Федеральное агентство по образованию РФ
ГОУ ВПО “Марийский государственный 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 и внутреннее 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 ионизирующей радиации. 27
Заключение. 33
Литература. 39
Введение
Вселенная, мировое пространство пронизано лучистой энергией. Если скопления материи в виде звезд, планет, блуждающих комет и метеоритов в масштабах Вселенной – редкие явления, то потоки лучей, порождаемые ими, наполняют все пространство. В каждой его точке ежесекундно можно обнаружить потоки излучений – радиацию. Огромные массы вещества в недрах звезд, вступая в ядерные реакции, превращаются в лучистую энергию, выделяемую в окружающее пространство. Вспышки новых звезд, рождение и гибель галактик, сжатие и концентрация вещества при затухании звезд и другие еще далеко не познанные, но постоянно происходящие во Вселенной превращения материи сопровождаются огромными выбросами лучистой энергии в виде электромагнитных колебаний всех диапазонов и потоков элементарных частиц и корпускул, начиная от неуловимого нейтрино и кончая тяжелыми ядрами атомов.
Человечество с глубокой древности знало только о сравнительно небольшой части спектра электромагнитных излучений – узкой полосе видимого света. Благотворное влияние солнечного света, под живительными лучами которого поспевают урожаи на полях, стало первым знанием человека о зависимости жизни на Земле от лучистой энергии Солнца. Прошло много столетий, прежде, чем человечество поняло, что вся энергия, используемая при сжигании дров, нефти, каменного угля – это лучистая энергия Солнца, аккумулированная земной растительностью.
Зрение, позволяющее воспринимать всю красоту и многокрасочность окружающего мира и ориентироваться в пространстве, также исследуется в течение столетий. В настоящее время хорошо известны и оптическое устройство глаза, и тонкие фотохимические реакции, преобразующие кванты света в нервные импульсы. Мы знаем и о замечательном устройстве зрительных центров в центральной нервной системе, позволяющем с огромной скоростью анализировать интенсивность, длины волн и пространственное расположение потоков квантов, падающих на сетчатку глаза.
Область невидимых излучений лежит как в стороне более длинных, так и более коротких волн. Диапазон радиоволн только начинает интересовать биолога. Еще не ясно, воздействуют ли они на живые системы. Все больший интерес вызывают сантиметровые и миллиметровые волны. В последние годы стали накапливаться факты об их воздействии на биологические объекты. Использование этих излучений в промышленности возрастает, поэтому их возможное влияние на человека – вопрос, имеющий не только теоретический интерес. Ультракороткие и инфракрасные волны оказывают тепловое воздействие на ткани организмов, что широко используется в медицинской практике и сельском хозяйстве. 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-мезоны и ядра тяжелых нуклидов – космических лучей. Корпускулярные излучения обладают высокой энергией, часто большой проникающей способностью, активно взаимодействуют с атомами и молекулами живых организмов, вызывая ионизацию, образование высокореактивных свободных радикалов, ядерные реакции. Все это может иметь глубокие последствия для жизнедеятельности клетки, ткани, организма. Ввиду сходства воздействия на вещество корпускулярных и таких электромагнитных излучений, как рентгеновские и γ-лучи, их часто объединяют 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 распада тория-234, называется β-излученим и т.д. Различные ядра высвобождают свою энергию различными способами, в форме электромагнитных волн и/или потоков частиц. Разные виды излучения сопровождаются высвобождением разного количества энергии и обладают разной проникающей способностью, поэтому они оказывают неодинаковое воздействие на ткани живого организма.
α -излучение представляет собой поток тяжелых частиц положительно заряженных ядер гелия, состоящих из двух протонов и двух нейтронов, испускаемых атомами таких тяжелых элементов, как уран, радий, радон и плутоний. В воздухе альфа-излучение проходит не более пары сантиметров (наиболее высокоэнергетические альфа-частицы могут пройти слой воздуха при нормальном атмосферном давлении не более 11 см или слой воды до -150 мкм) и полностью задерживается листом бумаги или эпидермисом, внешним омертвевшим слоем кожи. Поэтому оно не представляет опасности до тех пор, пока радиоактивные вещества, испускающие альфа - частицы, не попадут внутрь организма через открытую рану, с пищей или вдыхаемым воздухом; тогда они становятся чрезвычайно опасными. Альфа-излучение в 20 раз опаснее гамма-излучения.
Бета-излучение - это электроны, которые значительно меньше 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-излучение поражает незащищенную кожу и глаза. Если частицы, испускающие бета-излучение, попадут в организм, они будут облучать внутренние ткани.
Гамма-излучение - это электромагнитное излучение высокой энергии, которое обладает большой проникающей способностью, изменяющейся в широких 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 повсеместно сталкивается с атомами. Такое взаимодействие с клетками тела может повредить кожу и внутренние ткани. Плотные материалы, такие, как свинец, бетон, являются отличными 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 питается электричеством, то испускание рентгеновских лучей может быть включено или выключено с помощью выключателя.
Нейтронное излучение обладает высокой проникающей способностью, поэтому наносит вред всем органам, но наиболее чувствительным к нейтронному излучению является хрусталик глаза. Нейтроны проникают глубже, чем гамма-лучи и могут быть остановлены только толстым бетонным, водяным или парафиновым барьером.
В качестве единицы измерения поглощенной ионизирующей радиации 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 в 100 раз меньшую – рад.[1]
Также введена величина эквивалентной дозы, измеряемая в зивертах (1 Зв = 1 Дж/кг). Зиверт представляет собой единицу поглощенной дозы, умноженную на коэффициент, учитывающий неодинаковую радиоактивную опасность для организма разных видов ионизирующего излучения.
Для оценки эквивалентной дозы применяется также единица БЭР (биологический эквивалент рада): 1БЭР = 0,01 Зв.
Естественный фон ионизирующих излучений. Внешнее и внутреннее облучение
Где бы мы ни находились – на знойном юге или на далеком севере, в долинах или высоко в горах, на свежем воздухе или в помещении, на отдыхе в санатории или на работе, окруженные современной техникой, на пароходе, в поезде или в самолете – наше тело постоянно пронизывается высокоэнергетическими фотонами и корпускулами ионизирующей радиации. Падая на организм извне, они проникают во все ткани и органы, где отдают свою энергию молекулам и структурам клеток.
В большом количестве они зарождаются внутри нашего тела от находящихся в нем радиоактивных веществ, и тогда вероятность их поглощения тканями повышается. Речь идет о высокоэнергетических фотонах и частицах. Их энергия во много раз превышает энергию любой химической связи в молекуле. Столкновение таких частиц с молекулами нашего тела – это, как правило, катастрофа для молекулы: она распадается, меняет свою конфигурацию, теряет одни свойства и приобретает совсем иные.
