Основи_радіобіології_та_радіоекології
.pdf
НАЦІОНАЛЬНИЙ АГРАРНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ
В.О. Кіцно, С.В. Поліщук, І.М. Гудков
ОСНОВИ РАДІОБІОЛОГІЇ ТА РАДІОЕКОЛОГІЇ
КИЇВ 2010
УДК 57.043:63:37.022 ББК 40.1я73 К 45
Рецензенти: Ю.О. Кутлахмедов, доктор біологічних наук, професор (Київський національний університет імені Тараса Шевченка), А.А. Булах, доктор біологічних наук, професор, зав. каф. біології (Міжнародний Соломонівський університет) і Ю.І. Посудін, доктор біологічних наук, професор, зав. каф. загальної та біологічної фізики (Національний аграрний університет)
В.О. Кіцно, С.В. Поліщук, І.М. Гудков
Основи радіобіології та радіоекології: Навч. посіб. 3-те видання. – К.:»Хай-
Тек Прес», 2010. - 320 с.
Укладено на основі робочих програм для природничо-біологічних спеціальностей з розділів загальної, сільськогосподарської, лісогосподарської та ветеринарної радіобіології. Містить відомості з дозиметрії та радіометрії продукції сільського та лісового господарства та інших об’єктів навколишнього середовища. Наведено теми самостійних і лабораторних робіт та розглянуто порядок їх виконання. Дається методика вирішення завдань з прогнозування накопичення радіонуклідів в рослинах, в організмах тварин, в продукції рослинництва, тваринництва та лісокористування. Включено перелік орієнтовних контрольних тестів, список рекомендованої навчальної літератури.
Для засвоєння теоретичного курсу і виконання лабораторних занять студентами аграрних вищих навчальних закладів освіти ІІІ-IV рівнів акредитації.
Рекомендовано до видання навчально-методичною комісією ННІ охорони природи і біотехнологій НАУ, протокол № 1 від 28.08.2007 р.
2
ЗМІСТ |
|
Вступ |
8 |
1. ТЕМИ САМОСТІЙНИХ ЗАНЯТЬ |
10 |
Тема 1. Норми радіаційної безпеки |
10 |
1.1. Принципи нормування радіаційного впливу |
10 |
1.2. Основні положення «Норм радіаційної безпеки України» |
11 |
(НРБУ-97) |
|
1.3. Основні регламентні величини |
12 |
1.3.1. Радіаційно-гігієнічні регламенти першої групи – контроль за |
13 |
практичною діяльністю |
|
1.3.2. Радіаційно-гігієнічні регламенти другої групи – медичне |
20 |
опромінення населення |
|
1.3.3. Радіаційно-гігієнічні регламенти третьої групи – втручання в |
21 |
умовах радіаційної аварії |
|
1.3.4. Радіаційно-гігієнічні регламенти четвертої групи – |
25 |
зменшення доз хронічного опромінення населення |
|
Тема 2. Основні санітарні правила протирадіаційного захисту |
26 |
2.1. Загальні положення «Основних санітарних правил |
26 |
протирадіаційного захисту України» (ОСПУ-2001) |
|
2.2. Типи джерел випромінення |
28 |
2.3. Групи радіотоксичності |
29 |
2.4. Основні принципи захисту від закритих джерел іонізуючих |
29 |
випромінень |
|
2.5. Вимоги до влаштування, обладнання та організації праці у |
33 |
радіологічній лабораторії при роботі з відкритими джерелами |
|
іонізуючих випромінень |
|
2.5.1. Влаштування лабораторій |
33 |
2.5.2. Поводження з радіоактивними відходами |
35 |
2.5.3. Дезактивація робочих приміщень та устаткування |
37 |
лабораторії |
|
2.5.4. Засоби індивідуального захисту та особистої гігієни при |
38 |
роботі з радіоактивними речовинами |
|
Тема 3. Історія розвитку радіобіології та радіоекології |
40 |
3.1. Визначення наук |
41 |
3.2. Історія розвитку радіобіології та радіоекології |
42 |
Тема 4. Фізичні основи радіобіології |
46 |
4.1. Типи ядерних перетворень. Радіоактивність, одиниці її |
46 |
вимірювання |
|
4.2. Характеристика іонізуючих випромінень та взаємодія їх з |
48 |
речовиною |
|
