації. Визначається кількістю енергії радіації, поглинутої одиницею маси
тіла. Одиницею виміру є грей. Користуються також поняттям ефективна еквівалентна доза (Зв), або біологічний еквівалент радіації (Бер).
Одиниці вимірювання йонізуючого випромінювання
Фізичні величини
У системі СІ
Позасистемні
Співвідношення
Активність, С
Бк(беккерель)
Кі (кюрі)
ІБк — 1 розпад за 1с = 2,7. 10 -11
1Кі; 1Кі = 3,7. 1010Бк
Поглинута доза, Д
Гр (грей)
Рад (рад)
Ірад= 1 Дж/кг;
1рад = 10-2Гр = = 100 ерг/г
Еквівалентна доза, Н
Зв (зіверт)
Бер (бер)
ІБер = 10-2
Зв = 10-2 Гр = 1 рад
Експозиційна доза,X
Кл/кг (кулон на кілограм)
Р
(рентген)
ІКл/кг = 3,77 10-3Р;
1Р = 0,01Гр
Види організмів та смертельні дози радіації
Види організмів
Доза опромінення
Види організмів
Доза опромінення
Віруси
62 — 4600
Молюски
120 — 200
Бактерії
17 — 3500
Рептилії
15 — 500
Найпростіші
100 — 3500
Риби
6 — 55
Водорості, лишайники
300 — 17000
Птахи
6 — 14
Покритонасінні
10 — 1500
Гризуни
8 — 15
Голонасінні
4 — 150
Велика рогата худоба
1, 5 — 2,7
Комахи
580 — 2000
Людина
2,5 — 3,0
--PAGE_BREAK--Дія дози опромінювання на людину
Люди можуть отримати однократні (гострі) і хронічні опромінювання. Гостре опромінення виникає внаслідок короткочасного впливу іонізуючого випромінювання. При цьому шкідливі наслідки не виявляються при дозах до 100 Р. Хронічне опромінювання може бути розтягнуте на десятки років, і сумарна величина його може досягти 1000 Р. Справа в тому, що відновлювальні процеси у живих тканинах мають високу інтенсивність, завдяки чому організм здатний протистояти багатократному опроміненню, сумарна доза якого при однократному впливі була б смертельною. Кращі відновлювальні властивості у молодих організмів, але ж вони найбільш вразливі.
Якщо брати на увагу Чорнобильську катастрофу, то вданий час форма та рівні радіаційного впливу в Чорнобильській зоні такі, що вони найчастіше не викликають видимих «потворних» або патологічних ефектів (такі ефекти взагалі рідкість та зникають раніше, ніж їх може помітити дослідник). Більшість же наслідків виявляється тільки під час використання складних сучасних методів біологічних досліджень (підвищений рівень мутагенезу, зміна генетичних структур популяцій, цитогенетичні ефекти й ін.). Як правило, вони не представляють «небезпеки» для популяції організмів у цілому, але можуть бути причиною зниження життєздатності або навіть загибелі окремих особин. Тому навіть в умовах найбільш забруднених ділянок Чорнобильської зони існують і розвиваються цілком життєздатні співтовариства організмів, навіть створюється видимість їх «процвітання».
Доза опромінення, бер
Тип опромінення
Пошкодження
тотальне
локальне
Не більше 25
все тіло
Не виявляється клінічних симптомів
50
все тіло
Тимчасове зниження кількості лімфоцитів
100
все тіло
Нудота, блювання, в'ялість у всьому тілі і значне зниження лімфоцитів
150
все тіло
Смертність — 5%; «похмілля» від опромінення-505 (стан схожий на похмілля від алкогольного сп'яніння).
200
все тіло
Зниження кількості лейкоцитів на тривалий час.
350
все тіло
Смертність — 505 за 30 діб.
600
все тіло
Смертність-90% за 14 діб.
не менше 700
все тіло
Смертність-100%.
300-500
шкіра
Випадання волосся і почервоніння шкіри.
300-500
гонади
Безпліддя на все життя.
Захист
Подаючи першу медичну допомогу в осередках ядерного ураження, слід вживати заходи, які забезпечать врятування життя людей. Потрібно зменшити дію зовнішнього γ-випромінювання, для чого всіх направляють у захисні споруди. Потім здійснюють часткову санітарну обробку та дезактивацію одягу-1 взуття. Ця обробка передбачає обмивання чистою водою або обтирання вологими тампонами і губками відкритих частин тіла. Потерпілим промивають очі і дають прополоскати рот. Одяг дезактивують з урахуванням напрямку вітру, при цьому дихальні шляхи людей повинні бути захищені респіратором, ватно-марлевою пов'язкою чи рушником.
Під час уражень ударною хвилею і світловим випромінюванням, коли виникають різноманітні ушкодження — кровотечі, вивихи, переломи, опіки тощо,— постраждалим подається допомога відповідно до характеру уражень.
Для попередження розвитку променевої хвороби слід застосувати радіозахисні препарати.
