Класифікація доз

РАДІАЦІЯ

Лабораторна робота №5.

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ

Задачі для самостійного розв'язання

1.Як зміниться швидкість реакції 2NO+О₂=2NO₂ при збільшенні концентрації NО у 2 рази, О₂ - у 3 рази та одночасному збільшенні тиску у 3 рази?

2. При температурі 30 °С швидкість хімічної реакції дорівнює 0,15 моль/(дм³ хв), а при 50°С-2,4моль/(дм^3*хв). Чому дорівнює температурний коефіцієнт реакції?

3. При певній температурі рівноважні концентрації речовин,
що беруть участь у реакції 2SO₂+О₂=2SO₃, дорівнюють
[SO₂]=0,04моль/л, [О₂]=0,06моль/л, [SO₃]=0,02моль/л. Чому дорівнює константа рівноваги?

1. Сформулюйте закон діючих мас.

2. Сформулюйте правило Вант-Гоффа.

3. Що таке хімічна рівновага?

4. В чому полягає принцип Ле Шательє.

Мета роботи –вивчити класифікацію доз опромінення, та навчитися проводити розрахунок індивідуальних доз внутрішнього опромінення.

ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА

Радіація (випромінювання) – потік електромагнітної та корпускулярної енергії під час ядерних перетворень (радіоактивність), випромінювання Сонця (радіація сонця), а також космічного випромінювання.

Радіоактивність — невід'ємна характеристика навколишнього середовища (фонова радіація), яка існувала ще допояви на планеті людини. Тривалий час на фонову (природну) радіацію вчені не звертали увагу. Її ніби не існувало. Однак сьогодні вчені вважають, що фонова (природна) радіація впливає на загальний рівень радіоактивного забруднення, викликаний діяльністю людини. Природними джерелами радіоактивного випромінювання є космічні промені, вулканічна діяльність, окремі гірські породи (граніт, фосфогіпс та ін.).

Таким чином, природний фон випромінювання — це еквівалентна доза іонізуючого випромінювання, що ство­рюється космічним випромінюванням та випромінюванням природних радіоізотопів, які знаходяться в поверхневому шарі Землі, атмосфері та організмі людини.

У різних місцях планети природний радіаційний фон не­однаковий. У Бразилії є місто, де природний рівень радіацій­ного фону перевищує нормальний у 800 разів. Аномально ви­сокий рівень радіаційного фону зустрічається також в окремих місцях Індії, Франції, Ірану та інших країнах. Тільки в різних районах Миколаївської області природний радіаційний фон коливається у широких межах — від 16 до 30 (на північному сході області). Зустрічаються окремі ділянки гранітних кар'єрів із природним рівнем 60—70. Так, наприклад, у Миколаївській області радіаційний фон у середньому дорівнює близько 20.

Класифікують радіацію залежно від джерел і фізичних параметрів. Усі природні тіла й організми перебувають під впливом різноманітних видів радіації. Зокрема, рослини використовують видиму ділянку сонячної радіації для фотосинтезу і фотоморфогенезу. Ця сама ділянка спектра є вкрай важливою для зорової функції тварин, інфрачервона радіація – для їх терморегуляції і термолокації.

Експозиційна доза (Х) - встановлена для фотонного випромінювання та є іонізаційним еквівалентом енергії, яка була передана фотонами сухому повітрю (за масою), яке знаходиться при нормальних фізичних умовах. Для визначення Х необхідно знайти сумарний заряд dQ іонів одного знаку, які виникають у повітрі при повному гальмуванні електронів, які були утворені фотонами у елементарному об’ємі з масою dm, та поділити цей заряд на dm:

Одиниці вимірювання експозиційної дози у системі СІ дорівнює 1 Кл/кг, або спеціальна одиниця, яка дорівнює 1 рентгену (1 Р). Рентген є більш поширеною одиницею. При її визначені використовується фізична система одиниць. Використовуючи співвідношення між одиницями заряду у цих системах, а також густина повітря при нормальних фізичних умовах отримуємо:

1 Кл/кг=3880 Р

Отримане значення набагато більше за смертельну дозу, яка дорівнює одноразовому зовнішньому опроміненню усього тіла (600 Р), тому застосування спеціальної одиниці експозиційної дози є більш зручним. Крім того, практично усі дозиметри калібровані саме у цих одиницях. Відношення dХ експозиційної дози до інтервалу часу dt, за який воно проходить, називається міцністю експозиційної дози.

