151

ионизирующего излучения 1 Дж. 1 Гр = 1 Дж/кг.

Рад - внесистемная единица. Эрг – единица измерения энергии; 1 Дж = 107 эрг.

Казалось, что введением понятий «активность» и «поглощенная доза (доза излучения)» решались все проблемы, связанные с измерением радиационной опасности. Однако вскоре выяснилось, что понятие «поглощенная доза (доза излучения)» не корректно описывает практические ситуации радиационной опасности. Оказалось, что:

¾одинаковые по величине дозы излучения, но разные по своей природе излучатели (излучатели нейтронов или α-частиц, или электронов) производят разное действие на один и тот же объект;

¾одно и то же излучение равной величины дозы излучения производит разное действие на разные биологические объекты.

Другими словами, понятие «поглощенная доза (доза излучения)» не

может быть использовано для оценки всех ситуаций радиационной опасности. Казалось бы, проще всего поступить так – отбросить устаревшее понятие и ввести новое. Но этим путём не пошли. Новое понятие (эквивалентная доза) ввели на основе старого.

Эквивалентная доза ионизирующего излучения Dэкв – произведение поглощенной дозы D на средний коэффициент качества Q ионизирующего излучения в данном элементе объёма биологической ткани стандартного состава: Dэкв = QD. Коэффициент Q – величина безразмерная, поэтому размерность Dэкв совпадает с размерностью поглощенной дозы. Состав стандартной биологической ткани: О – 76,2%, С – 11,1%, Н – 10,1, N – 2,6%.

Внесение в определение понятия «эквивалентная доза» состава стандартной биологической ткани связано с учетом различного действия ионизирующего излучения на разные биологические объекты. Безразмерный коэффициент Q призван учесть различия в действии разных по природе излучателей:

Q = 1 для β-, γ- и рентгеновского излучений.

Q = 10 для нейтронов с энергией ≤ 10 МэВ.

Q = 20 для α-частиц с энергией ≤ 10 МэВ.

(Значения коэффициента Q, равные 10 или 20, носят ориентировочные целочисленные значения для облегчения запоминания. На самом деле это не константы, они могут варьировать в широких пределах в зависимости от энергии излучения, выраженной в данном контексте в мегаэлектронвольтах.)

Различия в значениях коэффициента Q можно интерпретировать и так: β-, γ- и рентгеновское излучения при равных условиях наименее опасны; наибольшую опасность представляет излучение α-частиц.

Зиверт (Зв) равен эквивалентной дозе, при которой произведение поглощенной дозы в биологической ткани стандартного состава на средний коэффициент качества равно 1 Дж/кг.

152

Бэр - внесистемная единица.

Мощность эквивалентной дозы ионизирующего излучения (мощность эквивалентной дозы) Dэкв′ - отношение приращения dDэкв поглощенной дозы за интервал времени dt к этому интервалу времени: Dэкв′ = dDэкв/dt. Необходимость рассмотрения понятия мощности эквивалентной дозы возникает в связи с тем, что наиболее просто и дешево можно инструментально измерить именно мощность дозы, а не саму дозу; эквивалентная доза получается простым вычислением.

Зиверт в секунду (Зв/с) равен мощности эквивалентной дозы, при которой за 1 с в веществе создастся эквивалентная доза 1 Зв.

Экспозиционная доза Х. Отсутствует в системе СИ; единица измерения в системе СИ названия не имеет (за ненадобностью). Размерность единицы, если бы она существовала – Кл/кг (Кл – кулон, единица электрического заряда). Внесистемная единица – Рентген.

Рентген (Р) – доза рентгеновского или γ-излучения, при которой сопряженная корпускулярная эмиссия на 1 см3 атмосферного воздуха при нормальных условиях производит в воздухе ионы, несущие заряд в 1 электростатическую единицу.

Нормальные условия: температура 0°С, давление 760 мм рт. ст.; масса 1 см3 атмосферного воздуха равна 0,001293 г, заряд электрона – 4,8×10-10 ед. CGSE.

