Іонізуюче випромінювання та його наслідки для здоров'я

Іонізуюче випромінювання – вид енергії, що вивільняється атомами у формі електромагнітних хвиль (гамма- та рентгенівське випромінювання) або частинок (нейтрони, бета- та альфа-частинки). Спонтанний розпад атомів називається радіоактивністю, а надлишок енергії, що виникає при цьому, є формою іонізуючого випромінювання. Нестабільні елементи, що утворюються при розпаді і випромінюють іонізуюче випромінювання, називаються радіонуклідами.

Всі радіонукліди ідентифікуються унікальним чином за видом випромінювання, що випускається ними, енергії випромінювання і періоду напіврозпаду.

Активність, яка використовується як показник кількості присутнього радіонукліду, виражається в одиницях, званих беккерелями (Бк): один беккерель – це один акт розпаду в секунду. Періодом напіврозпаду називають час, необхідний у тому, щоб активність радіонукліда внаслідок розпаду зменшилася наполовину з його початкової величини. Період напіврозпаду радіоактивного елемента – час, протягом якого відбувається розпад половини його атомів. Воно може бути в діапазоні від часток секунди до мільйонів років (наприклад, період напіврозпаду йоду-131 становить 8 днів, а період напіврозпаду вуглецю-14 - 5730 років).

Джерела випромінювання

Людина щодня піддається впливу природного та штучного випромінювання. Природне випромінювання має багато джерел, включаючи понад 60 природних радіоактивних речовин, присутніх у ґрунті, воді та повітрі. Головним джерелом природного випромінювання є радон – природний газ, що виділяється з гірських порід та ґрунту.Радіонукліди щодня вдихаються людиною з повітря і надходять у травний тракт із їжею та водою.

Людина також піддається впливу природної радіації космічних променів, особливо на великій висоті. У середньому 80% щорічної дози, яку людина отримує від фонового випромінювання, посідає природні наземні та космічні джерела випромінювання. Рівні такого випромінювання варіюються в різних географічних зонах, а в деяких районах його рівень може бути в 200 разів вищим за середньосвітовий показник.

На людину впливає також випромінювання зі штучних джерел різного походження, від виробництва атомної енергії до використання радіації з медичною метою при діагностиці та лікуванні захворювань. Найпоширенішими на сьогоднішній день штучними джерелами іонізуючого випромінювання є медичні пристрої, зокрема рентгенівські апарати та комп'ютерні томографи.

Вплив іонізуючого випромінювання

Людина може зазнавати впливу іонізуючого випромінювання за різних обставин: у побуті або громадських місцях (опромінення в громадських місцях), на робочому місці (професійне опромінення) або при отриманні медичної допомоги (медичне опромінення).

Випромінювання може впливати на людину внутрішніми або зовнішніми шляхами.

Внутрішній вплив іонізуючого випромінювання має місце при вдиханні радіонуклідів, їх надходженні до травного тракту або проникненні в кровотік (наприклад, внаслідок ін'єкції, поранення). Внутрішній вплив припиняється, коли радіонуклід виводиться з організму спонтанно (з екскрементами) або в результаті лікування.

Зовнішнє радіоактивне зараження може виникати при осіданні радіоактивних речовин з повітря (пил, рідина, аерозолі) на шкіру чи одяг. Такий радіоактивний матеріал часто можна видалити з тіла миттям. Піддатися іонізуючому випромінюванню можна також із зовнішнього джерела, наприклад, при застосуванні рентгенівського обладнання в медичних цілях. Зовнішнє опромінення припиняється, коли його джерело екранується або людина залишає поле, що опромінюється.

Для цілей захисту від радіації можна виділити три ситуації впливу іонізуючого випромінювання: заплановане опромінення, існуюча схильність і аварійне опромінення. Заплановане опромінення має місце у ситуаціях навмисного впровадження та використання джерел випромінювання з певними цілями, наприклад, при медичному застосуванні таких джерел для діагностики або лікування захворювань у пацієнтів або їх використання на виробництві або в ході наукових досліджень. Існуюча схильність має місце тоді, коли випромінювання вже є і від нього необхідно виробляти заходи захисту; прикладами є вплив радону в житлових і робочих приміщеннях, а також вплив фонового природного випромінювання в навколишньому середовищі. Ситуації аварійного опромінення є результатом непередбачених подій, зокрема ядерних аварій або зловмисних дій, і вимагають термінового вжиття заходів у відповідь.

