Практикум по токсикологии. Кудров

ρв при нормальных физических условиях (ρв =1,293·10-3 г/см3), получим, что 1 Кл/кг равен 3880 Р. Полученное значение намного превосходит смертельную дозу, соответствующую однократному наружному облучению всего тела (600 Р), поэтому применение специальной единицы экспозиционной дозы является более удобным. Кроме того, практически все имеющиеся дозиметры калиброваны именно в этих единицах.

Применение ионизационных камер для измерения экспозиционной дозы позволяет решать практические задачи дозиметрии рентгеновского и -излучения, так как процесс ионизация воздуха хорошо моделирует ионизацию воды и мышечной ткани (ионизация пропорциональна поглощенной энергии и слабо зависит от мощности излучения).

С появлением всѐ более мощных источников, а также с появлением таких задач, как изучение действия на плотные конструкционные материалы пучков заряженных частиц, возникла необходимость в использовании понятия поглощенная доза. Единицы измерения поглощенной дозы - Грей (Гр [Дж/кг]) и внесистемная единица рад (100 эрг/г, 10-2 Гр.) Название «рад» является акронимом термина «radiation absorbed dose».

Определим объемный энергетический эквивалент рентгена, т.е. энергию -излучения, переданную воздуху, находящемуся в объеме 1 см3. Найдем число пар ионов, создаваемых на длине пробега комптоновских электронов (полный заряд ионов одного знака, образованных за пределами рассматриваемого объема, равен 1 эл.ст.ед. заряда). Полученное значение следует умножить на среднюю энергию образования пары ионов и результат перевести в энергетические единицы физической системы. Соотношение между единицей энергии в системе СИ (Джоуль) и специальной единицей (эВ) определяется зарядом электрона 1,62·10-19 Кл. Поэтому 1 эВ равен 1,62·10-19Дж. Переход к энергетической единице в фи-

72

зической системе (1 Дж = 107 эрг, 1 эВ = 1,602·10-12 эрг) осуществляется по соотношению: 2,8·109 пар ионов/Р 33,85 эВ/пар ионов 1,62·10-12 эрг/эВ=0,113 эрг/Р.

При таком определении единицы экспозиционной дозы и ее энергетического эквивалента области передачи и поглощения энергии имеют существенно разные пространственные масштабы Упрощение измерений возникающего заряда возможно при условии электронного равновесия, совмещающем указанные области в пределах объема в 1 см3. Для этой цели источник -излучения и объем, в котором измеряется заряд ионов, разделяют слоем воздуха, толщина которого равна или превосходит максимальный пробег образующихся в данном слое комптоновских электронов. В результате энергия последних компенсирует энергию электронов, образующихся в измерительном объеме и вылетающих из него. Если создано условие электронного равновесия, то экспозиционной дозе, равной 1 рентген, будет соответствовать заряд в 1 эл.ст.ед., возникающий в единичном объеме воздуха. Кроме того, изменяется размерность энергетического эквивалента (1 Р = 0,113 эрг/см3). Для перехода к массовому энергетическому эквиваленту следует разделить приведенное значение на плотность ρв воздуха при нормальных физических условиях, что дает: 1 Р = 87,3 эрг/г и 1 Р = 0,873 рад. Следует отметить, что энергетический эквивалент рентгена для воды и биологической ткани равен 93 эрг/г, т.е. является еще более близким к единице поглощенной дозы 1 рад.

Поскольку в процессах взаимодействия рентгеновского и -излучения с воздухом и биологическими материалами много общего, то существует линейная пропорциональность между экспозиционной и поглощенной дозами.

Массовый эквивалент позволяет оценить энергию - излучения, которая соответствует наружному облучению смертельной экспозиционной дозой взрослого человека стан-

73

дартной массы в 70 кг (600 Р тождественны 367 Дж). Полученный результат наглядно показывает степень зависимости биологической опасности от энергетического потенциала воздействия на организм, поскольку энергия, равная 367 Дж, содержится в чайной ложке горячего кофе. Исключительно высокая биологическая опасность ионизирующих излучений объясняется передачей больших порций энергии на уровне клеточного ядра. Например, значение ε = 33,85 эВ в 1300 раз выше, чем средняя энергия теплового движения при комнатной температуре. Можно сравнить действие на организм ножа и одеяла, равной массы и падающих с одинаковой высоты.

3. Величина поглощенной зоны не определяет полностью биологическое действие и тяжесть возможных поражений. Дополнительно вводится понятие эквивалентной дозы, представляющей собой произведение поглощенной дозы на средний коэффициент качества излучения. Для рентгеновского - и -излучения коэффициент качества принимается равным единице. Тяжесть возможных поражений при облучении альфа-частицами значительно выше. Так как альфачастицы отличаются наиболее быстрым поглощением (например, одеждой), то альфа-облучение возможно и наиболее биологически опасно при поступлении радиоактивных веществ внутрь организма (при внутреннем облучении). Степень биологической опасности различных частиц тем выше, чем выше плотность ионизации, создаваемой в тканях организма.