Расчеты показывают, что каждую секунду в организме человека весом в 70 кг в среднем происходит около 500 тыс. таких молекулярных катастроф, 500 тыс. столкновений молекул с ионизирующими частицами, сопровождающихся временным или постоянным изменением свойств этих молекул.
Облучение от естественных источников ни на минуту не останавливается: секунды, минуты, часы, дни, годы непрерывно идет эта микробомбардировка наших клеток. Ее последствия только за последние годы становятся 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 в начале 50-х годов ученые имели вообще очень смутные представления о естественном 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, расположенных вне организма, и внутреннее – от инкорпорированных, т.е. включенных в организм радиоактивных нуклидов. Внешнее облучение слагается из облучения вторичными космическими 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 направлен поток первичных космических лучей, состоящий из высокоэнергетичных протонов, ионов гелия, тяжелых частиц, электронов, фотонов и нейтрино. Значительный вклад в этот поток вносит и наше Солнце, испускающее, помимо видимого света, мощное ультрафиолетовое излучение и поток высокоэнергетичных протонов.
Первый барьер, с которым сталкиваются космические лучи на пути к биосфере, - магнитное поле Земли, отклоняющее заряженные частицы космической радиации, не дающее им даже достичь верхних слоев атмосферы. Отклоненные магнитным полем частицы как бы обтекают нашу планету на расстоянии от одного до восьми земных радиусов, образуя радиационные пояса с большой интенсивностью облучения. (Радиация в этих поясах обусловлена электронами и протонами с энергиями от десятка кэВ до сотен МэВ.) Радиационные пояса Земли, представляющие большую опасность для космонавтов (полеты с людьми всегда планируются с расчетом минимального пребывания в пространстве радиационных поясов), не влияют на радиационную обстановку на земной поверхности.
Магнитное поле Земли создает мощную защиту нашей планеты от галактической космической радиации. Мощную, но не абсолютную. Часть высокоэнергетичных лучей прорывается через магнитные поля и постоянно бомбардирует верхние слои атмосферы. Исследования, проведенные на ракетах и спутниках, показали, что мощность такого облучения закономерно изменяется в связи с 11- летним солнечным циклом.
Причину подобных изменений выяснил английский исследователь Е.Н.Паркер в 1966-1967 гг. Оказалось, что в годы солнечной активности 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 их способность отклонять галактические космические лучи. Излучения солнечного ветра малоэнергетичны и также не пробиваются через магнитные поля. В годы усиленной солнечной активности вследствие увеличения магнитной защиты интенсивность космического облучения Земли снижается, и наоборот, наибольшая облученность Земли космической радиацией наблюдается в годы спокойного Солнца.
Высокоэнергетичные (40-100 МэВ) космические лучи, прошедшие через магнитное поле, врываются в атмосферу. Очень немногие из них проникают через всю атмосферу и достигают поверхности Земли. Большинство же, сталкиваясь с атомами азота, кислорода, углерода, атмосферы, взаимодействует с ядрами этих атомов, и, образно выражаясь, разбивает их вдребезги, рождая множество новых частиц: протонов, нейтронов, π-мезонов (пионов), μ-мезонов (мионов)(3), образующих вторичное космическое излучение. Так как эти частицы тоже обладают энергией в десятки МэВ, то, сталкиваясь с другими ядрами, они порождают новые потоки излучений, образуя каскад вторичных космических лучей.
Часть нейтронов захватывается ядрами азота, образуя радиоактивный углерод С14. Мионы легко проникают в нижнюю часть атмосферы и доходят до поверхности Земли, составляя космическую часть естественного фона радиации.
На уровне моря вторичные космические лучи в виде потока нейтронов, мионов и электронов составляют около 30% от всего облучения биосферы. 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 для жителей равнин. На высоте 10 км, на которой проходят трассы современной реактивной авиации, облученность космической радиацией уже на порядок выше, чем на 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 будущем пассажирские сверхзвуковые самолеты. Следует отметить, что на такой высоте резко увеличивается количество высокоэнергетичных тяжелых частиц, почти не достигающих поверхности Земли. Радиация от солнечных вспышек, фактически не влияющая на дозы облучения на поверхности Земли, на высоте 20 км будет резко увеличивать дозы облучения в сотни и даже в тысячи раз.
Высота в 20 км интересна и с другой точки зрения. В тропических широтах Земли мощные потоки нагретого воздуха уносят в верхние слои атмосферы значительное количество микроорганизмов, бактерий, спор, организмов морского планктона. Определение плотности органического вещества на разных высотах показало, что именно на высоте 15-20 км она достигает наибольшей величины – до 10 частиц (аэронов) на 1 см3. На этой высоте аэроны будут находиться 3-4 месяца, медленно передвигаясь в области средних широт. Принимая во внимание высокую мощность космических лучей, доза, полученная микроорганизмами, может достигнуть нескольких рад. В средних широтах облученные микроорганизмы войдут в нижние слои атмосферы и выпадут с осадками на поверхность Земли.
Глубокая проникающая способность вторичных космических лучей объясняется большой энергией. Вот почему так трудно избавиться от их постоянного воздействия. Для проведения экспериментов с резко пониженным космическим облучением физики оборудуют специальные лаборатории в туннелях, проложенных у основания высоких гор. В таблице представлены дозы облучения человека космическими 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 воздействием излучений от рассеянных в окружающей нас природе радиоактивных нуклидов. Одни из них постоянно образуются в атмосфере и на поверхности Земли в результате ядерных 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). С точки зрения внешних облучателей С14и Н3 не принимаются во внимание ввиду очень мягкого излучения этих изотопов. Радиоактивные бериллий и натрий дают высокоэнергетичные и, следовательно, глубоко проникающие β- и γ-излучения, т.е. участвуют во внешнем облучении организмов. Однако их образуется настолько мало, 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 их распада. Как известно, уран-238 образует целую серию продуктов распада. Многие короткоживущие, промежуточно образующиеся нуклиды, являются также и β-излучателями. Природный радий, например, излучает α-, β- и γ-лучи, так как всегда содержит некоторое количество таких продуктов распада (дочерние элементы).
Длительно живущие элементы – уран, радий, свинец-210 – составляют значительную часть земного излучения. Радон всегда присутствует в приземном воздухе, вызывая облучение поверхности тела и легких при его вдыхании. То же можно сказать и о втором широко распространенном естественном радионуклиде – 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 конечном результате в стабильный изотоп свинца Pb208.
