Лабораторно–практичне заняття 3 Вплив радіації на здоров’я людини

Мета роботи:  а) засвоїти теоретичні відомості про сутність явища радіації та її вплив на здоров’я людини; б) вивчити одиниці радіоактивності та з’ясувати співвідношення між ними; в) набути навички вимірювання природного радіаційного фону за допомогою датчика іонізаційних випромінювань.

Обладнання: датчик іонізаційних випромінювань “Поиск”, комп’ютерний вимірювальний блок, комп’ютер “Pentium–133”, дискета 3,5" із програмним забезпеченням “L–demon”, навчально–методичні посібники.

Теоретичні відомості

1. Іонізаційні випромінювання та одиниці радіоактивності. Радіоактивність існувала на Землі задовго до зародження життя, що пов’язано з наявністю в природі стійких до розпаду і нестійких хімічних елементів. До нестійких хімічних елементів відносяться уран, торій, радій та інші. Ядра атомів цих елементів перетворюються на ядра атомів інших (більш стійких до розпаду) хімічних елементів. Тому радіоактивність – це самочинне перетворення атомних ядер. Наприклад, на території України є чимало виходів скельних порід, збагачених ураном, процес розпаду якого до стабільного (нерадіоактивного) свинцю пов’язаний із взаємним перетворенням ще 13 проміжних радіоактивних елементів. Процес ядерного розпаду супроводжується виділенням великої кількості енергії та утворенням альфа– (–), бета– (–) і гамма– ()–частинок, які впливають на життєдіяльність всього живого на Землі.

Різні за своєю природою випромінювання, які відрізняються від інших високою енергією і мають властивість іонізувати та руйнувати біологічні об’єкти, називаються іонізаційними. Взаємодія іонізаційного випромінювання із середовищем призводить до утворення електричних зарядів різних знаків. Розрізняють корпускулярне й фотонне іонізаційне випромінювання.

Корпускулярне випромінювання – це потік елементарних частинок із масою спокою, відмінною від нуля, які утворюються при радіоактивному розпаді, ядерних перетвореннях або генеруються на прискорювачах. Це альфа– (–) і бета– ()–частинки, нейтрони й протони.

Альфа–випромінювання () має високу іонізаційну здатність. Довжина пробігу –частинки у повітрі становить близько 10 см, а у твердих і рідких середовищах – ще менше. Одяг, засоби індивідуального захисту майже повністю затримують –частинки. Через високу іонізаційну властивість ці частинки особливо небезпечні при потраплянні в організм. Людина уражається як при внутрішньому, так і при зовнішньому опроміненні: внутрішнє – виникає при потраплянні в організм радіоактивних речовин разом із їжею, питною водою й повітрям; зовнішнє – при перебуванні на зараженій місцевості, потраплянні радіоактивних речовин на шкіру та одяг людей, а також під час дії проникної радіації.

Бета–частинкам () притаманна більша, ніж альфа–частинкам, проникна здатність, але менша іонізаційна властивість. Довжина пробігу –частинок у повітрі становить близько 1,5 м, а в живих тканинах – 1–2 см.

Під фотонним випромінюванням розуміють електромагнітні коливання, які поширюються у вакуумі зі швидкістю до 300 000 км/с. Це гамма– (–) й рентгенівське випромінювання. Гамма–випромінювання має найбільшу глибину проникнення – його може суттєво послабити лише свинцева або бетонна стіна.

Проникна властивість іонізаційних випромінювань залежить від їх природи, заряду та енергії, а також від густини речовини, що опромінюється. Населення Землі основну частину опромінення одержує від природних джерел (земна радіація, космічне випромінювання, внутрішнє опромінення).

Штучними джерелами іонізаційних випромінювань є ядерні вибухи, ядерні установки для виробництва енергії, рентгенівські апарати, апаратура засобів зв’язку тощо.

Якщо вплив радіоактивних речовин на людину взяти за 100%, то внесок різних джерел іонізаційного випромінювання, наприклад, на мешканця Кіровоградської області становить:

• від космічного випромінювання – 5,3%;

• від природних радіонуклідів при зовнішньому та внутрішньому опроміненні – 9,2%;

• від радону в приміщенні – 75,5%;

• від наслідків аварії на ЧАЕС – 12,3%.

Величина дії іонізаційного випромінювання у будь–якому середовищі залежить від його енергетики й оцінюється відповідною дозою, яка визначається для повітря, речовини й біологічної тканини. Розрізняють експозиційну, поглинуту та еквівалентну дози іонізаційного випромінювання.

Експозиційна доза характеризує іонізаційну спроможність випромінювання в повітрі, вимірюється в кулонах на 1 кг (Кл/кг); позасистемна одиниця – рентген (Р); 1 Кл/кг = 3,88 • 10³ Р.

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

Доза, яку одержує людина, залежить від виду випромінювання, енергії, щільності потоку й тривалості впливу. Проте поглинута доза іонізаційного випромінювання не враховує того, що вплив на біологічний об’єкт однієї і тієї ж дози різних видів випромінювань неоднаковий. Щоб урахувати ці особливості, введено поняття еквівалентної дози.

Еквівалентна доза є мірою біологічного впливу випромінювання на людину. Еквівалентна доза – це основна дозиметрична величина в галузі радіаційної безпеки, що дорівнює добутку поглинутої дози на середній коефіцієнт якості іонізаційного випромінювання в даному об’ємі біологічної тканини. За одиницю вимірювання еквівалентної дози прийнятий зіверт (Зв). Зіверт дорівнює поглинутій дозі в 1 Дж/кг (для рентгенівського та – і –випромінювань). Позасистемною одиницею є бер (біологічний еквівалент рада (рентгена)), 1 бер = 0,01 Дж/кг = 0,01 Зв.

