Ионизирующее излучение: понятие, факторы, влияющие на степень поражения ионизирующими излучениями
Ионизи́рующее излуче́ние — потоки фотонов, элементарных частиц или осколков деления атомов, способные ионизировать вещество.
Ионизирующее излучение — это вид энергии, высвобождаемой атомами в форме электромагнитных волн (гамма- или рентгеновское излучение) или частиц (нейтроны, бета или альфа).
Спонтанный распад атомов называется радиоактивностью, а избыток возникающей при этом энергии является формой ионизирующего излучения.
Нестабильные элементы, образующиеся при распаде и испускающие ионизирующее излучение, называются радионуклидами
Природа ионизирующего излучения. Наиболее значимы следующие типы ионизирующего излучения:
· Коротковолновое электромагнитное излучение (поток фотонов высоких энергий):
o рентгеновское излучение\;
o гамма-излучение.
· Потоки частиц:
o бета-частиц (электронов и позитронов);
o нейтронов;
o протонов, мюонов и других элементарных частиц;
o Ионов (осколков деления, возникающих при делении ядер), в том числе альфа-частиц.
а-(альфа)-иэлучение — это поток частиц, являющихся ядрами атома гелия. Это излучение распространяется в средах прямолинейно со скоростью 20 ООО км/с. Альфа-частицы обладают большой массой, быстро теряют свою энергию и поэтому имеют незначительный пробег: в воздухе — до 11 см, биологических тканях — 30-130 мкм, алюминии — 16-67 мкм. Несмотря на то, что альфа-частицы обладают наименьшей проникающей способностью, они имеют наибольшую поражающую способность;
|
|
|
р-(бета)-излучение — это поток электронов, обладающих большей проникающей способностью и меньшей поражающей способностью, чем альфа-излучение. ()ни возникают в ядрах атомов при радиоактивном распаде и сразу же излучаются or |уда со скоростью, близкой к скорости света. Проникающая способность бета- Излучения в воздухе составляет несколько метров, в биологических тканях — несколько сантиметров, в алюминии — несколько миллиметров;
рентгеновское излучение — электромагнитное излучение высокой частоты и короткой длиной волны, возникает при бомбардировке веществ потоком электронов. Обладает большой проникающей способностью;
у-(гамма)-излучение — это поток квантовой энергии, распространяющейся со скоростью света. Обладает большей проникающей способностью и меньшей поражающей способностью, чем рентгеновское излучение.
Факторы, влияющие на степень поражения ионизирующими излучениями.
Действие ионизирующих излучений на организм человека зависит от следующих факторов:
- поглощенной дозы,т. е. энергии излучения, поглощенной в единице массы облучаемого вещества. которая выражается в грэях (Гр). Грей (Гр) равен поглощенной дозе (дозе излучения) ионизирующего излучения, при которой веществу массой 1 кг передается энергия ионизирующего излучения 1 Дж. 1 Гр = 1 Дж/кг
|
|
|
Поглощенная доза (доза излучения) D - отношение средней энергии dw, переданной ионизирующим излучением веществу в элементарном объеме, к массе dm вещества в этом объеме: D = dw/dm.
Поглощенная доза характеризует опасность в связи с изменениями, произошедшими в каком-либо материале (например, потеря прочности в строительной конструкции) или организме. Доза излучения характеризует опасность, связанную с излучателем.
Грей (Гр) равен поглощенной дозе (дозе излучения) ионизирующего излучения, при которой веществу массой 1 кг передается энергия ионизирующего излучения 1 Дж. 1 Гр = 1 Дж/кг.
Рад - внесистемная единица, единица измерения поглощенной дозы излучения.Эрг – единица измерения энергии; 1 Дж =107 эрг.