4.3. Види доз іонізуючих випромінень, одиниці їх вимірювання, |
56 |
порядок розрахунку і застосування |
|
4.4. Основні методи виявлення іонізуючих випромінень |
60 |
3
4.5. Методи радіометрії |
62 |
4.6. Призначення, класифікація, принцип будови, дозиметричних |
64 |
приладів |
|
4.7. Прилади індивідуального дозиметричного контролю |
66 |
4.7.1. Прилади, що працюють на базі іонізаційного методу |
66 |
виявлення іонізуючих випромінень |
|
4.7.2. Прилади, що працюють на основі сцинтиляційного методу |
70 |
виявлення іонізуючих випромінень |
|
4.7.3. Прилади, що працюють на базі фотографічного методу |
71 |
виявлення іонізуючих випромінень |
|
4.7.4. Прилади, що працюють на основі люмінесцентного методу |
72 |
виявлення іонізуючих випромінень |
|
4.8. Прилади загального дозиметричного контролю |
73 |
Тема 5. Біологічна дія іонізуючих випромінень |
82 |
5.1. Загальні уявлення про природу дії іонізуючих випромінень |
82 |
на живий організм |
|
5.2. Радіобіологічні ефекти |
83 |
5.2.1. Радіаційна стимуляція |
83 |
5.2.2. Морфологічні зміни |
85 |
5.2.3. Променева хвороба |
86 |
5.2.4. Прискорення старіння і скорочення тривалості життя |
89 |
5.2.5. Загибель |
89 |
5.2.6. Генетичні зміни |
90 |
5.2.7. Близькі і віддалені наслідки радіаційного ураження |
91 |
5.3. Радіочутливість організмів |
91 |
5.3.1. Радіочутливість рослин |
92 |
5.3.2. Радіочутливість тварин |
93 |
5.3.3. Радіочутливість риб |
94 |
5.3.4. Радіочутливість амфібій і рептилій |
95 |
5.3.5. Радіочутливість бактерій і вірусів |
96 |
5.3.6. Радіочутливість рослинних угруповань |
96 |
5.3.7. Особливості дії малих доз іонізуючих випромінень на живі |
97 |
організми |
|
5.3.8. Критичні органи |
98 |
5.4. Модифікація радіаційного ураження організму |
99 |
5.4.1. Протипроменевий біологічний захист |
99 |
5.4.2. Радіосенсибілізація |
107 |
5.4.3. Післярадіаційне відновлення організму |
108 |
Тема 6. Радіоекологія |
121 |
6.1. Джерела радіоактивного забруднення об’єктів навколишнього |
122 |
середовища |
|
6.1.1. Природні джерела |
122 |
6.1.2. Джерела штучних радіонуклідів |
124 |
6.2. Міграція радіонуклідів у навколишньому середовищі |
126 |
4
6.3. Особливості надходження радіонуклідів у водні екосистеми |
128 |
6.4. Розподіл радіонуклідів у морській екосистемі |
130 |
6.5. Міграція радіонуклідів у прісноводних екосистемах |
133 |
6.6. Загальні властивості прісноводних екосистем |
133 |
6.7. Розподіл радіонуклідів серед компонентів прісноводних водоймищ |
134 |
6.8. Надходження радіонуклідів у сільськогосподарські рослини та |
134 |
організм сільськогосподарських тварин |
|
6.8.1. Надходження радіонуклідів у сільськогосподарські рослини |
134 |
6.8.2. Надходження радіонуклідів у рослини з ґрунту |
137 |
6.8.3. Надходження радіонуклідів у організм сільськогосподарських |
139 |
тварин |
|
6.9. Накопичення радіонуклідів гідробіонтами |
140 |
6.10. Прогнозування надходження радіонуклідів у |
142 |
сільськогосподарські рослини та організм тварин |
|
6.11. Особливості ураження організму інкорпорованими |
143 |
радіоактивними речовинами |
|
Тема 7. Ведення сільськогосподарського виробництва |
144 |
на забруднених радіонуклідами територіях |
|
7.1. Основні принципи організації ведення сільського господарства |
145 |
на забруднених радіонуклідами територіях |
|
7.2. Зниження надходження радіонуклідів у продукцію сільського |
147 |
господарства |
|
7.2.1. Засоби зниження надходження радіонуклідів у |
147 |
сільськогосподарські рослини |
|
7.2.2. Засоби зниження надходження радіонуклідів в організм |
