Т. И. Юрасова основы радиационной безопасности

Вид материала

Документы

Содержание 4.1. Биологическое действие излучений. 4.2. Лучевые поражения. 4.3. Действие радиации на человека. 5. Факторы, влияющие на эффект облучения. 5.1. Доза облучения.

Подобный материал:

• Методические указания по выполнению лабораторной работы по дисциплине «Основы радиационной, 237.73kb.
• Федеральный надзор россии по ядерной и радиационной безопасности, 790.94kb.
• Обеспечение радиационной безопасности населения, 185.1kb.
• Система радиационной безопасности ир ввр-м, 257.59kb.
• Конституция Российской Федерации, федеральные закон, 245.01kb.
• Конституции Российской Федерации и федеральных закон, 327.39kb.
• Ю. А. Александров Основы радиационной экологии Учебное пособие, 5090.11kb.
• Й на радиационно-опасных объектах (роо) применяемых в целях предотвращения хищения, 33.21kb.
• Использование систем индикаторов безопасности органами регулирования ядерной и радиационной, 147.24kb.
• 1. Основные документы нормативно-правового обеспечения радиационной безопасности работ, 239.18kb.

4.1. Биологическое действие излучений.


Различные виды радиоактивных излучений могут вызывать в тканях организма определенные изменения. Эти изменения связаны с возникающей при облучении ионизацией атомов и молекул клеток живого организма.

Ионизация живой ткани, зависящая от энергии излучения, массы, величены электрического заряда и ионизирующей способности излучения, приводит к разрыву химических связей и изменению химической структуры различных соединений, составляющих клетки ткани. В свою очередь, изменения в химическом составе ткани, происходящие в результате разрушения значительного числа молекул, приводит к гибели этих клеток. Причем многие излучения проникают очень глубоко и могут вызвать ионизацию, а, следовательно, и поражение клеток в глубоко расположенных частях человеческого тела.

Кроме того, ионизирующее излучение вызывает расщепление воды, содержание которой в нормальных тканях составляет 70 – 80 %. Образующиеся ион водорода и гидроксильная группа обладают высокой химической активностью. Гидроксильные группы, соединяясь, образуют вещества перекисного характера, обладающие ярко выраженными окислительными свойствами и высокой токсичностью по отношению к ткани. Вступая в соединения с молекулами органических веществ, и прежде всего с белками, они образуют новые химические соединения, не свойственные здоровой ткани.

Изменения, происходящие при ионизации, нарушают нормальное течение биохимических процессов и нормальную жизнедеятельность организма. В зависимости от дозы облучения и продолжительности воздействия эти изменения могут быть необратимыми, что приведет к отмиранию отдельных органов и даже гибели всего организма.

При облучении нейтронами в организме могут образоваться радиоактивные вещества из элементов, содержащихся в нем в нормальных условиях (Ca⁴⁵ (кальций), Na²⁴ (натрий), Р³² (фосфор) и др.); возникает так называемая наведенная активность, т.е. радиоактивность, созданная в веществе в результате воздействия на него потоков нейтронов. В тканях тела имеется значительное количество азота и поэтому вклад реакции


₇N¹⁴ (азот) + ₀n¹  ₆C¹⁴ (углерод) + ₁Н¹ (протон отдачи)


весьма существенен. Протоны выбрасываются с большой скоростью и вызывают сильную ионизацию. Атомы ₆С¹⁴ углерода также обладают значительной энергией для разрыва химических связей. Одна такая ядерная реакция может способствовать изменениям генной наследственности.

Биологическое воздействие проявляется с запозданием на несколько дней и даже месяцев после облучения организма.


4.2. Лучевые поражения.


В результате воздействия на человеческий организм дозы ионизирующего излучения свыше предельно допустимого уровня облучения развивается лучевая болезнь. Она может проявляться в острой и хронических формах, в виде общих и местных поражений.

Острое лучевое заболевание возникает в результате облучения большими дозами в короткий промежуток времени. Такие поражения являются следствием внешнего облучения или попадания радионуклидов внутрь организма при аварии, а также при нарушении нормальных условий работы в производственных цехах или лабораториях.

Хронические поражения развиваются из-за длительного влияния малых доз (но выше пределов доз) радиоактивных веществ с большим периодом полураспада, попавших в организм, или малых доз внешнего облучения.