Наконец, третий, самый распространенный естественный радионуклид – это радиоактивный 40К постоянно сопровождающий природный, стабильный калий, имеющий время полураспада 1,26*109 лет и испускающий при распаде β=1,38 МэВ и γ=1,46 МэВ лучи.
Облучение от земных радионуклидов в большей степени зависит от снежного покрова, влажности почвы и даже времени суток. Действительно, слой снега и большая влажность экранируют излучения почвы, и общая доза в приземной атмосфере снижается. Ночью с понижением температуры газообразный радон рассеивается медленнее, чем днем в жаркую погоду, и доза облучения на поверхности возрастает.
В различных частях света, в разных странах и отдельных местностях концентрация естественных радионуклидов подвержена значительным колебаниям, и соответственно изменяется средняя облученность населения.
Заметно меняется облученность тела человека в зависимости от времени, которое он проводит в закрытых помещениях: дома, на службе, на заводах, в шахтах. Следует учитывать два обстоятельства: материал, из которого построено помещение, и качество вентиляции. Последнее обстоятельство связано с концентрацией радона, в основном действующего на ткани легких.
Воздействие строительных материалов может проявляться двояко. С одной стороны, они защищают наше тело от внешней радиации, поглощая ее в своей толщи. С другой стороны, многие строительные материалы сами богаты радиоактивными естественными нуклидами и поэтому могут повышать мощность облучения в помещениях. Такие строительные материалы, как дерево, тепловые прокладки (войлок, стружки), почти не содержат или содержат очень мало радиоактивных нуклидов. В деревянных помещениях средний уровень облученности меньше, чем снаружи, вне дома. Отношение мощностей облучения внутри дома к внешнему облучению оказывается меньше единицы – 0,7-0,6 (коэффициент защиты). Низко радиоактивны и большинство пластиков, природный цемент, мрамор, дающие коэффициент защиты 0,8-0,9. С другой стороны, такие строительные материалы, как гранит, кирпич и бетон, имеющие в своем составе естественные радионуклиды, собственным излучением перекрывают защиту от внешнего облучения, и коэффициент возрастает от 1,3 до 1,7. Так, например, измерения, проведенные во многих домах в Швеции, показали, что средняя мощность облучения вне помещения в 90 мрад/год в деревянных домах снижалась до 57, в кирпичных поднималась до 112, а в бетонных достигала 172 мрад/год. Обратная зависимость наблюдалась в колебаниях облучения в районах с повышенной естественной радиоактивностью. Например, исследования, проведенные в районе Керала (Индия), показали, что в легких деревянных, бамбуковых и глиняных хижинах облучение было высоким (в некоторых местностях достигало 2800 мрад/год), так как эти материалы не защищали от высокого внешнего фона, а в кирпичных и цементных зданиях проявлялась защита, и мощность дозы снижалась до 500-700 мрад/год.
Таким образом, внешнее облучение в биосфере на поверхности Земли в нормальных условиях, примерно на высоте 1 м от ее поверхности, слагается из космических лучей (28,3 мрад/год) и земной радиации (32 мрад/год). В сумме организм человека получает 60 мрад/ год. Эта величина заметно больше в горах и районах повышенной радиоактивности.
Особенности внешнего и внутреннего облучения
Естественные радионуклиды постоянно вовлекаются в круговорот веществ, который так характерен для живых организмов. Пути и степень их проникновения в живые организмы будут зависеть от природы радионуклида. Радиоактивный изотоп углерода С14 постоянно образуется в верхних слоях атмосферы благодаря ядерной реакции космических лучей (нейтронов) с азотом:
n+N14→p+C14
Окисляясь с кислородом или озоном, этот углерод превращается в радиоактивную углекислоту:
С14+О2→ C14 О2
Последняя, равномерно перемешиваясь с обычной углекислотой (на что уходит около года), поглощается зелеными листьями растений в процессе фотосинтеза.
Хорошо известно, что все части растения строятся из продуктов фотосинтеза. Таким образом, углеводы, жиры, белки и другие компоненты растений, содержащие углерод, будут слабо радиоактивны и, поступая в качестве пищи в организм животного и человека, создают постоянно действующий небольшой уровень внутреннего облучения. Период полураспада С14 очень велик (5720 лет), поэтому он существует тысячелетия на нашей планете.
Установлено, что скорость образования С14 в верхних слоях атмосферы составляет 2,28 атома в 1 см3 в секунду. Это значит, что за год его образуется 0,038 МКи. Эта цифра согласуется с содержанием С14 в атмосфере в целом, 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, чио сообщает природному углероду активность, равную 6,1 пКи на1 г углерода. Это очень слабая активность, дающая за год облучение тканей человека в пределах 0,5-2,2 мрад.
Значительно больший вклад в суммарную активность вносит такой природный нуклид, как радиоактивный изотоп калия К40. в обычном калии всегда содержится в очень небольшом количестве (0,0118%) радиоактивный изотоп К40. Без калия не происходит нормального развития организмов, без него невозможна жизнь. Содержание калия строго регулируется как в животном, так и в растительном организмах. Его концентрация в растениях выше, чем в живых тканях. Существуют специальные механизмы, работающие в биомембранах, которые регулируют распределение калия в организме человека. Его содержание в эритроцитах крови достигает 460 мг%, в мышцах – 360 мг%, в головном мозге – 330 мг%. Калия мало в костной ткани (50 мг%) и значительно меньше в сыворотке крови (20 мг%). В мужском организме по сравнению с женским его больше, особенно в период полового созревания. Молодой, энергично функционирующий организм содержит больше калия на 1 кг веса, чем старый. Эти данные получены при обследовании 859 человек обоего пола в камерах, позволяющих учитывать уровень и спектр излучения всего тела.
Соответственно содежанию калия меняется и облученность ткани от К40. Исходя из его среднего содержания в человеческом организме (200 мг%), можно рассчитать, что К40 усилит общую мощность облучения на 19 мрад/год. В различных тканях эта величина колеблется: в гонадах 9-21, ткани легких 10-24 и в костном мозге 16-38 мрад/год.
Уран, торий, радий повсеместно распространены в земной коре. Как показали специальные эксперименты, торий почти не усваивается растениями. Его содержание ничтожно мало в собираемом урожае и в зеленой массе растений, поэтому его можно не рассматривать как внутренний излучатель в организмах растений, животных и человека.
Иначе ведут себя уран и радий. Соли урана из почвы поступают в растение. Некоторые виды растений активно концентрируют уран. Было даже предложено использовать некоторые виды как своеобразные индикаторы присутствия урана в окружающей среде.