Для характеристики дозы по эффекту ионизации, вызываемому в воздухе, используется так называемая экспозиционная доза рентгеновского и у-излучений, выраженная суммарным электрическим зарядом ионов одного знака, образованных в единице объема воздуха в условиях электронного равновесия. Рентгеновское и у-излучения обладают высокой проникающей способностью, и длина пробега их в воздухе достигает сотен метров.
|
|
|
Для оценки биологического действия ионизирующего излучения наряду с поглощенной дозой используют также понятие биологической эквивалентной дозы.Эквивалентная дозаионизирующего излучения Dэкв – произведение поглощенной дозы D на средний коэффициент качества Q ионизирующего излучения в данном элементе объёма биологической ткани стандартного состава: Dэкв = QD. Коэффициент Q – величина безразмерная, поэтому размерность Dэкв совпадает с размерностью поглощенной дозы.
Безразмерный коэффициент Q призван учесть различия в действии разных по природе
излучателей:
Q = 1 для β-, γ- и рентгеновского излучений.
Q = 10 для нейтронов с энергией ≤ 10 МэВ.
Q = 20 для α-частиц с энергией ≤ 10 МэВ.
Различия в значениях коэффициента Q можно интерпретировать и так: β-, γ- и рентгеновское излучения при равных условиях наименее опасны; наибольшую опасность представляет излучение α-частиц.
Эффективная доза используется для измерения ионизирующего излучения с точки зрения его потенциала причинить вред. Зиверт (Зв) – единица эффективной дозы, в которой учитывается вид излучения и чувствительность ткани и органов.
|
|
|
Зиверт (Зв) равен эквивалентной дозе, при которой произведение поглощенной дозы в биологической ткани стандартного состава на средний коэффициент качества равно 1 Дж/кг.
- дозы однократного облучения; которая выражается в грэях (Гр).Предельно допустимой дозой при однократном облучении (в течение 3-4 суток) является 0,5 Гр, а при многократном (за 10-30 суток) – до 1 Гр. При больших дозах возникает острое лучевое поражение, степень тяжести которого увеличивается с увеличением дозы.
- периода полураспада РВ. Очень важной характеристикой радионуклидов оказывается период полураспада Т1/2 – это время, за которое распадается половина делящегося вещества. Период полураспада радиоактивного элемента — это время, в течение которого происходит распад половины его атомов, это время, необходимое для того, чтобы активность радионуклида в результате распада уменьшилась наполовину от его первоначальной величины. Оно может находиться в диапазоне от долей секунды до миллионов лет (например, период полураспада йода-131 составляет 8 дней, а период полураспада углерода-14 — 5730 лет). С одной стороны, эта величина показывает динамику радиоактивного распада, с другой – имеются расчеты, по которым безопасный уровень радиации может быть достигнут через 8Т1/2. Наименьшую опасность представляют РВ с очень коротким (быстро распадаются) или очень длинным (испускают слабое излучение) периодом полураспада. Тогда к числу наиболее опасных в течение очень длительного времени изотопов, в значимых количествах выделившихся с радиоактивным облаком, относятсяцезий-137 и стронций-90.- распределения поглощенной дозы в организме.Некоторые вещества поглощаются и накапливаются в конкретных органах, что приводит к высоким локальным дозам радиации Инкорпорированные радиоактивные вещества, подвергаясь радиоактивному распаду, испускают альфа-, бета-частицы и гамма-излучения, под воздействием которых происходит внутреннее облучение организма. Так иод-131, являясь тиреотропным элементом, (концентрация его в щитовидной железе в 200 раз выше, чем в других тканях), даст большую дозу внутреннего облучения. Происходит дегенерация, потеря функции щитовидной железы, склероз сосудов, а в дальнейшем увеличивается частота доброкачественных и злокачественных опухолей железы, происходит нарушение ее функций (гипер- и гипофункции). Стронций-90 и радий (аналоги и соседи кальция по II группе Периодической системы элементов Д.И. Менделеева) накапливаются в
костных тканях (β-облучение костного мозга, нарушения процессов кроветворения), в скелете. Это приводит к облучению не только костей и костного мозга, но и других тканей. Основные симптомы наблюдаются со стороны красного костного мозга – лейкопения, эритроцитопения, лимфопения и т.д. К отдаленным последствиям относятся лейкозы и опухоли костей и других органов. Изотопы рубидия и цезия (аналоги натрия и калия) распределяются равномерно, вызывая угнетение кроветворения, атрофию семенников, опухоли мягких тканей.
