Материал: Все лекции в одном

В связи с тем, что одинаковая доза различных видов излучения вызывает в живом организме различное биологическое действие, введено понятие эквивалентной дозы.

Поглощенная доза не учитывает того, что при одинаковой поглощенной энергии a-излучение, например, гораздо сильнее воздействует на живую ткань, чем b- или g-излучение, так как его ионизирующая способность в несколько раз выше. Если принять во внимание этот факт, то дозу следует умножить на коэффициент, отражающий неодинаковую ионизирующую способность различных видов излучения.

Эквивалентная доза (Н) – величина, введенная для оценки радиационной опасности хронического облучения излучением произвольного состава

Н = Д × Q [Зв] 1 Зв = 100 бэр.

Q – безразмерный взвешивающий коэффициент для данного вида излучения. Для рентгеновского и -излучения Q=1, для альфа-, бета-частиц и нейтронов Q=20.

При расчете эквивалентной дозы для a-активных нуклидов учитывается еще и коэффициент распределения дозы. КР, учитывающий влияние неоднородности распределения нуклидов в ткани и его канцерогенную эффективность по отношению к ²²⁶ Ra.

До 1996 года в СССР, а затем в в СНГ в качестве единицы измерения эквивалентной дозы использовался «бэр» – поглощенная доза любого вида излучения, которая вызывает равный биологический эффект с дозой в 1 рад рентгеновского излучения. Таким образом, бэр – “биологический эквивалент рада”. С 1996 года на территории России использование старых внесистемных единиц «рад», «бэр», а также «кюри» в литературе, официальных документах не допускается. В системе СИ единицей измерения для эквивалентной дозы является зиверт (Зв). Соотношение с прежней единицей то же, что и для поглощенной дозы: 1Зв = 100 бэр.

При определении эквивалентной дозы следует учитывать также, что одни части тела (органы; ткани) более чувствительны к облучению, чем другие: например, при одинаковой эквивалентной дозе облучения возникновение рака в легких более вероятнее, чем в щитовидной железе, мышечной ткани, а облучение половых желез особенно опасно из-за риска генетических повреждений. Поэтому дозы облучения органов и тканей также следует учитывать с разными коэффициентами. Умножив эквивалентные дозы на соответствующие коэффициенты и просуммировав их по всем органам и тканям, получим эффективную эквивалентную дозу (рисунок 2), отражающую суммарный эффект облучения для организма; она также измеряется в зивертах. Эффективная эквивалентная доза используется для оценки риска отдаленных последствий облучения.

Просуммировав индивидуальные эквивалентные дозы, мы получим коллективную эффективную эквивалентную дозу, которая измеряется в человеко-зивертах (чел-Зв).

Однако многие радионуклиды распадаются очень медленно (например, уран 238 - п/п = 4,47 млрд. лет, U²³⁴ – 245000 лет, торий 230 – 8000 лет, Ra²²⁶ – 1600 лет) и останутся радиоактивными и отдаленном будущем. Коллективную эффективную эквивалентную дозу, которую получат многие поколения людей от какого-либо радиоактивного источника за все время его дальнейшего существования называют ожидаемой (полной) коллективной эффективной эквивалентной дозой.

1,00 – организм в целом

Рисунок 2 – Эффективная эквивалентная доза

3. Биологическое действие ионизирующих излучений

3.1 Механизм действия ии на биологические объекты

Биологический эффект ионизирующих излучений тем больше, чем больше произошло актов ионизации в живом веществе. Другими словами, биологическое действие излучения зависит от числа образованных пар ионов или соответственно, величины поглощенной энергии.

Ионизации живой ткани приводит к разрыву молекулярных связей и изменению химической структуры различных соединений. Такие изменения на молекулярном уровне приводят в конечном итоге к гибели клеток.

Так под влиянием излучений в живой ткани происходит расщепление воды на атомарный водород Н ⁺ и гидроксильную группу ОН ^- , которые, обладая высокой химической активностью, вступают в соединения с другими молекулами ткани и образуют новые химические соединения, не свойственные здоровой ткани. Таким образом, в результате прошедших изменений нормальное течение биохимических процессов и обмен веществ нарушается.

Нарушение процессов жизнедеятельности организма выражается в таких расстройствах как

- торможение функций кроветворных органов,

- нарушение нормальной свертываемости крови и повышение хрупкос- ти кровеносных сосудов,

- расстройство деятельности желудочно-кишечного тракта,

- снижение сопротивляемости инфекциям,

- истощение организма и др.

Говоря о биологическом действии ионизирующих излучений, следует различать внешнее и внутреннее облучение.

