Дозы и воздействие ионизирующего излучения на организм
Grandars.ru » Безопасность жизнедеятельности » Основы Безопасности жизнедеятельности »

Дозы и воздействие ионизирующего излучения на организм

Воздействие радиации на организм человека

Воздействие радиации на человека зависит от количества энергии ионизирующего излучения, которая поглощается тканями человека. Количество энергии, которая поглощается единицей массы ткани, называется поглощенной дозой. Единицей измерения поглощенной дозы является грей (1 Гр= 1 Дж/кг). Часто поглощенную дозу измеряют в радах (1 Гр = 100 рад).

Однако не только поглощенная доза определяет воздействие радиации на человека. Биологические последствия зависят от вида радиоактивного излучения. Например, альфа-излучение в 20 раз более опасно, чем гамма- или бета-излучение.

Биологическая опасность излучения определяется коэффициентом качества К. При умножении поглощенной дозы на коэффициент качества излучения получается доза, определяющая опасность излучения для человека, которая получила название эквивалентной.

Эквивалентная доза имеет специальную единицу измерения — зиверт (Зв). Часто для измерения эквивалентной дозы используется более мелкая единица — бэр (биологический эквивалент рада), 1 Зв = 100 бэр. Итак, основными параметрами радиации являются следующие (табл. 1).

Таблица. 1. Основные параметры радиации

Параметр

Единица международной системы (СИ)

Единица

Соотношение между единицами

Активность

беккерель (Бк)

кюри (Ku)

1 Ки = 37 •109 Бк

Период полураспада

секунда

минута

сутки

год

-

Поглощенная доза

грей (Гр)

рад

1 Гр = 100 рад

Эквивалентная доза

зиверт(Зв)

бэр

1 Зв = 100 бэр

Экспозиционная и эквивалентная дозы радиации

Для количественной оценки ионизирующего действия рентгеновского и гамма-излучения в сухом атмосферном воздухе используется понятие «экспозиционная доза» — отношение полного заряда ионов одного знака, возникающих в малом объеме воздуха, к массе воздуха в этом объеме. За единицу этой дозы принимают кулон на килограмм (Кл/кг). Применяется также внесистемная единица — рентген (Р).

Количество энергии излучения, поглощенное единицей массы облучаемого тела (тканями организма), называется поглощенной дозой и измеряется в системе СИ в Грэях (Гр). Грэй - доза излучения, при которой облученному веществу массой 1 кг передается энергия ионизирующего излучения 1 Дж.

Эта доза не учитывает, какой вид излучения воздействовал на организм человека. Если принять во внимание этот факт, то дозу следует умножить на коэффициент, отражающий способность излучения данного вида повреждать ткани организма. Пересчитанную таким образом дозу называют эквивалентной дозой: ее измеряют в системе СИ в единицах, называемых зивертами (Зв).

Доза эффективная — величина, используемая как мера риска возникновения отдаленных последствий облучения всего тела человека и отдельных его органов с учетом их радиочувствительности. Она представляет собой сумму произведений эквивалентной дозы в органе на соответствующий взвешивающий коэффициент для данного органа или ткани. Эта доза также измеряется в зивертах.

Специальная единица эквивалентной дозы — бэр - поглощенная доза любого вида излучения, которая вызывает равный биологический эффект с дозой в 1 рад рентгеновского излучения. Рад - специальная единица поглощенной дозы зависит от свойств излучения и поглощающей среды.

Поглощенная, эквивалентная, эффективная и экспозиционная дозы, отнесенные к единице времени, называются мощностью соответствующих доз.

Условная связь системных единиц:

100 Рад = 100 Бэр = 100 Р = 13 В = 1 Гр.

Биологическое действие излучения зависит от числа образованных пар ионов или от связанной с ним величины — поглощенной энергии.

Ионизация живой ткани приводит к разрыву молекулярных связей и изменению химической структуры различных соединений. Изменение химического состава значительного числа молекул приводит к гибели клеток.