С растительной пищей уран попадает в организм животных и человека (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 немного урана (1,4*10-3 пКи в день) поглощается за счет вдыхания пыли окружающего воздуха, которая всегда содержит небольшие количества этого нуклида. Значительно большие количества урана могут поступить в организм человека за счет воды некоторых минеральных источников. Если обычная питьевая вода содержит менее 0,03 пКи/л урана, то в некоторых местностях его содержание в воде доходит до 20 пКи/л.
Внутреннее облучение по сравнению с внешним отличается рядом 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 органы человека.
Большинство радиоактивных изотопов накапливается в определенных тканях, что приводит к неравномерному облучению отдельных частей организма.
Внутреннее облучение действует все время, пока радиоактивные вещества находятся внутри организма.
Данные радиобиологических исследований показывают, что не все органы и ткани человеческого организма обладают одинаковой чувствительностью к облучению. Наиболее чувствительны гонады – половые железы и органы кроветворения. Поэтому помимо общей дозы облучения, получаемой человеком, необходимо также знать дозу, получаемую гонадами.
В приведенной ниже таблице представлены данные Научного комитета ООН по действию атомной радиации – мощности доз внешнего и внутреннего облучения от естественных источников в районах, не обладающих повышенным фоном радиоактивности. В таблице отдельно показана доза, полученная за счет α-частиц и нейтронов, обладающих большей биологической эффективностью, чем γ-лучи и β-частицы. Приведенные данные для внешнего облучения могут изменяться в зависимости от географических условий.
Годичные дозы, получаемые организмом человека в результате внешнего 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 в повседневной жизни
Радиационное воздействие от атомных электростанций вряд ли увеличит естественный уровень радиоактивности на нашей планете. Для тревоги нет оснований, особенно при сопоставлении пользы от атомных электростанций с их неизмеримо малым влиянием на радиоактивность окружающей нас среды. Все подсчеты велись крупномасштабно: в отношении всей планеты и человечества на десятки лет вперед. Естественно, возникает вопрос: а не сталкиваемся ли мы с невидимыми лучами в повседневной жизни? Не создает ли человек вокруг себя дополнительные источники радиации при той или иной деятельности, не пользуемся ли мы этими источниками, подчас не ассоциируя их с действием атомной радиации?
В современной жизни человек действительно создает ряд воздействующих на него источников, иногда очень слабых, а подчас и достаточно сильных.
Рассмотрим хорошо известные рентгеновские диагностические аппараты, которыми снабжены все поликлиники и с которыми мы сталкиваемся при всевозможных профилактических обследованиях, проводимых в массовом масштабе среди населения. Статистика показывает, что количество лиц, проходящих рентгеновское обследование, возрастает с каждым годом на 5-15% в зависимости от страны, уровня медицинского обслуживания. Все мы хорошо знаем, какую огромную пользу приносит современной медицине рентгенодиагностика. Человек заболел. Врач усматривает признаки серьезного заболевания. Рентгеновское обследование часто дает решающие данные, следуя которым врач назначает лечение и спасает жизнь человеку. Во всех этих случаях уже не важно, какую дозу облучения получит больной при той или иной процедуре. Речь идет о заболевшем человеке, о ликвидации непосредственной угрозы его здоровью, и в этой ситуации вряд ли уместно рассматривать возможные отдаленные последствия от самой процедуры облучения.
Но за последнее десятилетие в медицине наметилась тенденция усиленного использования рентгеновских обследований здорового населения, начиная от школьников и призывников в армию и кончая населением зрелого возраста – в порядке диспансеризации. Конечно, врачи и здесь ставят перед собой гуманные цели: своевременно выявить начало еще скрытой болезни, чтобы вовремя и с большим успехом начать лечение. В результате тысячи, сотни тысяч здоровых людей проходят через рентгеновские кабинеты. В идеале врачи стремятся такие обследования проводить ежегодно. В результате общая облученность населения повышается. О каких же дозах облучения идет речь при медицинских обследованиях?
Научный комитет по изучению действия атомной радиации при ООН тщательно изучил этот вопрос, и полученные выводы многих удивили. Оказалось, что на сегодняшний день наибольшую дозу облучения население получает именно от медицинских обследований. Подсчитав общую среднюю дозу облучения для всего 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 от медицинских облучений население ежегодно получает дозы, достигающие 20% естественного фона.
Каждое диагностическое «просвечивание» дает на исследуемый орган облучение, начиная от дозы, равной годовой дозе от естественного фона (примерно 0,1 рад), до дозы, превышающей его в 50 раз (до 5 рад). Особый интерес представляют дозы, получаемые при диагностических просвечиваниях критическими тканями, такими как гонады (повышение вероятности генетического повреждения потомства) или кроветворные ткани, такие, как костный мозг.
В среднем медицинские диагностические «просвечивания» рентгеном для населения развитых стран (Англия, Япония, СССР, США, Швеция и др.) составляют среднюю годовую дозу, равную одной пятой части естественного фона радиации.
Это, конечно, в среднем очень большие дозы, сопоставимые с естественным фоном, и вряд ли здесь уместно говорить о какой-либо опасности. Тем не менее, современная техника позволяет уменьшить дозовые нагрузки при профилактических осмотрах, и это должно быть использовано.
Значительного снижения дозы облучения при рентгеновских обследованиях можно достигнуть, совершенствуя аппаратуру, защиту, повышая чувствительность регистрирующих устройств и сокращая время облучения.
Где еще в нашей повседневной жизни мы сталкиваемся с повышенной ионизирующей радиацией?
Одно время широкое распространение получили часы со светящимся циферблатом. Люминесцирующая масса, наносимая на циферблат, включала в свой состав соли радия. Излучения радия возбуждали люминесцирующую краску, и она светилась в темноте голубоватым светом. Но γ-излучени
Исходя из расчетов, что часы находятся на руке 16 часов в сутки, была вычислена возможная доза облучения гонад. Она оказалась лежащей в пределах от 1 до 60 мрад/год. Значительно большую дозу можно получить от больших карманных светящихся часов, особенно если их носить в кармане жилета. При этом доза облучения может возрасти до 100 мрад. Обследование продавцов, стоящих за прилавком со множеством светящихся часов, показало, что доза облучения была около 70 мрад. Подобные дозы, удваивающие естественный радиоактивный фон, увеличивают вероятность появления наследственных повреждений в потомстве. Вот почему Международное агентство по мирному использованию атомной энергии в 1967 г. рекомендовало заменить радий в светящихся массах такими радионуклидами, как тритий (Н3) или прометий – 147 (Рm147), обладающими мягким β-излучением, полностью поглощаемым часовой оболочкой.