На використання випромінювання в медицині припадає 98% усієї дози опромінення населення зі всіх штучних джерел; воно становить 20% від загального на населення.Щорічно у світі проводиться понад 4200 мільйонів радіологічних обстежень з метою діагностики, 40 мільйонів процедур з використанням ядерних матеріалів та 8,5 мільйонів процедур променевої терапії.

Наслідки іонізуючого випромінювання для здоров'я

Радіаційне ушкодження тканин та/або органів залежить від отриманої дози опромінення або поглиненої дози, що виражається у греях (Гр). Потенційна шкода від поглиненої дози залежить від виду випромінювання та чутливості різних тканин та органів.

Здатність іонізуючого випромінювання завдати шкоди оцінюється за допомогою ефективної дози. Одиницею ефективної дози, в якій враховується вид випромінювання та чутливість тканин та органів, є зіверт (Зв). Вона дозволяє вимірювати іонізуюче випромінювання з погляду потенціалу завдання шкоди. Важливим параметром, окрім кількості радіації (дози), є швидкість надходження (потужність) дози, яка виражається в мікрозивертах на годину мкЗв/годину або мілізівертах на рік (мЗв/рік).

Опромінення, що перевищує певні граничні значення, може порушити функціонування тканин та/або органів і викликати гострі реакції, такі як почервоніння шкіри, випадання волосся, радіаційні опіки або гострий променевий синдром. Ці реакції є більш вираженими при більш високих дозах та вищій потужності дози. Так, порогова доза гострого променевого синдрому становить приблизно 1 Зв (1000 мЗв).

Якщо доза опромінення є низькою та/або впливає тривалий період часу (низька потужність дози), обумовлений цим ризик суттєво знижується, оскільки в цьому випадку збільшується ймовірність відновлення пошкоджених тканин.При цьому не зникає ризик виникнення довгострокових наслідків випромінювання, таких як катаракта або рак, які можуть виявитися через роки або навіть десятиліття. Подібні наслідки виникають не завжди, проте їхня ймовірність пропорційна дозі опромінення. Ризик наслідків вищий у дітей та підлітків, оскільки вони набагато чутливіші до впливу радіації порівняно з дорослими людьми.

Епідеміологічні дослідження, проведені серед підданого опромінення населення, наприклад людей, які вижили після вибуху атомної бомби або отримували променеву терапію, демонструють значне збільшення ризику розвитку раку при дозах вище 100 мЗв. За даними проведених останнім часом епідеміологічних досліджень серед осіб, які зазнавали медичного опромінення в дитячому віці (КТ у дитячому віці), ризик розвитку онкологічних захворювань може підвищуватися навіть за нижчих доз (у діапазоні 50–100 мЗв).

Вплив іонізуючого випромінювання на плід в утробі матері може спричинити пошкодження головного мозку плода при сильній дозі понад 100 мЗв на 8–15 тижнів вагітності та 200 мЗв на 16–25 тижнях вагітності. У ході досліджень за участю вагітних було встановлено, що опромінення до 8 тижнів або після 25 тижнів вагітності не створює ризику для розвитку головного мозку плода. Епідеміологічні дослідження свідчать про те, що ризик розвитку раку після опромінення плода в утробі матері аналогічний до ризику після опромінення в ранньому дитячому віці.

Діяльність ВООЗ

Діяльність ВООЗ спрямована на підвищення ефективності радіаційного захисту пацієнтів, працівників та населення у всьому світі.Організація надає державам-членам науково обґрунтовані керівництва, методики та спеціалізовані рекомендації щодо актуальних питань захисту здоров'я населення, пов'язаних із впливом іонізуючого випромінювання. Приділяючи основну увагу медико-санітарним аспектам радіаційного захисту, ВООЗ виробляє заходи щодо оцінки радіаційних ризиків, їх обмеження та поширення інформації про них.

Відповідно до однієї зі своїх основних функцій – «встановлення норм і стандартів, сприяння їх дотриманню та моніторинг їх здійснення» – ВООЗ спільно з сімома іншими міжнародними організаціями зробила внесок у розробку, просування та затвердження міжнародних основних норм безпеки (ОНБ) і в даний час сприяє впровадженню ОНБ на території своїх держав-членів.

