4. Ионизирующее излучение
Биологическое воздействие ионизирующего излучения проявляется в виде первичных физико-химических процессов, возникающих в молекулах живых клеток и окружающего их субстрата, и в виде нарушения функций целого организма как следствия первичных процессов.
В результате облучения в живой ткани, как и в любой среде, поглощается энергия, возникают возбуждение, ионизация атомов облучаемого вещества. Поскольку у человека и млекопитающих основную часть массы тела составляет вода (75%), первичные процессы во многом определяются поглощением излучения водой клеток, ионизацией молекул воды с образованием высокоактивных в химическом отношении свободных радикалов типа ОН или Н и последующими цепными каталитическими реакциями (в основном окислением этими радикалами молекул белка). Это и есть косвенное (непрямое) действие излучения через продукты радиолиза воды.
Прямое воздействие ионизирующего излучения может вызвать расщепление молекул белка, разрыв наименее прочных связей, отрыв радикалов и другие процессы.
Прямая ионизация и непосредственная передача энергии тканям тела не объясняют повреждающего действия излучения. Так, при абсолютно смертельной дозе, равной 6 Гр на все тело, в 1 см 3 ткани образуются 10 15 ионов, что составляет одну ионизационную молекулу воды из 10 млн. молекул. В дальнейшем под действием первичных процессов в клетках возникают функциональные изменения, подчиняющиеся уже биологическим законам жизни клеток. Наиболее важные изменения в клетках: повреждение механизма митоза (деления) и хромосомного аппарата облученной клетки; блокирование процессов обновления и дифференцировки клеток; блокирование процессов пролиферации и последующей физиологической регенерации тканей.
Особо радиочувствительными являются клетки постоянно обновляющихся (дифференцирующихся) тканей и органов (костный мозг, половые железы, селезенка и т.д.) Изменение на клеточном уровне, гибель клеток приводят к нарушениям функций отдельных органов и межорганных, взаимосвязанных процессов в организме, а это вызывает разного рода последствия для организма или его гибель.
Медицинская практика показывает, что облучение организма человека в целом и отдельных органов приводит к разной степени поражения. Поэтому для обеспечения безопасности людей вводится понятие критический орган - часть тела, ткань, орган, при облучении которого причиняется наибольший ущерб человеку.
В порядке уменьшения радиочувствительности органы относят к I, II или III группам:
I – все тело, красный костный мозг, гонады;
II – мышцы, щитовидная железа, жировая ткань, печень, почки, селезенка;
III – кожный покров, костная ткань, кисти, предплечья, голени, стопы.
Все последствия, которые обусловливаются облучением организма, классифицируются по следующим группам:
- соматические эффекты – степень поражения и тяжесть растет по мере увеличения дозы облучения;
- стохастические эффекты – эффекты вероятности возникновения опухолей органов, тканей, злокачественных изменений кроветворных клеток (порог по этим эффектам отсутствует);
- генетические эффекты – врожденные уродства в результате мутаций и других нарушений, связанных с наследственностью (порога облучения не имеют и возможны при воздействии малых доз).
Для возникновения соматических эффектов существует дозовый порог.
Рис. 1. Радиоактивное загрязнение окружающей среды
При облучении человека незначительными дозами радиации изменений в здоровье не наблюдается. Так на Земле естественный радиационный фон на уровне моря составляет 0,5 мГр/год. На высоте 1 500 м он уже в 2 раза выше, на высоте 6 000 м (полет самолета) в 5 раз выше.