Характер захисних заходів залежить від часу, що минув з моменту виникнення небезпеки радіоактивного зараження. Основні методи захисту населення від зовнішнього опромінення та надходження радіонуклідів у організм з повітрям, водою та їжею зводяться до обмеження перебування людей на забрудненій місцевості. їх можна розмістити у тимчасових укриттях, герметизованих приміщеннях, евакуювати. Звичайно, потрібно виключити вживання продуктів і води, забруднених радіонуклідами. В ранній період (до однієї доби) необхідно приймати препарати, що містять Іод (наприклад, йодид калію), оскільки щитовидна залоза дуже швидко накопичує радіоактивний Іод-132 з періодом напіврозпаду 2 доби. Після цього терміну вживання препаратів Іоду недоцільне, у деяких випадках навіть шкідливе. Слід зазначити, що вживання спиртових розчинів йоду не допоможе, а тільки спричинить зайве подразнення слизових оболонок шлунка, тому що всі елементи потрапляють в організм лише у вигляді йонів.
Враховуючи можливість потрапляння радіоактивних речовин з повітрям у легені, для їх захисту слід використовувати респіратори. Дуже небезпечно палити у забрудненому повітрі, оскільки паління сприяє надходженню радіонуклідів у організм. Крім того, тютюн містить речовини, що посилюють дію радіації (радіосенсибілізатори).
На першому етапі після евакуації тіло людини необхідно промити струменем води протягом 15 хв з використанням мийних засобів. Рот, очі і ніс треба прополоскати 1 % -вим розчином соди. Всі губки і тампони, які застосовувалися для миття, слід зібрати, помістити у герметичні банки та направити на радіологічне дослідження. їх не можна закопувати і категорично забороняється спалювати. Обов'язковим є багаторазове промивання шлунка і кишечника волою.
Стронцій-90 набагато швидше видаляється з організму за умови частого вживання молока і продуктів, що містять Кальцій.
Дози
Поглинена доза, Гр
Наслідки
Прояв
менше 0,1
Спадкові порушення (генетичні ефекти), які рідко виникають.
У потомстві
0, 1 — 1,0
Віддалені наслідки (соматичні ефекти).
Через кілька років
1,0 — 2,0
Легка форма променевої хвороби. Ослаблений імунітет.
Через кілька місяців
2,0 — 3,0
Гостра форма променевої хвороби.
Через 1 — 2 місяці
3,0 — 10, 0
Середня форма променевої хвроби, що переходить у важку. Ураження кісткового мозку.
Через 12 — 30 діб
10, 0 — 50, 0
Кишкова форма променевої хвороби.
7 — 10 діб
50 — 100
Токсична форма променевої хвороби.
4 — 8 діб
понад 100
Церебральна форма променевої хвороби.
Кілька годин
Проблеми: вплив періоду напіврозпаду радіоактивних речовин на наслідки опромінення людини
Ступінь радіаційної небезпеки у випадку внутрішнього опромінення людини визначає ряд параметрів. Серед них важливе місце займає термін перебування випромінювача в організмі. Він визначається періодом радіоактивного напіврозпаду та періодом біологічного напіввиведення.
На піддослідних тваринах встановлено, що у випадку надходження радіонуклідів до організму через декілька хвилин вони з'являються у крові і досягають максимуму. Впродовж 15-20 діб спостерігається зниження концентрації до відповідного рівня, який може зберігатися постійним впродовж декількох місяців. При цьому концентрація в крові стає меншою, ніж у тканинах.
Час перебування випромінювача в організмі визначає довго-плинність опромінення тканин, які прилеглі до місця його локалізації.
При розрахунках допустимих величин внутрішнього опромінення враховують ефективний період, за який із організму видаляється радіоактивна речовина. Це може трапитись внаслідок її розпаду і внаслідок звичайних процесів виділення.
Біологічні періоди напіввиведення становлять від декількох годин (гази Kr, Xe, Rn, Tn) і практично до нескінченності (Sr, Y. Ra, Pu). Наприклад, для трансуранових елементів період напіввиведення складає для кісткової тканини щурів 1300-1500 діб, собак — 16-27 років, людини — 140-200 років.
Період Напіврозпаду для деяких радіонуклідів має такий строк:
— вуглець-14 — 5600 років;
— стронцій-89 — 50 діб;
— йод-131 — 8 діб;
— йод-133 — 20 годин;
— радій-226 — 1600 років.
Література
Войцицький В.М. Радіобіологія. 1990.
Екологічні проблеми: що відбувається, хто винуватий і що робити?: Навчальний посібник/Під ред. проф. В.И. Данилова-Данильяна. М.: Изд-У МНЭПУ, 1997. 332 с.
Ревелль П., Ревелль Ч. Середовище нашого перебування. В 4 кн. Кн. 3. Енергетичні проблеми людства/Пер. с англ. М.; Наука, 1995. 296с.
Міллер Т.Життя в навколишнім середовищі/Пер. с англ. В 3 т. Т.1. М., 1993; Т.2. М., 1994.
Небілий Б.Наука про навколишнє середовище: Як улаштований мир. В 2 т./Пер. с англ. Т. 2. М., 1993.