Реферат на тему:


Воспользуйтесь поиском к примеру Реферат        Грубый поиск Точный поиск






Загрузка...
Природа ионизирующих излучений и их биологическое действие

Природа ионизирующих излучений и их биологическое действие. Источники радиоактивного загрязнения.

План

1. Природа ионизирующих излучений и их биологическое действие

2. Источники радиоактивного загрязнения. Принципы нормирования и охраны окружающей среды

Сегодня трудно найти отрасль народного хозяйства, где бы не использовались радионуклиды и другие источники ионизирующих излучений (ИИ). Вступление в "ядерный век" принес человечеству неоспоримые преимущества: открыл путь к получению практически неисчерпаемой энергии; привел к созданию многочисленных новых промышленных и сельскохозяйственных технологий; обогатил науку и практику медицины высокоэффективными средствами диагностики и лечения. В то же время возникла потенциальная опасность радиационного поражения людей и других биологических объектов.

Природа ионизирующих излучений и их биологическое действие

Виды ионизирующих излучений и их свойства

Ионизирующими называются излучения, способные образовывать в среде их распространения положительные и отрицательные ионы. К ионизирующего излучения относятся рентгеновское и электромагнитное излучение, а также потоки заряженных и нейтральных частиц, имеющих энергии, достаточные для ионизации.

Важнейшими свойствами различных видов ИС является их ионизирующая способность, то есть способность создавать некоторое количество пар ионов в среде распространения, и проницаема способность, то есть способность проникать в вещество на определенную глубину. Эти свойства определяют степень влияния ИС и способы защиты от них. Проницаема и ионизирующая способности зависят от вида излучения, их энергетических спектров и материала среды.

Элементарные акты взаимодействия ионизирующих частиц с веществом среды происходят под действием кулоновских, электромагнитных и ядерных сил. Рассмотрим особенности взаимодействия с веществом некоторых видов излучений. Заряженные частицы (?-Ядро гелия, Я-электроны и позитрони, а также протоны и др.) тратят свою кинетическую энергию малыми порциями, в основном при взаимодействии с электронами вещества, вызывая нарушения и ионизацию его атомов и молекул. Больше всего высокоэнергетические? -частицы способны создать до 300 тыс. Пар ионов, но проходят только до 11 см в воздухе и до 150 мкм в воде биологической ткани (поглощаются листом бумаги). Проникающая способность Я-частиц в сотни раз выше, а ионизирующая способность в сотни раз ниже, чем в? -частиц, имеющие эквивалентное энергию. Электромагнитное (рентгеновское) излучение и поток нейтронов имеют очень большую проникающую способность, поскольку фотоны и нейтроны электрически нейтральными и не тормозятся электрическим и магнитным полями электронных частиц среды.

Характеристики ионизирующих излучений. Единицы измерения

Ядра некоторых природных тяжелых элементов (урана, тория, радия и др.) Способны к самопроизвольному преобразования (распада), что приводит к изменению их атомного номера и массового числа и сопровождается ионизирующими излучениями. Такое явление называется радиоактивностью, а ядра атомов, которые имеют свойства радиоактивности, называются радионуклидами.

Количество распадов в единицу времени называется активностью радионуклида (А):

В системе международных единиц (СИ) активность измеряется в беккерелях (Бк): 1 Бк = 1 расп / с. Широко используется внесистемная единица активности - кюри (Ки): 1 Ки = 3,7 10 в 10 степени Бк. 1 Ки - это активность 1 г радия.

Каждый радионуклид характеризуется своим периодом полураспада Т (1/2), то есть время, в течение которого количество ядер радионуклида в результате распада уменьшается вдвое.

Радиоактивный распад не может быть остановлен или ускоренный каким-либо способом. Кроме природных радионуклидов, в настоящее время известно более 1700 искусственных.

Основной физической величиной, определяющей степень радиационного воздействия, является поглощенная доза - 2). Это отношение средней энергии dW, переданной ионизирующим излучением веществу в елементарному объеме, к массе dm вещества в этом объеме:

Единица поглощенной дозы И в СИ- грей (Гр) 1 ГР - 1 Дж / кг. Но используется и внесистемная единица - рад 1 рад = 0,01 Гр,

Ионизирующая способность поля фотонного излучения определяется плотностью созданных им ионов и характеризуется экспозиционной дозой X, представляющий собой отношение суммарного заряда аХ) всех ионов одного знака, созданных в элементарном объеме воздуха, к массе этого воздуха dmn

Единица экспозиционной дозы X в СИ - это кулон на килограмм (Кл / кг). На практике используется внесистемная единица - рентген: 1 Р = 2,58 10 в 4 степени Кл / кг.

Значение 1 Р экспозиционной дозы соответствует поглощена биотканью доза 0,95 советов, поэтому с погрешностью до 5% эти величины для биоткани можно считать сходящимися.

