Основные термины и определения: ионизирующее излучение, естественные радионуклиды, период полураспада радионуклида, активность, поглощенная доза, эквивалентная доза, эффективная доза, Единицы измерения доз. Виды ионизирующих излучений.
Ионизи́рующее излуче́ние — различные виды микрочастиц и физических полей, способные ионизировать вещество. В более узком смысле к ионизирующему излучению не относят ультрафиолетовое излучение и излучение видимого диапазона света, которое в отдельных случаях также может быть ионизирующим. Излучение микроволнового и радиодиапазонов не является ионизирующим.
Природа ионизирующего излучения
Наиболее значимы следующие типы ионизирующего излучения: коротковолновое электромагнитное излучение (рентгеновское и гамма-излучения), потоки заряжённых частиц: бета-частиц (электронов и позитронов), альфа-частиц (ядер атома гелия-4), протонов, других ионов, мюонов и др., а также нейтронов.
Источники ионизирующего излучения
В природе ионизирующее излучение обычно генерируется в результате спонтанного радиоактивного распада радионуклидов, ядерных реакций (синтез и индуцированное деление ядер, захват протонов, нейтронов, альфа-частиц и др.), а также при ускорении заряженных частиц в космосе (природа такого ускорения космических частиц до конца не ясна). Искусственными источниками ионизирующего излучения являются искусственные радионуклиды (генерируют альфа-, бета- и гамма-излучения), ядерные реакторы (генерируют главным образом нейтронное и гамма-излучение), радионуклидные нейтронные источники, ускорители элементарных частиц (генерируют потоки заряженных частиц, а также тормозное фотонное излучение), рентгеновские аппараты (генерируют тормозное рентгеновское излучение).
Биологическое действие ионизирующих излучений
Ионизация, создаваемая излучением в клетках, приводит к образованию свободных радикалов. Свободные радикалы вызывают разрушения целостности цепочек макромолекул (белков и нуклеиновых кислот), что может привести как к массовой гибели клеток, так и канцерогенезу и мутагенезу. Наиболее подвержены воздействию ионизирующего излучения активно делящиеся (эпителиальные, стволовые, также эмбриональные) клетки.
Гигиеническое нормирование ионизирующих излучений
Нормирование осуществляется по санитарным правилам и нормативам СанПин 2.6.1.2523-09 «Нормы радиационной безопасности (НРБ-99/2009)». Устанавливаются дозовые пределы эквивалентной дозы для следующих категорий лиц:
персонал — лица, работающие с техногенными источниками излучения (группа А) или находящиеся по условиям работы в сфере их воздействия (группа Б); все население, включая лиц из персонала, вне сферы и условий в их производственной деятельности.
Применение ионизирующих излучений
Ионизирующие излучения применяются в различных отраслях тяжёлой (интроскопия) и пищевой (стерилизация инструментов, расходных материалов и продуктов питания) промышленности, а также в медицине (лучевая терапия, ПЭТ-томография).
Доза излучения
До́за излуче́ния — в физике и радиобиологии — величина, используемая для оценки воздействия ионизирующего излучения на любые вещества, ткани и живые организмы.
Экспозиционная доза
Основная характеристика взаимодействия ионизирующего излучения и среды — это ионизационный эффект. В начальный период развития радиационной дозиметрии чаще всего приходилось иметь дело с рентгеновским излучением, распространявшимся в воздухе. Поэтому в качестве количественной меры поля излучения использовалась степень ионизации воздуха рентгеновских трубок или аппаратов. Количественная мера, основанная на величине ионизации сухого воздуха при нормальном атмосферном давлении, достаточно легко поддающаяся измерению, получила название экспозиционная доза.
Экспозиционная доза определяет ионизирующую способность рентгеновских и гамма-лучей и выражает энергию излучения, преобразованную в кинетическую энергию заряженных частиц в единице массы атмосферного воздуха. Экспозиционная доза — это отношение суммарного заряда всех ионов одного знака в элементарном объёме воздуха к массе воздуха в этом объёме. В системе СИ единицей измерения экспозиционной дозы является кулон, деленный на килограмм (Кл/кг). Внесистемная единица — рентген (Р). 1 Кл/кг = 3880 Р
Поглощенная доза
При расширении круга известных видов ионизирующего излучения и сфер его приложения, оказалось, что мера воздействия ионизирующего излучения на вещество не поддается простому определению из-за сложности и многообразности протекающих при этом процессов. Важным из них, дающим начало физико-химическим изменениям в облучаемом веществе и приводящим к определенному радиационному эффекту, является поглощение энергии ионизирующего излучения веществом. В результате этого возникло понятие поглощенная доза. Поглощенная доза показывает, какое количество энергии излучения поглощено в единице массы любого облучаемого вещества и определяется отношением поглощенной энергии ионизирующего излучения на массу вещества.