156 |
сільськогосподарських тварин |
|
7.3. Ведення особистого підсобного господарства в районах |
158 |
радіоактивного забруднення |
|
7.4. Очищення продукції сільського господарства від радіонуклідів |
159 |
технологічною переробкою |
|
7.4.1. Очищення продукції рослинництва |
160 |
7.4.2. Очищення продукції тваринництва |
161 |
Тема 8. Використання іонізуючих випромінень в сільському |
162 |
господарстві |
|
8.1. Радіаційна техніка в сільському господарстві |
163 |
8.2. Радіаційно-біологічні технології в рослинництві |
165 |
8.2.1. Передпосівне опромінення насіння сільськогосподарських |
165 |
культур для прискорення проростання, розвитку та |
|
підвищення продуктивності рослин |
|
8.2.2. Передсадивне опромінення органів вегетативного |
166 |
розмноження та розсади для прискорення розвитку і |
|
підвищення продуктивності рослин |
|
8.2.3. Опромінення насіння і рослин з метою одержання нових |
167 |
сортів |
|
5
8.2.4. Радіаційна біотехнологія подолання несумісності тканин і |
168 |
стимуляція зрощення при вегетативних щепленнях рослин |
|
8.2.5. Радіаційна біотехнологія запобігання проростанню бульб, |
170 |
коренеплодів і цибулин при зберіганні |
|
8.2.6. Використання іонізуючих випромінень для подовження |
171 |
строків зберігання ягід, фруктів та овочів |
|
8.2.7. Радіаційна консервація продукції рослинництва і |
171 |
плодівництва |
|
8.2.8. Радіаційні способи боротьби з комахами – шкідниками |
172 |
сільськогосподарських рослин |
|
8.3. Радіаційно-біологічні технології в тваринництві |
174 |
8.3.1. Радіаційне консервування кормів і поліпшення їх якості |
174 |
8.3.2. Радіаційна біотехнологія подовження строків зберігання |
175 |
м’яса і м’ясних продуктів |
|
8.3.3. Радіаційне знезараження деяких видів продукції |
176 |
тваринництва |
|
8.3.4. Радіаційне знезараження стічних вод тваринницьких |
176 |
комплексів |
|
8.3.5. Метод ізотопних індикаторів у дослідженнях в галузі |
178 |
сільськогосподарської біології. Радіоавтографія. |
|
Особливості використання стабільних ізотопів |
|
Тема 9. Відбір і підготовка проб води, ґрунту, рослин, продуктів |
185 |
харчування рослинного і тваринного походження для |
|
радіометрії |
|
9.1. Відбір проб води і інших рідин |
188 |
9.2. Відбір проб ґрунту |
188 |
9.3. Відбір проб рослин |
188 |
9.4. Відбір проб зерна |
189 |
9.5. Відбір проб коренебульбоплодів |
189 |
9.6. Відбір проб трави і зеленої маси сільськогосподарських культур |
190 |
9.7. Відбір проб грубих кормів (сіно, солома) |
190 |
9.8. Відбір проб молока і молочних продуктів |
191 |
9.9. Відбір проб м’яса і субпродуктів |
191 |
9.10. Відбір проб риби |
191 |
9.11. Відбір проб яєць |
191 |
9.12. Відбір проб натурального меду |
191 |
9.13. Підготовка проб до радіометрії |
192 |
2. ЛАБОРАТОРНІ РОБОТИ |
194 |
Лабораторна робота 1. Визначення потужності дози γ-випромінення, |
194 |
створеного еталонним джерелом 137Cs через |
|
захисні матеріали |
|
Лабораторна робота 2. Визначення потоку β-частинок від еталонного |
194 |
джерела |
|
Лабораторна робота 3. Визначення шару половинного послаблення |
195 |
6
β-випромінення Лабораторна робота 4. Робота з приладами індивідуального 196
дозиметричного контролю |
|
Лабораторна робота 5. Вимірювання γ-фону в приміщеннях та на |
197 |
території радіометром СРП-68-01 |
|
Лабораторна робота 6. Вимірювання поверхневого забруднення |
198 |
радіометром-дозиметром МКС-04Н |
|
Лабораторна робота 7. Визначення поверхневого забруднення α- та β- |
199 |