Нельзя не упомянуть о множестве светящихся приборов в кабинах самолетов, пультах управления и др. Конечно, уровни радиации очень различны в зависимости от количества приборов, их расположения и удаленности от работающего, что постоянно должны учитывать органы санитарного надзора.
Далее речь пойдет о телевизоре, который используется в повседневной жизни любого гражданина. Телевизоры распространены в современном обществе 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 работает данная система телевизора. Как правило, черно-белые телевизоры, работающие при напряжении в 15 кВ, дают на поверхности экрана дозы 0,5 – 1 мрад/ч. Однако это мягкое излучение поглощается стеклянным или пластиковым покрытием трубки, и уже на расстоянии 5 см от экрана радиация практически не обнаруживается.
Иначе обстоит дело с цветными телевизорами. Работая на значительно большем напряжении, они дают от 0,5 до 150 мрад/ч вблизи экрана на расстоянии 5 см. предположим, вы смотрите цветной телевизор три – четыре дня в неделю по три часа в день. В год получим от 1 до 80 рад (не мрад, а рад!). эта цифра уже значительно превосходит естественный фон облучения. В действительности получаемые людьми дозы значительно меньше. Чем больше расстояние от человека до телевизора, тем меньше доза облучения – она падает пропорционально квадрату расстояния.
Радиация от телевизора не должна нас волновать. Системы телевизоров все время совершенствуется, и внешняя радиация их снижается.
Еще один источник слабых излучений в нашей повседневной жизни – это изделия из цветной керамики и майолики. Для создания характерного цвета глазури, придающего художественную ценность керамической посуде, вазам и блюдам из майолики, издревле используются соединения урана, образующие жаропрочные краски. Уран – долгоживущий естественный радионуклид – всегда содержит дочерние продукты распада, дающие достаточно жесткое β-излучение, легко обнаруживаемое современными счетчиками вблизи поверхности керамических изделий. Интенсивность излучения быстро падает с расстоянием, и если в квартирах на полках стоят керамические кувшины, майоликовые блюда или статуэтки, то, любуясь ими на расстоянии 1-2 м, человек получает исчезающее малую дозу облучения. Несколько иначе обстоит дело с довольно распространенными керамическими кофейными и чайными сервизами. Чашку держат в руках, прикасаются к ней губами. Правда, такие контакты кратковременны, и значительного облучения не происходит.
Были проведены соответствующие расчеты для наиболее распространенных керамических чашек для кофе. Если в течение дня 90 мин непосредственно соприкасаться с керамической посудой, то за год от β-радиации руки могут получить дозу облучения от 2 до 10 рад. Эта доза в 100 раз превосходит естественный фон облучения.
Интересная проблема возникла в ФРГ и США в связи с широким применением для изготовления искусственных фарфоровых зубов особой запатентованной массы, в состав которой входили соединения урана и церия. Эти добавки вызывали слабую флуоресценцию фарфоровых зубов. Зубные протезы являлись слабыми источниками радиации. Но так как они постоянно находятся во рту, то десна получали ощутимую дозу. Был издан специальный закон, регламентирующий содержание урана в фарфоре искусственных зубов (не выше 0,1%). Даже при таком содержании ротовой эпителий будет получать в год дозу около 3 рад, т.е. дозу в 30 раз большую, чем от естественного фона.
Некоторые сорта оптических стекол изготовляют с добавлением в их состав тория (18-30%). Изготовление линз для очков из такого стекла приводило к слабому, но постоянно действующему облучению глаз. Сейчас содержание тория в стеклах для очков регламентируется законом.
Особенности действия радиации на организм человека
Различные виды ионизирующих излучений вызывают у человека и животных однотипное заболевание – лучевую болезнь. Быстрота и характер проявления , а также глубина радиационных поражений зависят от ряда факторов, в частности, от поглощенной дозы, ее мощности, реактивности организма и , наконец, от условий облучения.
В процессе опытов на лабораторных животных при их общем облучении свыше 100 рад было установлено, что средняя продолжительность жизни после облучения зависит от поглощенной дозы. При облучении порядка 100 рад у собак лишь несколько сокращается продолжительность жизни; при облучении 100-150 рад отмечается заболевание различной тяжести, и длительность жизни животного резко сокращается. При облучении 1000-15000 рад наступает гибель животных на третьи-четвертые сутки после воздействия радиации, а при облучении свыше 20 000 рад животные погибают несколько секунд спустя после облучения либо во время облучения – так называемая смерть под лучом (молекулярная смерть).
Имеются наблюдения, показывающие, что при одинаковых поглощенных дозах в случаях меньшей мощности дозы вредное действие излучения снижается. Это связывают с процессами восстановления поврежденных тканей за время между сеансами облучения. Однако многократные повторные облучения при малой мощности облучения также вызывают заболевание. На основании имеющихся статистических данных о лучевой болезни у человека, а также на основании результатов, полученных на высших млекопитающих, разработаны положения о предельно допустимых дозах радиации, т.е. максимальных поглощенных дозах, получение которых не вызывает заметных соматических нарушений в организме человека. Такой дозой для человека в настоящее время является 0,1 бэр в неделю сверх естественного фона для лиц, работающих с радиоактивными источниками, 0,01 бэр в неделю для лиц, косвенно соприкасающихся с таковыми, и 0,001 бэр для всех остальных людей. Существенную роль в развитии радиационного поражения играют индивидуальные особенности организма.
Важную роль в развитии последствий воздействия радиации играют условия облучения. Человек и животное может получить определенную дозу различными путями:
Общее облучение организма, которое происходит при воздействии рентгеновских и γ-лучей, а также нейтронов;
Местное (локальное) внешнее облучение отдельных частей тела;
Внутреннее (инкорпорированное) облучение при попадании в организм радиоактивных веществ – α-, β-, γ-излучателей.
Последнее связано с быстротой всасывания и выведения, с преимущественной локализацией данного вещества в определенном органе, а также с периодом полкраспада данного радиоактивного изотопа. Большую опасность, например, представляет Sr90 (Т=28 лет), локализующийся в костной ткани. Наиболее тяжелые последствия вызывает общее облучение. При местном облучении могут быть поглощены дозы во много раз больше, чем при общем облучении, что используется при лучевой терапии. Летальная доза при локальном воздействии зависит и от того, какой орган облучается, так как надо учитывать, что облученный орган всегда взаимодействует с соседними, необлученными.
Причиной лучевой болезни может быть любой вид ионизирующей радиации и все указанные способы ее воздействия на организм: общее облучение, большое местное облучение, внутреннее облучение, лучевая терапия, длительное действие малых мощностей поглощенной дозы. По течению различают острую и хроническую лучевую болезнь.