За единицу измерения поглощенной дозы в системе СИ принят грэй (Гр). 1 Гр — это такая доза, при которой массе 1 кг передается энергия ионизирующего излучения 1 Дж. Внесистемной единицей поглощенной дозы является рад. 1 Гр=100 рад.
Эквивалентная доза
Изучение отдельных последствий облучения живых тканей показало, что при одинаковых поглощенных дозах различные виды радиации производят неодинаковое биологическое воздействие на организм. Обусловлено это тем, что более тяжелая частица (например, протон) производит на единице пути в ткани больше ионов, чем легкая (например, электрон). При одной и той же поглощенной дозе радиобиологический разрушительный эффект тем выше, чем плотнее ионизация, создаваемая излучением. Чтобы учесть этот эффект, введено понятие эквивалентной дозы. Эквивалентная доза рассчитывается путем умножения значения поглощенной дозы на специальный коэффициент — коэффициент относительной биологической эффективности (ОБЭ) или коэффициент качества.
Единицей измерения эквивалентной дозы в СИ является зиверт (Зв). Величина 1 Зв равна эквивалентной дозе любого вида излучения, поглощенной в 1 кг биологической ткани и создающей такой же биологический эффект, как и поглощенная доза в 1 Гр фотонного излучения. Внесистемной единицей измерения эквивалентной дозы является бэр (до 1963 года - биологический эквивалент рентгена, после 1963 года - биологический эквивалент рада - Энциклопедический словарь). 1 Зв = 100 бэр.
Эффективная доза
Эффективная доза (E) — величина, используемая как мера риска возникновения отдаленных последствий облучения всего тела человека и отдельных его органов и тканей с учетом их радиочувствительности. Она представляет сумму произведений эквивалентной дозы в органах и тканях на соответствующие взвешивающие коэффициенты.
Значение коэффициента радиационного риска для отдельных органов.
Органы, ткани Коэффициент
Гонады (половые железы) 0,2
Красный костный мозг 0,12
Толстый кишечник 0,12
Желудок 0,12
Лёгкие 0,12
Мочевой пузырь 0,05
Печень 0,05
Пищевод 0,05
Щитовидная железа 0,05
Кожа 0,01
Клетки костных поверхностей 0,01
Головной мозг 0,025
Остальные ткани 0,05
Эффективная и эквивалентная дозы - это нормируемые величины, т.е.величины, являющиеся мерой ущерба (вреда) от воздействия ионизирующего излучения на человека и его потомков. К сожалению, они не могут быть непосредственно измерены. Поэтому в практику введены операционные дозиметрические велины, однозначно определяемые через физические характеристики поля излучения в точке, максимально возможно приближенные к нормируемым. Основной операционной величиной является амбиентный эквивалент дозы (синонимы - эквивалент амбиентной дозы, амбиентная доза).
Групповые дозы
Подсчитав индивидуальные эффективные дозы, полученные отдельными людьми, можно прийти к коллективной дозе — сумме индивидуальных эффективных доз в данной группе людей за данный промежуток времени. Коллективную дозу можно подсчитать для населения отдельной деревни, города, административно-территориальной единицы, государства и т. д. Её получают путем умножения средней эффективной дозы на общее количество людей, которые находились под воздействием излучения. Единицей измерения коллективной дозы является человеко-зиверт (чел.-Зв.), внесистемная единица — человеко-бэр (чел.-бэр).
Кроме того, выделяют следующие дозы:
Коллективная доза может накапливаться в течение длительного времени, даже не одного поколения, а охватывая последующие поколения.
пороговая — доза, ниже которой не отмечены проявления данного эффекта облучения.
предельно допустимые дозы (ПДД) — наибольшие значения индивидуальной эквивалентной дозы за календарный год, при которой равномерное облучение в течение 50 лет не может вызвать в состоянии здоровья неблагоприятных изменений, обнаруживаемых современными методами (НРБ-99)
предотвращаемая — прогнозируемая доза вследствие радиационной аварии, которая может быть предотвращена защитными мероприятиями.
удваивающая — доза, которая увеличивает в 2 раза (или на 100%) уровень спонтанных мутаций. Удваивающая доза обратно пропорциональна относительному мутационному риску. Согласно имеющимся в настоящее время данным, величина удваивающей дозы для острого облучения составляет в среднем 2 Зв), а для хронического облучения — около 4 Зв.
Концентрация радона в атмосферном воздухе, в воде.
