4.2.1 Внешнее и внутреннее облучение

При оценке действия излучения на организм необходимо различать внешнее и внутреннее облучения. Например, а-излучение сравнительно безопасно при внешнем облучении, однако может вызвать поражение органов при их внутреннем облучении.

Внешнее облучение - воздействие на организм ионизирующих излучений от источников, находящихся вне организма. В технике радиационной безопасности принимают, что внешнее облучение создается закрытыми радиоактивными источниками, для которых исключается возможность попадания радиоактивных веществ в окружающую среду в условиях их эксплуатации. К ним относятся источники нейтронов, -, -, -источники, имеющие защитное покрытие или оболочку, рентгеновские установки, ускорители частиц. Воздействие на людей проникающей радиации ядерных взрывов, космических излучений и излучений природных радиоактивных веществ также представляет собой случаи внешнего облучения.

Степень лучевого поражения человека при внешнем облучении в значительной мере обусловлена проникающей способностью излучений, которая зависит от их вида и энергии. Внешнее облучение - частицами не опасно, так как они проникают в покровный слой кожи (эпидермис) лишь на несколько десятков мкм и практически не достигают чувствительного слоя кожи (см. таблицу).

Бета-частицы проникают в ткань на несколько мм, поглощаясь кожей и подкожной жировой клетчаткой. При облучении открытых участков тела сравнительно большими дозами -излучения могут возникать эритемы кожи, катаракты глаз и т. п. Электроны высоких энергий (10 МэВ) и сопровождающее их тормозное рентгеновское излучение проникают в тело на глубину нескольких сантиметров и могут поражать отдельные органы и ткани.

Более опасно внешнее γ-излучение, которое пронизывает все тело и способно поражать все органы и ткани человека. Еще в большей степени это относится к быстрым нейтронам, обладающим большой проникающей способностью и образующим в ткани протоны ядра отдачи с высоким ЛПЭ.

Таким образом, при внешнем облучении организма радиационная

опасность в зависимости от вида излучения возрастает в следующем порядке: -излучение < -излучение и электроны < рентгеновское и -излучение < быстрые нейтроны. Поэтому в условиях внешнего облучения особое внимание следует уделять защите от γ-излучения и нейтронов.

Для расчета поглощенных и эквивалентных доз внешнего облучения используются формулы, приведенные в главе 1.

Внутреннее облучение – воздействие на организм ионизирующих излучений радиоактивных веществ, находящихся внутри организма. Радиоактивные вещества могут попасть внутрь организма через дыхательные пути, пищеварительный тракт, через повреждения кожи. Опасность поступления радионуклидов внутрь организма возникает при работе с открытыми источниками и при радиоактивном загрязнения окружающей среды. Открытым источником называется источник, при использовании которого возможно попадание содержащихся в нем радиоактивных веществ в окружающую среду (радиоактивные растворы и порошки в химической посуде, жидкие и твердые радиоактивные препараты, пробы почв и растений, содержащие радионуклиды и т. п.). Рассмотрим факторы, влияющие на биологический эффект при внутреннем облучении.

• Активность радионуклида в организме или критическом органе. Очевидно, что с увеличением активности возрастает степень лучевого поражения.

• Вид излучения и его ЛПЭ. При одинаковой активности инкорпорированных нуклидов опасность внутреннего облучения возрастает в последовательности, обратной внешнему облучению: -излучение < -излучение < -излучение (наиболее опасно).

Это объясняется тем, что частицы испускаются и поглощаются в самих органах и тканях и основную роль играет их коэффициент качества к, зависящий от ЛПЭ. Пробеги в ткани -частиц не превышают 100 мкм, а ~ частиц - нескольких мм. Однако из-за различия в ЛПЭ -частица ионизирует в клетке ткани в сотни раз больше молекул, чем -частица. Под действием -частиц разрушаются почти все клетки вблизи -источника, и в ткани образуется плотный очаг поражения. Клетки, пораженные -излучением, более рассредоточены в ткани, что не вызывает столь губительного эффекта, -излучение ионизирует посредством вторичных электронов (косвенная ионизация) и, несмотря на одинаковую ЛПЭ, создает в ткани намного меньше ионов, чем -излучение; кроме того, часть энергии -излучения уходит за пределы организма. Поэтому при прочих равных условиях внутреннее облучение -фотонами наименее опасно.