Различают три степени хронической лучевой болезни: легкую, среднюю и тяжелую.

Легкая степень хронической лучевой болезни характеризуется появлением слабости, повышенной утомляемости, вялости, головными болями, сонливостью, изменением состава крови. Как правило, при легкой форме устранение облучения способствует прекращению развития болезни и полному выздоровлению. Для этого достаточно бывает перевода на работу, не связанную с радиацией.

Для второй степени хронической лучевой болезни характерно волнообразное течение. Происходит чередование улучшения и ухудшения состояния больного. Резко снижается трудоспособность. Болезнь сопровождается мучительными головными болями, расстройством нервной системы, нарушением нормального пищеварения, частыми рвотами, прогрессирующим малокровием и резким нарушением состава крови.

Своевременно выявленная хроническая лучевая болезнь второй степени может быть приостановлена, но полное восстановление здоровья больного происходит медленно и не во всех случаях.

Страдающие хронической болезнью третьей степени – тяжелобольные. Признаки поражения человеческого организма те же, что и при второй степени, но гораздо более выраженные.

При работе без защитных средств облучение кожных покровов может вызвать хронические воспалительные явления, сухость кожи, выпадение волос, ломкость ногтей и т.п. При воздействии излучения на глаза может образоваться катаракта.

Ниже приводится таблица 1, в которой сравниваются величины фонового облучения с допустимыми и опасными дозами.

Таблица 1.

Соотношение фонового облучения с допустимыми и опасными уровнями облучения человека.

4.5 зв	Тяжелая степень лучевой болезни (погибает 50% облученных)
1 зв	Нижний уровень развития легкой степени лучевой болезни
0.75 зв	Незначительное кратковременное изменение состава крови
0.3 зв	Облучение при рентгеноскопии желудка (разовое)
0.2 зв	Допустимое, с разрешения СЭС, аварийное облучение персонала (разовое)
50 мзв	Допустимое облучение персонала в нормальных условиях за год
30 мзв	Облучение во время рентгенографии зуба
5 мзв	Допустимое облучение населения в нормальных условиях за год
1 мзв	Фоновое облучение за год
0.01 мзв	Просмотр одного хоккейного матча по ТВ или перелет на 2400 км в самолете

4.3. Действие радиации на человека.


Радиация по своей природе вредна для жизни. Даже малые дозы облучения могут вызвать рак или привести к генетическим повреждениям. При больших дозах радиация может разрушать клетки, повреждать ткани органов и быть причиной скорой гибели организма.

Повреждения, вызываемые большими дозами облучения, обыкновенно проявляются в течение нескольких часов или дней. Раковые заболевания проявляются спустя много лет после облучения – как правило, не ранее чем через одно – два десятилетия. А врожденные пороки развития и другие наследственные болезни, вызываемые повреждением генетического аппарата, проявляются лишь в следующем или более поздних поколениях.

В то время как идентификация быстро проявляющихся (острых) последствий от действия больших доз облучения не составляет труда, обнаружить отдаленные последствия от малых доз облучения почти всегда очень трудно. Частично это объясняется тем, что для их проявления должно пройти много времени. Но, даже обнаружив такие эффекты, требуется доказать, что они связаны с действием радиации, поскольку рак и повреждения генетического аппарата могут быть вызваны не только радиацией, но и множеством других причин.

Чтобы вызвать острое поражение организма, дозы облучения должны превышать определенный уровень, но нет оснований считать, что это правило действует для таких последствий, как рак или повреждение генетического аппарата. По крайней мере, теоретически для этого достаточно самой малой дозы. Однако никакая доза облучения не приводит к этим последствиям во всех случаях. Даже при относительно больших дозах облучения далеко не все люди обречены на эти болезни.


а) Острое поражение.

Большое количество сведений, приводимых в докладе НКДАР ООН (Научный комитет по действию атомной радиации), было получено при анализе результатов применения лучевой терапии для лечения рака. Многолетний опыт позволил медикам получить обширную информацию о реакции тканей человека на облучение. Эта реакция для разных органов и тканей оказалась неодинаковой. Величена же дозы, определяющая тяжесть поражения организма, зависит от того, как получает ее организм – сразу же или в несколько приемов. Большинство органов успевает в той или иной степени залечить радиационные повреждения и поэтому лучше переносит серию мелких доз, нежели ту же суммарную дозу облучения, полученную за один прием.

