Токсикология радиоактивных веществ

Человек всегда подвергался воздействию ионизирующих излучений. В доатомную эру, т.е. до 40-х годов ХХ-го века, они как фактор окружающей среды были обусловлены только природными источниками. В наше время к ним добавилось радиоактивное загрязнение окружающей среды в связи с развитием атомной энергетики, радиоактивное загрязнение в результате ядерных взрывов, облучение при использовании радиоактивных веществ и источников ионизирующих излучений в народном хозяйстве, а также в медицинских целях.

Природные источники ионизирующего облучения

Природные источники ионизирующего облучения по отношению к телу человека могут быть разделены на внешние и внутренние.

Внешнее природное облучение людей обуславливается космическим внеземным излучением, а также источниками земного происхождения: естественными радиоактивными элементами (радионуклидами), имеющимися в земной коре, строительных материалах и воздухе.

Идущий из космоса поток протонов высоких энергий, а также ионов гелия и альфа-частиц, попадая в атмосферу, взаимодействуют с ядрами атомов, имеющихся в воздухе, образуя нейтроны, протоны, которые в свою очередь вызывают ряд последующих реакций с ядрами азота и кислорода. Такой процесс называется ливнем. В результате все живое, в том числе и люди на Земле, подвергаются ионизирующему облучению, при этом поглощенная доза в тканях человека за год на уровне моря за счет космического излучения составляет примерно 28 мрад.

Естественные радиоактивные вещества очень широко распространены в природе. Они содержаться в горных породах, почве, природных водах, атмосферном воздухе, во всех тканях растительных и животных организмов. Естественные радионуклиды принадлежат к трем радиоактивным семействам урана - радия, тория и актиния, каждое из которых включает многочисленные дочерние радиоэлементы с меньшим периодом полураспада. Наряду с этим в биосфере циркулируют радионуклиды, генетически не связанные с упомянутыми выше семействами: калий-40, рубидий-87, люцетий-176 и др.

Существуют в природе и радионуклиды, обязанные своим происхождением воздействию космических лучей на ядра атомов стабильных элементов, содержащихся в воздухе (радиоактивные углерод-14, тритий и др.). Содержание их на Земле остается постоянным.

Внутреннее естественное ионизирующее облучение человека происходит за счет тех же природных радионуклидов, но входящих в человеческое тело как составные элементы тканей организма, а также поступающих с атмосферным воздухом, пищей и водой.

Сгорание угля также является одним из источников повышения уровня облучения населения за счет естественных радиоактивных нуклидов выбрасываемых в атмосферу с продуктами сгораний. Выброс летучей золы через дымовую трубу на единицу произведенной электроэнергии колеблется от 0,7 до 3 т на МВт-год, что сопровождается выбросом активности с золой на один произведенный мегаватт-год: для радия- 226 и 228; тория- 228 и 232 – 10^-5 Ки; для урана-238 – 510^-5 Ки; для свинца-210 – 10^-4 Ки и для калия- 40 - 1,5^.10^-4 Ки. Активность газообразного радона-222 в выбросах на один мегаватт-год равна 10^-3 Ки.

Исследование проб из окружающей среды вокруг электростанций, работающих на угле, ясно указывают на повышение концентраций всех этих нуклидов.

Природный газ, используемый для кухонных газовых плит и отопления помещений, является источником радона (радиоактивный газ) в зданиях. Концентрация радона в газе из различных месторождений колеблется в весьма широких пределах - от единиц до сотен пКи/л.

Несколько большая мощность дозы излучения внутри помещения может создаваться также за счет применения некоторых строительных материалов, содержащих повышенные концентрации природных радионуклидов. Такие строительные материалы могут быть естественного происхождения, например вулканические породы (СНГ, Германия), бетон, содержащий битуминозный глинистый сланец (Швеция), а также различные граниты.

