Захист довкілля від іонізуючого випромінювання 
Одиницею дози є
грей, названий на честь англійського фізика С. Грея, одного із засновників
радіаційної дозиметрії.
Якщо людина
отримує дозу 1 Гр, то в кожному кілограмі її тіла іонізуючі агенти виділять
енергію 1 Дж. Стільки ж енергії виділяє камінь масою 1 кг, впавши з висоти 10
см. Тому може видатися, що це незначна енергія і шкідливі наслідки
малоймовірні, адже тіло нагріється лише на 0,00024 °С.
На жаль, це не
так, і така доза негативно позначається на здоров'ї. Причиною є особлива
токсичність вторинних продуктів дії радіації, своєрідне біологічне посилення
фізичної дії іонізуючого випромінювання .
З огляду на
особливості всіх видів випромінювання можна чекати різної шкідливості однакових
доз кожного з них. Експерименти підтверджують це припущення: поглинутий тілом
джоуль енергії а-частинок майже у 10 разів шкідливіший від аналогічної енергії
(3-частинок чи у-променів. Тому вважають, що коефіцієнт якості (фактично,
шкідливості) а-частинок ka = 10, а pi-частинок і у-променів відповідно kg = 1,
k = 1.
Якщо врахувати цю
неоднакову "ефективність" різних іонізуючих агентів, то можна
запровадити "ближчу до суворої прози життя" так звану еквівалентну
дозу, її позначають Н і вимірюють у зівертах (Зв), названих так на честь шведського
вченого Р. Зіверта.
Тут використано
припущення, що біодії окремих агентів лише додаються, а не перемножуються з
додатковим посиленням їх спільної дії. Експерименти свідчать, що суттєві
відхилення від формули (9.3) і припущення про підсумовування спостерігаються
рідко. Причиною відхилень може бути аномальний стан особи, приймання нею
наркотиків, інтенсивне куріння тютюну та інші негативні впливи індивідуального
характеру. Зіверт не став
загальновживаною і поширеною одиницею. Традиційно дотепер використовується бер
(біологічний еквівалент рада). Не розглядатимемо деталей його появи і причини
такої назви, а тільки зазначимо, що зіверт у сто разів більший за бер, отже, 1
Зв = 100 бер.
Окрім
еквівалентної дози існує ще "детальніша" ефективна еквівалентна доза,
яка теж вимірюється у зівертах, але додатково враховує під час повного
опромінення тіла велику вразливість статевих органів і червоного кісткового
мозку та значно меншу решти тіла. Надалі ми використовуватимемо лише зіверт і
бер. Хоч зв'язку з дозою в берах (Зв) та рівнем пошкодження особи радіацією не
встановлено так добре, як для лабораторних тварин, та все ж за роки ближчого
знайомства (як правило, небажаного, під час аварій) з іонізуючим
випромінюванням вчені поступово нагромадили достатньо інформації
Людина зазнає
опромінення двома способами — зовнішнім та внутрішнім. Якщо радіоактивні речовини
знаходяться поза організмом і опромінюють його ззовні, то у цьому випадку
говорять про зовнішнє опромінення. А якщо ж вони знаходяться у повітрі, яким
дихає людина, або у їжі чи воді і потрапляють всередину організму через органи
дихання та кишково-шлунковий тракт, то таке опромінення називають внутрішнім. .
Перед тим, як потрапити
до організму людини, радіоактивні речовини проходять складний маршрут у
навколишньому середовищі, і це необхідно враховувати при оцінці доз
опромінення, отриманих від того чи іншого джерела.
