Биологические действия радиоактивных излучений

Дальнейшее изучение радиоактивного излучения показало, что оно, при определённых условиях, представляет серьёзную опасность для живых организмов.

Первый, кто столкнулся с «результатами» воздействия радиоактивного излучения, был Анри Беккерель. Он положил пробирку с радием в карман и получил серьёзный ожог кожи.

Итак, почему же радиация так опасна?

Мы уже знаем, что α- и β-частицы, а также γ-излучение, распространяясь в веществе, способны ионизировать его атомы и молекулы, выбивая из них электроны. Часто одна частица в состоянии ионизировать несколько атомов, поэтому процесс распространения такого излучения через вещество сопровождается его сильной ионизацией. Вследствие этого ионизирующими называют такие излучения, взаимодействие которых с веществом приводит к ионизации его атомов и молекул.

Основу биологического действия ионизирующих излучений на живые ткани составляют сложные химические процессы, происходящие в клетках при поглощении излучений. Ионизация атомов и молекул вещества приводит к повреждению клеток и изменению структуры тканей: образуются новые молекулы, чуждые нормальной клетке, нарушается клеточное деление и образование новых клеток. В свою очередь это приводит к хромосомным перестройкам и возникновению мутаций, приводящих к изменениям в генах клетки. Таким образом, биологическое действие ионизирующих излучений сказывается не только на данном организме, но и на последующих поколениях.

Повреждения живого организма, вызванные действием ионизирующих излучений, называются лучевой болезнью.

Вы уже знаете, что разные виды ионизирующих излучений обладают различной проникающей способностью. Вследствие этого, их биологическое действие на живые организмы неодинаково. Так, например, α-частицы не представляют опасности для человека до тех пор, пока не попадут внутрь организма с пищей, вдыхаемым воздухом или через открытую рану, так как они не могут проникнуть через наружный слой кожи.

β-частицы, вследствие их большей проникающей способности, могут проникать в ткани организма на один — два сантиметра.

А проникающая способность γ-лучей настолько велика, что спрятаться от них можно только за достаточно толстой свинцовой или бетонной плитой.

Основную часть облучения, население земного шара получает от естественных источников ионизирующих излучений: космических лучей., естественной радиоактивности горных пород и почвы, а также от попадающих в пищу радиоактивных изотопов.

А вообще, подвергнуться облучению можно тремя способами. Первый способ — внешний, это когда радиоактивные вещества находятся вне организма и облучают его снаружи.

Если радиоактивные элементы, содержащиеся в пище, воде и воздухе попадают внутрь организма, например, с пищей, то такой способ облучения называют внутренним.

Ну а если радиоактивные вещества непосредственно контактируют с кожей (например, в результате выпадения в виде осадков), то такой способ облучения называется контактным.

Основными источниками внутреннего фонового облучения человеческого организма являются: естественные изотопы углерода-четырнадцать, которые содержатся во всех тканях человеческого организма;

естественные радиоактивные изотопы калия-сорок, содержащиеся в мягких тканях (в основном в мышцах);

долгоживущие изотопы радия-226 и его короткоживущие изотопы 224, откладывающиеся в костных тканях;

а также радон-222, торий-232 и их дочерние продукты распада, вдыхаемые с воздухом и откладывающиеся в дыхательных органах человека.

Кроме того, источники ионизирующих излучений избирательно концентрируются в отдельных органах (йод — в щитовидной железе, стронций — в костях, уран — в почках) и подвергают их повышенному облучению.

Поэтому очень важно уметь определять результат действия ионизирующего излучения на вещество, мерой которого является доза.

Под дозой мы будем понимать количество энергии, переданной организму ионизирующим излучением.

Существуют различные виды доз в зависимости от вида излучения, вида органа или ткани, подвергшихся облучению.

Например, поглощённой дозой называют энергию ионизирующего излучения, поглощённую облучаемым веществом, и рассчитанную на единицу массы.

В СИ единицей поглощённой дозы является грэй.

Поглощённая доза излучения равна 1 Гр, если веществом массой 1 кг поглощено ионизирующее излучение, энергия которого равна 1 Дж.

Внесистемной единицей поглощённой дозы является рентген. Его применяют, в основном, при указании дозы облучения мягких тканей рентгеновским или гамма-излучением.

Естественный фон радиации (космические лучи, радиоактивность земной коры и окружающей среды в целом) составляет дозу излучения около двух тысячных грэя за год на человека. А доза излучения от 3 до 0 Гр, полученная за короткий промежуток времени, смертельна.

Величина поглощённой дозы зависит от вида излучения, энергии его частиц, плотности их потока и от состава облучаемого вещества. Так, при одинаковой поглощённой дозе альфа-излучение гораздо опаснее бета- или гамма-излучений. Для учёта этого фактора дозу излучения следует умножить на коэффициент учитывающий способность излучения данного вида повреждать ткани организма. Он называется коэффициентом качества.

Коэффициент качества показывает, во сколько раз радиационная опасность от воздействия на живой организм данного вида излучения больше, чем от воздействия гамма-излучения (при одинаковых поглощённых дозах).

Пересчитанную таким образом дозу называют эквивалентной дозой. То есть, эквивалентная доза — это поглощённая доза, умноженная на коэффициент качества.

В СИ единицей эквивалентной дозы является зиверт (Зв), названная в честь шведского ученого Рольфа Зиверта, изучавшего воздействие радиационного излучения на биологические организмы. 1 Зв равен эквивалентной дозе, при которой поглощённая доза равна 1 Гр и коэффициент качества равен 1.

Применяются также и дольные единицы зиверта:

При оценке воздействия ионизирующего излучения на живой организм учитывают и то, что одни части тела более чувствительны к облучению, чем другие.

Иначе говоря, каждый орган и ткань имеют определённый коэффициент радиационного риска.

Заметим, что естественному облучению ионизирующим излучением подвергается любой житель Земли, а естественный радиационный фон составляет 1,3 мЗв/год на человека.

Итак, какие же действия следует предпринимать для защиты от ионизирующих излучений?

Самый простой и наиболее очевидный метод защиты — это держаться от источника излучения подальше, так как интенсивность излучения от объёмного источника убывает пропорционально расстоянию, а от точечного — пропорционально квадрату расстояния.

Так же следует ограничить время пребывания в зоне воздействия ионизирующего излучения.

А если этого избежать нельзя, то необходимо применять средства индивидуальной защиты, в основе которых присутствует свинец, бор или кадмий, которые эффективно поглощают ионизирующие излучения.