Острая лучевая болезнь
Острая лучевая болезнь возникает после тотального однократного внешнего равномерного облучения. ОЛБ может протекать в легкой, средней тяжести и тяжелой форме. Между величиной поглощенной дозы в организме и средней продолжительностью жизни существует строгая зависимость.
Было обнаружено, что зависимость времени наступления гибели самых разнообразных объектов от дозы носит ступенчатый характер. Соответствующая кривая для человека, описывающая зависимость средней продолжительности жизни от дозы излучения, состоит из 3-х участков. Начальный участок охватывает диапазон доз от 200 до 800рад, когда средняя продолжительность жизни не превышает 40 суток. На первый план при этих дозах выступает нарушение кроветворения. При дозах до 3000рад (продолжительность жизни около 8 суток) ведущим становится поражение кишечника, а при еще больших дозах (продолжительность жизни 2 суток и менее) смерть наступает от повреждения центральной нервной системы.
В течении ОЛБ выделяют четыре периода:
Начальный – наблюдается сразу после облучения, он длится от нескольких часов до 1-2 суток. Признаками лучевого поражения в этот период является задержка митотической активности в кроветворных клетках. В этот период усиливаются обменные процессы и повышаются функции основных органов и систем.
Скрытый, латентный - характеризуется изменениями в крови больного, связанными с начинающимся угнетением кроветворения. Длительность периода 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 способствует распространение в организме микробов и различных токсических веществ. Он длится в легких случаях в течение нескольких дней, в тяжелых – 2-3 недели.
Период исхода, или период восстановления.
Если доза облучения основной массы тела достигает 500-1000рад и более, то выживание невозможно, несмотря на медицинский уход и терапию (в Чернобыле - 19 погиб./1 жив.).
При дозах 200-500 рад выживание возможно, но необходимо своевременное и квалифицированное лечение (в Чернобыле - 7погиб./14 жив.).
При дозах 100-200 рад выживание вполне вероятно без специального решения, т.к. поражение не столь сильное, чтобы вызвать существенное угнетение костного мозга (в Чернобыле – 1 погиб./31 жив.).
При дозах менее 100 рад выживание несомненно, а клиническая симптоматика не требует медицинского вмешательства (40 чел. в Чернобыле).
Кроме указанных периодов, можно говорить еще об отдаленных последствиях воздействия радиации, которые могут проявляться в различных формах спустя 10-20 лет.
Хроническая лучевая болезнь
Хроническая лучевая болезнь развивается в результате продолжительного облучения организма в малых дозах – мощности дозы 0,1-0,5рад/сутки после накопления суммарных доз около 100рад. Своеобразие ХЛБ состоит в том, что в активно размножающихся тканях благодаря интенсивным процессам клеточного обновления длительное время сохраняется возможность структурного восстановления целостности ткани. В то же время такие радиоустойчивые системы, как нервная, сердечно-сосудистая, эндокринная отвечают на хроническое лучевой воздействие сложным комплексом функциональных реакций. В течении хронической лучевой болезни выделяются три периода:
период ранних изменений
период развития осложнений
период тяжелых необратимых изменений в организме
Охрана здоровья людей от вредного действия ионизирующей радиации
Проблема защиты людей от вредного, опасного действия ионизирующей радиации разрабатывается уже давно. В 1905 г. на первом конгрессе германских рентгенологов был поднят вопрос о законодательной охране труда рентгенологов. В Советском Союзе действовало санитарное законодательство, регламентирующее правила использования источников ионизирующей радиации гигиены, являющийся научным и методологическим центром по разработке проблем радиационной гигиены.
Искусственные источники ионизирующей радиации, по оценке ООН по изучению действия радиации, создают в среднем за год дозы на половые железы порядка 40 мрад; в то время как от естественных источников эта доза равняется 100 мрад, т.е в 2,5 раза больше.
Таким образом, увеличение лучевого воздействия за счет искусственных источников радиации относительно невелико. Учитывая же колеблемость естественного фона радиации и способность организма приспосабливаться к повышению радиационного фона в некоторых пределах, следует признать такие изменения величины лучевого воздействия в достаточной степени безопасными для здоровья.
Однако необходимо отметить, что эти дозы – средние для всего населения. В отдельных случаях могут быть значительные отклонения. Так если каждый человек в результате использования ионизирующей радиации в терапевтических 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 после запрещения испытаний ядерного оружия в трех средах, опасность, связанная с действием радиоактивных осадков, значительно уменьшилась. Доза, создаваемая ими, исчисляется в среднем в пределах 2-5 мрад за год, т.е составляет единицы процентов от дозы, получаемой от природной радиации.
Основной вклад в дозу от искусственных источников радиации вносят рентгенодиагностические процедуры. В среднем он составляет 25 мрад за год. В крупных городах развитых стран эта доза значительно выше. Так для Нью-Йорка она достигает 150 мрад.
Сами по себе такие дозы не опасны для здоровья. Однако в отдельных случаях они могут быть значительно выше и тогда возникает проблема генетических повреждений. Поэтому во всех странах принимаются меры, ограждающие население, и в первую очередь молодых людей, способных к деторождению, от нерационального применения рентгеновских лучей с диагностической целью.
В Советском Союзе проводится специальный комплекс мероприятий с целью снижения лучевых воздействий при рентгенодиагностических процедурах. Осуществляется постоянный контроль за технической неисправностью аппаратуры и соответствием оборудования рентгенодиагностических кабинетов санитарным требованиям. Ограничены массовые рентгенодиагностические обследования. Они не проводятся у детей. У беременных женщин в связи с высокой радиочувствительностью плода рентгенодиагностические процедуры проводятся только в крайних случаях, по жизненно важным показаниям.
В то же время современная диагностика болезней во многом основывается на результатах рентгеновских исследований, значение которых в этом отношении трудно переоценить. При проведении многих профилактических мероприятий используются массовые рентгенодиагностические обследования. Поэтому нет оснований отказываться от использования столь мощного диагностического средства. 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 и передавать его на экран телевизора. Такое устройство позволяет почти в десять раз снижать величину лучевого воздействия на пациента.
Широкое распространение получили часы со светящимися циферблатами, содержащими радиоактивные вещества. В среднем краска на циферблате 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 и достигать 4-80 мрад.
В больших часовых магазинах, как показали измерения, проведенные в ФРГ, продавцы получали от циферблатов со светящимися красками дозу, составляющую 75% от дозы, создаваемой естественным фоном радиации.