При однократном облучении всего тела человека возможны следующие биологические нарушения в зависимости от суммарной поглощенной дозы излучения:
до 0,25 Гр (25 Бэр) – видимых нарушений нет;
0,25 – 0,50 Гр (25-50 Бэр) – возможны изменения в крови;
0,50-1,00 Гр (50-100 Бэр) –изменения в крови, нарушается нормальное состояние, трудоспособность;
1,00-2,00 Гр (100-200 Бэр) -легкая форма лучевой болезни, скрытый период до 1 месяца, слабость, головная боль, тошнота, восстановление крови через 4 месяца;
2,00-3,00 Гр (200-300 Бэр)-средняя форма лучевой болезни, через 2-3 часа признаки легкой формы лучевой болезни, расстройство желудка, депрессия, нарушения сна, повышение температуры, кровотечение из десен, колики, кровоизлияние, восстановление через 6 месяцев. Возможен смертельный случай;
3,00-5,00 (300-500 Бэр)- тяжелая форма лучевой болезни, через час неукротимая рвота, все признаки лучевой болезни проявляются резко: озноб, отказ от пищи. Смерть в течение месяца составляет 50-60% от облученных.
более 5,00 Гр (более 500 Бэр)- крайне тяжелая форма лучевой болезни, через 15 мин. неукротимая рвота с кровью, потеря сознания, понос, непроходимость кишечника. Смерть наступает в течении 10 суток (100 % от общего числа пострадавших).
При облучении в 100-1000 раз превышающую смертельную, человек погибнет во время облучения: «смерть под лучом».
Средствами коллективной защиты от ионизирующих излучений являются различные устройства (герметизирующие, вентиляции и очистки воздуха, транспортирования и хранения изотопов, автоматического контроля и сигнализации, дистанционного управления), а также знаки безопасности, емкости для радиоактивных изотопов и др.
При работах с рассматриваемыми веществами соблюдают правила личной гигиены, используют средства индивидуальной защиты, организуют дозиметрический контроль. На работах класса I и отдельных работах класса II средства индивидуальной защиты включают комбинезон или костюм, спецбелье, носки, спецобувь, перчатки, бумажные полотенца и носовые платки разового пользования, средства защиты органов дыхания. На работах класса II и отдельных работах класса III работающих обеспечивают халатами, легкой обувью, перчатками, шапочками и при необходимости средствами защиты органов дыхания. Лиц, проводящих уборку помещений и работающих с радиоактивными растворами и порошками, кроме основной спецодежды и спецобуви, дополнительно снабжают нарукавниками или полухалатами из поливинилхлорида (полиэтилена), фартуками, резиновой или пластиковой обувью или резиновыми сапогами. В необходимых случаях используют изолирующие шланговые костюмы (пневмокостюмы), очки, щитки, ручные захваты Правилами ОСП-72/80 определен строгий порядок радиационного контроля, в том числе и индивидуального (обязателен для тех, у кого по условиям труда доза облучения может превышать 0,3 годовой ПДД).
Одним из источников загрязнения радиоактивными веществами могут стать продукты питания, в результате выбросов радиационных веществ в окружающую среду, ядерных взрывов, аварий на АЭС и др. Например, на Чернобыльской АЭС взрыв был не ядерным, а механическим (тепловым) и радионуклиды оказались в верхнем (сантиметровом) слое земли и легко переносились ветром, пыльными бурями, дождем. Поэтому сегодня поверхностный слой земли является основным источником радиоактивной опасности. Академик А.Сахаров утверждал, что суммарное долговременное воздействие от разрушенного реактора соответствует взрыву десятимегатонной водородной бомбы, т.е.- 500 двадцатикилотонных атомных бомб. Пределом годового поступления в организм человека, по стронцию – 90, через органы дыхания (рис.5.3.) является величина 0,29 мкКи/год, через органы пищеварения – 0,32 мкКи/год. Допустимая концентрация стронция-90 в атмосферном воздухе – 4∙10-14 Ки/л, в воде – 4-10 -10Ки/л. Если радиоактивное загрязнение продуктов составляет 1·10-7 Ки/л (Ки/кг), то их применять в пищу категорически запрещается. Радионуклиды, обладая биологической подвижностью, переходят из почвы в растения, а потом в организм человека. Размеры перехода радионуклидов из почвы в растения оцениваются величиной коэффициента накопления Кн:
(1)
Где: Ср– содержание радионуклида в единице растительной массы, Ки/кг;
Сп- содержание радионуклида в единице массы почвы, Ки/кг.