Масовий еквівалент використовується для визначення енергії γ – випромінювання (367 Дж), яка дорівнює зовнішньому опроміненню смертельної експозиційної дози дорослої людини стандартної маси (70 кг). Отриманий результат показує ступінь залежності біологічної небезпеки від енергетичного потенціалу впливу на організм, оскільки енергія, яка дорівнює 367 Дж, міститься у чайній ложці гарячої кави. Виключно висока біологічна небезпека іонізуючих опромінювань пояснюється передаванням великих порцій енергії на клітинному рівні. Прикладом є порівняння результатів впливу на тіло падаючого з однакової висоти піску та каміння такої ж маси. Енергія піску розподілена на маленькі порції між крупинками піску. Енергія падаючого каміння може привести до загибелі, якщо буде підведена до життєво важливих органів.

Розглянута експозиційна доза є іонізаційним еквівалентом переданої, а при електронної рівновазі – поглиненої енергії фотонного випромінювання, результатом взаємовідносин якого з речовиною у всіх ефектах є заряджені частинки однакової природи – вторинні електрони (фотоелектрони, електрон-позитронні пари). Однак для іншого непрямого іонізуючого випромінювання (нейтронів) природа виникаючих вторинних заряджених частинок (α- та β-частинки, ядра віддачі, уламки ділення) визначається видом ядерної реакції. Тому необхідно введення поняття поглиненої дози D, яка застосовується до будь якого виду випромінювання та будь якої речовини, з якою це випромінювання взаємодіє.

Для визначення поглиненої дози використовують співвідношення:

де ΔЕ – середня енергія, яка була передана іонізуючим випромінюванням речовині, яка знаходиться у макроскопічному об’ємі з масою Δm.

Одиницею поглиненої дози, яка визначається за масовим енергетичним еквівалентом, є у Міжнародній системі одиниць (SІ) – грей (1 Гр=1 Дж/кг), у фізичній системі – рад (1 рад=100 єрг/г). Один рад дорівнює дозі, за якої 1 кг опроміненої речовини поглинає 0,01 Дж енергії (1 рад=0,01 Дж). Одиниці поглиненої дози пов’язані співвідношенням: 1 Гр=100 рад. Між одиницями експозиційної та поглиненої дози, які виражені у фізичній системі, існує слідуючий взаємозв’язок: 1 Р=0,87 рад.

Якщо речовина, з якою взаємодіє іонізуюче випромінювання, є біологічною тканиною, то необхідно розглядати процеси передавання та поглинання енергії на мікроскопічному рівні. Чутливим об’єктом у радіаційній біології є клітина та субклітинні структури, пошкодження яких дає початок послідовності фізичних та фізико-хімічних перетворень, які приводять до досліджуваного ефекту опромінення.

У залежності від поглиненої дози вплив на клітину може закінчитися детермінуючим або стохастичним ефектом.

Детермінуючий ефект опромінення має поріг, вище за який його важкість нелінійчато підвищується з збільшенням дози.

У випадку одноразового зовнішнього опромінення усього тіла порогова доза складає приблизно 0,5 Гр. Другою характерною точкою залежності доза – ефект є величина LD_50\30– доза, яка відповідає рівню загибелі, та дорівнює 50% у продовж 30 діб після опромінення (LD_50\30=4 Гр). Якщо лікування не проводили, то загибель усіх опромінених наступала при 6 Гр. Загибелі сприяє пошкодження найбільш чуттєвих до опромінення клітин кісткового мозку, який є органом кровотворення.

Характерною особливістю детермінуючого ефекту є різке зниження стійкості організму до інфекції: подавляється як природний опір організму збудникам інфекційних захворювань, так і форми придбаного імунітету.

