Экология
региональное природопользование

Безопасность

Ионизирующие излучения.

Ионизирующими называются излучения, которые, проходя через среду, вызывают ее ионизацию. По своей природе ионизирующее излучение бывает фотонное и корпускулярное.

Фотонным называется электромагнитное косвенно ионизирующее излучение. Он включает уизлучение и рентгеновское (X) излучение:
• уизлучение возникает при изменении энергетического состояния атомных ядер или при аннигиляции элементарных частиц (например, электрона и позитрона);
• Хизлучение — это фотонное излучение, состоящее из тормозного или характеристического излучения. Тормозное излучение имеет непрерывный энергетический спектр и возникает при Уменьшении кинетической энергии заряженных частиц. Характеристическое излучение имеет дискретный энергетический спектр и возникает при изменении энергетического состояния электрон°в атома.
Корпускулярное излучение — ионизирующее излучение, состоящее из частиц с массой покоя, отличной от нуля. К корпускулярному излучению относятся:
• Xизлучение, состоящее из электронов или позитронов;
• протонное излучение, состоящее из протонов Н+;
• нейтронное излучение, состоящее из нейтронов;
• дейтронное излучение, состоящее из ядер изотопа водорода Дейтерия;
• аизлучение, состоящее из двух протонов и двух нейтрон 4Не2+ (ядро гелия);
• потоки многозарядных ионов;
• продукты ядерных реакций деления. Ионизирующее излучение воздействует на биологические обьекты, вызывая в них сложную цепь процессов. Первичное дейст вие излучения реализуется в физических, физикохимических и химических процессах, протекающих в клетках, тканях и жидких средах организмов с образованием химически активных свободных радикалов и других промежуточных частиц (Н+, ОН), обладающих значительной окислительновосстановительной способностью. В последующем образуются различные перекисные соединения (Н2О2 и др.). Основное значение в развитии радиационных поражений имеют нарушения физической регенерации клеток и тканей, а также изменения функции регуляторных систем.

Степень чувствительности различных тканей к облучению неодинакова. Особенно велика чувствительность к радиации кроветворных органов. Так, при однократном облучении всего тела человекадозой 0,5 Гр1 черезсутки после облучения резко сокращается число лимфоцитов (продолжительность жизни которых меньше суток). По истечении двух недель после облучения уменьшается также и количество эритроцитов (красных кровяных телец). Продолжительность жизни эритроцитов примерно 100 суток. У здорового человека насчитывается порядка 1014 красных кровяных телец (при ежедневном воспроизводстве 1012), у больного лучевой болезнью такое соотношение нарушается, и в результате организм погибает.

На биосферу непрерывно воздействуют космические излучения, излучения многочисленных радионуклидов, рассеянных в земных породах, воде подземных источников, рек, морей и океанов, в воздухе и входящих в. состав живых организмов. Совокупность этих излучений называется природным (естественным) Радиоактивным фоном. Дозы естественного излучения являются значительно более высокими, чем те, которые генерируются техникой» созданной человеком. Исключение составляет медикорадиолог ческое оборудование.

Напомним, что нуклидом называют ядра элементов с данным числом нуклонов (Ап — Z+ N; где Z— число протонов, N — число нейтронов) и данным зарядом (Z) ядра. Из 2276 нуклидов, известных в настоящее время. Остальные нуклиды (радионуклиды) претерпевают превращения путем одного или нескольких последовательных распадов, которые сопровождаются испусканием частиц (а, р, п) или уквантов, с последующим превращением в стабильные нуклиды.

Распад и последующее биологическое действие любого радионуклида описываются рядом важных характеристик, к которым относятся следующие.
• Активность. Число распадающихся атомных ядер в секунду в заданном образце (данной пробе) измеряется в беккерелях (Бк). Сдельная активность данного радиоактивного образца измеряется в беккерелях на килограмм (Бк/кг).
• Поглощенная доза излучения. Поглощенная энергия излучения, измеренная в джоулях на 1 кг массы тела. Выражается в греях 1 Гр = 1 Дж/кг.
• Эквивалентная доза ионизирующего излучения. Поглощенная в греях, умноженная на коэффициент качества к, выражается в зивертах.
• Коллективная эквивалентная доза. Средняя для населения 4 умноженная на численность населения, выражается в человекзивертах.

Один беккерель соответствует одному ядерному преобразованию в секунду и означает, что одно радиоактивное атомное распадается за одну секунду и выделяет энергию излучения.