Заряд однозарядного иона равен заряду электрона, т.е. 4,8×10-10 ед. CGSE, поэтому 1 Р образует в 1 см3 воздуха

1 / 4,8×10-10 = 2,08×109 пар ионов Энергия, затрачиваемая на образование одной пары ионов, в среднем

равна 34 эВ (электрон-вольт – единица измерения энергии), следовательно доза в 1 Р соответствует поглощенной энергии Е = 2,08×109 × 34 = 7,07×1010 эВ = 0,113 эрг. Или для 1 г воздуха: Е = 0,113 / 0,001293 = 87 эрг/г. Поэтому

1 Р = 0,87 рад, 1 рад = 1,15 Р.

Обобщая, можно записать:

При Q = 1 1 Гр = 100 рад = 1 Зв = 100 бэр = 115 Р

19.4 Естественная радиация

Существуют различные оценки радиационной опасности в естественных условиях (не всегда совпадающие). Приводим некоторые из них.

Таблица 19.2

Естественный радиационный фон

154

дозу, получаемую человеком за год, вносит облучение радоном в помещениях. Радон (Rn) - инертный радиоактивный газ, образующийся в недрах Земли в процессах распада радиоактивных изотопов. Постепенно просачиваясь через Земную толщу, он скапливается первоначально в подвальных помещениях, затем в мало проветриваемых местах первых этажей зданий.

Примерный расклад концентрации радона в квартире (Бк/м3):

¾из почвы под зданием — 41,7;

¾от стройматериалов — 6,4;

¾от воздуха с улицы — 5;

¾от бытового газа — 0,3;

¾от воды — 0,1.

19.5Аварии с выбросом в атмосферу радиоактивных веществ

За время активного использования радиоактивных материалов в деятельности человека было несколько существенных аварий, как в России, так и за рубежом. Самой значительной из них была авария 26 апреля 1986 г. на четвертом блоке Чернобыльской атомной электростанции.

К моменту аварии на ЧАЭС в 4-м реакторе накопилось радиоактивных продуктов деления, которые давали суммарную активность примерно 4·10100

Бк. Это совершенно не вообразимая цифра. Для лучшего восприятия несколько преобразуем её: 4·10100 Бк = 1010 Ки = 104 МКи = 10000 МКи.

Суммарная активность выбросов в момент аварии оценивается как 50 МКи. Из-за малости этой величины по сравнению с 10000 МКи следует очень страшный вывод: в саркофаге 4-го блока ЧАЭС остались и создают потенциальную опасность практически все накопленные делящиеся материалы.

Сейчас в самом Чернобыле радиационный фон в норме. Работает в нём (в основном на действующих энергоблоках) примерно 4,5 тыс. человек вахтовым методом (смена через 15 суток).

При авариях на АЭС значительная часть продуктов деления ядерного топлива находится в парообразном или аэрозольном состоянии. Все они создают радиоактивное облако, подчиняющееся далее воле ветров. Радиоактивные вещества облака имеют конечную массу и в итоге выпадают из него, особенно интенсивно вместе с осадками. Характер загрязнения определяется розой ветров. В частности, Брянскую область радиационно загрязнили рукотворно: охлаждали высокотемпературный очаг реактора жидким азотом, пары которого способствовали распространению радиации на Брянскую область.

Частичка огромного опыта, накопленного в результате анализа развития событий, как во время аварии, так и в процессе ликвидации её последствий может быть представлена в табл. 19.4.

Таблица 19.4

Биологически активный радионуклидный состав выброса

155

аварийного блока ЧАЭС

Очень важной характеристикой радионуклидов оказывается период полураспада Т1/2 – это время, за которое распадается половина делящегося вещества. С одной стороны, эта величина показывает динамику радиоактивного распада, с другой – имеются расчеты, по которым безопасный уровень радиации может быть достигнут через 8Т1/2. Тогда к числу наиболее опасных в течение очень длительного времени изотопов, в значимых количествах выделившихся с радиоактивным облаком, относятся цезий-137 и стронций-90.

Некоторые вещества поглощаются и накапливаются в конкретных органах, что приводит к высоким локальным дозам радиации.

Так, иод целиком концентрируется в щитовидной железе.

