Одиниці виміру радіоактивних випромінювань

Радіонукліди утворюють випромінювання в момент розпаду і перетворення одних атомних ядер в інші. Тому однією з їх характеристик є період напіврозпаду (від секунд до млн років). Інша характеристика - активність (число радіо­активних перетворень за одиницю часу). Активність у міжнародній системі (СІ) вимірюється у беккерелях (Бк), а позасистемною одиницею є кюрі (Кі). 1 Бк - це така активність речовини, за якої відбувається 1 розпад за 1 с. 1 Кі = 37·10^-3 Бк.

Міра дії іонізуючого випромінювання у будь-якому середо­вищі залежить від енергїі випромінювання й оцінюється дозою іонізуючого випромінювання. Останнє визначається для повітря, речовини та біологічної тканини. Відповідно розрізняють експозиційну, поглинену та еквівалентну дози іонізуючого випромінювання.

Експозиційна доза характеризує іонізуючу спроможність випромінювання в повітрі, вимірюється в кулонах на 1 кг (Кл/кг). Позасистемна одиниця - рентген (Р); 1 Кл/кг = =3,88·10³ Р. За експозиційною дозою можна визначити по­тенційні можливості іонізуючого випромінювання.

Поглинена доза характеризує енергію іонізуючого випромі­нювання, що поглинається одиницею маси опроміненої речови­ни. Вона вимірюється в греях Гр (1 Гр = 1 Дж/кг). Застосовується і позасистемна одиниця - рад (1 рад = 0,01 Гр = 0,01 Дж/кг).

Величина дози, що одержує людина, залежить від виду ви­промінювання, енергії, щільності потоку і тривалості впливу. Проте поглинена доза іонізуючого випромінювання не врахо­вує того, що вплив на біологічний об'єкт однієї і тієї ж дози різ­них видів випромінювань не однаковий. Щоб врахувати цей ефект, уведене поняття еквівалентної дози.

Еквівалентна доза являє собою міру біологічної дії випро­мінювання на дану конкретну людину, тобто вона є індиві­дуальним критерієм небезпеки, обумовленим іонізуючим ви­промінюванням. За одиницю виміру еквівалентної дози прийнято зіверт (Зв). 1 зіверт дорівнює поглиненій дозі в 1 Дж/кг помно­женій на коефіцієнт якості конкретного виду випромінювання (КЯ). Позасистемною одиницею є бер (біологічний еквівалент рада). 1бер = 0,01 Зв. Приблизно 1 бер = 1 Р = 1 рад.

2. Вплив радіоактивного випромінювання на організм людини

Під дією іонізуючого випромінювання на організм людини атоми і молекули живих клітин іонізуються, у результаті чого відбуваються складні фізико-хімічні процеси, що впливають на характер їх подальшої діяльності. Іонізація атомів і моле­кул, що виникає під дією випромінювання, веде до розриву зв'язків у білкових молекулах, що призводить до загибелі клітин і враження всього організму. Така дія іонізуючого вип­ромінювання називається прямою.

Крім прямої дії враження організму спричиняє також непряма дія іонізуючого випромінювання, яка зумовлена ра­діолізом, тобто розпадом молекул води під дією іонізації. Вода, як відомо, становить до 70% маси тканин організму людини. Під час її іонізації утворюються вільні радикали Н⁺ та ОН, які мають високу реакційну спроможність і утворюють різні пероксидні сполуки (Н₂0₂, Н0₂ тощо), що є сильними окислюва­чами. Останні вступають у хімічну взаємодію з молекулами білків та ферментів, руйнують їх, у результаті чого утворюють­ся сполуки невластиві живому організму. Це призводить до по­рушення обмінних процесів, пригноблення ферментних і окре­мих функціональних систем, тобто порушення життєдіяльності всього організму.

Небезпека впливу ІВ на організм людини зумовлюється їх специфічними особливостями, основними з яких є:

• органи чутгя людини не реагують на ІВ;

• ІВ мають високу активність фізико-хімічних та біоло­гічних процесів при взаємодії з живим організмом;

• малі дози опромінення можуть накопичуватися в ор­ганізмі (кумулятивний ефект);

• випромінювання діє не тільки на даний живий орга­нізм, але і на його нащадків (генетичний ефект);

• різні органи організму мають неоднакову чутливість до ІВ.