Повышенное содержание радиоэлементов обнаруживается также в строительных материалах, изготовленных из шлака, фосфогипса (побочного продукта производства фосфорной кислоты), красного шлама (продукта отходов алюминиевого производства) и т.п. Кроме того, дополнительные дозы ионизирующего облучения могут получаться населением за счет некоторых потребительских товаров, к числу которых относятся радиолюминесцентные товары, некоторые электронные и электрические приборы, антистатические приборы, керамические, стеклянные изделия, изделия из сплавов и т.д., содержащие уран или торий и др.

Радий-226, прометий-147 и тритий широко использовались при изготовлении часов со светящимися циферблатами. С точки зрения влияния на здоровье человека одним из основных недостатков радия, который применялся в количестве 0,1-3 мкКи на изделие, является свойственная ему высокая побочная способность излучать гамма-лучи, которые не вызывают свечения, но облучают все тело человека, носящего эти часы. Именно поэтому в последние годы радий заменяется тритием и прометием, которые испускают мягкое бета-излучение и поэтому создают более низкие дозы внешнего облучения человека.

Электрическое и электронное оборудование может явиться источником ионизирующего излучения, если оно содержит радиоактивные вещества или испускает тормозное рентгеновское излучение. Наиболее распространенными электронными устройствами, являющимися потенциальными источниками облучения людей рентгеновским излучением, являются домашние цветные телевизоры. Первые модели таких приборов, выпускавшиеся в 60-е годы, в ряде случаев создавали рентгеновское излучение выше допустимых уровней (т.е. более 0,5 мРч) на расстоянии 5 см от поверхности телевизора. В связи с внедрением полупроводниковых схем рентгеновское излучение от сконструированных в последние годы цветных телевизоров при условии нормальной их эксплуатации и правильного обслуживания составляет в среднем 0,1 мРч.

Радиоактивное загрязнение окружающей среды в связи с развитием атомной энергетики

В связи с истощение запасов ископаемых видов топлива конец XX и начало XIX века ознаменовались бурным ростом производства ядерной энергии. В связи с этим представляется необходимой оценка возможного в таких условиях радиоактивного загрязнения окружающей среды.

Основная часть активности, образующейся при ядерном топливном цикле (ЯТЦ), содержится в помещенных в хранилищах радиоактивных отходах. Однако на каждой стадии ЯТЦ может происходить утечка в окружающую среду небольших количеств радиоактивных материалов. Основная их часть для загрязнения среды имеет локальное или региональное значение, потому, что периоды полураспада этих веществ малы по сравнению со временем, необходимым для их распространения на большие расстояния. Некоторые радионуклиды, имеющие большие периоды полураспада или гораздо быстрее распространяющиеся в атмосфере, могут рассеиваться в глобальном масштабе.

Образующиеся при добыче урана отходы содержат в основном уран-238 и его дочерние продукты, такие как торий-230 и радий-226. Жидкие отходы, обусловленные главным образом шахтными водами, сбрасываются в замкнутые водоемы для последующего испарения. Твердые отходы представляют собой пустую породу и забалансовую руду. При вентиляции шахт происходит выброс в атмосферу газообразного радона и его дочерних продуктов. Последние выделяются также из хвостохранилищ гидрометаллургических заводов по переработке урановой руды. Радий-226 является наиболее потенциально опасным нуклидом и в водах, сбрасываемых в процессе добычи и переработки урановой руды. Если при этом происходит увеличение концентрации радия в рыбе, то потребление последней может обусловить основную часть дозы, получаемой отдельными людьми из местного населения. Другим возможным источником облучения является питьевая вода.

Во время работы ядерного реактора образуются радиоактивные продукты деления и активации, в большинстве своем остающиеся внутри топливных элементов. Количество радиоактивных выбросов из ядерных реакторов зависит от типа реактора, а также от используемых систем сбора газообразных и жидких отходов. Радионуклиды могут попадать в окружающую среду с газообразными выбросами и с жидкими стоками. В первых содержаться радиоактивные инертные газы, образующиеся при делении ядерного горючего (изотопы криптона и ксенона), тритий, газообразные продукты активации (углерод-14, азот-16, сера-35 и др.), радиоактивные галогены и аэрозольные частицы. В жидких сбросах содержатся тритий, продукты деления и активизированные продукты коррозии.