Стронций и радий (аналоги и соседи кальция по II группе Периодической системы элементов Д.И. Менделеева) накапливаются в костных тканях (β-облучение костного мозга, нарушения процессов кроветворения).

Изотопы рубидия и цезия (аналоги натрия и калия) распределяются равномерно, вызывая угнетение кроветворения, атрофию семенников, опухоли мягких тканей.

Редкоземельные элементы, в частности, церий концентрируются в печени.

При внутреннем облучении наиболее опасны α-излучающие изотопы полония и плутония.

19.6 Виды радиационного воздействия

Можно выделить 4 вида радиационного воздействия на человека. Для удобства рассмотрения обсудим их в порядке очередности при приближении радиоактивного облака, образовавшегося в результате аварийного выброса в атмосферу радиоактивных веществ.

1. Внешнее облучение при прохождении радиоактивного облака. В этой ситуации человек отделён от опасности, по крайней мере, воздухом. Излучатели, находящиеся в радиоактивном облаке, возникшем в результате аварии, могут испускать в основном α-частицы, электроны и γ-излучение.

157

(ингаляционная опасность). Происхождение аэрозоля – это содержимое радиоактивного облака или поднятая с земли радиоактивная пыль. Попадая через дыхательные пути внутрь организма, радиоактивное излучение непосредственно поражает внутренние органы человека. Наибольшую опасность при этом представляют излучатели, испускающие нейтроны и α-частицы. Внутреннее облучение всегда многократно опаснее внешнего облучения. Мерами и средствами защиты при таком виде облучения будут такие, которые не позволят радиоактивным аэрозолям проникнуть в дыхательные пути.

3.Контактное облучение вследствие радиоактивного загрязнения кожных покровов и одежды. По смыслу оно относится к внешним облучениям, меры и средства защиты понятны и легко представимы.

4.Внешнее облучение, обусловленное радиоактивными загрязнениями поверхности земли, зданий, сооружений. Наибольшего внимания требуют ситуации, в которых выпавшие из облака радиоактивные материалы распространяются за счёт вторичных процессов (распространение ветром или проточной водой, запахивание в землю и т.д.).

5.Внутреннее облучение в результате потребления загрязненных продуктов питания и воды. Облучение воды или продуктов питания не представляет никакой опасности, т.к. сними ничего не происходит. Беречь воду и продукты питания нужно от попадания в них радиоактивных изотопов. Источники воды (колодцы, родники и др.) нужно прикрывать плотными крышками, а если нет уверенности в качестве защиты или она невозможна в принципе, воду нужно тщательно профильтровывать. Продукты питания нужно предварительно герметизировать, а если это растительная пища, выросшая в зараженной зоне, или это мясо травоядных животных из этой же зоны и т.п., то эффективную безопасность может обеспечить тщательный дозиметрический контроль и грамотная обработка продуктов.

Эта информация кладётся в основу всех защитных мероприятий по предотвращению или ослаблению поражающего действия радиации.

19.7Действие ионизирующей радиации на организм человека

Последствия действия радиации на человека можно разбить на две

категории:

1.Детерминированные (строго определённые), пороговые эффекты – лучевая болезнь, лучевой ожог, лучевая катаракта, лучевое бесплодие, аномалии в развитии плода и т.д.

2.Стохастические (вероятностные), беспороговые эффекты – злокачественные опухоли, лейкозы, наследственные болезни и т.д. Для одних людей они могут оказаться значимыми и проявиться, например, онкологическим заболеванием, а другие люди могут не иметь для себя никаких последствий. Для облученных становятся характерными психологические трудности, развивается склонность к суициду. У болезней,

159

Скрытый период заболевания может длиться 2 — 3 недели. Затем появляется общая слабость, тошнота, головокружение, головная боль. Лучевая болезнь легкой степени оканчивается выздоровлением.

Доза радиации 2 — 3 Зв вызывает лучевую болезнь средней степени. В этом случае признаки заболевания проявляются более резко. Выздоровление при эффективном лечении наступает через полтора — два месяца.

Лучевая болезнь тяжелой степени развивается при дозе облучения свыше 3 Зв. Первичные признаки поражения проявляются, как правило, сразу же после облучения. Протекает болезнь более интенсивно. Скрытый период заболевания сокращается. При своевременном лечении болезнь переходит в стадию выздоровления, которое наступает через несколько месяцев.