частинками радіометрами КРА-1 та КРБ-1 |
|
Лабораторна робота 8. Вимірювання питомої та об’ємної активності |
199 |
β-випромінюючих радіонуклідів на радіометрі |
|
“Бета” |
|
Лабораторна робота 9. Експресне визначення за γ-випроміненням |
201 |
радіонуклідів цезію у воді, ґрунті, продуктах |
|
харчування та сільськогосподарській продукції |
|
на радіометрі РУБ-01-П6 |
|
Лабораторна робота 10. Визначення вмісту 137Cs в організмі людини |
203 |
радіометром РУБ-01-П-6 |
|
Лабораторна робота 11. Визначення забруднення території 137Cs за |
205 |
допомогою радіометра РУБ-01-П6 |
|
Лабораторна робота 12. Прижиттєве визначення вмісту 137Cs в |
206 |
м’язовій тканині сільськогосподарських тварин |
|
за допомогою гамма-спектрометру СУГ-1М |
|
3. СИТУАЦІЙНІ ЗАДАЧІ З ПРОГНОЗУВАННЯ |
208 |
РАДІОНУЦКЛІДНОГО ЗАБРУДНЕННЯ ПРОДУКЦІЇ |
|
РОСЛИННИЦТВА, ТВАРИННИЦТВА ТА ЛІСОКОРИСТУВАННЯ |
|
3.1. Прогнозування забруднення продукції рослинництва |
208 |
3.2. Прогнозуванню вмісту радіонуклідів в продукції тваринництва |
213 |
3.3. Прогнозування можливого радіонуклідного забруднення продукції |
219 |
лісового господарства |
|
3.4. Розрахунок і оцінка еквівалентної дози опромінення внаслідок |
224 |
надходження радіонуклідів в організм |
|
4.ОРІЄНТОВНІ КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ З ПІДГОТОВКИ ДО 226 ВИРІШЕННЯ ТЕСТОВИХ ЗАВДАНЬ
Рекомендована література |
239 |
7
ВСТУП
Радіобіологія, або радіаційна біологія, – це наука про дію іонізуючих випромінень на живі організми та їх угруповання.
Основним завданням радіобіології є вивчення закономірностей дії іонізуючих випромінень на живий організм з метою пошуку можливостей щодо керування його реакціями на цей фактор.
Об’єктами радіобіології є рослини і тварини, а також утворювані ними біоценози. Дослідження міграції радіоактивних речовин в об’єктах сільського та лісового господарства з метою мінімізації їх накопичення в продукції рослинництва, тваринництва і лісівництва є основою окремого напряму радіобіології – радіоекології, або радіаційної екології.
Основна мета вивчення дисципліни “Радіобіологія” в аграрному навчальному закладі є оволодіння теоретичними основами про дію іонізуючих випромінень на живі організми, формування практичних навичок з оцінки радіаційної ситуації й розробки практичних заходів щодо ведення сільського і лісового господарства на забруднених радіоактивними речовинами угіддях.
Як результат вивчення радіобіології студент повинен знати: джерела іонізуючих випромінень у навколишньому середовищі, механізми дії випромінень на живі організми, радіочутливість основних видів сільськогосподарських і лісогосподарських рослин, тварин, принципи захисту живих організмів від випромінень, шляхи надходження радіоактивних речовин у рослини, організми тварин та людини, прийоми запобігання надходження і накопичення радіоактивних речовин у продукції рослинництва й тваринництва, методологію і технологію ведення окремих галузей сільськогосподарського та лісогосподарського виробництва на забруднених радіоактивними речовинами територіях; уміти: оцінювати радіаційну обстановку за допомогою дозиметричних приладів різних систем, проводити радіометричну експертизу об’єктів навколишнього середовища та сільськогосподарського виробництва, прогнозувати рівень можливого вмісту окремих радіонуклідів у рослинах при їх вирощуванні на забруднених угіддях, розробляти прийоми попередження надходження та накопичення радіонуклідів у продукції рослинництва, кормовиробництва, тваринництва, лісового господарства тощо.
