Глава 14. Защита от ионизирующих излучений

↑

⇐ ПредыдущаяСтр 41 из 49Следующая ⇒

Основные понятия. Виды ионизирующих излучений

Радиоактивность – самопроизвольный распад атомных ядер некоторых химических элементов (урана, тория, радия, калифорния и других) сопровождается ионизирующим излучением, которое является вредным фактором при добыче, переработке и использовании радиоактивных материалов, а также в результате радиоактивного загрязнения окружающей среды.

Изотоп − химический элемент, ядро атома которого содержит одинаковое число протонов, но различное число нейтронов. Нуклид − вид атомов с данным числом протонов и нейтронов в ядре, характеризующийся массовым числом А (атомной массой) и атомным номером Z.Процесс самопроизвольного распада нестабильного нуклида называется радиоактивным распадом (радиоактивность), а сам такой нуклид – радионуклидом. Активность радиоактивного вещества – число спонтанных (произвольных) ядерных превращений в этом веществе за малый промежуток времени, деленное на этот промежуток.Единица измерения активности в единицах СИ – беккерель, Бк; внесистемная – Кюри, Ки. Один беккерель равен одному распаду в секунду. Ионизирующее излучение - любое излучение, взаимодействие которого со средой приводит к образованию электрических зарядов разных знаков.

Различают корпускулярное ионизирующее излучение, то есть потоки a-, b-частиц, нейтронов, протонов, пи-мезонов и фотонноеионизирующее излучение, представляющее собой электромагнитные волны высокой частоты и энергии (рентгеновское и g-излучения). Энергия излучения при прохождении через вещество расходуется в основном на ионизацию среды.

a-излучение является потоком положительно заряженных частиц - ядер гелия (Не⁺). Они обладают весьма большой ионизирующей и очень малой проникающей способностью. Вследствие большой ионизирующей способности пробег α- частиц очень мал. В воздухе он составляет не более 10 см и до 0.1мм в биоткани (живой клетке). a- частицыполностью поглощаются листом бумаги, поэтому с точки зрения внешнего облучения α-частицы не представляют опасности для человека, за исключением случаев непосредственного контактного воздействия их на кожные покровы тела и слизистую оболочку глаз. Однако при попадании их внутрь организма с воздухом, пищей и водой они могут оказать существенное поражающее действие на слизистую оболочку желудка и другие органы. b-излучение состоит из b-частиц (электронов и позитронов), которые обладают в сотни раз меньшей ионизирующей способностью, чем α-частица. Вследствие этого они распространяются в воздухе до 10 - 20 м, в биоткани − на глубину 5− 7 мм, в дереве − до 2.5 мм, в алюминии − до 1 мм. Скорость их распространения различна и зависит от величины энергии β-частиц. Одежда человека почти наполовину ослабляет действие β-излучения. Оно практически полностью поглощается оконными или автомобильными стеклами, бортом автомашины и любым металлическим экраном толщиной в несколько миллиметров. Но при контакте с кожными покровами и попадании внутрь организма они также опасны, как и α-излучение. Рентгеновское и g-излучения – электромагнитное излучение, обладающее относительно небольшой ионизирующей способностью (в тысячи раз меньшей α-излучения), но большой проникающей способностью. γ− квант электромагнитной энергии распространяется в воздухе на расстояние в несколько сот метров. Оно свободно проникает сквозь одежду, тело человека и через значительные толщи материалов. Для оценки проникающей способности гамма − излучения введено понятие «слой половинного ослабления», т.е. слой материала, ослабляющий излучение в два раза. Так для свинца он ориентировочно оставляет 2, бетона − 10, грунта − 14, воды − 23, полиэтилена − 24, древесины − 33 см. Гамма-излучение представляет основную опасность для человека, как источник внешнего облучения. Рентгеновское излучение отличается от g-излучения тем, что имеет не ядерную природу происхождения.

Нейтронное излучение является потоком нейтронов – элементарных частиц, не имеющих электрического заряда с массой 1,00897 атомной единицы массы (АЕМ-1/16 массы атома изотопа кислорода), которые преобразуют свою энергию в упругих и неупругих взаимодействиях с ядрами атомов. Свободный нейтрон нестабилен, при прохождении через вещество распадается, образуя протон, электрон и нейтрино с периодом полураспада 12,4±1,5 минуты. При неупругих взаимодействиях возникает вторичное излучение, которое может состоять как из заряженных частиц, так и из гамма-квантов (g-излучения). При упругих взаимодействиях возможна обычная ионизация вещества (a, b- излучение). Проникающая способность нейтронов сравнима с g-излучением. Лучшими для защиты от нейтронного излучения являются водородосодержащие материалы, то есть имеющие в своей химической формуле атомы водорода. Обычно применяют воду, парафин, полиэтилен. Поскольку нейтронные излучения сопровождаются гамма-излучениями, необходимо применять многослойные экраны из различных материалов: свинец-полиэтилен, сталь – вода и т.д.