При дозе облучения в 4 — 4,5 Зв могут быть смертельные исходы в 50% случаев заболевания. Принято считать, что общее облучение дозой 5,50 — 6 Зв ведет к смертельному исходу во всех случаях.

Таблица 19.7

Дозовые пределы суммарного внешнего и внутреннего облучения за календарный год

19.8 Медицинские средства индивидуальной защиты и профилактики радиационного поражения

Идеи выбора и применения некоторых препаратов с целью защиты человека от радиационного поражения основываются на следующих соображениях.

Радиоактивный иод 131I, которого больше всего содержится в радиационном облаке в первые моменты аварии на АЭС (табл. 19.4), должен сконцентрироваться в щитовидной железе. А что если щитовидную железу насытить перед попаданием в радиоактивную зону стабильными изотопами иода, используя, например, иодид калия? Тогда это будет препятствовать отложению в щитовидной железе радиоактивного иода. Иодид калия (KI) свободно продаётся в аптеках, магазинах химреактивов. Рекомендуется принимать его по 125 мг ежедневно в течение 10 дней после аварии на АЭС и в случае употребления в пищу свежего молока от коров, пасущихся на загрязненной радиоактивными веществами местности. Начало приёма – чем

160

раньше, тем лучше. KI в качестве радиозащитного средства заменяется:

-раствором иода: 3 – 5 капель 5%-ного раствора I2 на стакан воды или молока; принимать 3 раза в день равными частями;

-иодной сеткой на стопы.

Иодную профилактику рекомендуется проводить в сочетании с кальциевой профилактикой – одновременно с KI принимать препараты кальция или кисломолочные продукты, насыщая кальцием организм и по схожему заместительному механизму предотвращая поглощение им 90Sr.

В 1949 г. английские ученые, исследуя действие радиации на белок, установили, что в наибольшей степени под действием радиации разлагается цистамин – одна из аминокислот белка. Это обстоятельство позволило предложить цистамин в качестве своеобразного радиозащитного средства. Используется заместительный механизм профилактики радиационного поражения насыщением организма цистамином извне. Фактор уменьшения дозы в связи с приёмом цистамина равен 2.

Получены и используются и другие средства: цидоксин, ламбратен, 5- метокситриптамин, 5-β-аминоэтилизотиомочевина (АЭТ). Но цистамин – наиболее эффективен.

Рекомендуется принимать цистамин для профилактики при угрозе радиационного поражения в виде 6 таблеток по 0,2 г сразу и лучше за 30 – 60 мин до облучения. Срок их действия – 6 час. Повторный приём 6 таблеток допускается через 4 – 5 час в случае нахождения на территории, зараженной радиоактивными веществами.

При переломах, обширных ранах и ожогах используются анальгетики, например, промедол. Если в вашем распоряжении оказалась индивидуальная аптечка АИ-2, то в гнезде №1 содержится шприц-тюбик с промедолом. Эффект обезболивания начинается через 15 мин. и продолжается в течение 2 час.

Правила пользования: извлеките шприц-тюбик из аптечки. Возьмитесь левой рукой за ребристый ободок, а правой – за корпус тюбика и энергическим вращательным движением поверните его до упора по ходу часовой стрелки. Этим самым прорывается мембрана и открывается доступ лекарства в иглу. После этого снимите колпачок с иглы и введите раствор в мягкие ткани бедра или руки и выдавите содержимое. (Не выдавливайте пузырек воздуха.) Извлеките иглу, не разжимая пальцев. В экстренных случаях укол можно сделать и через одежду.

При необходимости в случаях ушибов головы, сотрясения мозга, контузий, а также сразу после радиоактивного облучения с целью предупреждения рвоты принимается противорвотное средство, например, этаперазин. При продолжающейся рвоте следует применять по одной таблетке через 3 - 4 ч.

Детям до 8 лет на один приём дают ¼ дозы взрослого, детям от 8 до 15 лет - ½ дозы взрослого из перечисленных средств кроме иодида калия и