Доза випромінювання

Доза випромінювання - у фізиці та радіобіології - величина, яка використовується для оцінки впливу іонізуючого випромінювання на будь-які речовини, тканини та живі організми.

Експозиційна доза

Основна характеристика взаємодії іонізуючого випромінювання та середовища – це іонізаційний ефект. У початковий період розвитку радіаційної дозиметрії найчастіше доводилося мати справу з рентгенівським випромінюванням, яке розповсюджувалося в повітрі. Тому як кількісний захід поля випромінювання використовувалася ступінь іонізації повітря рентгенівських трубок або апаратів. Кількісний захід, заснований на величині іонізації сухого повітря при нормальному атмосферному тиску, що досить легко піддається виміру, отримав назву експозиційна доза.

Експозиційна доза визначає іонізуючу здатність рентгенівських та гамма-променів та виражає енергію випромінювання, перетворену на кінетичну енергію заряджених частинок в одиниці маси атмосферного повітря. Експозиційна доза - це відношення сумарного заряду всіх іонів одного знака в елементарному обсязі повітря до маси повітря в цьому обсязі.

У системі СІ одиницею виміру експозиційної дози є кулон, поділений на кілограм (Кл/кг). Позасистемна одиниця – рентген (Р). 1 Кл/кг = 3876 р.

Поглинена доза

При розширенні кола відомих видів іонізуючого випромінювання і сфер його застосування, виявилося, що міра впливу іонізуючого випромінювання на речовину не піддається простому визначенню через складність і різноманітність процесів, що протікають при цьому. Важливим з них, що дає початок фізико-хімічним змінам в речовині, що опромінюється і що призводить до певного радіаційного ефекту, є поглинання енергії іонізуючого випромінювання речовиною. Внаслідок цього виникло поняття поглинена доза. Поглинена доза показує, скільки енергії випромінювання поглинено в одиниці маси будь-якої опромінюваної речовини і визначається ставленням поглиненої енергії іонізуючого випромінювання на масу речовини.

За одиницю виміру поглиненої дози в системі СІ прийнято грей (Гр). 1 Гр - це така доза, при якій масі 1 кг передається енергія іонізуючого випромінювання 1 Дж. Позасистемною одиницею поглиненої дози є радий. 1 Гр = 100 рад.

Еквівалентна доза (біологічна доза)

Вивчення окремих наслідків опромінення живих тканин показало, що з однакових поглинених дозах різні види радіації справляють неоднаковий біологічний вплив на організм.Зумовлено це тим, що більш важка частка (наприклад, протон) виробляє на одиниці шляху тканини більше іонів, ніж легка (наприклад, електрон). При одній і тій же поглиненій дозі радіобіологічний руйнівний ефект тим вищий, що щільніше іонізація, створювана випромінюванням. Щоб врахувати цей ефект, запроваджено поняття еквівалентної дози. Еквівалентна доза розраховується шляхом множення значення поглиненої дози на спеціальний коефіцієнт коефіцієнт відносної біологічної ефективності (ОБЕ) або коефіцієнт якості.

Одиницею вимірювання еквівалентної дози СІ є зіверт (Зв). Величина 1 Зв дорівнює еквівалентній дозі будь-якого виду випромінювання, поглиненої в 1 кг біологічної тканини і створює такий же біологічний ефект, як і поглинена доза в 1 Гр фотонного випромінювання. Позасистемною одиницею вимірювання еквівалентної дози є бер (до 1963 року – біологічний еквівалент рентгена, після 1963 року – біологічний еквівалент рада – Енциклопедичний словник). 1 Зв = 100 бер.

Ефективна доза

Ефективна доза (E) — величина, яка використовується як міра ризику виникнення віддалених наслідків опромінення всього тіла людини та окремих її органів та тканин з урахуванням їхньої радіочутливості. Вона представляє суму творів еквівалентної дози в органах і тканинах на відповідні коефіцієнти, що зважують.