Внутрішнє опромінення в
середньому становить 2/3 ефективної еквівалентної дози опромінення, яку людина
одержує від природних джерел радіації. Воно надходить від радіоактивних
речовин, що потрапили в організм з їжею, водою чи повітрям. Невеличка частина
цієї дози припадає на радіоактивні ізотопи (типу вуглець-14, тритій), що
утворюються під впливом космічної радіації. Все інше надходить від джерел
земного походження. В середньому людина одержує близько 180 мкЗв/рік за рахунок
калію-40, який засвоюється організмом разом із нерадіоактивним ізотопом калію,
що є необхідним для життєдіяльності людини. Проте значно більшу дозу
внутрішнього опромінення людина одержує від нуклідів радіоактивного, ряду
урану-238 і в меншій кількості від радіонуклідів ряду торію-232.
Під впливом іонізаційного випромінювання атоми і молекули
живих клітин іонізуються, в результаті чого відбуваються складні фізико-хімічні
процеси, які впливають на характер подальшої життєдіяльності людини.
Згідно з одними поглядами, іонізація атомів і молекул, що
виникає під дією випромінювання, веде до розірвання зв'язків у білкових
молекулах, що призводить до загибелі клітин і поразки всього організму. Згідно
з іншими уявленнями, у формуванні біологічних наслідків іонізуючих
випромінювань відіграють роль продукти радіолізу води, яка, як відомо,
становить до 70% маси організму людини.
При іонізації води утворюються вільні радикали Н+
та ОН-, а в присутності кисню — пероксидні сполуки, що є сильними окислювачами.
Останні вступають у хімічну взаємодію з молекулами білків та ферментів,
руйнуючи їх, в результаті чого утворюються сполуки, не властиві живому
організму. Це призводить до порушення обмінних процесів, пригноблення
ферментних і окремих функціональних систем, тобто порушення життєдіяльності
всього організму.
Специфічність дії іонізуючого випромінювання полягає в тому,
що інтенсивність хімічних реакцій, індуційованих вільними радикалами,
підвищується, й у них втягуються багато сотень і тисячі молекул, не порушених
опроміненням. Таким чином, ефект дії іонізуючого випромінювання зумовлений
не кількістю поглинутої об'єктом, що опромінюється, енергії, а формою, в якій
ця енергія передається. Жоден інший вид енергії (теплова, електрична та
ін.), що поглинається біологічним об'єктом у тій самій кількості, не призводить
до таких змін, які спричиняє іонізуюче випромінювання.
Також необхідно відзначити деякі особливості дії іонізуючого
випромінювання на організм людини:
- органи чуття не реагують на випромінювання;
- малі дози випромінювання можуть підсумовуватися і
накопичуватися в організмі (кумулятивний ефект);
- випромінювання діє не тільки на даний живий організм, але і
на його спадкоємців (генетичний ефект);
- різні органи організму мають різну чутливість до
випромінювання.
Найсильнішого впливу зазнають клітини червоного кісткового
мозку, щитовидна залоза, легені, внутрішні органи, тобто органи, клітини яких
мають високий рівень поділу. При одній і тій самій дозі випромінювання у дітей
вражається більше клітин, ніж у дорослих, тому що у дітей всі клітини
перебувають у стадії поділу.
Небезпека різних радіоактивних елементів для людини
визначається спроможністю організму їх поглинати і накопичувати.
Радіоактивні ізотопи надходять всередину організму з пилом, повітрям,
їжею або водою і поводять себе по-різному: деякі ізотопи розподіляються
рівномірно в організмі людини (тритій, вуглець, залізо, полоній), деякі
накопичуються в кістках (радій, фосфор, стронцій), інші залишаються в м'язах
(калій, рубідій, цезій), накопичуються в щитовидній залозі (йод), у печінці,
нирках, селезінці (рутей, полоній, ніобій) тощо.
Ефекти, викликані дією іонізуючих випромінювань (радіації),
систематизуються за видами ушкоджень і часом прояву. За видами ушкоджень їх
поділяють на три групи: соматичні, соматико-стохатичні (випадкові, ймовірні),
генетичні. За часом прояву виділяють дві групи — ранні (або гострі) і пізні.
Ранні ураження бувають тільки соматичні. Це призводить до смерті або променевої
хвороби. Постачальником таких часток є в основному ізотопи, що мають коротку
тривалість життя, у-випромінювання, потік нейтронів.