Дію радіоактивного випромінювання на організм людини можна уявити в дуже спрощеному вигляді таким чином. При­пустимо, що в організмі людини відбувається нормальний про­цес травлення. Їжа, що надходить, розкладається на більш прості сполуки, які потім надходять через мембрану усередину кожної клітини і будуть використані як будівельний матеріал для відтворення собі подібних, для відшкодування енергетич­них витрат на транспортування речовин і їх переробку. Під час потрапляння на мембрану γ-випромінювання одразу ж пору­шуються молекулярні зв'язки, атоми перетворюються в іони. Крізь зруйновану мембрану в клітину починають надходити сторонні (токсичні) речовини, функціонування її порушуєть­ся. Якщо доза випромінювання невелика, відбувається ре­комбінація іонів, тобто повернення їх на свої місця. Молеку­лярні зв'язки відновлюються, і клітина продовжує виконувати свої функції. Якщо ж доза опромінення висока або опромінен­ня багато разів повторюється, то іони не встигають рекомбінувати; молекулярні зв'язки не відновлюються; виходить з ладу велика кількість клітин; робота органів розладнується; нор­мальна життєдіяльність організму стає неможливою.

Специфічність дії іонізуючого випромінювання полягає в тому, що інтенсивність хімічних реакцій, індукованих віль­ними радикалами, підвищується, й до них втягуються багато сотень і тисяч молекул, не порушених опроміненням. Таким чином, ефект дії іонізуючого випромінювання обумовлений не кількістю поглиненої енергії об'єктом, що опромінюється, а формою, в якій ця енергія передається. Ніякий інший вид енергії (теплова, електрична та ін.), що поглинається біоло­гічним об'єктом у тій самій кількості, не призводить до та­ких змін, яке спричиняє іонізуюче випромінювання.

Найсильнішому впливу піддаються клітини червоного кіст­кового мозку, щитовидна залоза, легені, внутрішні органи, тобто органи, клітини яких мають високий рівень поділу. При­родно, що за однією і тієї ж дози випромінювання у дітей вра­жається більше клітин, ніж у дорослих, тому що у дітей всі клітини знаходяться в стадії поділу.

Небезпека різних радіоактивних елементів для людини виз­начається спроможністю організму їх поглинати і накопичува­ти. Радіоактивні ізотопи надходять до організму з пилом, повітрям, їжею або водою і поводяться по-різному: деякі ізотопи розподіляються рівномірно в організмі людини (тритій, вуг­лець, залізо, полоній), деякі накопичуються в кістках (радій, фосфор, стронцій), інші залишаються в м'язах (калій, рубідій, цезій), щитовидній залозі (йод), у печінці, нирках, селезінці (ру­теній, полоній, ніобій) і т. д.

Розрізняють дві форми променевої хвороби - гостру і хронічну. Гостра форма виникає в результаті опромінення великими дозами за короткий проміжок часу. За доз порядку тисяч рад ураження організму може бути миттєвим. Хронічна форма розвивається в результаті тривалого опромінення дозами, що перевищують граничнодопустимі. Більш відда­леними наслідками променевого враження можуть бути променеві катаракти, злоякісні пухлини та інше.

Установлено, що наслідки впливу на організм людини, тяжкість уражень та втрата працездатності від дії будь-яких ви­дів ІВ залежать від дози опромінювання і тривалості опромі­нення. Короткочасне опромінювання дозою понад 1 Гр може при­звести до променевої хвороби та інших ушкоджень різного ступе­ня тяжкості.

Ефекти, викликані дією ІВ, систематизуються за видами ушкоджень і часом прояву. За видами ушкоджень їх поділяють на три групи: соматичні, сомато-стохастичні і генетичні. За ча­сом прояву виділяють ранні (гострі) і пізні.

Ураження, викликані великими дозами, зазвичай вияв­ляються протягом декількох годин або днів. Такі ураження бу­вають тільки соматичні (тілесні). Це гострі променеві уражен­ня, в тому числі гостра променева хвороба, яка є результатом короткочасного загального опромінення всього організму вели­кими дозами.

Сомато-стохастичні (ймовірні) наслідки можуть вини­кнути в результаті опромінення малими дозами ІВ. Це захворю­вання крові, молочної і щитовидної залоз, злоякісні новоутво­рення, порушення розвитку плоду, скорочення тривалості життя. За оцінками вчених, від кожної дози довготривалого опро­мінювання в 1 Гр у середньому двоє із тисячі помруть від лей­козів, п'ять жінок - від раку молочної залози, одна людина – від раку щитовидної залози, п'ять людей від раку легень, одна лю­дина - від інших видів ракових захворювань. Такі захворюван­ня можуть виявитися через багато років після опромінення.