Наибольшую потенциальную опасность на предприятиях ЯТЦ представляют операции по хранению и удалению радиоактивных отходов, причем последнее подразумевает прекращение контроля над ними.

Высокоактивные жидкие отходы более чем на 99 % состоят из продуктов деления и актиноидов, в том числе трития, углорода-14, криптона-85, йода-129, а также цезия-137 и плутония-239.

По данным Комитета ООН по действию атомной радиации, в настоящее время ни в одной стране еще не разработана генеральная стратегия в области хранения и удаления высокоактивных отходов. Крупномасштабные программы по их удалению нигде не проводятся, и все высокоактивные отходы помещаются в специальные хранилища.

Наибольшую опасность в облучении населения представляют аварии реакторов (вспомним Чернобыль!).

Радиоактивное загрязнение в результате ядерных взрывов Риск использования описанных выше источников дополнительного к фоновому ионизирующего облучения людей может быть, так или иначе, оправдан интересами удовлетворения нынешних потребностей человечества и его дальнейшего прогресса. В то же время совершенно недопустимо проведение ядерных взрывов, особенно в атмосфере и под водой, сопровождающихся массивными выбросами в окружающую среду радиоактивных продуктов ядерных реакций.

Считается, что ожидаемые дозы от радионуклидов, образовавшихся при всех ядерных взрывах, произведенных до 1976 г., составляют в умеренном климатическом поясе северного полушария 260 мрад на костный мозг и легкие. При этом самыми существенными вкладчиками в текущие годовые дозы для органов и тканей человека являются цезий-137 и стронций-90. Результатом проведенных в атмосфере ядерных испытаний явилось загрязнение молочных продуктов йодом-131, что привело к поступлению нуклида в организм по пищевым цепочкам и облучению сразу после испытаний щитовидных желез людей. Дозы от йода-131 на щитовидные железы - наиболее облучаемые в этом случае органы — составили для детей в разных местах планеты в 1973-1976 гг. от 15 до нескольких сотен мрад.

Облучение в медицинских целях

Облучение в медицинских целях характеризуется высокой мощностью и создает высокие индивидуальные дозы для населения. Наибольший вклад в общую дозу дают те виды облучения, которые охватывают большое число людей (например, рентгеновское диагностирование). Годовые дозы от медицинского облучения на наиболее важные ткани организма в расчете на душу населения в развитых странах с высоким уровнем рентгенодиагностического обслуживания находятся в диапазоне от 50 до 100 мрад. Это означает, что годовая коллективная доза от этого вида облучения лежит в диапазоне от 5^.10⁴ до 10⁵ человеко-рад на миллион человек.

Сравнивая ожидаемые глобальные дозы от различных источников ионизирующего облучения населения, Комитет ООН констатировал следующее: если облучение от естественных источников принять за 100, то добавка к нему за счет полетов на самолетах составит 0,11 %, за счет выбросов всех работающих на угле электростанций - 0,005 %, за счет использования фосфатных удобрений 0,011 %, за счет испускающих радиацию потребительских товаров (главным образом часы со светящимися циферблатами и цветные телевизоры) - 0,822 %, за счет производства атомной энергии - 0,164 %, по вине ядерных взрывов - 8,219 % и за счет использования радиации в медицинской диагностике - 19,179 %.