Телевизоры имеют очень широкое распространение. В 1967 году в Советском Союзе было около 70 млн. телезрителей, т.е. около трети населения. Телевизионная трубка – кинескоп - излучает мягкие рентгеновы лучи, и если не предусмотрена необходимая защита, то доза рентгеновских лучей, получаемая телезрителями, может достигнуть нежелательных размеров. Из-за недостаточной защиты в цветных телевизорах фирме “General Electric” пришлось заменить более 100 тыс. кинескопов. Этот вопрос обсуждался в конгрессе США, так как 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% от дозы, создаваемой естественным уровнем ионизирующей радиации.
Для лиц, непосредственно работающих с источниками излучения, малые дозы радиации приобретают характер профессиональной вредности. Эта группа людей пока относительно невелика. Для обеспечения их безопасности в Советском Союзе величина лучевого воздействия ограничена в законодательном порядке; к работе с источниками ионизирующей радиации допускается только здоровые взрослые люди, получающие целый ряд льгот: укороченный рабочий день, дополнительный отпуск, специальное питание. Все эти мероприятия создают условия, при которых профессиональные лучевые воздействия не вызывают существенные изменения в состоянии здоровья.
В 1996 году, в соответствии с Законом РФ “О радиационной безопасности населения”, введены дозовые пределы: для персонала – 20мЗв (миллизиверт) в год при производственной деятельности с источниками ионизирующих излучений и 1 мЗв для населения.
Методы и средства защиты от ионизирующих излучений включают в себя организационные, гигиенические, технические и лечебно-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 и предупреждение знаком радиационной опасности;
постоянный контроль за уровнем излучения и за дозами облучения персонала.
Защита от внутреннего облучения заключается в устранении непосредственного контакта работающих с радиоактивными веществами и предотвращение попадания их в воздух рабочей зоны.
Необходимо руководствоваться нормами радиационной безопасности, в которых приведены категории облучаемых лиц, дозовые пределы и мероприятия по защите, и санитарными правилами, которые регламентируют размещение помещений и установок, место работ, порядок получения, учета и хранения источников излучения, требования к вентиляции, пылегазоочистке, обезвреживанию радиоактивных отходов и др.
С начала 1996 года в РФ действует Закон “О радиоактивной безопасности населения”.Принципиальная основа Закона РФ заключается в новой стратегии радиационной защиты, предусматривающей в качестве основного показателя оценки уровня радиационного благополучия населения среднюю эффективную дозу, получаемую им от всех источников ионизирующего излучения.
Предусмотрено возмещение ущерба здоровью граждан, проживающих вблизи радиационно-опасных предприятий и на территории, где могут быть превышения дозовых пределов. В Законе указываются конкретные значения основных дозовых пределов, которые снижены для работающих с излучением в 2,5 раза, а для населения – в 5 раз по сравнению с ранее действовавшими нормами. Проведение мероприятий, связанных с введением в действие новых основных дозовых пределов, предусматривается за счет собственных средств предприятий. Кроме того, за счет средств предприятий и средств экологических фондов будет внедряться государственная система социально-экономической компенсации граждан за повышенный риск, связанный с проживанием в районах расположения радиационно-опасных объектов. За счет средств федерального бюджета - осуществлять разработка единой государственной системы учета и контроля доз облучения персонала, работающего с радиоактивными источниками, и населения, подвергшегося воздействию источников излучения естественного и искусственного происхождения, а также составление карт-схем, атласов радиоактивного загрязнения и создание банка данных.
В заключение следует подчеркнуть, что действие ионизирующей радиации не опасно для здоровья, если разумно, осторожно обращаться с источниками излучения. Наши знания позволяют установить границы опасных лучевых воздействий. В то же время надо всегда помнить, что неосторожное обращение с источниками радиации может привести к нежелательным, а иногда и тяжелым последствиям.
Заключение
Итак, мы рассмотрели радиационную обстановку на нашей планете. Все живые организмы, и человек в том числе, постоянно находятся в радиационном поле малой интенсивности. Наше тело каждую секунду на протяжении всей жизни пронизывается высокоэнергетичными квантами γ-радиации, бомбардируется элементарными частицами больших энергий. Облученность нашего организма обусловлена космической радиацией, излучениями радионуклидов, рассеянных в окружающих нас породах, водах и атмосфере, радионуклидов, инкорпорированных в наши ткани и органы.
Облученность от естественных источников радиации увеличилась за последние десятилетия за счет использования авиатранспорта, испытаний ядерного оружия, ввода в строй многочисленных атомных электростанций, широкого использования рентгенодиагностики в медицине, использования радиоизотопов и электронных устройств в быту.
Дозы облучения, получаемые человеком от всех этих источников, невелики. Для сравнения вкладов различных источников в общую усредненную дозу для всего населения Земли они были сопоставлены с естественным фоном радиации, который был принят за 100 мрад/год. Результаты такого сопоставления 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 вносит медицинская диагностика, дающая около 20% естественного фона. Все ядерные испытания, проведенные до 1976 года, дают годичную облученность, более чем в два раза меньшую по сравнению с медицинской диагностикой. Еще на порядок меньше облученность от бытовых источников, и только около одной десятой процента от естественного 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 на окружающую нас природу, осваивают возможности использования этих лучей в медицине, сельском хозяйстве и промышленности – все новые и новые увлекательные задачи и проблемы открываются их взору, становятся на повестку дня и ждут своего разрешения. Остановимся только на некоторых из них.
Исключительно большой практический интерес имеет проблема одновременного действия ионизирующей радиации и ряда других физических и химических факторов окружающей нас среды. Два аспекта этой проблемы особенно злободневны. Первый заключается в возможности уменьшить разрушающее действие радиации путем одновременного воздействия другого физического или химического фактора. Проблема защиты от вредного действия радиации – одна из самых актуальных проблем.
Второй аспект возник, когда были сделаны наблюдения о значительном усилении – синергизме – радиобиологических эффектов при одновременном воздействии других факторов. Проблема синергизма оказалась весьма актуальной при оценке возможных последствий загрязнения окружающей нас среды и при использовании ионизирующей радиации в медицине и промышленности. Рассмотрим несколько примеров, поясняющих подходы к решению поставленных задач и перспективность работы в этих направлениях.
Как уже говорилось ранее, при облучении организма в тканях, клетках возникает множество свободных радикалов, действие которых на клеточные структуры и вызывает поражающий эффект радиации. Возникла мысль ввести перед облучением безвредные для организма вещества, активно реагирующие со свободными радикалами. Они будут перехватывать эти радикалы и не дадут им возможности подействовать на жизненно важные структуры клетки – осуществляется защита. Подобные вещества так и назвали – «перехватчики радикалов». Имеется ряд веществ, защищающих по этому принципу. Радиобиологи давно установили, что присутствие кислорода усиливает действие облучения – так называемый кислородный эффект. Были предложены вещества, временно снижающие концентрацию кислорода в тканях организма, т.е. вызывающие гипоксию. Оказалось, что в состоянии гипоксии организм более устойчив к действию радиации.