Потужність еквівалентної дози (ПЕД) – відношення перетворення еквівалентної дози за проміжок часу до цього проміжку часу. Одиниця потужності еквівалентної дози – зіверт у секунду (Зв/с), 1 Зв/с = 100 бер/с, 1 мкЗв/г = 100 мкР/ч.

У табл. 3.1 наведено відомості про одиниці вимірювання відповідної дози опромінення.

Табл. 3.1

Співвідношення між одиницями радіоактивності

Вимірювальний параметр	Одиниці радіоактивності	Система вимірювання
Одиниці вимірювання радіоактивності	Бекерель (Бк), Кюрі (Кі) 1 Бк дорівнює одному розпаду на секунду 1 Кі = 3,7 • 1010 Бк	СІ Позасистемна одиниця СІ Позасистемна одиниця
Поглинута доза Експозиційна доза Еквівалентна доза	Грей (Гр), 1 Гр = 1 Дж/кг Рад, 1 рад = 0,01 = 0,01 Дж/кг Кулон на кілограм (Кл/кг), 1 Кл/кг = 3,88 • 103 Р Рентген (Р), 1 Р = 0,95 рад Зіверт (Зв), 1 Зв=1 Дж/кг=100 бер Біологічний еквівалент рада (бер) 1 бер = 0,01 Зв	СІ Позасистемна одиниця СІ СІ Позасистемна одиниця СІ Позасистемна одиниця Позасистемна одиниця
Рівень радіації (потужність дози)	Рентген (Р), мілірентген на годину (мР/год), мікрорентген на годину (мкР/год) 1 мкР/год = 0,01 мкЗв/год	Позасистемна одиниця

2. Вплив радіації на здоров’я людини. Відомо, що проникаюча радіація спричиняє іонізацію атомів і молекул організму. Це призводить до порушення життєвих функцій окремих органів, ураження кісткового мозку, розвитку променевої хвороби.

Розрізняють чотири ступені променевої хвороби: І – легкий (при опроміненні 100–200 бер); ІІ – середньої важкості (200–300 бер); ІІІ – тяжкий (300–500 бер); IV – дуже тяжкий (більше 500 бер).

При опроміненні організму розрізняють гостре й пролонговане (тривале) одноразове й багаторазове опромінення. Під гострим розуміють короткочасне опромінення при високій потужності дози, а під пролонгованим – тривале при невеликій потужності дози.

Обидва види опромінення можуть бути одноразовими й фракціонованими (роздрібненими). За одноразове опромінення приймають опромінення, одержане протягом 1–4 діб (незалежно від кількості отриманих доз). Крім того, відомим є хронічне опромінення, яке може розглядатися як різновид фракціонованого опромінення, що проходить тривалий час при малих дозах.

Гостра променева хвороба виникає при тотальному одноразовому зовнішньому рівномірному опроміненні в 1–10 Гр. При цьому уражається кістковий мозок, основною функцією якого є продукування клітин крові, зокрема еритроцитів, лімфоцитів і тромбоцитів. Відсутність або недостатня кількість цих клітин обумовлює основні патологічні прояви гострої променевої хвороби – інфекційний та геморагічний синдром (виникнення інфекційно–запалювальних процесів, кровотечі і крововиливи різної локалізації).

У всіх випадках опромінення при дозах, що перевищують 1 Гр, розвивається первинна реакція організму на радіацію: нудота, блювота, зникнення апетиту. Іноді відчуваються сухість і гіркота у роті. У постраждалих з’являється відчуття важкості у голові, головний біль, загальна слабість, сонливість тощо. На ділянках тіла, що потрапили під опромінення потужністю 6–10 Гр виникає перехідна гіперемія (почервоніння), болючий свербіж. В осіб, які постраждали найбільше, первинна реакція виникала через 0,5–3 години і тривала протягом кількох днів. Несприятливими ознаками, які обумовлюють тяжке протікання хвороби, є: розвиток шокоподібного стану із зникненням артеріального тиску, короткочасна втрата свідомості тощо.

Через 2–4 дні симптоми первинної реакції зникають. Хвороба входить у другу стадію, яку називають прихованою, її тривалість залежить від отриманої дози опромінення. Через 2–4 тижні самопочуття хворих різко погіршується, настає критична стадія хвороби з характерними для неї інфекційними й геморагічними синдромами. У хворих, які лікувалися, вона триває від одного до трьох тижнів. Потім настає четверта стадія хвороби – відновлення, її тривалість – 2–2,5 місяці.

За прийнятою Міжнародним Комітетом радіаційного захисту безпороговою концепцією, не існує абсолютно безпечних доз і будь–яке опромінення пов’язане з ризиком виникнення негативних ефектів. Вміст навіть невеликої кількості радіонуклідів у живих тканинах і організмах часто приводить до виникнення серйозних захворювань, мутацій, онкоутворень та ін. Дуже чутливі до підвищеної радіації ембріони і діти. Вона викликає клітинні деформації, спричиняє народження мутантів, аномалії розвитку і росту. Найнебезпечнішими для людей є мутації зародкових статевих клітин.

Віддалені наслідки опромінення – скорочення тривалості життя; розвиток з’єднувальної тканини (фіброзів) у шкірі, легенях, нирках та інших органах, що призводить до порушення їх функцій. Віддаленими наслідками є також порушення ендокринної рівноваги, катаракта, зниження імунітету. До найтяжчих наслідків опромінення слід віднести виникнення злоякісних новоутворень і виникнення у нащадків спадкових захворювань.