Радиоактивные излучения (альфа-, бета-частицы, нейтроны, гамма- кванты) обладают различной проникающей и ионизирующей способностью. Наименьшей проникающей способностью обладают альфа-частицы (ядра гелия), длина пробега которых в ткани человека составляет доли миллиметра и в воздухе - несколько сантиметров. Они не могут даже пройти через лист бумаги, но обладают наибольшей ионизирующей способностью. Бета-частицы по сравнению с альфа-частицами обладают большей проникающей способностью (длина пробега в воздухе составляет метры) и уже задерживаются не бумагой, а более твердыми материалами (алюминий, оргстекло и др.). Однако ионизирующая способность бета-частиц (электроны, позитроны) в 1000 раз меньше альфа-частиц и при пробеге в воздухе на 1 см пути образует несколько десятков пар ионов. Гамма-кванты по своей природе относятся к электромагнитным излучениям и обладают большой проникающей способностью (в воздухе до нескольких километров); их ионизирующая способность существенно меньше, чем альфа- и бета-частиц. Нейтроны (частицы ядра атома) обладают также значительной проникающей способностью, что объясняется отсутствием у них заряда. Их ионизирующая способность связана с так называемой «наведенной радиоактивностью», которая образуется в результате «попадания» нейтрона в ядро атома вещества и тем самым, нарушает его стабильность, т.е. образуется радиоактивный изотоп. Ионизирующая способность нейтронов при определенных условиях может стать аналогичной альфа-излучению.

Ионизирующие излучения, обладающие большой проникающей способностью представляют опасность в большей степени при внешнем облучении, а альфа- и бета-излучения при непосредственном воздействии их источника на ткани организма при попадании внутрь организма с вдыхаемым воздухом, водой, пищей.

При внешнем облучении всего тела или отдельных его участков (местном воздействии) или внутреннем облучении человека и животных в поражающих дозах может развиться заболевание, называемое лучевой болезнью.

В настоящее время поражение людей может быть связано с нарушением правил и норм радиационной безопасности при выполнении работ с источниками ионизирующих излучений, при авариях на радиационно-опасных объектах, при ядерных взрывах и др. В зависимости от полученной дозы и длительности облучения может у пострадавших развиваться острая или хроническая лучевая болезнь.

Острая лучевая болезнь развивается при однократном тотальном облучении тела в поражающих дозах свыше 100 рад (1 грей). По тяжести течения в зависимости от полученной дозы облучения различают легкую, средней тяжести, тяжелую и крайне тяжелую формы острой лучевой болезни.

Лучевая болезнь всегда имеет затяжной характер. При этом выделяют четыре периода течения болезни: период первичной лучевой реакции, скрытый период или период мнимого благополучия, период выраженных клинических проявлений и период выздоровления.

Для тяжелой формы лучевой болезни характерны быстрое начало и бурное развитие клинических признаков первичной реакции, которая развивается в первые часы после облучения и длится от нескольких часов до нескольких дней. При этом пострадавшие жалуются на резкую слабость, головную боль, головокружение, сильную жажду, тошноту. Через полчаса или позже появляется рвота, иногда принимающая неукротимый характер. Больные становятся беспокойны, возбуждены, а впоследствии заторможены, вялы; у одних возможна бессонница, у других развивается сонливость. У больных повышается температура тела, отмечается повышенная потливость, гиперемия (покраснение) кожи и выраженное кровенаполнение сосудов склер (глаз); учащается пульс, снижается артериальное давление, а в крайне тяжелых случаях, возможно, его падение вплоть до коллаптоидного состояния. Кроме того, у пострадавших отмечается повышенное выделение мочи (полиурия) и жидкий стул 2-3 раза в сутки.

В период мнимого благополучия самочувствие больных улучшается, прекращается рвота, появляется аппетит. Улучшается сон. Уменьшаются головные боли и головокружение. Температура нормализуется или слегка повышена. Однако больные жалуются на слабость и быструю утомляемость; у них сохраняется частый пульс, пониженное артериальное давление, специфические изменения в составе крови.

Разгар лучевой болезни при тяжелой форме течения отмечается через 10-20 суток после облучения. В этот период самочувствие больных резко ухудшается, нарастает слабость, апатия, бессонница, исчезает аппетит; иногда у больных отмечаются слуховые и зрительные галлюцинации; вновь повышается температура.