В качестве единиц эквивалентной дозы используют зиверт (Зв, [Дж/кг]) и внесистемная единица бэр (биологический эквивалент рада, 10-3 Зв).

4. Для оценки риска возникновения отдаленных последствий облучения всего тела и отдельных органов с учетом их радиочувствительности используется эффективная эквивалентная доза. Она определяется как доза гипотетического од-

74

номоментного облучения человека, вызывающая такие же биологические эффекты, что и подобная доза протяженного во времени или фракционированного облучения. Единицей измерения, как и в случае эквивалентной дозы, является зиверт.

При расчете эффективной эквивалентной дозы используются взвешивающие коэффициенты для тканей и органов, так как ткани организма различаются в части чувствительности к излучению (таблица 5.2)

Взвешивающие коэффициенты для тканей и органов при расчете эффективной эквивалентной дозы

1. Лѐгкие 0,12 2. Печень 0,05 3. Гона- 0,20 ды

Пример расчета эффективной дозы [5]. При рентге-

новском обследовании грудной клетки средняя эквивалентная доза облучения лѐгких составила 180 мкЗв, молочной железы - 30 мкЗв, щитовидной железы - 50 мкЗв, красного костного мозга - 110 мкЗв, гонад10 мкЗв, поверхности костной ткани - 23 мкЗв, желудка, толстого кишечника, печени, почек, селезѐнки, поджелудочной железы - по 20 мкЗв. Облучением остальных органов и тканей можно пренебречь. Оп-

75

ределить эффективную эквивалентную дозу, полученную пациентом при обследовании.

180 0,12 + 30 0,05+ 50 0,05 + 110 0,12 + 10 0,2 + 23 0,01 + 20 0,12 + 20 0,12 + 20 0,05 + 20 0,05=47,92.

Ответ: 47,92 мкЗв.

Коллективная эффективная эквивалентная доза измеряется в человеко-Зивертах (чел-Зв) используется при оценке вероятных последствий воздействия на популяцию. Так как периоды полураспада радионуклидов сильно различаются, то ожидаемые в нескольких поколениях последствия увеличения радиоактивного фона оценивают с помощью ожидаемой (полной) коллективной эффективной эквивалентной дозы.

Нормы радиационной безопасности (НРБ-99)

Нормы радиационной безопасности (НРБ в редакции 1999 года) применяются для обеспечения безопасности человека во всех условиях воздействия на него ионизирующего излучения искусственного или природного происхождения. НРБ являются основополагающим документом. Требования по обеспечению радиационной безопасности в НРБ регламентируют нормы и требования в зависимости от обстоятельств облучения:

-в условиях нормальной эксплуатации техногенных источников излучения;

-облучение от природных источников;

-при медицинском облучении;

-в результате радиационной аварии.

Главными нормируемыми величинами являются основные пределы доз (предельно допустимые дозы облучения) - это величина годовой эффективной и эквивалентной дозы техногенного облучения, которая не должна превышаться в условиях нормальной работы. Соблюдение предела годовой дозы предотвращает возникновение детерминированных эффектов, а вероятность предполагаемых стохастических эф-

76

фектов находится при этом на стохастическом уровне. Все остальные ограничения, установленные НРБ, определяются из того, чтобы не были превышены дозовые пределы, исходя из суммы как внешнего, так и внутреннего облучения. Основные пределы доз облучения не включают в себя дозы от природного и медицинского облучения, а также дозы вследствие радиационных аварий. На эти виды облучения устанавливаются специальные ограничения.

В НРБ устанавливаются следующие категории лиц:

-население;

-персонал - лица, работающие с техногенными источниками излучения (группа А) или находящиеся по условиям работы в сфере их воздействия (группа Б); основные пределы доз, как и все остальные допустимые уровни облучения персонала группы Б, равны 0,25 значений для персонала группы А.

Основные пределы доз

77

Допустимое поступление радионуклидов через воздух, воду, продукты питания

Эффективная доза облучения источниками, образовавшимися из природных радионуклидов в результате деятельности человека (концентрирование, изменение естественной формы нахождения в природе, повышенное космическое излучение), не должна превышать 5 мЗв в год. На основании годовых доз и с учетом всех факторов, влияющих на формирование дозы (период полураспада, скорость естественного выведения, биологические особенности радионуклида и его соединений, скорости их поступления из легких в кровь и проч.), рассчитаны допустимое поступление радионуклидов в организм через органы дыхания, с водой и пищей, допустимое содержание радионуклидов в воздухе.

Санитарная оценка степени загрязнения внешней среды радиоактивными веществами производится на основании допустимой объемной активности и допустимой удельной активности (Гигиенические требования по ограничению облучения населения за счет природных источников ионизирующего излучения, СП 2.6.1.1292-03). Удельную активность радионуклидов в воде открытых водоемов и в питьевой воде из централизованных систем хозяйственно-питьевого водоснабжения контролируют по суммарным показателям α- и β-активности, а при достоверном превышении значений контрольных уровней, обязательным является определение содержания отдельных радионуклидов. Перечень радионуклидов, подлежащих определению дополнительно (ряда техногенных изотопов), устанавливается с учетом местных условий.