Радон - это тяжелый природный радиоактивный газ, прозрачный, без цвета и запаха. Радон Rn-222 образуется в недрах земной коры в результате распада урана и тория, входящих в состав различных горных пород. В дома радон попадает из земли через подвалы, может выделяться из большого количества строительно-отделочных материалов. Из-за относительно низкого уровня воздухообмена внутри зданий концентрация радона гораздо выше, чем на открытом воздухе, и особенно увеличивается в зимнее время. Более того, радон очень хорошо растворим в воде и может интенсивно концентрироваться в ванной комнате и на кухне (исследования показали, что при включенной на 30 минут горячей воде концентрация Rn-222 в ванной комнате увеличивается в 20-25 раз). При использовании скважинного водоснабжения концентрирование радона идет еще более интенсивно.
Суть проблемы: будучи газом, радон проникает в легкие и вызывает облучение биологических тканей, что приводит к возникновению рака. Согласно результатам многолетних исследований, частота смертности населения США от облучения радоном составляет до 20 тыс. случаев в год. Более того, по оценке Научного Комитета ООН по действию атомной радиации, радон вместе со своими дочерними продуктами радиоактивного распада ответственен примерно за 75 % годовой индивидуальной эффективной дозы облучения человека.
Таблица 1
Вклад радона в суммарную дозу облучения населения в некоторых странах
| Страна | Вклад | Страна | Вклад |
| Весь мир | 36% | Финляндия | 90% |
| США | 55% | Россия | 30% |
| Англия | 50% | Украина | 70-75% |
Радон-222–это радиоактивный газ без запаха и вкуса, который является продуктом радиоактивного распада природных радионуклидов уранового ряда. Он является α-излучателем с периодом полураспада -Т1/2 =3,8 суток.
В окружающую среду радон поступает из почвы, строительных материалов, воды, при сжигании природного газа. Концентрация радона в атмосферном воздухе в среднем составляет около 5 Бк/м3, и существенно различается для разных точек земного шара.
Всплеск интереса к радону относится к 70-80 годам прошлого столетия, когда были обнаружены высокие концентрации радона в жилье в таких странах как Швеция и Финляндия. Однако до этого времени ни в одной стране мира не устанавливался норматив на содержание радона в помещениях.
В 1987 году вышла Публикация 50 МКРЗ [посвященная проблеме заболевания раком от облучения дочерними продуктами распада радона, подтвердив этим приоритет радона в проблеме облучения населения. Были пересмотрены в сторону увеличения коэффициенты перехода от активности к дозе облучения. Развитие этой проблемы нашло отражение в Публикации МКРЗ 65 «Защита от радона-222 в жилых зданиях и на рабочих местах», опубликованная в 1993г. В СССР и Украине проблемой радона начали заниматься в конце 80-х годов в связи расширением знаний о влиянии природной радиоактивности на человека.
Что же касается медицинских аспектов, то эпидемиологические исследования обнаружили прямую связь между облучением радоном в жилищах и возникновением рака легких.
Было установлено, что с увеличением коллективной дозы облучения населения увеличивалось количество заболеваний раком легких, заболеваний органов кроветворения, генетических нарушений. Наиболее характерным является увеличение заболеваний легких в связи с высокой чувствительностью бронхиальных клеток к продуктам распада радона, обладающих высокой ионизирующей способностью.
По данным МКРЗ величина относительного риска дополнительного рака легких среди наблюдаемых 32000 горняков урановых шахт равна примерно трем, что значительно выше аналогичной величины риска от всех видов рака, установленного в прижизненных исследованиях жертв атомных бомбардировок в Японии. В Швеции было установлено, что относительный риск возникновения рака в 1,5 раза выше для жителей тех домов, где концентрация радона в воздухе превышала 400 Бк/м3, по сравнению с остальным населением. В России предварительные расчеты показали, что число раков легкого, обусловленного радоном и продуктами его распада, может составить 1,5 млн случаев за 70 лет жизни (за период жизни одного поколения).
К сожалению, в нашем обществе существует недопонимание проблемы радона. Это связано, во – первых, с отдаленными последствиями воздействия радона, отсутствием органолептических признаков радона в воздухе (запах, цвет), а также недостаточной информированностью населения. Во-вторых, наряду с радоном в природе существует большое количество других канцерогенов, и, наверное, главное то, что люди не хотят принимать на себя решения по снижению содержания радона в помещениях, поскольку это влечет за собой дополнительные денежные затраты. В нашей стране, особенно после аварии на ЧАЭС, распространено ошибочное мнение, что только крупные радиационные аварии могут создавать высокие дозы облучения людей. Все это является результатом того, что в Украине до сих пор не разработана программа защиты населения от облучения радоном, которые существуют во многих странах Европы - Англии, Германии, Бельгии и России.