Во всяком случае, очень большие дозы облучения порядка 100 Гр (10000 Бэр для -облучения) вызывают столь серьезные поражения центральной нервной системы, что смерть, как правило наступает в течении нескольких часов или дней. При дозах облучения от 10 до 50 Гр при облучении всего тела поражение центральной нервной системы может не привести к летальному исходу, однако облученный человек, вероятно, умрет через одну – две недели от кровоизлияний в желудочно – кишечном тракте. При еще меньших дозах может не произойти серьезных повреждения желудочно – кишечного тракта или организм с ними справится, и тем не менее смерть может наступить через один – два месяца с момента облучения из-за разрушения клеток красного костного мозга – главного компонента кроветворной системы организма: от дозы в 3  5 Гр при облучении всего тела умирает примерно половина всех облученных.

Красный костный мозг и другие элементы кроветворной системы наиболее уязвимы при облучении и теряют способность нормально функционировать уже при дозах 0.5  1 Гр. К счастью, они обладают замечательной способностью к регенерации, и если доза облучения не настолько велика, чтобы вызвать повреждения всех клеток, кроветворная система может полностью восстановить свои функции. Если же облучению подверглось не все тело, а только его часть, то уцелевших клеток мозга бывает достаточно для полного возмещения поврежденных клеток.

Репродуктивные органы и глаза также отличаются повышенной чувствительностью к облучению. Однократное облучение семенников при дозе всего в 0.1 Гр приводит к временной стерильности у мужчин, а дозы свыше 2 Гр могут привести к постоянной стерильности: лишь через много лет семенники вновь будут продуцировать полноценную сперму. Семенники являются единственным исключением из общего правила: суммарная доза облучения, полученная в несколько приемов, для них боле опасна, чем та же доза, полученная за один прием. Яичники гораздо менее чувствительны к действию радиации, по крайней мере, у взрослых женщин. Однако однократная доза в 3 Гр приводит к их стерильности, хотя еще большие дозы при дробном облучении не сказываются на способности к деторождению.

Наиболее уязвимая для радиации часть глаза – хрусталик. Помутнение хрусталика может образоваться при дозах облучения 2 Гр и менее. Более тяжелая форма поражения глаза – прогрессирующая катаракта – наблюдается при дозах около 5 Гр. Показано, что даже профессиональное облучение, связанное с рядом работ, вредно для глаз: дозы от 0.5 до 2 Гр, полученные в течение 10  20 лет, приводят к увеличению плотности и помутнению хрусталика.

Большинство тканей взрослого человека относительно мало чувствительны к действию радиации. Почки выдерживают без особого для себя вреда суммарную дозу около 23 Гр, полученную в течение пяти недель, печень – по меньшей мере 40 Гр за месяц, мочевой пузырь – 55 Гр за четыре недели, а зрелая хрящевая ткань – до 70 Гр. Легкие – чрезвычайно сложный орган – гораздо более уязвимы, а в кровеносных сосудах существенные изменения могут происходить уже при относительно небольших дозах.

Облучение в терапевтических дозах, как и всякое другое облучение, может вызвать заболевание раком в будущем или привести к неблагоприятным генетическим последствиям. Однако, облучение в терапевтических целях применяют именно для лечения рака, когда человек смертельно болен, а поскольку пациенты в среднем довольно пожилые люди, вероятность того, что они будут иметь детей, также относительно мала. Однако, далеко не так просто оценить, насколько велик этот риск при гораздо меньших дозах облучения, которые люди получают в свой повседневной жизни и на работе.


б) Рак.

Рак – наиболее серьезное из всех последствий облучения человека малыми дозами. Действительно, обширные исследования, охватившие около 100000 человек, переживших атомные бомбардировки Хиросимы и Нагасаки в 1945 году, показали, что рак является единственной причиной повышенной смертности в этой группе населения.

