Біологічна дія іонізуючих випромінювань

Під впливом іонізуючого випромінювання на організм людини в тканинах можуть відбуватися складні фізичні і біологічні процеси. Внаслідок іонізації живої тканини відбувається розрив молекулярних зв'язків і зміна хімічної структури різних з'єднань, що, у свою чергу, призводить до загибелі клітин.

Ще істотнішу роль у формуванні біологічних наслідків відіграють продукти радіолізу води, що становить 60-70% маси біологічної тканини. Під дією іонізуючого випромінювання на воду утворюються вільні радикали Н і ОН, а в присутності кисню утворюється вільний радикал гідропероксиду (Н0₂) і перекису водню (Н₂0₂), що є сильними окислювачами. Продукти радіолізу вступають у хімічні реакції з молекулами тканин, утворюючи з'єднання, не властиві здоровому організмові. Це призводить до порушення окремих функцій або систем, а також житгєдіяльності організму загалом.

Інтенсивність хімічних реакцій, індукованих вільними радикалами, підвищується, і в них утягуються сотні і тисячі неопромінених молекул. У цьому полягає специфіка дії іонізуючого випромінювання на біологічні об'єкти, тобто вироблений випромінюванням ефект обумовлений не стільки кількістю поглинутої енергії в об'єкті, що опромінюється, скільки тією формою, у якій ця енергія передається. Жодний інший вид енергії (тепловий, електричної та ін.), поглиненої біологічним об'єктом у тій же кількості, не призводить до таких змін, що викликають іонізуючі випромінювання.

Порушення біологічних процесів можуть бути або зворотними, коли нормальна робота клітин опроміненої тканини цілком відновлюється, або незворотними, що призводять до ураження окремих органів або всього організму і виникнення променевої хвороби.

Розрізняють дві форми променевої хвороби - гостру і хронічну. Гостра форма виникає внаслідок опромінення великими дозами в короткий проміжок часу. При дозах у тисячу рад ураження організму може бути миттєвим („смерть під променем"). Гостра променева хвороба може виникнути і при потраплянні всередину організму великих кількостей радіонуклідів.

Хронічні ураження розвиваються внаслідок систематичного опромінення дозами, що перевищують гранично допустимі (ГДД). Зміни в стані здоров'я називаються соматичними ефектами, якщо вони виявляються безпосередньо в опроміненої особи, і спадкоємними, якщо вони виявляються в його потомства.

Для вирішення питань радіаційної безпеки насамперед цікавлять ефекти, що спостерігаються при «малих дозах». У нормах радіаційної безпеки за одиницю часу, як правило, використовується рік, і як наслідок цього поняття річної дози випромінювання.

Досить важливим є тс, що, відповідно до сучасних уявлень, вихід несприятливих ефектів у діапазоні «малих доз», що зустрічаються в звичайних умовах, мало залежить від потужності дози. Це означає, що ефект визначається насамперед сумарною накопиченою дозою, незалежно від того, отримана вона за 1 день, за 1 с або за 50 років. Таким чином, оцінюючи ефекти хронічного опромінення, варто мати на увазі, що ці ефекти накопичуються в організмі протягом тривалого часу.

Ще в 1899 р. був встановлений факт пригнічення ракових клітин іонізуючим випромінюванням. Надалі корисне застосування радіоактивних речовин у різних сферах діяльності стрімко розвивалося. У 1954 р. у Радянському Союзі було введено в дію першу у світі АЕС. На жаль, дослідження атома призвели до створення і застосування в 1945 р. атомної бомби в Хіросимі і Нагасакі. 26 квітня 1986 р. на ЧАЕС відбулася найстрашніша аварія, що призвела до загибелі і захворювання людей, зараженню значної території. Дослідники випромінювань першими стикнулися з їх небезпечними властивостями. А. Беккерсль отримав опік шкіри. М. Кюрі померла від раку крові. Принаймні 336 людей, що працювали з радіоактивними матеріалами, померли від персопромінення. Відмовитися від застосування радіоактивних речовин у науці, медицині, техніці, сільському господарстві неможливо з об'єктивних причин.

Залишається один шлях - забезпечити радіаційну безпеку, тобто такий стан середовища перебування, при якому з визначеною ймовірністю виключається радіаційне ураження людини.

ДОЗИМЕТРИЧНІ ВЕЛИЧИНИ Й ОДИНИЦІ ЇХНЬОГО ВИМІРУ

Дія іонізуючого випромінювання на речовину виявляється в іонізації та порушенні атомів і молекул, що входять до складу речовини. Кількісною мірою цього впливу служить поглинута доза Д - середня енергія, передана випромінюванням одиниці маси речовини. Одиниця поглинутої дози - грей (Гр), названа на честь фізика Грея, 1 Гр = 1 Дж/кг. На практиці застосовується також позасистемна одиниця - 1 рад = 100 ерг/г = 1 х 10² Дж/кг = 0,01 Гр.

Поглинута доза випромінювання залежить від властивостей випромінювання і середовища, що поглинає.

Для заряджених часток (α, β, протонів) невеликих енергій, швидких нейтронів і деяких інших випромінювань, коли основними процесами їхньої взаємодії з речовиною є безпосередня іонізація і збудження, поглинута доза служить однозначною характеристикою іонізуючого випромінювання за його впливом на середовище. Це пов'язано з тим, що між параметрами, що характеризують ці види випромінювання і параметром, що характеризує іонізаційну здатність випромінювання в середовищі - поглинутою дозою, можна встановити адекватні прямі залежності.

Для рентгенівського й γ-випромінювань таких залежностей не спостерігається, тому що ці види випромінювань побічно іонізуючі. Отже, поглинута доза не може служити характеристикою цих випромінювань за їх впливом на середовище. До недавнього часу як характеристику рентгенівського й γ-випромінювань за ефектом іонізації використовують так звану експозиційну дозу.

За одиницю експозиційної дози рентгенівського й у-випромі­нювань приймають кулон на кілограм (Кл/кг). Це така доза рентгенівського або у-випромінювання, при впливі якої на 1 кг сухого атмосферного повітря при нормальних умовах утворюються іони, що несуть 1 Кл електрики кожного знака.

На практиці дотепер широко використовується позасистемна одиниця експозиційної дози - рентген. 1 рентген (Р) - експозиційна доза рентгенівського й у-випромінювання, при якій у 1 см³ повітря утворюються іони, що несуть заряд в одну електростатичну одиницю кількості електрики кожного знака.

В якості одиниці виміру еквівалентної дози прийнято зіверт (Зв), на честь шведського радіолога Рольфа Зіверта. 1 Зв = 1 ГрЛЗ = 1 Дж/кг. Зіверт дорівнює еквівалентній дозі випромінювання, при якій поглинута доза дорівнює 1 Гр при коефіцієнті якості рівній одиниці.