Для учета указанных обстоятельств введена эффективная доза ионизирующего излучения Е - величина, используемая как мера риска возникновения отдаленных последствий облучения всего тела человека и отдельных его органов с учетом их радиочувствительности. Она представляет собой сумму произведений эквивалентной дозы HTt в органе или ткани Т за время t на соответствующий взвешивающий коэффициент wТ для данного органа или ткани:
Единицы эффективной дозы совпадают с единицами эквивалентной дозы. Взвешивающий коэффициент wТ равен отношению стохастического (вероятностного) риска смерти rT в результате облучения Т-го органа или ткани к риску смерти от равномерного облучения тела при одинаковых эквивалентных дозах:
Поглощенная, эквивалентная и эффективная дозы характеризуют меру ожидаемого эффекта облучения для одного индивидуума. Эти величины являются индивидуальными дозами.
Для оценки меры ожидаемого эффекта при облучении больших групп людей, вплоть до целых популяций, используется коллективная эффективная доза S - величина, определяющая полное воздействие от всех источников на группу людей. Она представляет собой сумму произведений средней эффективной дозы Еi для i-ой подгруппы большой группы людей на число людей Ni в подгруппе:
Единица коллективной эффективной дозы в СИ - человекозиверт (чел·Зв), внесистемная единица - человекобэр (чел·бэр).
На практике до настоящего времени применяется экспозиционная доза Х фотонного излучения - это отношение суммарного заряда dQ всех ионов одного знака, созданных в сухом атмосферном воздухе при полном торможении электронов и позитронов, которые были образованы фотонами в элементарном объеме воздуха с массой dm, к массе воздуха в указанном объеме:
Х=dQ/dm.
Единица экспозиционной дозы в СИ - кулон на килограмм (Кл/кг).
Кулон на килограмм равен экспозиционной дозе, при которой все электроны и позитроны, освобожденные фотонами в воздухе массой 1кг, производят в воздухе ионы, несущие электрический заряд 1Кл каждого знака.
Внесистемная единица экспозиционной дозы - рентген. Рентген - это единица экспозиционной дозы фотонного излучения, которая в 1см3 сухого воздуха при температуре 00С и давлении 760 мм рт.ст. приводит к образованию 2,08×109 пар ионов, несущих заряд в одну электростатическую единицу электричества каждого знака.
Соотношение внесистемной единицы и единицы экспозиционной дозы в СИ имеет вид:
1Р=2,58×10-4Кл/кг.
Экспозиционная доза характеризует ионизационную способность рентгеновского и гамма-излучения в воздухе, т.е. является характеристикой поля фотонного, а не всех видов ионизирующего излучения, причем только в диапазоне энергий от нескольких кэВ до 3МэВ и только для воздуха. По этим причинам экспозиционная доза и ее мощность, а также все внесистемные единицы (кюри, рад, бэр, рентген и др.) с 1.01.1990 г. изымаются из употребления.
Однако в обращении находится еще много приборов радиационного контроля, шкалы которых проградуированы во внесистемных единицах - в рентгенах, радах, Рентгенах в час, а также в кратных или дольных единицах (например, в миллирентгенах или в микрорентгенах в час).
Чтобы оценить при этом поглощенную дозу в биологической ткани, следует знать, что в условиях электронного равновесия экспозиционной дозе 1 Р соответствует поглощенная доза 0,873 рад в воздухе или 0,95 рад в биологической ткани. Поэтому с погрешностью до 5% экспозиционную дозу в рентгенах и поглощенную дозу в ткани в радах можно считать совпадающими.
5. Воздействие ионизирующих излучений на человека
Человек подвергается облучению естественными и искусственными источниками радиации. При этом в зависимости от того, расположен ли источник вне или внутри организма, различают внешнее и внутреннее облучение человека.
Внешнему облучению может подвергаться как весь организм (общее облучение), так и отдельные органы и ткани (локальное облучение).
Внешнее облучение обусловлено фоновой составляющей, но особенно оно опасно при авариях на предприятиях ядерного топливного цикла, когда на человека воздействует фоновое излучение от струи выброса или радиоактивного образца, а также от радионуклидов, выпавших на поверхность Земли и на окружающие предметы.
Из встречающихся на практике видов ионизирующих излучений, обусловленных радиоактивным распадом, g-излучение является наиболее проникающим. b-излучение действует главным образом на кожу, а при большой энергии b-частиц на подкожные ткани и хрусталики глаз.
Внутреннее облучение обусловлено поступлением радионуклидов в организм ингаляционным (при вдыхании) или пероральным (через рот) путями, а также через поврежденную (ожог, рана, ссадина) и неповрежденную кожу.
Нуклиды вначале попадают в кровь или лимфу, а затем разносятся по всему телу, или преимущественно в отдельные органы.
Развитие жизни на Земле всегда происходило в присутствии естественного радиационного фона окружающей среды. Естественный фон обусловлен космическим излучением и излучением естественно распределенных природных радиоактивных веществ (в горных породах, почве, атмосфере, а также в тканях человека). Естественный фон создает внешнее облучение – 60%; внутреннее – 40%.
Мощность дозы естественного фона зависит от высоты над уровнем моря, широты места, активности Солнца, количества и вида радионуклидов в горных породах и почве, их поступления в организм человека с воздухом, водой, пищей.
Любой орган живого существа образован скоплением клеток. В каждой клетке содержатся в громадных количествах небольшие молекулы воды, сахаров, аминокислот, витаминов и т.д., а также сложные молекулы (макромолекулы) белков, ферментов и нуклеиновых кислот, необходимые для функционирования клетки. Гибель клетки обусловлена в конечном счете повреждением макромолекул.