Данный коэффициент можно использовать на загрязненных территориях для оценки содержания радионуклидов в будущем урожае и принимать меры безопасности при обеспечении населения необходимыми продуктами питания.
Как показывают исследования, между концентрациями радионуклидов в почве и их содержанием в растениях, наблюдается прямо пропорциональная зависимость. Правда, биологическая подвижность радионуклидов разная. Например, радиоактивные изотопы стронция и цезия имеют высокую биологическую подвижность и через год-два после загрязнения территории поступают из почвы в растения.
Больше всего стронция-90 содержит зерно, клубни, корнеплоды (столовая свекла, морковь), бобовые культуры (горох, соя).
Среднеживущие радионуклиды (цезий-144, рутений-106, прометий-147) при переходе из почвы в злаковые растения концентрируются (99%) в корневой системе и практически не накапливаются в корнеплодных растениях.
Токсичный плутоний, практически, в растения не поступает, но его пылинки (мелкие частицы) могут быть зафиксированы на грибах.
Меньше всего радионуклиды накапливаются в плодах фруктовых деревьев, ягодах кустарников (малина, смородина, крыжовник).
Поэтому, с точки зрения безопасности жизнедеятельности человека, необходимо знать не только источники радиации, их нормы, но и биологическую подвижность и условия накопления. Для снижения поступления радионуклидов с продуктами питания, водой, должен проводится постоянный дозиметрический контроль.
Лимиты доз и допустимые уровни. Численные значения лимитов доз устанавливаются на уровнях, исключающих возможность возникновения детерминированных эффектов облучения и, одновременно, гарантируют настолько низкую вероятность возникновения стохастических эффектов облучения, что является приемлемым для лиц и общества в целом.
Для лиц категорий А и Б лимиты доз устанавливаются в пределах индивидуальной годовой эффективной и эквивалентной доз внешнего облучения (лимиты годовой эффективной и эквивалентной доз). Ограничение облучения населения категории В осуществляется введением годовой эффективной и эквивалентной доз для критических групп лиц категории В. Последнее означает, что значение годовой дозы облучения лиц, которые относятся к критической группе не должно превышать лимита дозы, установленной для категории в.
С лимитом дозы сравнивается сумма эффективных доз облучения от всех промышленных источников излучения. В эту сумму не включают:
дозу, которую получают при медицинском обследовании или лечении;
дозу облучения от природных источников излучения;
дозу, связанную с аварийным облучением населения;
дозу облучения от техногенно-усиленных источников природного происхождения.
Дополнительно к лимиту годовой эффективной дозы устанавливаются лимиты годовой эквивалентной дозы внешнего облучения отдельных органов и тканей: хрусталика глаза, кожи, кистей и стоп (табл.2.6.2.).
Таблица 1.
Лимиты дозы облучения
-
Лимиты доз, мЗв∙год-1
Категория лиц, которые облучаются
Аа)б)
Ба)
Ва)
ЛДЭ (лимит эффективной дозы)
20в)
2
1
Лимиты эквивалентной дозы внешнего облучения:
- ЛДtens (для хрусталика глаза)
- ЛДskin (для кожи)
- ЛДextrim (для кистей и стоп)
150
500
500
15
50
50
15
50
-
Примечания:
а) – распределение дозы облучения в течение календарного года не регламентируется;
б) – для женщин детородного возраста (до 45 лет) и беременных действуют ограничения;
в) – в среднем за любые последующие 5 лет, но не более 50 мЗв за отдельный год (ЛДmax).
Согласно «Основным санитарным правилам работы с радиоактивными веществами и другими источниками ионизирующих излучений» ОСП 72/87, существует четыре вида контроля при ведении любых радиационно-опасных работ.