Приведем свойства наиболее часто встречающихся радионуклидов.
• Цезий137 (период полураспада 30 лет) и Цезий134 (период Полураспада два года), часто называемые «радиоцезием»: излучает р. и уизлучение. Их химические свойства подобны свойствам ; они способны замещать калий во всех клетках, особенно в массе (биологический период полувыведения около двух месяцев).
Йод131 (период полураспда восемь суток), часто называе«радиойодом»: испускает рчастицы и уизлучение. Непреобразуется и распадается в процессе работы реактора. Радиойод потребляется и усваивается жвачными животными тично переходит в молоко и может накапливаться в щитовидной железе человека. Для предотвращения облучения загрязнен травой коров на пастбища не выгоняют и кормят в течение некоторого времени заранее заготовленными кормами. Накоплению радиойода в щитовидной железе можно препятствовать применением так называемой «йодной диеты», то есть введением в рацион человека на определенный период специальных таблеток, содержащих нерадиоактивный (стабильный) йод.
• Калий40 (период полураспада 1,3 млрд лет). Испускает В и уизлучения. Встречается в естественном виде в природе и замещается вместе со стабильным калием во всех растениях и животных
• Углерод14 (период полураспада 5500 лет). Основной вид излучения — (3излучение. Встречающийся в природе естественный радиоактивный изотоп углерода используется, в частности, для определения возраста археологических материалов. Обычно участвует в процессах жизнедеятельности таким же образом, как и стабильные изотопы углерода12 и углерода13.
• Криптон85 (период полураспада 10 лет). Испускает Вчастицы и уизлучение. Тяжелый благородный газ. Как важный продукт распада входит в состав «остывающего» топливного элемента. Когда тепловыделяющие элементы вскрывают для переработки, криптон85 может легко выделиться и тем самым увеличить фон облучения.
• Плутоний239 (период полураспада 24 000 лет). Испускает (3частицы. Элемент с химически токсичным действием. Длительный период полураспада и другие свойства плутония создают наибольшие проблемы с плутонийсодержащими радиоактивными отходами, не прошедшими эффективной очистки.
• Радий226 (период полураспада 1600 лет). Встречающийся в природе радионуклид с химическими свойствами, аналогичными свойствам кальция и бария. Испускает а, Вчастицы и уизлучение, при его распаде образуется радон222.
• Радон222 (период полураспада 3,8 суток). Благородный газ, испускающий уизлучение. Непрерывно образуется в некоторы горных породах. Представляет опасность в шахтах и жилищах на богатых ураном грунтах или построенных из материалов с высоким содержанием радия.
• Стронций90 (период полураспада 29 лет). Испускает В-излучение. Металл, обладающий свойствами, подобными свойствам кальция. При ядерных испытаниях в атмосфере большие количество стронция90 распространились по всему земному шару. Стронций90 эффективно проникает в костные ткани. В целях сокращения поступления радионуклидов в организм и животных необходимо снижать интенсивность их вовлечения в биологический круговорот через растения. Применение некоторыхагротехнических мероприятий, таких, как внесение в почву органйческих удобрений и извести, существенно снижает поступление радионуклидов в растения.

Рассмотрим взаимодействие основных видов излучений с веществом.
• ачастицы. Пробег ачастиц в воздухе не превышает 11 см, в более плотных средах он еще меньше, так, в мягких тканях человека пробег ачастиц составляет микроны. Проходя через вещество, ачастицы испытывают упругое рассеяние на электронах и ядрах атомов и неупругие столкновения с орбитальными электронами. При неупругих столкновениях электрическое поле ачастицы, взаимодействуя с внешними электронами, ионизует атомы и молекулы. При этом ачастицы теряют свою энергию.
• рчастицы. Взаимодействуя с веществом, рчастицы проходят вблизи атомных ядер. Под влиянием положительного заряда ядра отрицательно заряженная рчастица резко тормозится, при этом потерянная энергия излучается в виде тормозного рентгеновского излучения. Наиболее высокоэнергетические рчастицы могУт пройти слой алюминия до 5 мм. Ионизирующая способность их меньше, чем ачастицы.
• уизлучение. Механизм взаимодействия уизлучения с веществом зависит как от свойств среды, так и от энергии излучения. Энергия фотонов определяется частотой (длиной волны).
С увеличением энергии излучения меняется механизм взаимодействия квантов с атомами и молекулами среды до их Полного разрушения, уизлучение обладает большой проникающей способностью, изменяющейся в широких пределах, лимитированной энергией излучения.
• Нейтроны. В зависимости от энергии нейтронов преобладает те или иные виды их взаимодействия с веществом. По уровню эНергии нейтроны условно делятся на пять групп.

При расчете защиты от нейтронного излучения следует помнить, что защита основывается на поглощении тепловых и холодных нейтронов, а быстрые нейтроны должны сначала замедлиться. Защитные свойства материалов определяются их замедляющей и поглощающей способностями. Для замедления быстрых нейтронов используют материалы, имеющие водородосодержащие вещества (вода, бетон, пластмассы и др.). Для эффективного поглощения тепловых нейтронов используют материалы, обладающие большим сечением захвата (борная сталь, борный графит, сплав кадмия со свинцом).