Биологический эффект ИС при одинаковой поглощенной дозе зависит от вида излучения и его энергетического спектра. Для учета степени радиационной опасности различных видов ИС вводится коэффициент качества излучения К и эквивалентная доза - Н, которая определяется как произведение поглощенной дозы & amp; и среднего коэффициента качества излучения К в этом объеме биоткани

Единица эквивалентной дозы Н в СИ - зиверт (Зв). Зиверт - единица эквивалентной дозы любого вида излучения, создает такой же биологический эффект, как и поглощенная доза в один рентген образцового рентгеновского излучения. Используется также внесистемная единица бэр (биологический еквивалентт совет) 1 бэр = 0,01 Сб. При неизвестном энергетическом спектре рекомендуется брать такие значения К 1 для рентгеновского и Я-излучений, 10 - для нейтронов и протонов, 20 - для а-частиц.

Интенсивность ИС измеряется единицами мощности дозы Р. ВСЕ единица мощности поглощенной дозы Р грей в секунду (Гр / с); мощности эквивалентной дозы Рекв - зиверт в секунду (Зв / с); мощности экспозиционной дозы Р - ампер на килограмм (А / кг), чаще используются внесистемные единицы Р: Рад в секунду, советов в час, бэр за секунду, бэр за час, рентген в секунду, рентген в час и дольные с приставками милли-, микро- -.

Мощность дозы ИС характеризует уровень радиоактивного заражения (загрязнения) местности, различных поверхностей и объемов.

Степень радиоактивного загрязнения местности и поверхности оценивается также значением поверхностной активности А8 (Бк / м2, Ки / км2 и т.д.). В оценочных расчетах 1 Ки / км2 соответствует мощности экспозиционной дозы примерно 10 мкР / ч, измеряемой на высоте 1 м от поверхности. Степень радиоактивного загрязнения воды, продовольствия, воздуха измеряется удельной активностью Ат (Бк / кг, Ки / кг и т.д.) или объемной активности Аv (Бк / м3, Бк / л, Ки / м3, Ки / л). Степень радиоактивного загрязнения характеризуется также плотностью потока. частиц, излучаемых загрязненной поверхностью

Биологическое действие ионизирующих излучений. Относительно небольшие дозы энергии ИС влияют на живые организмы. Доза в 10 Гр (10 Дж / кг) смертельна для большинства млекопитающих. Если бы такая энергия передавалась в форме тепла, температура тела повысилась бы только на 0,001 ° С, то есть для человека меньше чем от стакана горячего чая. Таким образом, эффект биологического воздействия ИС обусловлено не столько количеством поглощенной энергии, сколько специфической формой ее передачи.

Энергия ИС вызывает у биотканях, как и в любом веществе, образование ионов и возбужденных молекул. Но это только первый "акт драмы" разыгрывается в живой клетке. За ним появляются этапы химического и биологического поражения клетки. При определенном количестве пораженных клеток нарушается жизнедеятельность отдельных органов или систем организма в целом.

В живых клетках наиболее уязвимыми являются структуры клеточного ядра и прежде всего молекулы ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты), в которых закодирована наследственная информация (генетический код). Эти молекулы содержатся в клетке в единственном экземпляре. Степень повреждения ДНК и относительное количество пораженных клеток зависят от дозы ИС. При небольших дозах репаративни системы клеток устраняют повреждения. С увеличением дозы эти системы не справляются с повреждениями, пораженные клетки погибают или, сохраняя жизнеспособность, передают "дочерним" клеткам измененную наследственную информацию, возникают мутации (от лат. Mutatio - изменение).

Клетка с нарушенной структурой ДНК меняет свои свойства, способствует появлению новых жизненных форм - мутагенных организмов. Изменены признаки организма могут быть для него полезными или вредными. Дальнейшую судьбу мутагенных организмов определяет комплекс условий жизни. Естественный отбор - важнейший фактор эволюции каждого вида или жизни в целом - определяет направление развития, устраняет массы менее приспособленных носителей вредных мутаций и закрепляет полезные мутации, способствует размножению более приспособленных мутантов.

Есть основания предполагать, что поражающая воображение разнообразие жизненных форм на Земле - это прямой результат мильярдноричнои эволюции, одной из движущих сил которой был и остается естественный радиационный фон. Однако чем выше и сложнее организация живых существ, тем больше вероятность вредных мутаций и меньше полезных. Для человека большинство мутаций оказывается вредными и становится причиной наследственных болезней и увечий, которые могут проявляться в потомстве много поколений.

Диапазон устойчивости к ИС в живой природе достаточно широк. Устойчивыми являются микроорганизмы. Для них полулетальные доза Д50 (доза, при которой погибает половина организмов данного вида) составляет сотни тысяч грей, для беспозвоночных - почти на порядок ниже, для позвоночных - десятки грей. Наиболее чувствительны к ИС - млекопитающие, для которых полулетальные доза составляет 2,5 .. .10 Гр, для человека - 4 ... 4,5 Гр. Радиочувствительность зависит также от возраста, пола, даже в одном организме радиочувствительность органов и тканей различна.