• Локализация – способность некоторых нуклидов избирательно накапливаться в отдельных органах тела, называемых «критическими». Критический орган – орган, ткань, часть тела или все тело, облучение которого в данных условиях причиняет наибольший ущерб здоровью данного лица или его потомства. В порядке убывания радиочувствительности выделены три группы критических органов: I группа – все тело, гонады и красный костный мозг; II группа – мышцы, щитовидная железа, жировая ткань, печень, почки, селезенка, желудочно-кишечный тракт, легкие, хрусталик глаза и другие органы, за исключением тех, которые относятся к I и III группам; III группа – кожный покров, костная ткань, кисти, предплечья, лодыжки и стопы. Так, например, около 20% йода депонируется в щитовидной железе, которая по массе составляет только 0,03% массы тела. В костных тканях отлагаются источники -излучения – радий, уран, плутоний и -излучения - ⁹⁰Sr, ⁹⁰Y, ⁴⁵Са; ³²Р накапливается в костях и легких, ³⁵S - в легких и гонадах, ¹³⁷Сз - в печени, легких и по всему телу, ¹⁴С – в жировой ткани, ³Н – по всему организму. Доля нуклида f, попадающая через дыхательные пути в кровь, а затем - в критический орган, изменяется от сотых долей процента до 100% и зависит от природы нуклида, его состояния в соединении (растворимое, нерастворимое), от дисперсности аэрозольных частиц, от физиологических процессов в организме. Различная радиочувствительность органов влияет на суммарный эффект внутреннего облучения организма.

• Эффективный период полувыведения. Активность радионуклида в организме уменьшается со временем в результате радиоактивного распада ( – постоянная распада) и биологического выведения элемента из организма (скорость выведения подчиняется экспоненциальному закону с постоянной _б). Эффективная скорость выведения _эфф =  + _б . Тогда эффективный период полувыведения нуклида из организма можно рассчитать по формуле:

Т_эфф =0,693/_эфф = Т_1/2 Т_б /(Т_1/2 + Т_б), (55)

где T_1/2 – физический период полураспада, Т_б – биологический период полувыведения.

Эффективный период полувыведения может значительно отличаться от периода полураспада. Например, при содержании ⁹⁰Sr в костной ткани T_1/2 = 28 лет, Т_б = 60 лет, Т_эфф= 19 лет; для ¹³⁷Сs в печени Т_1/2 = 30 лет, Т_б = 90 дней, Т_эфф = 89 дней. Чем больше Т_эфф, тем опаснее радионуклид при внутреннем облучении. Можно рассчитать эквивалентную дозу внутреннего облучения для любых -, - и -излучения и критических органов. При кратковременном разовом поступлении радионуклида в организм эквивалентная доза в критическом органе за время полного выведения из него радионуклида [t (суток) » Т_эфф (суток)] определяется выражением:

D_экв = 2*10^-5C₀E_эффТ_эфф. (56)

где: D_экв – эквивалентная доза, Зв; С₀ = q₀f/m – начальная концентрация нуклида в органе, Бк/г; q₀ - начальная активность нуклида в организме, Бк; f- доля содержания нуклида в критическом органе относительно его содержания во всем теле; m – масса критического органа или ткани, г; Е_эфф – эффективная энергия, поглощенная в данном органе в каждом акте распада, учитывающая схему распада нуклида, вид, энергию, коэффициент качества (к) излучения и размера органа, МэВ/раcпад.

Таблицы значений f, Е_эфф и Т_эфф для различных радионуклидов и органов человека приводятся в справочниках по дозиметрии. Если радионуклид медленно накапливается в органе, то вместо Т_эфф в формуле 54 нужно подставить Т_эфф – Т_н, где Т_н – эффективный период полу накопления (при Т_н/Т_эфф 0,05 периодом Т_н можно пренебречь).

При непрерывном хроническом поступлении радионуклида в организм устанавливается равновесие между его поступлением и выведением. За период профессиональной работы t = 50 лет условие равновесия (t > Т_эфф) выполняется почти для всех радионуклидов, кроме ²²⁶Rа, ²³⁹Ри, ⁹⁰Sr и некоторых других. Если известна равновесная активность нуклида в организме q(Бк), то можно определить эквивалентную дозу в критическом органе за время t (суток) по формуле:

D_{экв.равн.} = 1,38*10^-5 *С_эффt (57)

где: D_экв – эквивалентная доза, Зв; С = qf/m – равновесное содержание нуклида в органе, Бк/г; другие обозначения те же, что и в формуле 54.

Задаваясь предельно допустимой годовой эквивалентной дозой на критический орган (ткань), вычисляют среднегодовое допустимое содержание ДС радионуклида в данном органе и другие допустимые уровни, лимитирующие внутреннее облучение человека.