Порушення усіх загальних біохімічних та фізіологічних процесів в результаті вказаного режиму опромінення приводить до розвитку гострої променевої хвороби, легка, середня та гостра ступені якої відповідають діапазонам поглинених доз 1-2,5; 2,5-4,0; 4,0-10,0 Гр.

Дані рівні опромінення були створені при вибухах американських атомних бомб у Хіросімі та Нагасакі. Рівні опромінення знижуються при збільшені відстані від епіцентру, знижуючись від безумовно смертельних до підпорогових.

В області малих доз, які не перевищують порогові, можливі різні патологічні зміни організму, які виникають через 10-20 років після опромінення. До таких змін відносять помутніння кришталика ока, ураження нирок, порушення функції ендокринних залоз. Найбільш серйозними наслідками цього опромінення є виникнення злоякісних пухлин, а також успадкованих (генетичних) відхилень від норми.

На відміну від порогового детермінуючого ефекту тяжкість якого залежить від дози, ефект віддалених наслідків є стохастичним. Тому механізм наставання останнього можна розглядати на прикладі радіаційного розпаду, який також має можливу природу. Якщо N – число опромінених індивідуальною дозою Н, то для кожного з них передбаченою величиною є можливість прояву даного ефекту. Остання визначається по відношенню числа n проявів, які регіструвались що року, до загальної кількості N групи, яка досліджувалась. Можливість того, що у кожного з опромінених буде на протязі року виявлено ефект віддалених наслідків, має назву радіаційного ризику R[1 /год]: R=n\N.

Для отримання статистично вірогідної інформації про випадки виникнення радіаційного раку або генетичних аномалій при опроміненні малими дозами необхідно провести довготривалий медичний контроль великої кількості населення. Наприклад, для надійного вияву випадків радіаційного раку у результаті одноразового рентгенологічного обстеження молочної залози необхідно щороку досліджувати 100 млн. жінок, що виходить за межі економічних можливостей суспільства. Реальний шлях – спостереження за меншою групою людей, які зазнали набагато більший рівень опромінення. Єдиним надійним джерелом такої інформації є результати багаторічного дослідження 91231 людини, які пережили атомне бомбардування у Хіросімі та Нагасакі в умовах практично рівномірного зовнішнього опромінення усього тіла.

При надходженні радіонуклідів до організму з повітрям, питною водою або їжею вони можуть нерівномірно розповсюдитися між внутрішніми органами та тканинами, що приводить до їх неоднакового опромінення. Останнє може виникнути і при зовнішньому опромінені у неоднорідних дозових ланах.

Радіаційна напруга, яка виникає при неоднакових дозах Н_т органів або тканин, кожна з яких характеризується коефіцієнтами напруги r_T, визначаються додаванням виразів. Для того, щоб порівняти отриманий результат з напругою при рівномірному загальному опроміненні організму, вводиться поняття ефективної еквівалентної дози Н_E, яка визначається з рівняння:

r*H_E=Ʃ r_T*H_T

Згідно з класифікацією природні радіонукліди, які накопичуються в результаті людської діяльності у будівельних матеріалах, а також у зольних викидах вугільних ТЕС, відносяться до категорії штучних техногенних джерел випромінювання. До цієї ж категорії відносяться продукти ділення, які отримані при експлуатації АЕС. До штучних медичних відносять джерела, які використовуються у діагностичних та радіотерапевтичних процедурах. Проведення даних процедур, а також використання будівельних матеріалів з високим вмістом природних радіонуклідів є головними антропогенними дозоутворюючими факторами. Для виконання сучасних норм радіаційної безпеки необхідно використовувати удосконалене рентгенодіагностичне обладнання, а також будівельні матеріали, які пройшли радіоекологічний контроль. Слід відзначити, що інші техногенні джерела опромінення (у тому числі АЕС та вугільні ТЕС), дають набагато менші вклади у значення ефективної еквівалентної дози.

