Поступление и выведение радионуклидов во внутренних критических органах

ЛЕКЦИЯ №11. Расчет доз от внутреннего ионизирующего излучения

Радионуклиды накапливаются в органах неравномерно. В процессе обмена веществ в организме человека они замещают атомы стабильных элементов в различных структурах клеток, биологически активных соединениях, что приводит к высоким локальным дозам. При распаде радионуклида образуются изотопы химических элементов, принадлежащие соседним группам периодической системы, что может привести к разрыву химических связей и перестройке молекул. Эффект радиационного воздействия может проявиться совсем не в том месте, которое подвергалось облучению. Превышение дозы радиации может привести к угнетению иммунной системы организма и сделать его восприимчивым к различным заболеваниям. При облучении повышается также вероятность появления злокачественных опухолей.

В таблице 0.1. приведены сведения о накоплении некоторых радиоактивных элементов в организме человека.

Организм при поступлении продуктов ядерного деления подвергается длительному, убывающему по интенсивности, облучению.

Наиболее интенсивно облучаются органы, через которые поступили радионуклиды в организм (органы дыхания и пищеварения), а также щитовидная железа и печень. Дозы, поглощенные в них, на 1-3 порядка выше, чем в других органах и тканях. По способности концентрировать всосавшиеся продукты деления основные органы можно расположить в следующий ряд:

щитовидная железа > печень > скелет > мышцы.

Так, в щитовидной железе накапливается до 30% всосавшихся продуктов деления, преимущественно радиоизотопов йода.

По концентрации радионуклидов на втором месте после щитовидной железы находится печень. Доза облучения, полученная этим органом, преимущественно обусловлена радионуклидами ⁹⁹Мо, ¹³²Te,¹³¹I, ¹³²I, ¹⁴⁰Bа, ¹⁴⁰Lа.

Таблица 0.2. Органы максимального накопления радионуклидов.

Элемент	Наиболее чувствительный орган или ткань,	Масса органа или ткани, кг	Доля полной дозы
Водород	H	Все тело		1,0
Углерод	C	Все тело		1,0
Натрий	Nа	Все тело		1,0
Калий	К	Мышечная ткань		0,92
Стронций	Sr	Кость		0,7
Йод	I	Щитовидная железа	0,2	0,2
Цезий	Сs	Мышечная ткань		0,45
Барий	Ва	Кость		0,96
Радий	Rа	Кость		0,99
Торий	Тh	Кость		0,82
Уран	U	Почки	0,3	0,065
Плутоний	Рu	Кость		0,75

Имеются три пути поступления РН в организм: через легкие, желудочно-кишечный тракт и кожные покровы. Наиболее опасен первый из них, так как через легкие проходит большой объем воздуха в отличие от массы пищи и воды, поступающих в ЖКТ.

В первом приближении принята следующая модель легких:

~25% р.н., поступивших в легкие, выдыхается обратно;

~50% р.н. осаждается в верхних дыхательных путях;

~25% р.н. остается в легких из них: ~12,5% р.н. поступают через кровь в организм; ~12,5% р.н. остаются непосредственно в легких.

После попадания РН одним из указанных путей он уже через несколько минут обнаруживается в крови. При однократном поступлении РН резорбция вначале увеличивается до максимального размера, а спустя какое-то время (15-20 сут) уменьшается.

В зависимости от характера распределения в организме человека все РН условно разделяют на три группы:

· остеотропные, накапливающиеся преимущественно в скелете;

· накапливающиеся в печени (до 60 %);

· равномерно распределяющиеся по органам и тканям.

Особое место занимает радиоактивный йод, селективно накапливающийся в щитовидной железе, где его активность может превышать активность в других органах в 100-200 раз.

Отложение РН в органах и тканях происходит из крови.

Доля накапливающихся в органе РН определяется произведением коэф. резорбции на коэф. накопления, характеризующий переход РН из крови в орган:

f_i(воздух)=f₁(воздух)∙f₂(x)

f_i(вода) – через ЖКТ

Выведение РН из органов происходит в основном по экспоненциальному закону:

,

где А₀ – активность (Бк) органа к моменту завершения накопления РН, A_t – активность (Бк) в момент времени t после окончания накопления, λ_эфф – эффективная постоянная скорости выведения РН из органа:

Скорость выведения РН из организма зависит от двух факторов – радиоактивного и биологического:

,

где λ_б – постоянная скорости биологического выведения РН, λ_р – постоянная скорости радиоактивного распада.

Эффективный период полувыведения РН равен

Стандартное поступление

При равномерном поступлении радионуклидов внутрь организма в течение времени t накапливающаяся активность в органе определяется двумя процессами: поступлением РН и выведением:

,

где A_it – накопленная активность в i органе за время t [ Бк ], П – поступление РН в организм [ Бк/год ], f_i – коэффициент накопления РН в i органе.

– для всех органов, кроме костей

– при ингаляционном пути;

– с пищей и водой.

Суммарная поглощенная доза от РН, который при поступлении в организм человека образует цепочку превращений, может значительно превосходить дозу, получаемую только за счет материнского РН. Например, при распаде ²²²Rn и ²²⁰Rn.

Скрытая энергия α-излучения

Характеристика дочерних продуктов распада радона-222

РН	λ, с^-1	N=dN/λ, ат/Бк	Еα, МэВ/ат
RaA	3,788∙10^-3		6,002
RaB	4,311∙10^-4		-
RaC	5,86∙10^-4		7,695

В случае радиоактивного равновесия: OA_Rn=OA_RaA=OA_RaB=OA_RaC

Пример 1.

Рассчитать для персонала (группа А) эквивалентную дозу в легких и эффективную дозу (мЗв/год), создаваемые природными соединениями ²³²Th, содержащимися в воздухе в виде аэрозольных частиц, если ²³²Th находится в равновесии со всеми ДПР, а его ОА составляет 0.074 Бк/м³. Суммарная энергия α-излучения тория и его ДПР равна 30 МэВ/расп.ат., эффективный период полувыведения РН 1460 сут.

Решение:

Объем потребляемого персоналом воздуха V_возд =2.4·10³ м³/год.

Коэффициент задержки f_возд =0.125.

Масса легких m_л =1000 г.

Поступление РН П=ОА_Th·V_возд.

, [год^-1]

– эквивалентная доза.

– эффективная доза в легких.

Контрольные вопросы

1. Свойства нейтрона: заряд, масса?

2. Свойства протона: заряд, масса?

Рекомендуемая литература

Дата добавления: 2014-01-05