Редкоземельные элементы, в частности, церий концентрируются в
печени.
При внутреннем облучении наиболее опасны α-излучающие изотопы полония и плутония.
- вида ионизирующего излучения. При внешнем облучении наименее опасны α-лучи, затем — β-лучи; имея весьма малые пробеги испускаемых частиц. Наиболее опасны γ-лучи и нейтроны, обладающие огромной проникающей способностью. При попадании внутрь организма опасны все виды излучений, они вызывают лучевую болезнь. α- и β-излучатели, имея весьма малые пробеги испускаемых частиц, в процессе распада облучают лишь тот орган, где преимущественно накапливаются изотопы.
- величины облученной поверхности. Чем она больше, тем большая масса тканей подвергается облучению и тем тяжелее поражающее действие радиации.
- времени облучения. Чем продолжительнее время, за которое получена определенная доза, тем легче поражение; Чем больше продолжительность времени, в течение которого получена одна и та же доза облучения, тем легче протекает лучевое поражение. Экспериментально подтверждено, что в облученном организме ежедневно восстанавливается 1,5-3%, в течении месяца – около 50%, в течение 2-х месяцев – 85% лучевого повреждения. Необратимая часть лучевого повреждения составляет 15% от полученной дозы. Это значит, что повторная доза может быть получена через каждые 2 месяца
- активности радиоактивного элемента. Активность, используемая в качестве показателя количества присутствующего радионуклида, выражается в единицах, называемых беккерелями (Бк): один беккерель — это один акт распада в секунду. Чем выше активность РВ, тем оно более опасно.
- скорости выведения РВ из организма. Элементы, образующие в организме легко растворимые соли и накапливающиеся в мягких тканях (например, цезий- 137), удаляются быстро; элементы, связанные с костной тканью (например, стронций-90), выводятся из организма очень трудно.
- состояния организма в момент облучения. Неблагоприятные факторы, снижающие сопротивляемость организма, отягощают степень поражения. Перегревание, острая кровопотеря, шок, беременность у женщин содействует более тяжелому течению лучевых поражений.
- индивидуальной радиочувствительности организма. Одна и та же доза облучения при прочих равных условиях у разных людей способна вызвать поражение различной степени тяжести. Это подтверждается различной степенью лучевых поражений ликвидаторов, находившихся в одинаковых условиях, а следовательно и получивших одинаковые дозы радиации. Радиочувствительность – это способность организма реагировать на малые дозы радиации. Радиоустойчивость – это способность организма переносить высокие уровни облучения.
- радиочувствительности тканей, органов и систем организма. Радиочувствительность различных органов и систем организма разная. Основные проявления лучевого повреждения связаны с поглощенной дозой в критических органах. Критические органы – органы, ткани, части тела, облучение которых причиняет наибольший ущерб здоровью человека, т.е. первыми выходящие из строя. Критические органы разделяют на группы, различающиеся по радиочувствительности. При равномерном облучении всего тела критическими органами являются те органы и ткани, которые наиболее радиочувствительны. По степени уменьшения радиочувствительности органы и системы можно разместить в следующем порядке: кроветворная ткань, кишечный эпителий, гонады, эпителий кожи, мышцы, печень, почки, костная ткань.
Наиболее чувствительным к действию радиации является система кроветворения, а именно красный костный мозг, основным предназначением которого является выработка зрелых клеток крови. В результате облучения происходит быстрое опустошение костного мозга, так как происходит резкое торможение клеточного деления. Уменьшается количество форменных элементов в периферической крови. В результате снижения количества эритроцитов развивается анемия (малокровие), замедляются процессы репарации (восстановления) и наблюдается дефицит кислорода. Уменьшается количество лейкоцитов – лейкопения, что приводит к подавлению иммунологических реакций. Снижение количества тромбоцитов ведет к развитию геморрагического синдрома (кровотечений, кровоизлияний).