Под влиянием излучений в живой ткани происходит расщепление воды на атомарный водород Н и гидроксильную группу ОН, которые, обладая высокой активностью, вступают в соединение с другими молекулами ткани и образуют новые химические соединения, не свойственные здоровой ткани. В результате нормальное течение биохимических процессов и обмен веществ нарушается.

Под влиянием ионизирующих излучений в организме происходят торможение функций кроветворных органов, нарушение нормальной свертываемости крови и увеличение хрупкости кровеносных сосудов, расстройство деятельности желудочно-кишечного тракта, истощение организма, снижение сопротивляемости организма инфекционным заболеваниям, увеличение числа лейкоцитов (лейкоцитоз), раннее старение и др.

Воздействие ионизирующего излучения на организм человека

В организме человека радиация вызывает цепочку обратимых и необратимых изменений. Пусковым механизмом воздействия являются процессы ионизации и возбуждения молекул и атомов в тканях. Важную роль в формировании биологических эффектов играют свободные радикалы Н+ и ОН-, образующиеся в процессе радиолиза воды (в организме содержится до 70 % воды). Обладая высокой химической активностью, они вступают в химические реакции с молекулами белка, ферментов и других элементов биологической ткани, вовлекая в реакции сотни и тысячи молекул, не затронутых излучением, что приводит к нарушению биохимических процессов в организме. Под воздействием радиации нарушаются обменные процессы, замедляется и прекращается рост тканей, возникают новые химические соединения, не свойственные организму (токсины). А это в свою очередь влияет на процессы жизнедеятельности отдельных органов и систем организма: нарушаются функции кроветворных органов (красного костного мозга), увеличивается проницаемость и хрупкость сосудов, происходит расстройство желудочно-кишечного тракта, снижается сопротивляемость организма (ослабевает иммунная система человека), происходит его истощение, перерождение нормальных клеток в злокачественные (раковые) и др.

Ионизирующее излучение вызывает поломку хромосом, после чего происходит соединение разорванных концов в новые сочетания. Это приводит к изменению генного аппарата человека. Стойкие изменения хромосом приводят к мутациям, которые отрицательно влияют на потомство.

Перечисленные эффекты развиваются в различные временные промежутки: от секунд до многих часов, дней, лет. Это зависит от полученной дозы и времени, в течение которого она была получена.

Острое лучевое поражение (острая лучевая болезнь) возникает тогда, когда человек в течение нескольких часов или даже минут получает значительную дозу. Принято различать несколько степеней острого лучевого поражения (табл. 2).

Таблица 2. Последствия острого лучевого поражения

Степень

Доза, бэр

Последствия

-

<50

Отсутствие клинических симптомов

-

50...100

Незначительное недомогание, которое обычно проходит

I

100...200

Легкая степень лучевой болезни

II

200...400

Средняя степень лучевой болезни

III

400...600

Тяжелая степень лучевой болезни

IV

>600

Крайне тяжелая степень лучевой болезни. 8 большинстве случаев наступает смерть

Эти градации весьма приблизительны, поскольку зависят от индивидуальных особенностей каждого организма. Например, наблюдались случаи гибели людей и при дозах менее 600 бэр, зато в других случаях удавалось спасти людей и при дозах более 600 бэр.

Острая лучевая болезнь может возникнуть у работников или населения при авариях на объектах ЯТЦ, других объектах, использующих ионизирующие излучения, а также при атомных взрывах.

Хроническое облучение (хроническая лучевая болезнь) возникает при облучении человека небольшими дозами в течение длительного времени. При хроническом облучении малыми дозами, в том числе и от радионуклидов, попавших внутрь организма, суммарные дозы могут быть весьма большими. Наносимое организму повреждение, по крайней мере частично, восстанавливается. Поэтому доза в 50 бэр, приводящая при однократном облучении к болезненным ощущениям, при хроническом облучении, растянутом во времени на 10 и более лет, к видимым явлениям не приводит.