Формами променевої хвороби є гостра та хронічна. Гостра
форма виникає в результаті опромінення великими дозами за короткий проміжок
часу. При дозах порядку тисяч рад ураження організму може бути миттєвим. Хронічна
форма розвивається в результаті тривалого опромінення, що перевищує
гранично допустимі дози (ГДД). Більш віддаленими наслідками променевого
ураження можуть бути променеві катаракти, злоякісні пухлини та інше.
Для вирішення питань радіаційної безпеки населення передусім
викликають інтерес ефекти, що спостерігаються при малих дозах опромінення —
порядку декілька сантизиверів на годину, що реально трапляються при практичному
використанні атомної енергії. У нормах радіаційної безпеки НРБУ-97, введених
1998 p., як одиниця часу
використовується рік або поняття річної дози опромінення. Це викликано, як
зазначалося раніше, ефектом накопичення "малих" доз і їхнього
сумарного впливу на організм людини.
Існують різноманітні норми радіоактивного зараження: разові,
сумарні, гранично допустимі та інше. Всі вони описані в спеціальних довідниках.
ГДД загального опромінення людини вважається доза, яка
у світлі сучасних знань не повинна викликати значних ушкоджень організму протягом
життя.
ГПД для людей, які постійно працюють з радіоактивними
речовинами, становить 2 бер на рік. При цій дозі не спостерігається соматичних
уражень, проте достовірно поки невідомо, яким чином реалізуються канцерогенний
і генетичний ефекти дії. Цю дозу слід розглядати як верхню межу, до якої не
варто наближатися.
Згідно з одними
поглядами, іонізація атомів і молекул, що виникає під дією випромінювання, веде
до розірвання зв'язків у білкових молекулах, що призводить до загибелі клітин і
поразки всього організму. Згідно з іншими уявленнями, у формуванні біологічних
наслідків іонізуючих випромінювань відіграють роль продукти радіолізу води,
яка, як відомо, становить до 70% маси організму людини. При іонізації води
утворюються вільні радикали Н+ та ОН-, а в присутності кисню — пероксидні
сполуки, що є сильними окислювачами. Останні вступають у хімічну взаємодію з
молекулами білків та ферментів, руйнуючи їх, в результаті чого утворюються
сполуки, не властиві живому організму. Це призводить до порушення обмінних
процесів, пригноблення ферментних і окремих функціональних систем, тобто
порушення життєдіяльності всього організму.
Вплив
радіоактивного випромінювання на організм людини можна уявити в дуже спрощеному
вигляді таким чином. Припустімо, що в організмі людини відбувається нормальний
процес травлення, їжа, що надходить, розкладається на більш прості сполуки, які
потім надходять через мембрану усередину кожної клітини і будуть використані
як будівельний матеріал для відтворення собі подібних, для відшкодування
енергетичних витрат на транспортування речовин і їхню переробку. Під час
потрапляння випромінювання на мембрану відразу ж порушуються молекулярні
зв'язки, атоми перетворюються в іони. Крізь зруйновану мембрану в клітину
починають надходити сторонні (токсичні) речовини, робота її порушується. Якщо
доза випромінювання невелика, відбувається рекомбінація електронів, тобто
повернення їх на свої місця. Молекулярні зв'язки відновлюються, і клітина
продовжує виконувати свої функції. Якщо ж доза опромінення висока або дуже
багато разів повторюється, то електрони не встигають рекомбінувати; молекулярні
зв'язки не відновлюються; виходить з ладу велика кількість клітин; робота
органів розладнується; нормальна життєдіяльність організму стає неможливою.