Оценки НКДАР ООН риска заболевания раком в значительной мере опираются на результаты обследования людей, переживших атомную бомбардировку. Комитет использует и другие материалы, в том числе сведения о частоте заболевания раком среди жителей островов в Тихом океане, где произошло выпадение радиоактивных осадков после ядерных испытаний в 1954 году, среди рабочих урановых рудников и среди лиц, прошедших курс лучевой терапии. Но материалы по Хиросиме и Нагасаки – это единственный источник сведений, отражающий результаты тщательного обследования в течение 30 лет многочисленной группы людей всех возрастов, которые подверглись более или менее равномерному облучению всего тела.

Несмотря на все эти исследования, оценка вероятности заболевания людей раком в результате облучения не вполне надежна. Имеются полезные сведения, полученные при экспериментах на животных, однако они не могут в полной мере заменить сведений о действии радиации на человека. Для того, чтобы оценка риска заболевания человека раком была достаточно надежна, полученные в результате обследования сведения должны удовлетворять ряду условий. Во-первых, должна быть известна величена поглощенной дозы. Излучение должно равномерно попадать на все тело, либо, по крайней мере, на ту его часть, которая изучается в настоящий момент. Во-вторых, облученное население должно регулярно проходить обследования в течение десятилетий, чтобы успели проявиться все виды раковых заболеваний. В-третьих, диагностика должна быть достаточно качественной. Очень важно также иметь “контрольную” группу людей, сопоставимую во всех отношениях (кроме самого факта облучения) с группой лиц, за которой ведется наблюдение, чтобы выяснить чистоту заболевания раком без облучения. Обе эти группы должны быть достаточно многочисленны, чтобы полученные данные были статистически достоверны. Ни один из имеющихся материалов полностью не удовлетворяет всем этим требованиям.

Существенная неопределенность состоит в том, что почти все данные о частоте заболевания раком в результате облучения получены при обследовании людей, получивших относительно большие дозы облучения – 1 Гр и более. Имеется немного сведений о последствиях облучения при дозах, связанных с некоторыми профессиями, и совсем отсутствуют данные о действии доз облучения, получаемых населением Земли в повседневной жизни. Поэтому, остается такой способ оценки риска населения при малых дозах облучения, как экстраполяция оценок риска при больших дозах (уже не вполне надежных) в область малых дох облучения.

НКДАР ООН, также как и другие учреждения, занимающиеся исследованиями в этой области, в своих оценках опирается на два основных допущения. Согласно первому – не существует никакой пороговой дозы, за которой отсутствует риск заболевания раком, т.е. любая сколь угодно малая доза увеличивает вероятность заболевания раком человека, получившего эту дозу, и всякая дополнительная доза облучения еще более увеличивает эту вероятность. Второе допущение заключается в том, что вероятность или риск заболевания возрастает прямо пропорционально дозе облучения: при удвоении дозы риск удваивается, при получении трехкратной дозы – утраивается и т.д. НКДАР ООН полагает, что при таком допущении возможна переоценка риска в области малых доз, но вряд ли возможна его недооценка.

Согласно имеющимся данным, первыми в группе раковых заболеваний, поражающих население в результате облучения, стоят лейкозы (рак крови). Они вызывают гибель людей в среднем через 10 лет с момента облучения – гораздо раньше, чем другие виды раковых заболеваний. По оценкам НКДАР ООН, от каждой дозы облучения в 1 Гр в среднем два человека из тысячи умрут от лейкоза. Другими словами, если кто-либо получит дозу 1 Гр при облучении всего тела, при котором страдают клетки красного костного мозга, то существует один шанс из 500, что этот человек умрет от лейкоза.

Самыми распространенными видами рака, вызванными действием радиации, оказались рак молочной железы и рак щитовидной железы. По оценкам НКДАР ООН, примерно у десяти человек из тысячи облученных отмечается рак щитовидной железы, а у десяти женщин из тысячи – рак молочной железы.

Однако, обе разновидности рака в принципе излечимы, а смертность от рака щитовидной железы, особенно низка. Поэтому лишь пять женщин из тысячи, вероятно умрут от рака молочной железы на каждый грэй облучения и лишь один человек из тысячи облученных, вероятно, умрет от рака щитовидной железы.

Рак легких, напротив, приводит к смертельному исходу. Он тоже принадлежит к распространенным разновидностям раковых заболеваний среди облученных групп населения.