В этот период отмечается снижение веса тела, т.е. формируется лучевая кахексия (истощение), отмечаются кожные кровоизлияния. Через 2 недели от начала заболевания выпадают волосы, иногда до полного облысения.

В особо тяжелых случаях живот вздут, при надавливании болезнен. Артериальное давление снижено, пульс слабый и частый. Выделение мочи снижено, стул жидкий, иногда кровавого характера. Имеются специфические изменения в периферической крови и костном мозге больных. Иммунитет у больных к инфекциям резко снижен, в силу чего у них могут развиться септические состояния. При неблагоприятных случаях течения лучевой болезни может наступить смерть больного от остановки сердца или паралича дыхания.

При благоприятном течении болезни спустя 4-6 недель после облучения начинается период выздоровления, который длится в течение нескольких месяцев. Выздоровление происходит крайне медленно: нормализуются температура, сон, уменьшается слабость, появляется аппетит и нарастает постепенно вес тела.

При поражении средней тяжести отмечаются менее выраженные явления первичной реакции, особенно рвота (появляется через 30 минут - 3 часа). Период мнимого благополучия более растянут и может длиться 3-4 недели. Температура тела повышается незначительно. В период разгара лучевой болезни средней тяжести волосы выпадают только на отдельных участках, изъязвления кожи и слизистых оболочек, как правило, отсутствуют.

Легкая форма лучевой болезни сопровождается слабо выраженной первичной реакцией или ее отсутствием. После облучения у больных через 1,5-3 недели появляются слабость, быстрая утомляемость, головные боли, потливость. У пострадавших не отмечается кровоточивость, изъязвлений кожи и слизистых оболочек; выздоровление идет, как правило, достаточно полно и быстро.

В период разгара лучевой болезни у больных возможны осложнения в виде воспаления легких и развития септических состояний, кровоизлияния в мозг и другие органы. Все лица, перенесшие лучевую болезнь, длительное время остаются легко истощаемыми, эмоционально неуравновешенными, со сниженной устойчивостью организма к неблагоприятным факторам среды.

У некоторых облученных могут развиваться в отдаленные сроки последствия облучения в виде лейкоза крови, злокачественных опухолей, лучевого бесплодия и др.

Другим важным видом неблагоприятного действия ионизирующей радиации является влияние на развитие эмбриона и плода, проявляющееся во внутриутробной его гибели или формировании тех или иных врожденных пороков (вплоть до микроцефалии и умственной отсталости).

Наконец весьма существенными эффектами ионизирующего облучения людей являются генетические последствия радиации, связанные с образованием генных мутаций, которые являются источником значительной части самопроизвольных выкидышей и врожденных пороков, вызывающих умственные и физические дефекты у ребенка.

С учетом данных о зависимости неблагоприятных эффектов от уровня облучения в нашей стране приняты «Нормы радиационной безопасности (НРБ-96), устанавливающие систему дозовых пределов. Они предусматривают следующие основные принципы радиационной безопасности: не превышение установленного основного дозового предела, исключение всякого необоснованного облучения, снижение дозы излучения до возможно низкого уровня.

По допустимым основным дозовым пределам установлены три категории лиц: А персонал лица, работающие с источниками ионизирующих излучений; Б - ограниченная часть населения, которая может по условиям проживания подвергаться воздействию радиации, например, от удаляемых в окружающую среду отходов; В - все остальное население.

Не останавливаясь на категории А укажем, что дозовые пределы для могущих подвергаться случайному облучению населения (Б) установлены на уровне от 0,5 до 3 бэр за год в зависимости от группы критических органов для данного источника излучения (вида радионуклида). При этом наиболее радиочувствительными являются гонады (половые клетки) и красный костный мозг, для которых, так же как для облучения всего тела, установлен самый жесткий норматив - предел дозы 0,5 бэр за год.

Дата добавления: 2014-11-06