Это дозиметрический, радиометрический, индивидуальный дозиметрический контроль и спектрометрические измерения.
1. Дозиметрические приборы предназначены для измерения мощности дозы (уровня радиации), позволяют установить участки или зоны повышенного излучения (по сравнению с установленным порогом радиации).
2. Радиометрические приборы служат для определения радиоактивного загрязнения поверхности различных предметов, оборудования, транспортных средств, одежды, тары, продуктов, сырья, почвы и т.д.
3. Приборы индивидуального контроля позволяют измерить полученную человеком дозу в конкретной ситуации или за определенный период работы и времени.
4. Спектрометрические установки позволяют установить спектр содержания радионуклидов, изотопов на загрязненном объекте.
В последнее время все приборы стали делить на профессиональные и бытовые.
Измерение гамма-фона представляет непростую задачу, поскольку наиболее распространеннее типы приборов (СРП-2, СРП-68) вносят в измерения значительные погрешности за счет энергетической зависимости дозовой чувствительности (так называемый «ход жестокости»). Эта погрешность определяется энергетическим эквивалентом порога дискриминации импульсов и меняется от прибора к прибору.
Приборы с газоразрядными счетчиками (типа ДРГ) не вносят значительных погрешностей, однако таких приборов в настоящее время выпускается мало.
Термолюминесцентная дозиметрия (ТЛД) обладает высокой чувствительностью, приборы практически не имеют «хода жестокости».
Пассивные накопители радона просты в конструкции и эксплуатации, применяются во многих странах, но пока отечественной промышленностью не выпускаются.
К бытовым приборам относятся те, которые готовятся для населения. Правильная оценка радиоактивного загрязнения зависит от методики отбора и представительности проб, замера, оценки и обработки результатов измерений.
В методике определения радиоактивности пищевых продуктов воды и окружающей среды условно можно выделить четыре основных момента:
1. Отбор и подготовка проб для измерений;
2. Подготовка приборов, прошедших метрологическую проверку, к проведению измерений;
3. Измерения фона и измерения радиоактивности у проб, других объектов и окружающей среды;
4. Обработка результатов и расчет радиоактивности (удельной массовой или объемной активности) проб и сопоставление их величин с предельно допустимой нормой.
В каждом конкретном случае могут быть какие-то свои особенности, но существуют и общие закономерности, которые необходимо коротко изложить.
1. При отборе проб масса общей пробы должна быть не менее 0,5 - 1кг естественной влажности. Масса общей пробы для шерсти, пушного сырья, шкур, соков, сиропов, компотов - 100 - 200 г, для мясных, колбасных изделий и других - 200 - 300 г.
Общая проба составляется из 8 - 10 точечных проб, которые отбираются через равные интервалы по схеме «сетки», «диагонали» с участка поля, бурта, насыпи, кучи, партии товара и т.д.
С отобранной пробы, если это необходимо, удаляются загрязнения почвы путем тщательной промывки в дистиллированной воде. Кроме того, проводят очистку и измельчение массы пробы. Например, мясо и рыбу моют и удаляют чешую и внутренности, с колбасы - оболочку, с сыра - слой парафина.
2. Для измерения необходимо применять только те приборы, которые прошли метрологическую проверку.
3. Все работы по проведению замеров радиоактивности проб необходимо проводить в соответствии с паспортом и инструкцией данного типа приборов. Замеры радиации (фона) производят на расстоянии одного метра от пола (уровня земли).
При возникновении аварий, связанных с радиационной опасностью разворачивают свою работу специальные подразделения и формирования ГО.
Организация дозиметрического контроля. Дозиметрический контроль проводится под руководством начальников всех степеней и командиров формирований ГО.
Дозиметрический контроль включает:
контроль облучения;
контроль радиоактивного загрязнения.
Контроль облучения проводится с целью получения данных о поглощенных дозах радиации для первичной диагностики. Для измерения дозы облучения применяются дозиметры. Контроль облучения людей делится на две группы - групповой и индивидуальный.