Внешнее облучение. Под внешним облучением понимают такое воздействие излучения на человека, когда источник радиации расположен вне организма и исключена вероятность попадания радиоактивных веществ внутрь организма.

Внешнее облучение возможно при работе на рентгеновских аппаратах и ускорителях или же при работе с радиоактивными веществами, находящимися в герметичных ампулах. Наиболее опасными при внешнем облучении являются бета-излучение, нейтронное излучение, гамма- и ренгеновское излучения. Биологический эффект зависит от дозы облучения, вида излучения, времени воздействия, размеров облучаемой поверхности, ее локализации на теле, индивидуальной чувствительности организма.

Так a- и b-частицы, обладая незначительной проникающей способностью, вызывают при внешнем облучении только кожные поражения.

Жесткие рентгеновские и g-лучи, обладающие высокой проникающей способностью, могут привести к летальному исходу, не вызвав изменений кожных покровов.

Внутреннее облучение.

Внутреннее облучение происходит при попадании радиоактивного вещества внутрь организма при вдыхании воздуха, загрязненного радиоактивными элементами, через пищеварительный тракт, и, в редких случаях, через кожу. При попадании радиоактивного вещества внутрь организма человек подвергается непрерывному облучению до тех пор, пока радиоактивное вещество не распадается или не выведется из организма. Этот вид облучения может вызывать поражения различных внутренних органов.

3. 2 Воздействие радиации на организм человека

Все многообразие отрицательных врздействий радиации на человеческий организм можно свести к так называемым пороговым (детерминированным) эффектам и беспороговым (стохастическим).

Пороговые, или детерминированные эффекты облучения это биологические эффекты излучения, в отношении которых предполагается существование порога, выше которого тяжесть эффекта зависит от дозы. Пороговые эффекты возникают при облучении в течении всей жизни в дозах, превышающих 0,1 Зв, или 100 мЗв в год.

Рассмотрим пороговые эффекты облучения - радиационные поражения.

Радиационные поражения могут быть острыми и хроническими.

Острые поражения (острая лучевая болезнь, далее - ОЛБ) наступают при облучении большими дозами в течение короткого промежутка времени.

Хронические лучевые поражения бывают общие и местные. Они развиваются в скрытой форме в результате систематического облучения дозами больше предельно допустимой, поступающими как при внешнем облучении, так и при попадании радиоактивных веществ внутрь организма.

Важно тиметь в виду, что все перечисленные виды воздействия радиации на организм относятся к т. н. пороговым эффектам, которые возникают при облучении в течении всей жизни в дозах, превышающих 100 мЗв в год.

Кроме пороговых эффектах существуют еще стохастические (беспороговые). Это вредные биологические эффекты излучения, не имеющие дозового порога. Принимается, что вероятность возникновения этих эффектов пропорциональна дозе, а тяжесть их проявления не зависит от дозы. В связи с этим существует понятие радиационного риска, который определяется как вероятность того, что у человека в результате облучения возникнет какой-либо конкретный вредный эффект /1/.

К стохастическим, или беспороговым эффектам относятся злокачественные опухоли (лейкозы, раки), наследственные болезни, мутации.

4. Источники ионизирующих излучений

Источники ионизирующих излучений подразделяются на природные и искусственные.

К природным источникам относятся космическое излучение и природные радионуклиды, содержащиеся в окружающей среде и поступающие в организм человека с воздухом, водой и пищей. Искусственные источники излучения разделяются на медицинские (диагностические и радиотерапевтические процедуры) и техногенные (искусственные и специально сконцентрированные человеком природные радионуклиды, генераторы ионизирующего излучения и др.).

Рис.3 . Источники ионизирующих излучений

В отличие от электромагнитного излучения радиочастотного диапазона и диапазона промышленных частот, ионизирующее излучение присуще окружающей нас естественной (природной) среде и человек всегда подвергался и подвергается облучению естественного радиационного фона, состоящим из

а) космического излучения;

б) излучения естественно распределенных природных радиоактивных веществ (на поверхности земли, в приземной атмосфере, продуктах питания, воде и др.). Естественный фон внешнего излучения на территории нашей страны создает мощность эквивалентной дозы 0,36-1,8 мЗв/год или 0,036-018 бэр/год .

Рис.4. Доли эффективной дозы ионизирующего облучения, получаемого от естественных источников

Примерно половина радиационного природного фона доходит до организма через воздух при облучении легких за счет радиоактивных газов радона (²²²Rn), торона (²²⁰Rn) и их продуктов распада. Радон, в свою очередь, происходит от радия, повсеместно присутствующего в почве, стенах зданий и других объектах среды. Если полы в доме со щелями, а вентиляция помещений слабая, то в некоторых местах и домах индивидуальные дозы на легкие могут доходить до устрашающих уровней (иногда даже до 100 бэр в год).