Рак других органов и тканей, как оказалось, встречается среди облученных групп населения реже. Согласно оценкам НКДАР ООН, вероятность умереть от рака желудка, печени или толстой кишки составляет примерно 1/1000 на каждый грэй средней индивидуальной дозы облучения, а риск возникновения рака костных тканей, пищевода, тонкой кишки, мочевого пузыря, поджелудочной железы, прямой кишки и лимфатических тканей еще меньше и составляет примерно от 0.2 до 0.5 на каждую тысячу и на каждый грэй средней индивидуальной дозы облучения.

Среди детей, облученных в период внутриутробного развития в Хиросиме и Нагасаки, также пока не обнаружено повышенной склонности к заболеванию раком.

Однако есть ряд сложных вопросов, требующих изучения.

Радиация, например, может оказать действие на разные химические и биологические агенты, что может приводить к дополнительному увеличению частоты заболевания раком. Этот вопрос важен, так как радиация присутствует всюду, а в нашей жизни много разнообразных агентов, которые могут с ней взаимодействовать. НКДАР ООН провел предварительный анализ данных, охватывающий большое число таких агентов. Серьезные доказательства были получены для табачного дыма. Оказалось, что шахтеры урановых рудников из числа курящих заболевают раком гораздо чаще.

Кроме того, высказывались предположения, что облучение, возможно, ускоряет процесс старения и таким образом уменьшает продолжительность жизни. НКДАР ООН рассмотрел все данные в пользу такой гипотезы, но не обнаружил достаточно убедительных доказательств, подтверждающих ее, как для человека, так и для животных при умеренных и малых дозах, получаемых при хроническом облучении.


в) Генетические последствия облучения.

Изучение генетических последствий облучения связано с еще большими трудностями, чем в случае рака. Во-первых, очень мало известно о том, какие повреждения возникают в генетическом аппарате человека при облучении; во-вторых, полное выявление всех наследственных дефектов происходит лишь на протяжении многих поколений; и, в-третьих, как и в случае рака, эти дефекты невозможно отличить от тех, которые возникли совсем по другим причинам.

Среди более чем 27000 детей, родители которых получили относительно большие дозы во время атомных бомбардировок Хиросимы и Нагасаки, были обнаружены лишь две вероятные мутации, а среди примерно такого же числа детей, родители которых получили меньшие дозы, не отмечено ни одного такого случая.

Несколько настораживает сообщение о том, что у людей, получающих малые избыточные дозы облучения, действительно наблюдается повышенное содержание клеток крови с хромосомными нарушениями. Это явление при чрезвычайно низком уровне облучения было отмечено у жителей курортного города Бадгастайн в Австрии и среди медицинского персонала, обслуживающего радоновые источники с целебными свойствами. Среди персонала АЭС в ФРГ, Великобритании и США, который получает дозы, не превышающие пределов доз, также обнаружены хромосомные аномалии.

5. Факторы, влияющие на эффект облучения.


Результат воздействия ионизирующего излучения и при внешнем, и при внутреннем облучении зависит от дозы облучения, продолжительности воздействия, вида облучения, индивидуальной чувствительности и величины облучаемой поверхности. При внутреннем облучении эффект воздействия зависит, кроме того, от физико – химических свойств радиоактивных веществ и поведения их в организме.


5.1. Доза облучения.


В обычных условиях каждый человек непрерывно подвергается действию ионизирующей радиации в результате космического излучения, а также вследствие излучения естественных радионуклидов, находящихся в земле, пище, растениях и в самом организме человека.

Уровень естественной радиоактивности, вызываемый естественным фоном, невелик. Такой уровень облучения привычен для человеческого организма и безвреден для него.

Работа с радиоактивными препаратами при отсутствии надлежащих мер защиты может привести к облучению дозами, оказывающими вредное влияние на организм человека. Причем, чем больше доза облучения, тем больше воздействие его на организм человека.

Продолжительность облучения оказывает большое влияние на эффект облучения, и следует считать, что решающее значение имеет не доза, а мощность дозы облучения. С увеличением мощности дозы поражающее действие возрастает. Воздействие облучения (при одинаковой суммарной дозе) тем слабее, чем меньше отдельные составляющие этой дозы.