Генетичними наслідками впливу ІВ є генні мутації та хромосомні зміни. За оцінками, доза в 1 Гр, отримана при низь­кому рівні радіації особами чоловічої статі, ініціює появу від 1000 до 2000 генних мутацій, які призводять до серйозних нас­лідків і від 300 до 1000 хромосомних аберацій. Вроджені вади розвитку та інші спадкові хвороби, викликані пошкодженням генетичного апарату, виявляться тільки в наступному або май­бутніх поколіннях - дітях, онуках та більш далеких нащадках людини, яка піддавалася опромінюванню.

За характером розподілу в організмі людини радіоакти­вні ізотопи прийнято поділяти на три групи:

• що відкладаються переважно в кістяку (кальцій, стро­нцій, радій, барій, цирконій, ітрій, нітрати плутонію);

• що концентруються в печінці (цезій, лантан, нітрат плутонію);

• що розповсюджуються рівномірно по всьому організ­му (водень, вуглець, залізо, полоній, інертні гази).

За показниками хімічної токсичності найбільш сильни­ми є: рубідій-87, індій-115, неодим-144, самарій-147, реній-187.

Порушення біологічних процесів можуть бути або зво­ротними, коли нормальна робота кліток опроміненої тканини цілком відновлюється, або незворотними, тобто такими, що ви­кликають незворотні, невідновлювані ураження окремих орга­нів або всього організму і виникнення променевої хвороби.

Для вирішення питань радіаційної безпеки населення, в пер­шу чергу, викликають інтерес ефекти, що спостерігаються при малих дозах опромінення - порядку декілька сантизівертів на годину, що реально зустрічаються при практичному вико­ристанні атомної енергії. У нормах радіаційної безпеки НРБУ-97, уведених у 1998 році, як одиниця часу викорис­товується рік або поняття річної дози опромінення. Це викликано, як було показано раніше, ефектом накопичення «малих» доз і їх сумарного впливу на організм людини.

Існують різноманітні норми радіоактивного зараження: разові, сумарні, граничнодопустимі і т. д. Усі вони викладені в спеціальних довідниках.

Граничнодопустимою дозою (ГДД) загального опромінення людини вважається доза, що у світлі сучасних знань не повинна викликати значних ушкоджень організму протягом життя.

Радіоактивне забруднення спецодягу, засобів індивідуального захисту та персоналу не повинно перевищувати припустимих рівнів, передбачених Нормами радіаційної безпеки НРБУ-97.

Основна дозова межа індивідуального опромінення населення не повинна перевищувати 1 мЗв (мілізіверта) ефективної дози опромінення за рік, що відповідає 0,1Бер у системі СГС.

Основна дозова межа індивідуального опромінення персоналу об'єктів, на яких здійснюється практична діяльність, пов'язана з іонізуючими випромінюваннями, не повинна перевищувати 20мЗв ефективної дози опромінення на рік, при цьому допускається її збільшення до 50 мЗв за умови, що середньорічна доза опромінення протягом п'яти років підряд не перевищує 20 мЗв. (Пересічній людини досить знати, що граничнодопустима доза для тих хто постійно працює із радіоактивними речовина­ми, становить 5 бер на рік. При цій дозі не відбувається соматичних вражень, але невідомо яким чином реалізуються канцерогенний і генетичний ефекти дії. Цю дозу варто розглядати як верхню межу, до якої не варто наближатися. Міжнародний комітет з ракових захворювань (МКРЗ) агітує за встановлення норм набагато нижче 5 бер у рік, що і зроблено в багатьох країнах).

Безпечна однократна доза опромінення в надзвичайних ситуаціях становить – 50 Р (0,5Зв). Однократна доза опромінення – це доза отримана за будь-який час протягом чотирьох діб, при цьому відлік діб починається з отримання першої дози опромінення. Безпечна доза систематичного опромінення становить 100 Р (1 Зв) за тридцять діб.

У випадку забруднення радіоактивними речовинами особистий одяг і взуття повинні пройти дезактивацію під контролем служби радіаційної безпеки, а у випадку неможливості дезактивації їх слід захоронити як радіоактивні відходи.