При групповом контроле один дозиметр выдается на группу людей (бригаду, звено и т.п.), или проводится расчетным методом с помощью формулы:
(2)
где:Д - поглощенная доза;
Рср - средний уровень радиации (определяется при помощи прибора);
Косл - коэффициент ослабления защитного сооружения.
При индивидуальном контроле дозиметр выдается каждому работнику. Этот метод применяется для тех категорий, к которым нельзя применять групповой метод.
Для учета поглощенных доз облучения ведутся следующие документы дозиметрического контроля:
сведения выдачи измерителей дозы и учета показателей;
журнал контроля облучения;
карточка учета доз облучения;
журнал отбора и сдачи проб (только в службах и штабах ГО);
донесение о трудоспособности и заражении людей, техники и другое.
Контроль облучения нужен для того, чтобы поглощенные дозы радиации не превышали допустимых норм облучения.
Допустимые дозы облучения:
в соответствии с нормами для населения поглощенная доза в нормальных условиях не должна превышать - 0,5 бэр за год (категория Б)
для персонала в нормальных условиях на 1год( категория А ) - 5 бэр;
для населения аварийное облучение на 1год - 10 бэр;
для персонала аварийное облучение на 1год - 25 бэр.
В соответствии с Законом Украины "О защите человека от влияния ионизирующих излучений" №15/98-ВР предусмотрены следующие превышения допустимой дозы облучения:
для населения: 1мЗв/год (1000 мбэр/год - 0,1 бэр);
для персонала: не больше 20 мЗв/год (2000 мбэр/год - 2 бэр).
Допускается до 5 бэр (50мЗв) при условии, что среднегодовая доза на протяжении пяти лет не больше 20 мЗв в год (2 бэр) в среднем.
Структура дозы облучение поглощенной за год выглядит таким образом:
естественный фон - 200 мбэр;
медицинская рентгенодиагностика - 150 мбэр;
строительные материалы - 100 мбэр;
дополнительные источники облучения - 50 мбэр.
Естественный радиационный фон обуславливается космическим излучением и естественными радиоактивными веществами. Интенсивность космического излучения зависит от высоты над уровнем моря и солнечной активности. Земными источниками излучений являются естественные радионуклиды, которые содержатся в веществах, используемых человеком в повседневной деятельности. Естественный радиационный фон для Украины составляет 0,01-0,03 мр/ч.
На земном шаре есть местности, в которых поглощенные дозы значительно превышают допустимые: Индия, штат Карала есть местность где доза составляет 40,2 рад/год; Бразилия – 20 рад/год; США-26 рад/год; Франция-170 рад/год.
Контроль радиоактивного загрязнения. Осуществляется с целью определения степени загрязнения радиоактивными веществами людей, животных, а также техники, одежды, средств индивидуальной защиты, продуктов, воды, фуража и других объектов. Степень радиоактивного загрязнения оценивается путем замеров мощности экспозиционной дозы излучения от этих объектов приборами (ДП-5, ИМД-21 и прочие) и сравнением их с нормативной.
В мирное время пользуемся нормами, которые определены в "Основных санитарных правилах. ОСП-72/87" и НРБУ-97.
Выводу из организма радиоактивных элементов способствует красный пигмент овощей и фруктов. Поэтому, если у вас в организме обнаружены радионуклиды, ежедневно употребляйте салаты из сырых овощей - моркови и свеклы красного цвета, капусты, сладкого перца, заправленные нерафинированным маслом или сметаной, а также фрукты и ягоды - красный виноград, изюм, курагу, черноплодную рябину, гранаты, яблоки. Что касается яблок, то содержащееся в них железо создает чистую кровь. Однако овощи и фрукты нужно подготовить для еды так, чтобы уменьшить в них содержание радионуклидов: в моркови нужно удалить сердцевину, обрезать концы и почистить, у свеклы обрезать снизу корешок, все волосяные отростки и верхушку, у капусты - снять три верхних слоя, вырезать кочерыжку.