Для студентів заочної форми навчання виконання трьох модульних завдань з радіобіології та радіоекології є обов’язковим. Модулі 1,2,3 (тестові завдання) – виконуються в період сесії під керівництвом викладача. Перед цим необхідно самостійно вивчити основні розділи і теми курсу “Радіобіологія та радіоекологія”.
Робота з радіоактивними речовинами та джерелами іонізуючих випромінень є потенційно небезпечною. Вона регламентується двома основними нормативно-правовими документами, що мають силу закону:
8
“Нормами радіаційної безпеки України” (НРБУ-97) та “Основними санітарними правилами протирадіаційного захисту України” (ОСПУ-2001).
Уцих документах встановлені радіаційно-гігієнічні регламенти, які включають систему принципів, нормативів у галузі протирадіаційного захисту та правил радіаційної безпеки.
У1997 р. Національна комісія з радіаційного захисту населення України (НКРЗУ) ухвалила НРБУ-97. Вони були розроблені з урахуванням останніх рекомендацій Міжнародної комісії з радіаційного захисту (МКРЗ), публікацій Міжнародного агентства з атомної енергії при ООН (МАГАТЕ), нормативно-технічних документів та найважливіших наукових розробок вітчизняних і закордонних фахівців, які були видані в 1985-1997 рр. Міністерство охорони здоров’я України (МОЗ) затвердило (17.07.97 р.) і ввело їх у дію з 01.01.98 р.
9
1. ТЕМИ САМОСТІЙНИХ ЗАНЯТЬ
Тема 1. Норми радіаційної безпеки
1.1.Принципи нормування радіаційного впливу
Воснові нормування радіаційного впливу на організм людини лежать відомості про біологічну дію іонізуючих випромінювань. У результаті експериментів на тваринах та вивчення наслідків опромінення людей при ядерних вибухах, аваріях на підприємствах ядерно-паливного циклу, променевій терапії злоякісних пухлин та в інших екстремальних ситуаціях були встановлені реакції організму на гостре та хронічне опромінення - так звані радіобіологічні ефекти.
Прийнято виділяти дві основні групи радіобіологічних ефектів: нестохастичні та стохастичні.
Нестохастичні, або детерміністичні ефекти мають дозову залежність і проявляються в опроміненому організмі через відносно короткий термін. Із збільшенням дози опромінення зростає ступінь ураження органів і тканин - спостерігається ефект градуювання. Тобто залежно від величини і потужності дози розвивається той чи інший ефект (радіаційна стимуляція, морфологічні зміни, променева хвороба, загибель організму).
Стохастичні, або імовірні (випадкові) ефекти належать до віддалених наслідків опромінення організму. В основі виникнення стохастичних ефектів лежать викликані опроміненням мутації та інші порушення в клітинних структурах. Вони виникають як у соматичних (від латинського somatos - тіло), так і в статевих клітинах і зумовлюють утворення в опроміненому організмі злоякісних пухлин (соматико-стохастичні ефекти), а у нащадків - аномалії розвитку та інші порушення, які передаються спадково (генетичні ефекти).
Через обережність у галузі радіаційної безпеки прийнято вважати, що порога мутагенної дії радіації не існує, а значить немає і цілком безпечних доз. Тому опромінення людей в якій завгодно малій дозі відбувається з додатковим, відмінним від нуля, ризиком виникнення стохастичних ефектів. Із збільшенням дози опромінення імовірність виникнення стохастичних ефектів зростає лінійно. В цьому полягає суть концепції безпорогової лінійної залежності виникнення стохастичних ефектів.
Відповідні коефіцієнти лінійного зв’язку поміж дозою опромінення людей і виходом стохастичних ефектів встановлюються МКРЗ. Як правило, ці коефіцієнти виражають у вигляді додаткового виходу злоякісних пухлин
та генетичних порушень і ступеня ризику загибелі організму від них, віднесених до колективної еквівалентної дози, що дорівнює 104 люд.-3в (1 млн. люд.-бер).
Згідно з публікацією № 60 МКРЗ (1990 р.) при додатковій дії іонізуючого випромінення, як одного з багатьох факторів мутагенезу, у дозі 1 сЗв (1 бер) ризик виникнення злоякісних пухлин зростає на 5%, а прояв
10