Важным фактором при воздействии любого ионизирующего излучения на организм является время облучения. С увеличением мощности дозы поражающее действие возрастает. Чем более дробно излучение по времени, тем меньше его поражающее действие.

Внешнее облучение а и J-частицами менее опасно. Они имеют небольшой пробег в ткани и не достигают кроветворных и дрУ' гих внутренних органов. При внешнем облучении необходимо учитывать, что у и нейтронное облучение проникают в ткань на большую глубину и разрушают ее.

Важно отметить, что никакой вид энергии, поглощенной биологическим объектом в том же ко личестве (Дж/кг), не приводит к таким изменениям, какие вызЫ" вает ионизирующее излучение. Например, смертельная доза ионизирующего излучения для млекопитающих равна 5 Гр что соответствует поглощенной энергии излучения 5 Дж/кг. Еслиэту энергию подвести в виде тепла, то она нагрела бы тело на 0,001 °С. Именно ионизация и возбуждение атомов и молей обусловливают специфику действия ионизирующего излучения.

Влияние радионуклида на организм существенно зависит от era физических свойств (тип и энергия излучения), дозы, формы вводцмого соединения, пути и ритма поступления, особенностей распределения, эффективного периода полураспада, определяющего длительность лучевого воздействия, физиологических и генетических особенностей организма. В зависимости от перечисленных факторов один и тот же радионуклид может либо существенно или умеренно уменьшать естественную продолжительность жизни вида либо не оказывать влияния или даже несколько увеличивать ее по сравнению с адекватным контролем (на 10—15 %).
Поскольку у человека основную массу тела составляет вода (75 %), первичные процессы во многом определяются поглощени. ем излучения водой клеток; происходит ионизация молекул воды с образованием высокоактивных в химическом отношении свободных радикалов и последующими цепными реакциями (в основном окисление этими радикалами молекул белков). Это косвенное действие излучения.
Прямое действие ионизирующего излучения может вызвать расщепление молекул белка и молекул нуклеиновых кислот, разрыв наименее прочных связей, отрыв радикалов и другие денатурационные изменения.

Существует три основных типа распределения радионуклидов в организме: скелетный, ретикулоэндотелиальный (кроветворный) и диффузный:
скелетный — нуклиды щелочноземельной группы элементов (Са, Sr, Ra);
• ретикулоэндотелиальный — нуклиды редкоземельных элементов (Се, Pr, Pm, Zn, Th, Am) и трансурановые элементы;
• диффузный — щелочные металлы (К, Na, Cs, Rb).
Известны случаи высокой избирательности распределения — органоспецифической. По способности накапливать радио^УКлиды основные органы располагаются следующим образом: китовидная железа, печень, желудочнокишечный тракт (ЖКТ), скелет, мышцы. Радиационные изменения, происходящие под влиянием облучения по существу во всех тканях организма, не могут не сказаться на обмене веществ.
Процессы обмена веществ и энергии являются материальной основой всех изменений, происходящих в организме. Биохимические нарушения один из тестов наличия остаточных повреждений в организме в отдаленные сроки. Одной из причин их ствия является радиационное повреждение печени радионуклидами. Печень является «центральной биохимической лаборатори~ ей», и ее повреждение не может не сказаться на состоянии процессов обмена. В ней происходит синтез белков плазмы крови трансаминирование, дезаминирование, расщепление ненужных организму веществ, образование мочевины.

В радиорезистентных тканях (мышцы, головной мозг и др.) Метаболические сдвиги невелики или отсутствуют, а в радиочувствительных тканях (печень, почки и др.) происходят существенные биохимические изменения, для них характерны угнетение всех биосинтетических процессов и резкая потеря жизнеспособности В печени облученных животных преобладает анаболический тип обменных сдвигов, выражающийся в усилении синтеза углеводов липидов, белков. Активация биосинтеза основных метаболических субстратов в печени есть следствие регуляторных эффектов, вызываемых метаболитами радиочувствительных тканей, прежде всего аминокислотами.

Клетки тканей с низким уровнем физиологической регенерации вследствие очень слабо протекающих процессов восстановления как бы запоминают имевшее место радиационное воздействие, и их функциональная неполноценность легко выявляется в экспериментах. Если учесть, что организм млекопитающих состоит преимущественно из стабильных (в цитологическом отношении) органов, то можно предположить, что в течение длительного времени после облучения он представляет собой функционально неполноценную систему. Неполноценность пострадиационного восстановления организма облученных животных приводит к их большей подверженности различным заболеваниям, неблагоприятному влиянию физиологических перегрузок и различных внешних агентов, а в итоге к более быстрому изнашиванию организма и сокращению продолжительности жизни.

<Лазерные излучения, их роль в процессах жизнедеятельности
Современные представления о возникновении жизни на Земле
Главная   |   Поля   |   Жизнедеятельность   |   Природопользование   |   Безопасность   |   Карта сайта
2008-2015 © p0d.ru, E-mail:info@p0d.ru