Чем интенсивнее идут процессы обмена, чем быстрее делятся клетки в тканях, тем чувствительней они к вредному действию радиации. Биохимикам были известны вещества, снижающие процессы обмена, замедляющие деление клеток. Оказалось, что введение этих веществ перед облучением обеспечивает защитный эффект.
В клетках и тканях организмов всегда присутствуют вещества, препятствующие окислению ненасыщенных жирных кислот, которые входят в структуру клеточных биомембран. Эти вещества так и называют – антиоксиданты. При облучении организма резко усиливаются процессы окисления ненасыщенных жирных кислот. Природные антиоксиданты не справляются со своей задачей. Нарушается структура биомембран, их проницаемость, регулярные свойства, что углубляет вредные последствия облучения. Введение дополнительного количества антиоксидантов перед облучением – еще один путь защиты.
Приведенные примеры наглядно показывают широкие возможности использования антагонизма в действии двух факторов для успешной защиты организмов от вредного действия радиации.
Не менее интересна в теоретическом и практическом аспекте проблема синергизма. О значении этой проблемы и о том внимании, которое уделяет ей мировая наука, можно судить хотя бы по международному конгрессу по радиационным 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 возможности использовать явление синергизма для повышения эффективности радиационной терапии опухолей. Рентгеновские и γ-излучения уже давно используются в медицине для борьбы со злокачественными опухолями. Тонкий луч направляется на опухоль, он задерживает рост злокачественных клеток, разрушает их, на чем и основан терапевтический эффект. Но врач не может увеличить дозу сверх некоторого предела, так как в этом случае начинают поражаться другие ткани больного. Как усилить воздействия на опухоль, не увеличивая дозу облучения?
Была открыта возможность использования для этой цели синергизма при одновременном действии радиации и тепла. Ученые обнаружили по ряду показателей, что ткань опухоли более чувствительна к повышению температуры, чем нормальная ткань. Но только прогрев опухоли не давал лечебного эффекта. Однако, если одновременно с прогревом проводили лучевую терапию, то эффект значительно усиливался, проявлялось действие синергизма, что позволяло при умеренных дозах облучения получать хороший терапевтический эффект. Гипертермия при радиотерапии опухолей – еще один шаг вперед на этом трудном пути.
А вот пример использования синергизма совсем в другой области. Когда в жаркий летний день вы с удовольствием утоляете жажду стаканом фруктового сока, не приходит ли в голову мысль, а как сохраняется этот свежий сок без порчи, пока он дойдет от завода-изготовителя до потребителя?
Свежеприготовленный сок всегда содержит дрожжевые клетки и, постояв несколько дней, начинает бродить, что делает его непригодным к употреблению. Консервировать сок нагреванием до 100-1100С (обычный способ приготовления консервов) нельзя, так как это изменяет и обесценивает его свойства. Была предложена лучевая стерилизация. Однако, чтобы убить все дрожжевые организмы, потребовались очень высокие дозы облучения – до миллионов рад – что было и дорого и ухудшало качество сока. Решить вопрос удалось, используя явление синергизма – усиление эффекта при одновременном действии тепла и радиации. Только прогрев до 500 С не изменял его свойств, но зато повышал радиочувствительность дрожжевых клеток. Облучение при этой температуре уже при дозах 200-300 крад приводило к стерилизации сока, после чего сок хранился в течение нескольких месяцев, не теряя свойств натурального свежего напитка.
Еще один пример, где синергизм помог бы разрешить большие хозяйственно важные проблемы. Имеется в виду задача обеззараживания отходов больших животноводческих хозяйств. Это сложная проблема, если учесть, что только одно крупное хозяйство (на 100 тыс. голов) дает ежедневно около 3000 т отходов. Были предложены химические и радиационные методы обеззараживания. Однако и те и другие оказались нерентабельными из-за необходимости использовать большие количества химикатов для получения высоких доз облучения. Используя явление синергизма и здесь удалось наметить пути решения вопроса. Значительное усиление эффекта при одновременном действии химиката и радиации позволило резко снизить мощность и дозу облучения при затрате небольших количеств химикатов.
Все живое на Земле подвержено влиянию множества химических и физических факторов, которые действуют одновременно с радиацией. Каковы будут последствия одновременного действия ионизирующей радиации и радиоволн различных диапазонов, ультрафиолетовых и инфракрасных излучений? Как будет влиять радиация в жарком климате на экваторе и при низких температурах Крайнего Севера? Будет ли проявляться синергизм в мутагенном действии радиации при одновременном воздействии химических мутагенов, с каждым днем все более загрязняющих окружающих нас среду? Как скажется действие малых доз радиации в условиях крупных промышленных городов, в которых воздух загрязнен выхлопными газами автомобилей, окислами азота и серы химических заводов? Сейчас нет данных для исчерпывающего ответа на подобные вопросы, но все, что мы знаем о явлении синергизма, заставляет со всей серьезностью отнестись к ним и развернуть исследования в этом направлении.
В условиях постоянного действия малых доз радиации возникла и эволюционировала жизнь на нашей планете. Эпидемиологические и сравнительно-биологические исследования населения, животных, растений и микроорганизмов в районах с повышенным фоном естественной радиоактивности, несомненно, должны быть расширены. Они обогащают наши знания о результатах длительного действия малых доз ионизирующей радиации на биосферу. Решение вопроса о приспособлении организмов к повышенным уровням облучения, о стимулирующих, благоприятных влияниях малых доз радиации на существование популяций представляет огромный интерес, так же как и установление минимальных уровней, угнетающих, снижающих жизненные показатели популяций.
Все это – увлекательные и важные задачи для научного поиска и постановки новых экспериментов, для раздумий и размышлений. Это задачи, которые призваны решать отряды молодых ученых, заинтересовавшихся областью «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 ионизирующих излучений. - 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 в радиационную биофизику. – Минск. 1968
[1]
1 рад соответствует энергии в 100 эрг, поглощенной 1 г ткани, 100 рад=1 Гр. Меньшие единицы: 0,001 рад=1мрад. Когда имеют дело с большими дозами, в качестве единицы используют 1000 рад=1 крад=10 Гр или 106 рад=1 Мрад=104Гр. Энергию излучений обычно измеряют в электронвольтах (эВ); широко используют следующие единицы: 1кэВ=103эВ 1Мэв=106эВ