Последствием воздействия ионизирующего излучения на живой организм является ионизация и возбуждение атомов и молекул клеток тканей.
Различают два пути воздействия ионизирующего излучения на клетки: прямой и косвенный.
При прямом пути энергия излучения поглощается непосредственно в самих макромолекулах, при этом в результате разрыва химических связей происходит их диссоциация (распад) и они теряют свои биологические функции.
При косвенном пути энергия излучения поглощается молекулами воды и других низкомолекулярных соединений клетки, в результате чего такие молекулы распадаются с образованием вторичных продуктов – свободных радионуклидов, обладающих большой химической активностью. Конечный продукт этого процесса (радиолиза) – токсины повреждают макромолекулы.
6. Радиационные эффекты облучения
При воздействии на организм человека ионизирующая радиация может вызвать два вида эффектов: детерминированный и стохастический.
Детерминированные – биологические эффекты излучения, в отношении которых предполагается существование дозового порога (0,5 ¸ 1 Гр), выше которого тяжесть эффекта зависит от дозы.
К детерминированным эффектам относятся:
1. Острая лучевая болезнь (ОЛБ) – проявляется как при внешнем, так и при внутреннем облучении. В случае однократного равномерного внешнего фотонного облучения ОЛБ возникает при поглощенной дозе D ³ 1 Гр и подразделяется на четыре степени:
I – легкая (D = 1¸2 Гр) смертельный эффект отсутствует.
II – средняя (D = 2¸4 Гр) через 2 ¸ 6 недель после облучения смертельный исход возможен в 20% случаев.
III – тяжелая (D = 4¸6 Гр) средняя летальная доза – в течение 30 дней возможен летальный исход в 50% случаев.
IV – крайней тяжести (D > 6 Гр) – абсолютно смертельная доза – в 100% случаев наступает смерть от кровоизлияний или от инфекционных заболеваний вследствие потери иммунитета (при отсутствии лечения). При лечении смертельный исход может быть исключен даже при дозах около 10 Гр.
2. Хроническая лучевая болезнь формируется постепенно при длительном облучении дозами, значения которых ниже доз, вызывающих ОЛБ, но выше предельно-допустимых. Последствия – лейкоз, опухоли – через 10 – 25 лет возможен летальный исход.
3. Локальные лучевые повреждения характеризуются длительным течением заболевания и могут приводить к лучевому ожогу и раку (некрозу) кожи, помутнению хрусталика глаза (лучевая катаракта).
Стохастические (вероятностные) эффекты – это биологические эффекты излучения, не имеющие дозового порога. Принимается, что вероятность этих эффектов пропорциональна дозе, а тяжесть их проявления от дозы не зависит.
Основные стохастические эффекты:
1. Канцерогенные – злокачественные опухоли, лейкозы – злокачественные изменения крове образующих клеток.
2. Генетические – наследственные болезни, обусловленные генными мутациями.
Стохастические эффекты оцениваются значениями эффективной (эквивалентной) дозы. Имеют длительный латентный (скрытый) период, измеряемый десятками лет после облучения, трудно обнаруживаемы.
7. Нормирование радиации
Принятые в нашей стране в 1996 году Нормы радиационной безопасности НРБ – 96 основаны на рекомендациях Международной комиссии по радиационной защите, в соответствии с которыми для обеспечения радиационной безопасности при нормальной эксплуатации источников ионизирующего излучения необходимо руководствоваться следующими принципами:
Принцип нормирования – не превышение допустимых пределов индивидуальных доз облучения граждан от всех источников ионизирующих излучений.
Принцип обоснования – запрещение всех видов деятельности по использованию источников ионизирующих излучений, при которых полученная для человека и общества польза не превышает риск возможного вреда, причиненного дополнительным к естественному радиационному фону облучением.
Принцип оптимизации – поддержание на возможно низком и достижимом уровне с учетом экономических и социальных факторов индивидуальных доз облучения и числа облучаемых лиц при использовании любого источника ионизирующего излучения.
В нормальных условиях эксплуатации источников ионизирующих излучений нормами установлены следующие категории облучаемых лиц:
- персонал – лица, работающие с техногенными источниками ионизирующих излучений (группа А) или находящиеся по условиям работы в сфере их воздействия (группа Б);
- все население, включая лиц из персонала, вне сферы и условий их производственной деятельности.
Для указанных категорий облучаемых лиц приняты основные дозовые пределы – предел годовой эффективной или эквивалентной дозы – величина дозы, которая не должна превышать за год
Таблица 10.1
Основные пределы доз (извлечение из НРБ-96)
Для группы Б – 25% от группы А. Допустимые уровни мощности дозы при внешнем облучении всего тела от техногенных источников ионизирующих излучений: - помещения постоянного пребывания персонала – 10 мкГр/ч; - жилые помещения и население – 0,1 мкГр/ч. Контрольные вопросы | ||||||||||||
- Какое излучение называется ионизирующим?
- К какому виду ионизирующих излучений относится g - излучение?
- Чем естественная радиоактивность отличается от искусственной?
- Что называют "радиоактивным распадом"?
- Перечислите основные характеристики радиоизотопов?
- Что характеризует период полураспада?
- Чем сопровождается радиоактивный распад?
- Что происходит при неупругом взаимодействии заряженных частиц с веществом?
- Что определяют дозиметрические величины?
- Существует ли связь между дозиметрическими величинами?
- Чем внешнее облучение отличается от внутреннего?
- Чем обусловлен естественный радиационный фон окружающей среды?
- Какие существуют пути воздействия ионизирующих излучений на живой организм?
- Какие радиационные эффекты облучения относят к детерминированным?
- Являются ли генетические радиационные эффекты облучения детерминированными?
- Какие дозиметрические величины приводятся в нормативных документах РФ?