Радиация и её разновидности

Оглавление

Радиация и её разновидности 3

Ионизирующие излучения 3

Источники радиационной опасности 4

Устройство ионизирующих источников излучения 5

Пути проникновения излучения в организм человека 6

Механизм действия ионизирующего излучения 7

Последствия облучения 9

Лучевая болезнь 14

Обеспечение безопасности при работе с ионизирующими излучениями 18

 

 

Радиация и её разновидности

 

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

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

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

Ионизирующие  излучения

 

Все ионизирующие излучения  делятся на фотонные и корпускулярные.

К фотонному ионизирующему  излучению относятся:

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

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

Корпускулярное ионизирующее излучение состоит из потока заряженных частиц, кинетическая энергия которых достаточна для ионизации атомов при столкновении. Нейтроны и другие элементарные частицы непосредственно не производят ионизацию, но в процессе взаимодействия со средой высвобождают заряженные частицы

Количественное содержание радиоактивного материала в организме  человека или веществе определяется термином «активность радиоактивного источника» (радиоактивность). За единицу  радиоактивности в системе СИ принят беккерель (Бк), соответствующий  одному распаду в 1 с. Иногда на практике применяется старая единица активности – кюри (Ки). Каждый радионуклид имеет  неизменный, присущий только ему период полураспада (время, необходимое для  потери веществом половины активности). Например, у урана-235 он составляет 4 470 лет, тогда как у йода-131 – всего лишь 8 суток.

Источники радиационной опасности

 

1. Главная причина опасности – радиационная авария. Радиационная авария – потеря управления источником ионизирующего излучения (ИИИ), вызванная неисправностью оборудования, неправильными действиями персонала, стихийными бедствиями или иными причинами, которые могли привести или привели к облучению людей выше установленных норм или к радиоактивному загрязнению окружающей среды.

2. Предприятия по разработке  месторождений и обогащению урана.  Уран имеет атомный вес 92 и  три естественных изотопов: уран-238 (99,3%), уран-235 (0,69%) и уран-234 (0,01%). Все изотопы являются альфа-излучателями с незначительной радиоактивностью (2800кг урана по активности эквивалентны 1 г радия-226). Уран – мягкий металл, по внешнему виду похожий на сталь. Содержание урана в некоторых природных материалах доходит до 60 %, но в большинстве урановых руд оно не превышает 0,05-0,5 %.

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

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

Устройство  ионизирующих источников излучения

 

По устройству ИИИ бывают двух типов – закрытые и открытые.

Закрытые источники помещены в герметизированные контейнеры и представляют опасность лишь в  случае отсутствия должного контроля за их эксплуатацией и хранением.

Работа с открытыми  ИИИ может привести к трагическим  последствиям при незнании или нарушении  соответствующих инструкций по правилам обращения с данными источниками. Поэтому прежде, чем начинать любую работу с использованием ИИИ, необходимо тщательно изучить все должностные инструкции и положения техники безопасности и неукоснительно выполнять их требования. Эти требования изложены в «Санитарных правилах обращения с радиоактивными отходами.

Пути  проникновения излучения в организм человека

 

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

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

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

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

- через повреждения и  порезы на коже;

- абсорбция через здоровую  кожу при длительном воздействии  радиоактивных веществ (РВ).

- через лёгкие при дыхании.  Попадание твердых радиоактивных  веществ в лёгкие зависит от степени дисперсности этих частиц. Из проводившихся над животными испытаний установлено, что частицы пыли размером менее 0.1 микрона ведут себя так же как и молекулы газов. При вдохе они попадают с воздухом в лёгкие, а при выдохе вместе с воздухом удаляются. В лёгких может оставаться лишь незначительная часть твёрдых частиц. Крупные частицы размером более 5 микрон задерживаются носовой полостью.

 

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

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

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

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

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

- невозможно использовать  какие-либо меры защиты, применяемые  при внешнем облучении: эвакуацию,  средства индивидуальной защиты (СИЗ) и др.

  Механизм действия ионизирующего излучения

 

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

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

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

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

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

Последствия облучения

 

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

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

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

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

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

Влияние на зародыш и плод вследствие облучения матери в период беременности. Радиочувствительность клетки меняется на разных этапах процесса деления (митоза). Наиболее чувствительна клетка в конце покоя и начале первого месяца деления. Особенно чувствительна к облучению зигота – эмбриональная клетка, образующаяся после слияния сперматозоида с яйцом. При этом развитие зародыша в этот период и влияние на него радиационного, в том числе и рентгеновского, облучения можно разделить на три этапа.