Кроме естественного фона облучения человек облучается и другими источниками (см. таблицу), например при медицинском обследовании.

Таблица 1

Снимок черепа	0,8¸6 Р (8-60 мЗв)
Позвоночника	1,6¸14,7 Р (16-147 мЗв)
Флюорография легких	0,2¸0,5 Р (2-5 мЗв)
Рентгеноскопия грудной клетки	4,7¸19,5 Р (47-195 мЗв)
Рентгеноскопия ЖКТ	12¸82 Р (120-820 мЗв)
Зубы	3¸5 Р (30-50 мЗв)

В условиях производства человек может облучаться при работе с радиационными дефектоскопами, толщиномерами, плотномерами и др. измерительной техникой, использующей рентгеновское излучение и радиоактивные изотопы, с термоэлектрическими генераторами, установками рентгеноструктурного анализа, высоковольтными электровакуумными приборами, а так же при работе с радиоактивными веществами.

5. Нормирование ионизирующих излучений.

В Федеральном законе  «О радиационной безопасности населения» сказано следующее:  «Радиационная безопасность населения - состояние защищенности настоящего и будущего поколений людей от вредного для их здоровья воздействия ионизирующего излучения» (статья 1).

«Граждане Российской Федерации, иностранные граждане и лица без гражданства, проживающие на территории Российской Федерации, имеют право на радиационную безопасность. Это право обеспечивается за счет проведения комплекса мероприятий по предотвращению радиационного воздействия на организм человека ионизирующего излучения выше установленных норм, правил и нормативов, выполнения гражданами и организациями, осуществляющими деятельность с использованием источников ионизирующего излучения, требований к обеспечению радиационной безопасности» (статья 22).

В настоящее время предельно допустимые уровни ионизирующего облучения определяются “Нормами радиационной безопасности НРБ-96” и “Основными правилами работы с радиоактивными веществами и другими источниками ионизирующих излучений ОСП-72/87”. НРБ-96, в частности, определяет цель радиационной безопасности как  охрану здоровья  людей  от вредного воздействия ионизирующего излучения путем соблюдения основных принципов и норм радиационной безопасности без необоснованных ограничений полезной деятельности при использовании  излучения  в различных областях хозяйства , в науке  и медицине. 

Нормы радиационной безопасности НРБ-96 относятся только к проблеме защиты человека.

В соответствии с этим документом установлены следующие категории лиц.

6.1 Персонал  - лица, работающие с техногенными источниками ИИ (группа А) или находящиеся по условиям работы в сфере их воздействия (группа Б). Представители группы Б не работают непосредственно с ИИ, но по условиям размещения рабочих мест могут подвергаться воздействию радиоактивных веществ и других источников излучения, применяемых в учреждениях и удаляемых во внешнюю среду с отходами.

6.2 В – все население, включая лиц из персонала, вне сферы их производственной деятельности.

Основные дозовые пределы внешнего и внутреннего облучения от техногенных источников в контролируемых, т.е. в неаварийных условиях, приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Основные дозовые пределы

Нормируемые величины	Дозовые пределы
	лица из персонала (группа А)	лица из населения
Эффективная доза	20 мЗв в год в среднем за любые последовательные 5 лет, но не более 50 мЗв в год	1 мЗв в год в среднем за любые последовательные 5 лет, но не более 5 мЗв в год

Дозы облучения персонала группы Б не должны превышать 1/4 значений для персонала группы А.

Для оперативного контроля, а также учитывая, что при работе с радиоактивными веществами возможно загрязнение ими рабочих поверхностей, попадание их в воздух и организм человека, используется также нормирование по другим параметрам, являющимся производными от основных дозовых пределов:

• пределы годового поступления (ПГП),

• допустимые среднегодовые объемные активности (ДОА),

• удельные активности (ДУА) и т.д., а также контрольные уровни.

Контрольные уровни устанавливаются администрацией учреждения по согласованию с органами Госсанэпиднадзора. Их численные значения должны учитывать достигнутый в учреждении уровень радиационной безопасности и обеспечивать условия, при которых радиационное воздействие будет ниже допустимого.

Документ НРБ-96 формулирует и требования к ограничению облучения населения. Дело в том, что, несмотря на то, что пороговые эффекты облучения возникают лишь при дозах > 10 бэр в год, МКРЗ придерживается предельно возможной в интересах защиты индивидуума концепции о вредности радиации в самых малых дозах, начиная с нуля и объявляет вредным даже природный вековой фон. Считается, что каждый 1 бэр (10 мЗв) у человека, полученный в течение жизни на все тело, может привести к потере 5 суток жизни.