Протонное излучение представляет собой поток элементарных частиц (протонов) несущих единичный положительный заряд (Н⁺) и обладающих массой, близкой к массе нейтронов. Протон образуется в результате ионизации атома водорода, при которой он теряет электрон. Протон – элементарная частица с массой, равной 1,00758 атомных единиц массы, с положительным зарядом, равным по величине заряду позитрона. Отличие протонного излучения от нейтронного заключается в том, что в конце пробега в тканях они образуют максимум ионизации, именуемых пиком Брегга-Грея. При этом доза в пике превосходит таковую в окружающих тканях в 2,5-3,5 раза. Генерируется протонное излучение в линейных ускорителях или бетатронах. Основным свойством их является способность проникать в плотные среды и вызывать процессы ионизации. При достаточно высокой энергии протоны могут проникать внутрь ядер атомов и вызывать ядерные реакции, в результате которых появляются вторичные частицы (нейтроны, альфа- частицы, фотоны), а также искусственные радиоактивные нуклиды.

Пи-мезонное излучение - поток элементарных частиц, имеющих промежуточную массу между электроном и протоном. Пи-мезоны могут быть положительно заряженными частицами, отрицательно и нейтральные. Заряд положительных и отрицательных пи-мезонов равен заряду электрона, а масса составляет 273 массы электрона. Как и у протона плотность ионизации у пи-мезонов растет к концу пробега. Однако в отличие от протонов, отрицательные пи-мезоны захватываются ядрами атомов кислорода, углерода, азота, водорода, а затем расщепляются с высвобождением громадного количества энергии, образуя при этом максимум ионизации. При этом соотношение дозы в пике к дозе окружающих тканей достигает 10:1. Основным источником пи-мезонов являются ядерные реакторы.

14.2. Воздействие ионизирующего излучения на организм человека.
Лучевая болезнь.

