Действие ионизирующих излучений

Знание периодов полураспада необходимо для оценки радиационной обстановки.

Ядра атомов одного и того же элемента всегда содержат одинаковое число протонов, но количество нейтронов в них может быть разным.

Атомы, имеющие ядра с одинаковым числом протонов, но различаю­щиеся по числу нейтронов, относятся к разновидностям одного и того же химического элемента и называются изотопами. Чтобы отличить их друг от друга, к символу элемента приписывают число, равное сумме всех частиц в ядре данного изотопа. Так, уран-238 содержит 92 протона и 238 - 92 = 146 нейтронов; в уране-235 тоже 92 протона, но 235 - 92 = 143 нейтрона. Протоны и нейтроны имеют общее название «нуклоны». Пол­ное число нуклонов называется массовым числом и является мерой ста­бильности ядра. Чем ближе к концу Периодической таблицы Менделеева расположен элемент, тем больше массовое число, тем больше нейтронов в ядре и тем менее устойчивы эти ядра.

Ядра всех изотопов образуют группу «нуклидов», некоторые из кото­рых стабильны, но большинство — нестабильны и постоянно превраща­ются в другие нуклиды. Процесс самопроизвольного распада нуклида называется радиоактивным распадом, а сам нуклид — радионуклидом. В настоящее время известно около 50 естественных и более 200 искусст­венных радиоактивных нуклидов. Уровень нестабильности радионукли­дов неодинаков: одни распадаются очень быстро, другие — медленно. Время, в течение которого распадаются половина всех радионуклидов данного типа, называется периодом полураспада. Эта величина для раз­ных веществ весьма сильно различается, например, период полураспада аргона-41 составляет 2 часа, а урана-238 — 4,5 млрд лет.

В безопасности жизнедеятельности значение разных изотопов различно. Кроме случаев, связанных со взрывами, вещества с короткими периодами полураспада (короткоживущие изотопы) сравнительно безопасны, так как высокий уровень радиации в биотопе сохраняется короткое время. Вещест­ва с очень большим периодом полураспада (долгоживущие изотопы) также практически безопасны, поскольку они испускают очень слабое излучение в единицу времени. Таким образом, наиболее опасными являются те вещества, у которых период полураспада изменяется от нескольких недель и месяцев до нескольких лет. Этого времени достаточно, чтобы данные эле­менты смогли проникнуть в организмы и накопиться в трофических цепях.

Наиболее опасны изотопы стронция (Sr⁹⁰) и цезия (Cs¹³⁷), сходные по химическим свойствам с кальцием и калием. Они могут поступать в ок­ружающую среду в виде отходов атомной промышленности или в радио­активных осадках при ядерных взрывах. Вследствие сходства с кальцием стронций легко проникает в костную ткань, а цезий, замещая калий, на­капливается в мышцах.

Под воздействием ионизирующего излучения на организм человека в тканях могут происходить сложные биофизические и биохимические процессы. В результате ионизации происходит разрыв молекулярных связей в живой ткани и изменение химической структуры соединений. Существенную роль играют продукты радиолиза воды, составляющей до 70 % массы всей биологической ткани. Под действием ионизирующего излучения образуются свободные радикалы Н и ОН, а в присутствии кис­лорода еще свободный радикал гидропероксида (НО₂) и пероксида водо­рода (Н₂О₂), являющиеся сильными окислителями. Продукты радиолиза вступают в химические реакции с молекулами тканей, образуя соедине­ния, не свойственные здоровому организму. Это приводит к нарушению как отдельных функций организма, так и жизнедеятельности организма в целом. Интенсивность химических реакций, инициированных свободны­ми радикалами, повышается, и в них вовлекаются сотни и тысячи моле­кул, не затронутых облучением (цепные реакции). В этом состоит специ­фика действия ионизирующего излучения на биологические объекты. Причем эффект от облучения определяется не столько количеством пог­лощенной энергии, сколько ее видом. Другими словами, никакой другой вид энергии (тепловая, электрическая, химическая и т. д.), поглощенной биологическим объектом в том же количестве, не приводит к таким изме­нениям, какие вызывают ионизирующие излучения.

Степень воздействия радиации зависит от того, является облучение внешним или внутренним. Внутреннее облучение возможно при вдыха­нии, заглатывании радиоизотопов и проникновении их в организм через кожу. Некоторые вещества поглощаются и накапливаются в конкретных органах, что приводит к высоким локальным дозам радиации. Например, накапливающиеся в организме изотопы йода могут вызвать поражения щитовидной железы, редкоземельные элементы — опухоли печени, изо­топы цезия, рубидия — опухоли мягких тканей.

Нарушения биологических процессов могут быть обратимыми (полное восстановление работы клеток облученной ткани) или необратимыми — поражение отдельных органов или всего организма и, как следствие, воз­никновение лучевой болезни.

Различают две формы лучевой болезни — острую и хроническую. Ос­трая форма возникает в результате облучения большими дозами в корот­кий промежуток времени (например, при дозах порядка тысяч рад пора­жение организма может быть мгновенным и даже смертельным). Хрони­ческие поражения развиваются в результате систематического облучения дозами, превышающими предельно допустимые (ПДД).

Изменения в состоянии здоровья называются соматическими эффек­тами, если они проявляются непосредственно у облученного лица, и на­следственными, если они проявляются у его потомства.

В нормах радиационной безопасности в качестве единицы времени, как правило, используется «год»; отсюда и понятие «годовая доза облу­чения». Кроме того, согласно современным представлениям степень от­рицательного воздействия при относительно малых дозах практически не зависит от мощности дозы. Это означает, что отрицательный эффект оп­ределяется суммарно накопленной дозой вне зависимости от того, полу­чена она за один день, за одну секунду или за 50 лет.

Другой характеристикой чувствительности организмов к облучению является летальная доза (ЛД₅₀) — теоретическая величина дозы, которая вызывает гибель 50 % рассматриваемой популяции через определенное время. Наименее чувствительны к любому виду ионизирующего излуче­ния бактерии (около млн рад), затем — растения (несколько десятков и сотен тысяч рад), членистоногие и млекопитающие (сотни рад). Причем чувствительность живых существ к облучению тем больше, чем выше уровень их развития и чем сложней их организм. Кроме того, молодые особи более уязвимы, чем взрослые, так как для растущих организмов ха­рактерны многочисленные митозы (процессы деления клеток). По этой же причине очень чувствителен к облучению костный мозг позвоночных.

Любые дозы ниже летальной оказывают соматические и генетические воздействия, т. е. могут вызвать функциональные расстройства организ­ма или органические изменения на генетическом уровне. Это — замедле­ние роста, снижение иммунитета, снижение средней продолжительности жизни, мутации в следующих поколениях и т. д. Из вышеизложенного можно сделать вывод: любое облучение (каким бы слабым оно ни было) постепенно накапливается, и поэтому принципиально не должно сущест­вовать допустимой дозы. Если иметь в виду мутагенные последствия, то вообще единственной дозой, не вызывающей никаких последствий, явля­ется нулевая доза.

Дата добавления: 2014-11-20