Одні органи та тканини людини більш чутливі до дії радіації, ніж інші: наприклад, при однаковій еквівалентній дозі виникнення раку в легенях ймовірніше, ніж у щитовидній залозі, а опромінення статевих залоз особливо небезпечне через ризик генетичних ушкоджень. Тому дози опромінення різних органів та тканин слід враховувати з різним коефіцієнтом, який називається коефіцієнтом радіаційного ризику. Помноживши значення еквівалентної дози на відповідний коефіцієнт радіаційного ризику та підсумувавши по всіх тканинах та органах, отримаємо ефективну дозу, що відбиває сумарний ефект для організму

Значення коефіцієнта радіаційного ризику окремих органів

Зважені коефіцієнти встановлюють емпірично і розраховують таким чином, щоб їхня сума для всього організму становила одиницю. Одиниці виміру ефективної дози збігаються з одиницями виміру еквівалентної дози. Вона також вимірюється в зівертах чи берах.

Фіксована ефективна еквівалентна доза (CEDE – the committed effective dose equivalent) – це оцінка доз радіації на людину, внаслідок інгаляції або вживання деякої кількості радіоактивної речовини. СЕDЕ виражається в берах або зівертах (Зв) і враховує радіочутливість різних органів та час, протягом якого речовина залишається в організмі (аж до всього життя). Залежно від ситуації, СЕDЕ може також стосуватися дози опромінення певного органу, а не всього тіла.

Ефективна та еквівалентна дози — це нормовані величини, тобто величини, що є мірою шкоди (шкоди) від впливу іонізуючого випромінювання на людину та її нащадків [джерело не вказано 259 днів] . На жаль, вони не можуть бути безпосередньо виміряні. амбіентна доза).

Амбієнтний еквівалент дози Н*(d) — еквівалент дози, який був створений у кульовому фантомі МКРЕ (міжнародної комісії з радіаційних одиниць) на глибині d (мм) від поверхні по діаметру, паралельному напрямку випромінювання, у полі випромінювання, що ідентично розглядається за складом, флюєнсом та енергетичним. розподілу, але моноспрямованому та однорідному, тобто амбієнтному еквіваленті дози Н*(d) — це доза, яку отримав би людина, якби вона перебувала на місці, де проводиться вимір.

Групові дози

Підрахувавши індивідуальні ефективні дози, отримані окремими людьми, можна дійти колективної дози — сумі індивідуальних ефективних доз у цій групі людей цей проміжок часу Колективну дозу можна підрахувати населенню окремого села, міста, адміністративно-територіальної одиниці, держави тощо. Її одержують шляхом множення середньої ефективної дози на загальну кількість людей, які перебували під впливом випромінювання.Одиницею виміру колективної дози є людино-зиверт (чол.-Зв.), позасистемна одиниця - людино-бер (чол.-бер).
Крім того, виділяють такі дози:

• комітментна - очікувана доза, піввікова доза. Застосовується в радіаційному захисті та гігієні при розрахунку поглинених, еквівалентних та ефективних доз від інкорпорованих радіонуклідів; має розмірність відповідної дози.
• колективна - розрахункова величина, введена для характеристики ефектів або шкоди здоров'ю від опромінення групи людей; одиниця - Зіверт (Зв). Колективна доза окреслюється сума творів середніх доз на кількість людей дозових інтервалах. p align="justify"> Колективна доза може накопичуватися протягом тривалого часу, навіть не одного покоління, а охоплюючи наступні покоління.
• порогова — доза, нижче за яку не відзначені прояви даного ефекту опромінення.
• гранично допустимі дози (ПДР) — найбільші значення індивідуальної еквівалентної дози за календарний рік, при якій рівномірне опромінення протягом 50 років не може спричинити стан здоров'я несприятливих змін, що виявляються сучасними методами (НРБ-99)
• попереджувана — прогнозована доза внаслідок радіаційної аварії, яку можна запобігти захисним заходам.
• подвоює - доза, яка збільшує в 2 рази (або на 100%) рівень спонтанних мутацій. Доза, що подвоює, назад пропорційна відносному мутаційному ризику. Згідно з наявними в даний час даними, величина дози, що подвоює, для гострого опромінення становить в середньому 2 Зв), а для хронічного опромінення - близько 4 Зв.
• біологічна доза гамма-нейтронного випромінювання - доза рівноефективного за ураженням організму гамма-опромінення, прийнятого за стандартне.дорівнює фізичній дозі даного випромінювання, помноженої на коефіцієнт якості.
• мінімально летальна - мінімальна доза випромінювання, що викликає загибель всіх опромінених об'єктів.