Специфічність дії
іонізуючого випромінювання полягає в тому, що інтенсивність хімічних реакцій,
індуційованих вільними радикалами, підвищується, й у них втягуються багато
сотень і тисячі молекул, не порушених опроміненням. Таким чином, ефект дії
іонізуючого випромінювання зумовлений не кількістю поглинутої об'єктом, що
опромінюється, енергії, а формою, в якій ця енергія передається. Ніякий інший
вид енергії (теплова, електрична та ін.), що поглинається біологічним об'єктом
у тій самій кількості, не призводить до таких змін, які спричиняє іонізуюче
випромінювання.
Також необхідно
відзначити деякі особливості дії іонізуючого випромінювання на організм людини:
* органи чуття не
реагують на випромінювання;
* малі дози
випромінювання можуть підсумовуватися і накопичуватися в організмі
(кумулятивний ефект);
* випромінювання
діє не тільки на даний живий організм, але і на його, спадкоємців (генетичний
ефект);
* різні організми
мають різну чутливість до випромінювання.
Найсильнішого
впливу зазнають клітини червоного кісткового мозку, щитовидна залоза, легені,
внутрішні органи, тобто органи, клітини яких мають високий рівень поділу. При
одній і тій самій дозі випромінювання у дітей вражається більше клітин, ніж у
дорослих, тому у дітей всі клітини перебувають у стадії поділу.
Небезпека різних
радіоактивних елементів для людини визначається спроможністю організму їх
поглинати і накопичувати.
Радіоактивні
ізотопи надходять всередину організму з пилом, повітрям, їжею або водою і
поводять себе по-різному: *деякі ізотопи розподіляються рівномірно в організмі
людини (тритій, вуглець, залізо, полоній), * деякі накопичуються в кістках
(радій, фосфор, стронцій), *інші залишаються в м'язах (калій, рубідій, цезій),
* накопичуються в щитовидній залозі (йод), у печінці, нирках, селезінці (рутеній,
полоній, ніобій) тощо.
Ефекти, викликані
дією іонізуючих випромінювань (радіації), систематизуються за видами ушкоджень
і часом прояву. За видами ушкоджень їх поділяють на три групи: соматичні,
соматико-стохатичні (випадкові, ймовірні), генетичні. За часом прояву виділяють
дві групи —' ранні (або гострі) і пізні. Ранні ураження бувають тільки
соматичні. Це призводить до смерті або променевої хвороби. Постачальником таких
часток є в основному ізотопи, що мають коротку тривалість життя, y -
випромінювання, потік нейтронів.
Гостра форма
виникає в результаті опромінення великими дозами за короткий проміжок часу. При
дозах порядку тисяч рад ураження організму може бути миттєвим. Хронічна форма
розвивається в результаті тривалого опромінення дозами, що перевищують ліміти
дози (ЛД). Більш віддаленими наслідками променевого ураження можуть бути
променеві катаракти, * злоякісні пухлини та інше.
Для вирішення
питань радіаційної безпеки населення передусім викликають інтерес ефекти, що
спостерігаються при малих дозах опромінення — порядку декілька сантизиверів на
годину, що реально трапляються при практичному використанні атомної енергії. У
нормах радіаційної безпеки НРБУ-97, введених 1998 p., як одиниці часу
використовується рік або поняття річної дози опромінення. Це викликано, як
зазначалося раніше, ефектом накопичення "малих" доз і їхнього
сумарного впливу на організм людини.
Існують
різноманітні норми радіоактивного зараження: разові, сумарні, гранично
припустимі та інше. Всі вони описані в спеціальних довідниках.
ЛД загального
опромінення людини вважається доза, яка у світлі сучасних знань не повинна
викликати значних ушкоджень організму протягом життя.
Якщо під час розгляду можливого впливу радіонуклідних
забруднень на мікроорганізми, рослини і тварини основну увагу приділяють стану
популяцій цих організмів, то щодо людини наслідки такого впливу розглядають в
іншому аспекті. У цьому
випадку основний інтерес становлять не популяційні, а індивідуальні ефекти;
недоля населення, що проживає на певних забруднених територіях у цілому, а стан
здоров'я його окремих представників від людей старших поколінь, які вже давно
вийшли з репродуктивного віку, до ще не народжених нащадків батьків, що
зазнають опромінення. Це значно утруднює оцінку впливу радіонуклідів на людину
і визначення безпечних для неї доз випромінювання [3].