Ионизирующие излучения (радиация) при воздействии на организм человека может вызвать два вида эффектов, которые клинической медициной относятся к болезням: детерминированные эффекты (лучевая болезнь, лучевой дерматит, лучевая катаракта, лучевое бесплодие, аномалия в развитии плода и др.) и стохастические (вероятностные) беспороговые эффекты (злокачественные опухоли, лейкозы, наследственные болезни).Вредное действие ионизирующих излучений на начальном этапе взаимодействия с биотканью обусловлено их способностью ионизировать и возбуждать атомы и молекулы, входящие в состав живой клетки, и в первую очередь молекул воды, находящейся в организме в количестве 70 процентов и более. В результате ионизации образуют свободные радикалы Н⁺ и ОН^-, радикал гидроперекиси и перекись водорода, которые вступают в химические реакции с молекулами белка, ферментов, что приводит к изменению биохимических процессов в организме сопровождающихся нарушением обменных процессов, возникновением новых химических соединений (токсинов) и химических реакций с вовлечением сотен тысяч молекул не затронутых излучением (косвенное излучение). Это приводит к нарушению жизнедеятельности организма.Основным параметром, характеризующим действие ионизирующих излучений на организм человека, является поглощенная доза излучения, которая в системе единиц СИ измеряется в греях (Гр). Установлено, что однократное облучение (т.е. полученное одновременно или дробно в течение 4 суток, когда организм еще не в состоянии проявить свои защитные свойства) в дозе 0,25 Гр, − не приводит к заметному изменению в организме. При дозе 0,25 − 0,5 Гр наблюдаются изменения в крови и другие незначительные нарушения. Дозы 0,5 − 1 Гр вызывают более значительные изменения в крови и другие нарушения. В качестве пороговой однократной дозы общего облучения всего тела человека, выше которой возникает острая лучевая болезнь той или иной степени, принята доза, равная 1 Гр. В процессе лучевой болезни выделяют 4 периода: первичной лучевой реакции, скрытный (латентный), разгара и восстановления (выздоровления). В зависимости от полученной дозы различают 4 степени лучевой болезни. Лучевая болезнь 1-й степени (легкая степень поражения) возникает при однократной дозе облучения 1−2 Гр. Период первичной реакции начинается уже через 2− 3 часа и длится до одних суток. Он сопровождается общей слабостью, повышенной утомляемостью, тошнотой. Скрытый период длится 3− 5 недель. Период разгара- 10−15 суток. Выздоровление наступает через 1−2 месяца. Лучевая болезнь 2-й степени (средней тяжести) возникает при дозе облучения 2− 4 Гр. Период первичной реакции начинается через 1−2 часа и длится до двух суток. Он сопровождается сильной головной болью, значительным повышением температуры, тошнотой и рвотой, расстройством функций желудочно-кишечного тракта, появлением кровотечений из внутренних органов. Скрытый период длится 10− 15 суток. Выздоровление при активном лечении наступает через 2− 3 месяца. Вероятность смертельного исхода – 20%. Лучевая болезнь 3-й степени (тяжелая степень поражения) возникает при однократных дозах облучения 4−6 Гр. Период первичной реакции начинается через 10− 60 минут и длится до 3−4 суток. Он сопровождается многократной, иногда неукротимой рвотой в течении 5-8 часов, резкой слабостью, головной болью, головокружением, шаткой походкой, жаждой. Скрытый период длится 5−10 суток. Период разгара − до 3−4 недель. Выздоровление возможно в условиях проведения своевременного и эффективного лечения через 3− 6 месяцев. Смертность до 70%. Лучевая болезнь 4-й степени (крайне тяжелая степень поражения) развивается при дозах облучения свыше 6 Гр. Период первичной реакции начинается через 10− 15 минут и длится 3− 4 суток. Характеризуется неукротимой рвотой, тяжелым состоянием. Скрытый период отсутствует. Период разгара – как и при тяжелой стадии. Выздоровление маловероятно. Смерть наступает в течение двух недель. Лучевое поражение кожи, как и лучевая болезнь, протекает в четыре стадии: ранняя лучевая реакция, скрытый период, период разгара и период заживления.В зависимости от полученной дозы поражения кожи могут быть: легкой степени − при местном облучении в дозах 8 − 10 Гр, средней − 10 − 20 Гр и тяжелой − 30 Гр и более. Продолжительность скрытого периода при легкой и тяжелой степени составляет соответственно от 2 до 1 недели. Полное восстановление кожи длится от 2 до 6 месяцев и сопровождается шелушением, пигментацией кожи, а при тяжелой степени − образованием эрозии и язв.Опасность внутреннего облучения людей радионуклидами, попавшими внутрь организма зависит от многих факторов: физико-химических свойств радионуклидов, путей и продолжительности их поступления в организм, скорости выделения и др. Основными путями поступления радионуклидов внутрь организма человека являются ингаляционный (через органы дыхания) и так называемый пероральный (через желудочно-кишечный тракт).При поступлении радионуклидов в легкие с вдыхаемым воздухом важное значение имеет степень дисперсности твердых частиц, склонность радионуклидов к гидролизу (реакции обменного разложения между радионуклидами и водой), период полураспада радионуклидов и другое.Так, крупные частицы (более 5 микрон) почти все задерживаются в верхних дыхательных путях и не попадают в кровь. Более мелкие частицы (менее 1 микрона) частично выдыхаются обратно, часть их задерживается в верхних дыхательных путях и около 25 процентов всасываются в кровь.При хронических поступлениях происходит накопление радионуклидов в органах дыхания. Поэтому в некоторых случаях критическим органом по облучению могут быть легкие. Попадая в организм через желудочно-кишечный тракт, некоторые радионуклиды распределяются в нем более или менее равномерно, другие концентрируются преимущественно в отдельных органах. Следует заметить, что накопление радионуклидов при хроническом поступлении неодинаково и характеризуется кратностью накопления, т. е. отношением максимального накопленного количества радионуклида в организме или органе к величине ежедневного накопления. Кратность накопления зависит от всасывания радионуклида, скорости его выделения вследствие обменных процессов и периода полураспада радионуклида.Например, йод-131 накапливается в щитовидной железе с кратностью 164; цезий− 137 − в мышечной ткани с кратностью 2,6, в легких − 0,2; стронций-90 − в скелете с кратностью 91.Скорость выведения радионуклида из организма зависит от его биологического периода полувыведения (времени, в течение которого выводится половина попавшего в организм вещества) и период полураспада Т, которые вместе определяют эффективный биологический период полувыведения.

⇐ Предыдущая 36 37 38 39 404142 43 44 45 Следующая ⇒

Познавательные статьи:

Организация работы процедурного кабинета

Статус республик в составе РФ

Понятие финансов, их функции и особенности

Сущность демографической политии

Последнее изменение этой страницы: 2016-12-30; просмотров: 1099; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 216.73.216.196 (0.009 с.)