Потужність дози

Потужність дози (інтенсивність опромінення) - збільшення відповідної дози під впливом цього випромінювання за одиницю часу. Має розмірність відповідної дози (поглиненої, експозиційної тощо), поділеної на одиницю часу. Допускається використання різних спеціальних одиниць (наприклад, Зв/годину, бер/хв, звВ/рік та ін.).

Зведена таблиця одиниць виміру

Експозиційна доза. Потужність дози.

Поглинена доза та керма не завжди піддаються прямим вимірам. У зв'язку з цим фотонного випромінювання використовують експозиційну дозу, що є мірою іонізації, тобто. безпосередньо вимірюваною величиною.Експозиційна доза X дорівнює абсолютним значенням заряду Qc іонів одного знака, які утворюються в повітрі при повному гальмуванні електронів і позитронів, звільнених фотонами в одиниці маси повітря: Якщо знехтувати енергією гальмівного випромінювання вторинних електронів (що допустимо для фотонів KFK) Energy Released in MAterial (англ.) кінетична енергія, вивільнена у речовині. Встановлена ​​в СІ одиниця експозиційної дози – Кл/кг. У науковій та довідковій літературі досі поширена позасистемна одиниця рентген (Р). I Р = 2,58-10 4 Кл/кг (точно). Знайдемо величину енергетичного еквівалента рентгену: поглинену дозу в повітрі, що відповідає експозиційній дозі 1 Р. Середня енергія утворення однієї пари іонів у повітрі w = 33,85 еВ. Нехтуючи радіаційним гальмуванням у повітрі вторинних електронів, що обґрунтовано для фотонів з енергією 0,1 3 МеВ, за допомогою (24.10) знаходимо, що IP про 8,73 I (Г 3 Гр = 0.873 рад. Необхідно пам'ятати, що експозиційна доза X характеризує поле випромінювання (у повітрі), яке поміщений об'єкт, а нс поглинену дозу в об'єкті. Якщо можна знехтувати спотворенням поля при поміщенні дозиметра (іонізаційної камери, фотоемульсії тощо), то перехід від X (у рентгенах) до D в |-му матеріалі (у феях) виробляється за формулою де p_ei - лінійний коефіцієнт поглинання енергії фотонів, який представляє добуток коефіцієнта ослаблення /г, та частки енергії фотонів у, перетвореною на кінетичну енергію електронів. Потужністю поглиненої дози D, керми До та експозиційної дози X називаються похідні відповідних величин за часом: Величини дози (керми тощо) визначаються інтегруванням потужності відповідних величин за часом. Так, для радіонуклідного джерела початкова потужність дози D₀ зменшуватиметься з часом відповідно до активності. Тому в загальному випадку поглинена доза випромінювання за час / Поглинена доза, керма, експозиційна доза (а також їх потужності), що визначаються в одній точці, - адитивні величини: доза (потужність) від двох джерел випромінювання дорівнює сумі доз (потужностей) від кожного з них.