По рекомендации доктора Гейла, чеснок следует употреблять обязательно, как энергосорбент, впитывающий и выводящий радиоактивные элементы из организма.
Н. Семенова рекомендует съедать зубчик чеснока без хлеба в течение двух-трех недель утром натощак за час до еды и вечером через два часа после еды.
Хорошим радиопротектором является белая фасоль, содержащая около 12,5% железа, много микроэлементов и витаминов. Из нее можно готовить первые и вторые блюда, но вводить ее в питание надо постепенно из-за сильного метеоризма.
Каши полезны лишь в том случае, если их тщательно жуют до разжижения слюной. То есть кашу нужно не есть, а как бы пить маленькими глотками. Очень полезна гречневая каша, не содержащая нитратов. Пшеничная каша необходима для улучшения зрения и укрепления нервной системы. Особенно нуждаются в ней жители тех зон, где в почве мало цинка.
Полезны также соки с красильными пигментами - виноградный, томатный, гранатовый и др., а также красные вина - содержащие кроме красного пигмента, витамины В, С, Е. В профилактических целях их следует пить три раза в день по столовой ложке. Картофель перед готовкой необходимо очистить, срезав слой толщиной около 5мм, т.к. в нем могут быть радионуклиды. После очистки его нужно дважды бланшировать в кипятке и только после этого заправлять в супы. Варить или запекать в кожуре картофель нельзя.
Особой осторожности требует сейчас молоко. Если нет гарантии, что оно чистое, не следует его пить. Лучше сделать из него творог. В этом случае количество радиоактивных элементов уменьшается в сотни раз, т. к. они собираются в сыворотке. Поэтому в сметане их немного, а в молоке значительно больше.
В растопленном масле вредных элементов нет совсем.
Если хлеб выпекается с использованием сыворотки, то радионуклиды собираются под корочкой, в тонком слое, который имеет вид «загрязненной» полоски толщиной 0,5см. Ее необходимо снимать перед едой. Да и вообще хлеба лучше есть поменьше.
С осторожностью следует употреблять мясо, а лучше вообще ограничить его употребление. Наибольшее количество радионуклидов содержит говядина. Лучше в этом отношении свинина и птица. Не рекомендуется готовить котлеты из мясного фарша, т.к. в нем есть сукровица, и при жарке радионуклиды остаются в еде. Следует также исключить из рациона бульоны и холодец. Можно готовить отварное мясо, но первый отвар слить. Абсолютно чистым продуктом считается свиной жир. Он имеет биохимические способности не пропускать радионуклиды. Полезно и безопасно есть сало. Не следует, есть яйца, т.к. радиоактивный стронций со скорлупы переходит в белок. Лучше приготовить яичницу. Летом рекомендуется хлебный квас, содержащий все витамины группы В, тертая редька и хрен, которые можно есть через двенадцать часов после приготовления: если натерли хрен или редьку утром, то есть вечером. Полезно также употреблять аскорбиновую кислоту с глюкозой три раза в день и квадевит (по одной таблетке после завтрака и обеда).
Следует предупредить «кофеманов» о том, что кофе задерживает радионуклиды в тканях организма. Лучше пить чайные бальзамы на основе общеукрепляющих и тонизирующих трав, но чай нужно пить только правильно заваренный и свежеприготовленный.
С целью профилактики нужно ежедневно утром и вечером промывать полость рта и носа раствором морской соли (1ч.л. на стакан воды) или поваренной соли с добавлением двух капель йода. При этом вымываются из полости рта и носа радиоактивная пыль, болезнетворные вирусы и микробы. Особенно следует обратить внимание на рекомендуемую систему питания и ее режим в дни магнитных бурь, когда геомагнитное и гелеомагнитное поле накладывается на радиоактивное.