Другой системой с высокой степенью самовосстановления, а значит и высокой радиочувствительностью является тонкий кишечник и желудок. В результате облучения происходит опустошение ворсинок и крипт кишечника, оголение ворсинок.
Поражение красного костного мозга и тонкого кишечника является важным само по себе. Но оно сопровождается и общими нарушениями: в большей или меньшей степени разлаживается согласованность структур и деятельности всех частей тела. Так, поражение костного мозга ведет к уменьшению количества циркулирующих в крови лейкоцитов, а это в свою очередь ослабляет систему защиты от микробов, в том числе и от нормальных обитателей кожи и слизистых оболочек. Поражение слизистой оболочки кишечника приводит к увеличению ее проницаемости, потере белков, солей, жидкости (нарушению баланса жидкости и электролитов), проникновению микробов в кровь, развитию воспалительных процессов (вплоть до общего заражения крови – сепсиса). Микробы и их токсины еще более ослабляют организм, усиливают результаты лучевого поражения.
- возраста облучаемых. Наиболее чувствительны к облучению дети и старики, более устойчивы – люди среднего возраста. У детей еще не выработались защитные механизмы против неблагоприятных факторов внешней среды, в том числе и радиации; у стариков они уже истощились. Как уже отмечалось, наиболее подвержены действию радиации клетки, которые активно делятся. А наибольшее деление клеток происходит в растущем организме, поэтому воздействие радиации на детский организм особенно опасно. Особенно опасна 8-15 неделя беременности, когда происходит закладка органов плода.
- радиационного фона. Все живое на Земле находится под непрерывным воздействием ионизирующих излучений. Человек постоянно подвергается воздействию так называемого естественного радиационного фона, который обусловлен космическим излучением и природными радиоактивными веществами, содержащимися в земле, воде, воздухе и всей биосфере. При естественном фоне от 10–15 мкР/ч до 26–30 мкР/ч человек за год может получить дозу 0,1–0,3 бэр.. Техногенный фон обусловливается работой АЭС, урановых рудников, использованием радиоизотопов в промышленности, сельском хозяйстве, медицине и других отраслях народного хозяйства. Среднегодовая доза облучения человека за счет техногенного фона составляет примерно 2–3 мЗв (0,2–0,3 бэр). Таким образом, за счет естественного и техногенного фона средняя годовая доза облучения человека составляет приблизительно 3–4 мЗв (0,3-0,4 бэр) в год.
Наибольшая часть дозы излучения, формируемой от земных источников, обусловлена радоном, который, высвобождаясь из земной коры и строительных материалов (гранита, железобетона и др.), может проникать в помещения и при недостаточной вентиляции накапливаться в них. Радон (Rn) - инертный радиоактивный газ, образующийся в
недрах Земли в процессах распада радиоактивных изотопов.
Примерный расклад концентрации радона в квартире (Бк/м3):
из почвы под зданием — 41,7;
от стройматериалов — 6,4;
от воздуха с улицы — 5;
от бытового газа — 0,3;
Значительную дозу внутреннего облучения человек получает от нуклидов радиоактивного ряда урана-238 и в меньшей степени — от радионуклидов ряда тория-232. Некоторые из них, например нуклиды свинца и полония, поступают в организм с пищей. Они концентрируются в рыбе и моллюсках, поэтому люди, потребляющие много рыбы и других даров моря, могут получить относительно высокие дозы облучения. Десятки тысяч людей на Крайнем Севере питаются в основном мясом северного оленя, в котором
радиоактивные изотопы свинца и полония присутствуют в довольно высокой концентрации. Особенно велико содержание полония-210. Эти изотопы попадают в организм оленей зимой, когда они питаются лишайниками, в которых накапливаются оба изотопа. Дозы внутреннего облучения человека от полония-210 в этих случаях могут в 35 раз превышать средний уровень
Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 9542; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!