• Вступ
• Атомне ядро
  • Історія відкриття ядра
  • Заряд ядра та атомний номер
  • Маса ядра та масове число
  • Відкриття нейтрону
  • Розміри ядра
  • Деякі співвідношення релятивістської механіки
  • Енергія зв'язку ядра
  • Ядерні сили
  • Прогінно-нейтронна діаграма
  • Краплинна модель ядра. Формула Вайцзекера
  • Основні положення квантової механіки
  • Передумови оболонкової моделі ядра
  • Рівні енергії нуклону у центральному полі
  • Спін-орбітальна взаємодія
  • Енергія симетрії в ОМО
  • Спин та парність основних станів ядер в ОМО
  • Магнітні моменти ядер
  • Електричний квадрупольний момент
  • Порушені стани ядер
  • Сутність явища радіоактивності
  • Основний закон радіоактивного розпаду
  • Статистичний характер радіоактивного розпаду
  • Складний розпад. Послідовні та паралельні перетворення
  • Радіоактивні ланцюжки
  • Радіоактивні сімейства. Радіонукліди у природі
  • Ядерна геохронологія
  • Феноменологічний розгляд
  • Проходження а-частинок через потенційний бар'єр
  • Швидкість а-рознаду
  • Феноменологічний розгляд
  • Зауваження про електронне захоплення
  • Слабка взаємодія. Теорія Фермі
  • Спектр р-частця
  • Ядра віддачі при p-розпаді
  • Дозволені та заборонені p-нереходи
  • Класифікація фотонів
  • Каскадне випромінювання у-квантів
  • Ядерна ізомерія
  • Внутрішня конверсія у квантів. Частини, що запізнюються
  • Еффек т Мессбауера
  • Спонтанний поділ ядер
  • Механізм поділу
  • Спонтанно діляться ізомери
  • Властивості осколків поділу
  • Атомно-молекулярні наслідки радіоактивного розпаду
  • Визначення та класифікація ядерних реакцій
  • Закон збереження енергії
  • Роль орбітального моменту
  • Перетин та вихід ядерної реакції
  • Механізми ядерних реакцій
  • Основні типи реакцій. Приклади
  • Функції збудження. Переріз утворенні складової ядра в нерезонансній області
  • Резонансні максимуми
  • Перетин у резонансній галузі. Формули Брейта-Вігнера
  • Класифікація нейтронів
  • Розподіл під впливом нейтронів. Історія відкриття
  • Енергія активації поділу
  • Розподіл енергії поділу
  • Ланцюгова реакція поділу ядер. Ядерний реактор
  • Уповільнення нейтронів
  • Ядерний реактор на теплових нейтронах
  • Управління ланцюговою реакцією. Роль нейтронів, що запізнюються.
  • Накопичення продуктів поділу. Опромінене ядерне паливо
  • Типи реакторів. Перспективи розвитку ядерної енергетики
  • Прискорювачі заряджених частинок
  • Електростатичний генератор
  • Лінійний прискорювач
  • Циклотрон
  • Інші типи прискорювачів
  • Прискорювачі електронів - джерела жорстких фотонів
  • Джерела нейтронів
  • Ядерні реакції на протонах та «-частинках
  • Реакція дейтронів. Прямі процеси
  • Реакції під впливом важких іонів
  • Штучна радіоактивність. Отримання радіонуклідів у ядерних реакціях
  • Гарячі атоми
  • Проблема керованого термоядерного синтезу
  • Перспективи використання термоядерної енергії
  • Іст очники енергії зірок. Нуклеосинтез у Всесвіті
  • Фотоядерні реакції
  • Фізичний вакуум та взаємодії частинок
  • Античастинки
  • Мезоїна теорія ядерних сил. Адрони
  • Кваркова модель адронів
  • Слабка взаємодія
  • Космічні промені
  • Основні поняття та визначення
  • Класична теорія іонізаційного гальмування
  • Релятивістські ефекти. Формула Бете-Блоха та її аналіз
  • Композиційний закон Брегга
  • Пробіг важкої зарядженої частки. Зв'язок пробігу з енергією
  • Втрати енергії уламками поділу
  • Особливості взаємодії швидких електронів із речовиною
  • Іонізаційне гальмування електронів
  • Радіаційне гальмування
  • Зіставлення втрат енергії
  • Взаємодія позитронів із речовиною
  • Пробіг монохроматичних електронів та р-часток
  • Черенківське випромінювання
  • Загальні зауваження
  • Фотоефект
  • Ефект Комптону
  • Утворення електрон-позитронних пар
  • Коефіцієнт ослаблення. Експоненційний закон поглинання у квантів
  • Основні характеристики детекторів
  • Газові іонізаційні детектори
  • Напівпровідникові детектори
  • Сцентиляційні детектори
  • Черенківські лічильники
  • Трекові детектори (огляд)
  • Детектори нейтронів
  • Процес реєстрації частинок лічильною установкою
  • Вимірювання активності
  • Метод збігів
  • Загальні характеристики спектрометрів ядерного випромінювання
  • Предмет дозиметрії. Поглинена доза
  • Електронна рівновага. Керма
  • Експозиційна доза. Потужність дози
  • ЛПЕ. Флюенс
  • Керма фотонного випромінювання
  • Керма та доза нейтронного випромінювання
  • Біологічні ефекти під час опромінення. Еквівалентна доза
  • Радіаційна безпека