При содержании природных и искусственных радионуклидов в питьевой воде, создающих эффективную дозу меньше 0,1 мЗв в год, не требуется проведения мероприятий по снижению ее радиоактивности. Если вода содержит повышенное количество природных радионуклидов, то предварительная оценка допустимости использования ее для питье-

78

вых целей может быть отдана по удельной альфа- (не более 0,1 Бк/кг) и бета- (не более 1Бк/кг) активности.

Предупреждения развития радиационной аварии или ограничение ее последствий

С целью предупреждения развития радиационной аварии или ограничения ее последствий согласно НРБ допускается планируемое повышенное облучение для мужчин старше 30 лет лишь при добровольном письменном согласии, и после информирования о возможных дозах облучения и риске для здоровья. Лица, получившие эффективную дозу более 100 мЗв в течение года, при дальнейшей работе не должны подвергаться облучению свыше 200 мЗв в течение года облучение должно рассматриваться как потенциально опасное.

Для населения в случае радиационной аварии НРБ устанавливают прогнозируемые уровни облучения (доза за 2 суток, Гр), при которых необходимо срочное вмешательство: все тело -1; легкие – 6; кожа – 3; щитовидная железа – 5; хрусталик глаза – 2; гонады – 3; плод - 0,1. Уровень вмешательства при хроническом облучении устанавливаются (при годовой поглощенной дозе, Гр): красный косный мозг - 0,4; гонады - 0,2 хрусталик глаза - 0,1.

Радиационные воздействия в медицине Принципы контроля и ограничения радиационных воз-

действий в медицине основаны на получении необходимой диагностической информации или терапевтического эффекта при минимально возможных уровнях облучения. При этом не устанавливаются пределы доз.

Минимально значимая активность НРБ устанавливает границы радиоактивности источни-

ка, ниже которой не требуется разрешение органов Госсанэпиднадзора на их использование. Эти границы -минимально значимая активность (МЗА) и минимально значимая удельная активность (МЗУА) открытого источника ионизирующе-

79

го излучения в помещении или на рабочем месте. Требования НРБ не распространяются на источники излучения, создающие при любых условиях обращения с ними:

-индивидуальную годовую эффективную дозу не более 10 мкЗв;

-индивидуальную годовую эквивалентную дозу в коже не более 50 мЗв и в хрусталике не более 15 мЗв.

Основные санитарные нормы и правила обеспечения радиационной безопасности (ОСПОРБ-2000)

ОСПОРБ базируется на НРБ-99 и устанавливают требования по защите людей от вредного радиационного воздействия при всех условиях облучения от источников ионизирующего излучения, на которые распространяется действие НРБ99. Правила являются обязательными при проектировании, строительстве, эксплуатации, реконструкции, перепрофилировании и выводе из эксплуатации радиационных объектов.

ОСПОРБ состоят из разделов:

-радиационная безопасность при воздействии природных источников излучения;

-радиационная безопасность персонала и населения при эксплуатации техногенных источников излучения;

-радиационная безопасность пациентов и населения при медицинском облучении;

-санкции за нарушение требований норм и правил по радиационной безопасности.

Принципы обеспечения радиационной безопасности:

-принцип нормирования - непревышение допустимых пределов индивидуальных доз облучения граждан;

-принцип обоснования - запрещение всех видов деятельности, при которых полученная для человека и общества польза не превышает риск возможного вреда;

80

- принцип оптимизации - поддержание на возможно низком достижимом уровне индивидуальных доз облучения и числа облучаемых лиц.

Аварии, связанные с взрывами или пожарами, могут привести к неожиданному распространению радионуклидов в окружающей среде. Должен быть выбран способ удаления возникшего в результате этого загрязнения, для чего следует получить консультацию у технически компетентного лица. По мере возможности необходимо иметь рекомендации по работе с радиоактивными отходами после ликвидации аварии и их удалению.

Если в результате аварии произошел или мог произойти выброс радионуклидов в окружающую среду, то согласно местному законодательству об этом следует немедленно поставить в известность соответствующие органы.

Контрольные вопросы и задания

1.Какие источники радиоактивного облучения называются открытыми?

2.Какими единицами описывается процесс испускания излучения?

3.Какими показателями характеризуются источники излучения?

4.Почему необходимо использовать коэффициент качества излучения?

5.Почему необходимо использовать взвешивающие коэффициенты для тканей и органов?

6.Чем определяется радиотоксичность изотопа?

7.Какими единицами описывается процесс поглощения излучения?

8.Какие показатели учитываются при расчете эффективной дозы?

9.Дайте определение предельно допустимой дозы.

81