Методи, які використовують для оптимізації радіаційного захисту, основані на аналізі співвідношення витрати – прибуток, у якому усі розглянуті критерії мають вартісну відмітку. Для розрахунку вартісної складової, яка пов’язана зі збитками, які виникають при прояві сумарного стохастичного ефекту при опроміненні великої групи чоловік, вводять поняття колективної дози. Вона визначається як добуток чисельності підгрупи на відповідну дозу (в залежності від умов опромінення). Її використання дозволяє виконати статистичний прогноз кількості смертельних випадків від радіаційного раку, а також від генетичних ефектів.

Як і при розрахунку індивідуальної дозової напруги, головним штучним джерелом при колективному опромінені є медичний. Наступні за вадливістю внески виникають при використанні будівельних матеріалів з великою кількістю природних радіонуклідів (фосфогіпс), а також вугілля для приготування їжі та опалювання. На другому місці викиди з золою природних радіонуклідів вугільними ТЕС, а також високим польотом реактивної авіації (різьке збільшення рівня космічного випромінювання на великих висотах).

Внесок нормально функціонуючої атомної енергетики у чотири рази нижча, ніж для такого поширеного побутового джерела техногенного випромінювання, як наручний годинник з циферблатом, який світиться, вони містять у світлоскладі радіонуклід Ra-226 (радій). Після появи міжнародних гостів Ra-226 замінюють на тритій або Pm-147 (прометей), які дозволяють значно знизити рівень опромінення.

У випадку медичного опромінення, яке є ведучим техногенним радіаційним фактором, чиста користь полягає у ранній діагностиці не виявленої патології (туберкульозу та злоякісної пухлини). Наприклад, у Японії у результаті флюорографічного обстеження 2,2 млн чоловік у 1969 р. було виявлено 2423 випадки раку шлунку. Своєчасне втручання з метою видалення злоякісного новоутворення дозволило більш ніж на 5 років продовжити життя кожному з 1042 оперованих. Розрахунки по співвідношенню показують, що наслідком даного масового діагностичного опромінення є індуціювання 30 випадків лейкемії та 15 випадків раку черевної порожнини у продовж слідуючих 25 років. Порівнюючи дану втрату з отриманою вигодою, роблять висновок про необхідність медичного огляду. Але на індивідуальному рівні втрати причинені людям, які до рентгенівського обстеження були повністю здорові. Вказана тенденція приводить до висновку про недоцільність проведення рентгенодіагностики для загального контролю за здоров’ям населення. Його слід призначати тільки тим, кого відносять до групи ризику (заядлі курці, шахтарі уранових рудників, робітники азбестових підприємств та ін.).

При розрахунку дозового навантаження необхідно використовувати маси критичних органів, які рекомендуються для „стандартної” людини.

При зменшенні маси критичного органу збільшується дозове навантаження на нього. Найбільш легким з критичних органів є щитовидна залоза, маса якої знижується на порядок при переході від дорослих до більш уразливої групи населення – дітей до 2 – ох років. У даному критичному органі накопичуються радіонукліди йоду, які надходять головним чином з молоком.

Найнебезпечнішим є накопичення вказаних радіонуклідів у щитовидній залозі плоду зі збільшенням терміну внутрічеревного розвитку.

Для захисту даного критичного органу передбачено проведення профілактики, метою якої є насичення щитовидної залози препаратами стабільного йоду (таблетки йодистого калію). При цьому у декілька разів зменшується коефіцієнт надходження радіонуклідів йоду у даний критичний орган, що приводить до відповідного зниження дозової напруги.

Цей спосіб використовують для зменшення поглинання і інших радіонуклідів при насиченні організму стабільними нуклідами того ж елементу або його хімічним аналогом. Наприклад, для зниження надходження до організму стронцію, який може призвести до радіаційного ураження кісткового мозку, застосовують препарати, які містять кальцій в формі, яка легко засвоюється. Ефективну захисну дію мають харчові: ентеросорбенти типу альгіната натрію, який отримують з морських водоростей, які блокують всмоктування стронцію у кишечнику. Насичення організму калієм, який міститься у різних овочах, фруктах та харчових продуктах, запобігає накопиченню цезію у печінці, нирках та м’язах.

Дата добавления: 2014-10-23