Розглянемо особливості зовнішнього опромінення людини, шляхи
надходження радіонуклідів в організм, поглинені дози випромінювання при різних
рівнях забруднення територій і вплив його в таких дозах на здоров'я людей.
При зовнішньому опроміненні людини можна майже цілком
вилучити радіонуклідні джерела важких частинок, альфа- і бета-випромінювання
середніх (помірних) і низьких (менш ніж 1 МеВ) енергій. Такі види
випромінювання не можуть проникати крізь одяг і шкірні покриви людини. Тому
можливими джерелами зовнішнього опромінення залишаються тільки
бета-випромінювання високих енергій і гамма-випромінювання .
Стосовно внутрішнього опромінення людини від радіонуклідів
(гарячих частинок) можна виділити два основних шляхи їх надходження в організм:
1) разом із пилом через органи дихання; 2) разом із рідиною та їжею через
травний канал. Можливість надходження радіонуклідів в організм людини таким
шляхом значною мірою залежить від того, чи вжито будь-яких запобіжних заходів ("чистота"
напоїв і продуктів харчування), чи ні. До ефективних запобіжних заходів
належить також використання спеціального одягу і взуття, що робить мінімальним
потрапляння до організму радіонуклідів крізь порізи, подряпини, шкіру. У разі
дотримання всіх запобіжних заходів надходження радіонуклідів у організм можна
знизити до 10 % і більше тієї їх кількості, що потрапляє в організм людей за
відсутності такої профілактики. В останньому випадку можна вважати, що до
організму буде надходити (особливо разом із молоком і овочами) кількість
радіонуклідів, яка подвоює дозу випромінювання від зовнішніх гамма-джерел. Тому
потужність поглиненої дози випромінювання зовнішніх джерел й інкорпорованих
радіонуклідів для людини, що постійно перебуває на забруднених територіях,
становить близько 0,01—0,02 Гр/рік (1—2 рад/рік) за поверхневої активності
радіонуклідів 3,7 • 1010 Бк/км2 (1—5 Кі/км2).
Очевидно, що такі слабкі дози випромінювання не здатні призводити до променевої
хвороби в людини, тим більше до смерті.
Ознаки гострої променевої хвороби внаслідок загального
одноразового опромінення починають виявлятися в дорослих людей за поглинених
доз 2 — 2,5 Гр і більше, а в разі хронічного опромінювання — 1,5 Гр. Летальний
кінець унаслідок загального гострого зовнішнього опромінення спостерігається
при поглинених дозах, що перевищують 3—3,5 Гр. Такі дози мали місце у воєнний
час (у жителів Хіросіми і Нагасакі) в аварійних ситуаціях (у ліквідаторів, що
працювали на даху четвертого блока ЧАЕС). Проте такі випадки є винятковими і
належать до компетенції не радіоекологів, а фахівців із радіаційної медицини.
За потужності поглиненої дози випромінювання 10 Гр/рік (що відповідає поверхневій
активності радіонуклідів близько 3,7 • 1013 Бк/км2, або
102 Кі/км2, і нижче) можливі два види наслідків (хоча
немає будь-яких відомостей про стан здоров'я людей, які прожили на територіях
із таким ступенем забруднення майже рік). По-перше, це хронічна променева
хвороба, по-друге, онкологічні захворювання, особливо в разі потрапляння
радіонуклідів в організм, і генетичні ефекти [13].
Вважають, що хронічна променева хвороба може розвинутись за
потужності еквівалентної дози випромінювання 0,001 — 0,005 Зв/добу (0,1 — 0,5
бер/добу) і сумарних доз 0,7 — 1,0 Зв (70 – 100 бер) і вище. Для цього потрібно
прожити не менше ніж рік на території із забрудненням
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5
|
|