Рентгенорадіологічні процедури належать до найбільш ефективних методів діагностики захворювань людини. Це визначає подальше зростання застосування рентгено- і радіологічних процедур або використання їх у ширших масштабах. Проте інтереси безпеки пацієнтів зобов'язують прагнути до максимально можливого зниження рівнів опромінення, оскільки вплив іонізуючого випромінювання в будь-якій дозі поєднаний з додатковим, відмінним від нуля ризиком виникнення віддалених стохастичних ефектів. У даний час з метою зниження індивідуальних і колективних доз опромінення населення за рахунок діагностики широко застосовуються організаційні і технічні заходи:

- як виняток необґрунтовані (тобто без доведень) дослідження;

- зміна структури досліджень на користь тих, що дають менше дозове навантаження;

- впровадження нової апаратури, оснащеної сучасною електронною технікою посиленого візуального зображення;

- застосування екранів для захисту ділянок тіла, що підлягають дослідженню, тощо.

Ці заходи, проте, не вичерпують проблеми забезпечення максимальної безпеки пацієнтів і оптимального використання цих діагностичних методів. Система забезпечення радіаційної безпеки пацієнтів може бути повною й ефективною, якщо вона буде доповнена гігієнічними регламентами припустимих доз опромінення.

Вплив природного радіаційного фону на організм лю­дини оцінюється дозою зовнішнього опромінення, що за дани­ми Міжнародної комісії з радіаційного захисту (МКРЗ) у серед­ньому складає 1,3 мЗв на рік.

Найважчим з усіх природних джерел радіації є без ко­льору, смаку і запаху газ радон, який у 7,5 рази важчий за повіт­ря. Радон і продукти його розпаду відповідальні приблизно за 3/4 річної індивідуальної ефективної еквівалентної дози опро­мінення, одержуваної населенням від земних джерел, і прибли­зно половину цієї дози від усіх джерел радіації. У будинки ра­дон надходить із природним газом (3 кБк/д), з водою (4 кБк/д), із зовнішнім повітрям (10 кБк/д), з будматеріалів і ґрунту під будинком (60 кБк/д).

Крім зазначеного, радіонукліди можуть потрапляти в організм людини під час паління тютюну, з продуктами харчу­вання (овочами, фруктами, зернобобовими).

Важливим етапом у рішенні проблеми національної ра­діаційної безпеки в Україні було прийняття Закону "Про вико­ристання ядерної енергії і радіаційну безпеку України" і "Норм радіаційної безпеки України" (НРБУ - 97).

Закон України "Про використання ядерної енергії і раді­аційної безпеки" та НРБУ - 97 є основними нормативними ак­тами, що встановлюють пріоритет радіаційної безпеки населення і навколишнього природного середовища в Україні. У цих актах реалізовані рекомендації МКРЗ і основні прин­ципи радіаційної безпеки, суть яких зводиться до на­ступного:

• не перевищення встановленої основної межі дози опромінення;

• виключення будь-якого необґрунтованого опромінення;

• зниження дози опромінення до можливо низької межі.

Нормативними актами з радіаційної безпеки визначені також основні принципи державної політики у сфері викорис­тання ядерної енергії і радіаційного захисту, права громадян і компетенція органів влади та інші важливі заходи, які забезпе­чують правову відповідальність за радіаційну безпеку в Україні.

Відповідальність за виконання НРБУ - 97 покладена на фізичних і юридичних осіб незалежно від форм власності й під­порядкованості, які використовують, зберігають, транспортують і здійснюють захоронення джерел іонізуючого випромінювання, а також на керівників і посадових осіб органів виконавчої влади.

Залежно від можливих наслідків впливу іонізуючих ви­промінювань на організм людини НРБУ - 97 установлені такі

категорії людей, що опромінюються:

• категорія А (персонал) - особи, які постійно чи тимча­сово працюють безпосередньо з джерелами іонізуючого випро­мінювання;

• категорія Б (персонал) - особи, які безпосередньо не зайняті роботою з джерелом іонізуючого випромінювання, але у зв'язку з розташуванням робочих місць чи приміщень на про­мислових майданчиках об'єктів з радіаційно-ядерними техно­логіями можуть одержувати додаткове опромінення;

• категорія В - усе населення.

НРБУ - 97 визначає гранично допустимі і граничні екві­валентні дози зовнішнього опромінення залежно від групи кри­тичних органів і категорії осіб, що опромінюються.