Степень воздействия радиации зависит от того, является ли облучение внешним или внутренним (облучение при попадании радионуклида внутрь организма). Внутреннее облучение возможно при вдыхании загрязненного радионуклидами воздуха, при заглатывании зараженной питьевой воды и пищи, при проникновении через кожу. Некоторые радионуклиды интенсивно поглощаются и накапливаются в организме. Например, радиоизотопы кальция, радия, стронция накапливаются в костях, радиоизотопы йода — в щитовидной железе, радиоизотопы редкоземельных элементов повреждают печень, радиоизотопы цезия, рубидия угнетают кроветворную систему, повреждают семенники, вызывают опухоли мягких тканей. При внутреннем облучении наиболее опасны альфа-излучающие радиоизотопы, т. к. альфа-частица обладает из-за своей большой массы очень высокой ионизирующей способностью, хотя ее проникающая способность не велика. К таким радиоизотопам относятся изотопы плутония, полония, радия, радона.

Нормирование ионизирующего излучения

Гигиеническое нормирование ионизирующего излучения осуществляется по СП 2.6.1-758-99. Нормы радиационной безопасности (НРБ-99). Устанавливаются дозовые пределы эквивалентной дозы для следующих категорий лиц:

  • персонал — лица, работающие с источниками радиации (группа А) или находящиеся по условиям работы в сфере их воздействия (группа Б);
  • все население, включая лиц из персонала, вне сферы и условий в их производственной деятельности.

В табл. 3. приведены основные дозовые пределы облучения. Основные дозовые пределы облучения персонала и населения, указанные в таблице, не включают в себя дозы от природных и медицинских источников ионизирующего излучения, атакже дозы, полученные в результате радиационных аварий. На эти виды облучения в НРБ-99 устанавливаются специальные ограничения.

Таблица 3. Основные дозовые пределы облучения (извлечение из НРБ-99)

Нормируемые величины

Дозовые пределы, Зв

лица из персонала* (группа А)

лица из населения

20 мЗв в год в среднем за любые

1 мЗв в год в среднем за любые

Эффективная доза

последовательные 5 лет, но не более 50 мЗв в год

последовательные 5 лет, но неболее 5 мЗв в год

Эквивалентная доза за год в:

хрусталике

150

15

коже**

500

50

кистях и стопах

500

50

* Дозы облучения, как и все остальные допустимые производные уровни персонала группы Б, не должны превышать 1/4 значений для персонала группы А. Далее все нормативные значения для категории персонала приводятся только для группы А.

** Относится к среднему значению в покровном слое толщиной 5 мг/см2. На ладонях толщина покровного слоя — 40 мг/см2.

Помимо дозовых пределов облучения в НРБ-99 устанавливаются допустимые уровни мощности дозы при внешнем облучении, пределы годового поступления радионуклидов, допустимые уровни загрязнения рабочих поверхностей и т. д., которые являются производными от основных дозовых пределов. Числовые значения допустимого уровня загрязнения рабочих поверхностей приведены в табл. 4.

Таблица 4. Допустимые уровни общего радиоактивного загрязнения рабочих поверхностей, частиц/(см2 • мин) (извлечение из НРБ-99)

Объект загрязнения

a-активные нуклиды

β-активные нуклиды

отдельные

прочие

Неповрежденная кожа, полотенца, слецбелье, внутренняя поверхность лицевых частей средств индивидуальной защиты

2

2

200

Основная спецодежда, внутренняя поверхность дополнительных средств индивидуальной защиты, наружная поверхность спецобуви

5

20

2000

Наружная поверхность дополнительных средств индивидуальной защиты, снимаемой в сан шлюзах

50

200

10000

Поверхности помещений постоянного пребывания персонала и находящегося в них оборудования

5

20

2000

Поверхности помещений периодического пребывания персонала и находящегося в них оборудования

50

200

10 000

Для ряда категорий персонала устанавливаются дополнительные ограничения. Например, для женщин в возрасте до 45 лет эквивалентная доза, приходящаяся на нижнюю часть живота, не должна превышать 1 мЗв в месяц.

При установлении беременности женщин из персонала работодатели обязаны переводить их на другую работу, не связанную с излучением.

Для учащихся в возрасте до 21 года, проходящих обучение с источниками ионизирующего излучения, принимаются дозовые пределы, установленные для лиц из населения.