При однократном равномерном облучении тела человека дозой 1 ... 10 Зв развивается острая лучевая болезнь (ОЛБ). Различают 4 степени ОЛБ: легкая - при дозе 1 ... 2 Св; средняя - 2 ... 4 Св; тяжелая - 4 ... 6 Св; предельной считается - 6... 10 Сб. В протекании ОЛБ выделяют период формирования и восстановления и период последствий.

Первый период, в свою очередь, состоит из четырех фаз: первичная общая реакция; скрытое течение болезни; выраженные клинические проявления; непосредственное восстановление.

Хроническая лучевая болезнь может быть следствием неполного выздоровления после ОЛБ, длительного общего облучения дозой небольшой мощности (0,1 ... 0,5 бэр в сутки) или длительного облучения отдельных органов. При этом характерные волнообразные изменения показателей систем крови, ослабление иммунитета, нарушение сердечно-сосудистой и эндокринной системы, что может привести к истощению резервных сил организма. При местном облучении отдельных органов и тканей опасность для организма уменьшается с уменьшением объема и значимости пораженных органов. Для оценки степени риска местного или неравномерного облучения вводится понятие эффективной эквивалентной дозы. В соответствии с рекомендациями МКРЗ приняты следующие Ги значения: гонады - 0,25; молочная железа - 0,15; красный костный мозг и легкие - по 0,12; щитовидная железа и костные поверхности - по 0,03; 0,3 приходится на другие органы и ткани.

Одна из характерных черт лучевой болезни заключается в том, что через длительное время после, казалось бы, полного выздоровления (у грызунов - через месяц, у людей из - 10-20 и более лет) в организме могут возникать болезненные явления - отдаленные последствия облучения. К ним относятся лейкозы, злокачественные опухоли, катаракты хрусталика, неврозы, снижение продолжительности жизни.

Любой вид ИС вызывает биологические изменения в организме как при внешнем (источник вне организма), так и при внутреннем облучении (когда радиационные вещества (РР) проникают внутрь организма). Биологический эффект зависит от суммарной дозы длительности воздействия излучения и других факторов.

При внутреннем облучении наиболее опасны? Излучения, имеющие большую ионизирующей способность, а при наружном - фотонное и нейтронное, которым собтива высокая проницаемость.

Источники радиоактивного загрязнения. Принципы нормирования и охраны окружающей среды

К основным источникам радиоактивных загрязнений относятся:

ядерные взрывы;

ядерные реакторы разных типов;

радионуклиды, используемые на предприятиях;

предприятия ядерно-топливного цикла;

места переработки и захоронения радиоактивных отходов.

Самой потенциальной опасностью для окружающей среды и угрозой существованию человеческой цивилизации есть ядерное оружие.

Вторым по степени опасности источником радиоактивных загрязнений являются ядерные реакторы. В результате выброса за пределы АЭС только 3,5% радионуклидов из реактора РБМК1500 четвертого энергоблока Чернобыльской АЭС более 31 тыс. Км2 территории оказались в зоне радиоактивного заражения с поверхностной активностью по цезию-137 свыше 5 Ки / км2.

Радионуклиды, используемые как закрытые источники ИС в промышленности (например, в дефектоскопии, при автоматизации производственных процессов и т.п.), в медицине, сельском хозяйстве, способны создавать опасность окружающей среде в результате их халатного хранения и накопления, когда они могут появиться во внешней среде. Наибольшее загрязнение окружающей среды создает сеть радиационных лабораторий, где используют радионуклиды.

При нормальной работе АЭС и других предприятий ядерного топливного цикла происходят небольшие, но регулярные газоаэрозольные выбросы радиационных веществ в атмосферу и сброса жидких радиоактивных отходов.

Общие принципы нормирования и охраны окружающей среды от радиоактивного загрязнения

В связи с неуклонным повышением радиоактивного фона в глобальном масштабе, обусловлено антропогенными факторами, проявлением синергизма при комбинированном воздействии на организмы других вредных агентов, становится актуальной разработка экологического принципа нормирования ИС. Его основная задача охрана биологических ресурсов планеты, сохранения генофонда живых организмов в биосфере Земли, обеспечение нормальной среды обитания человека.

При нормальной практической эксплуатации антропогенных источников Ш живые организмы подвергаются воздействию малых доз. Проведенные исследования показали стимулирующее действие на растения и животных малых доз ИС. Так, выводимость цыплят из яиц, облученных дозой 0,14-2,9 бэр, увеличилась на 3-6%, повысилась их жизнестойкость. Доза 5-25 марта повышает иммунитет животных. Регулярное облучения крыс дозами 0,8 бэр в сутки увеличила продолжительность их жизни на 31%. Предпосевное облучение семян сельскохозяйственных культур ускоряет их прорастание на 1 2 недели, сокращает вегетационный период и повышает урожайность на 10-20%.

И только начиная с некоторого порогового значения дозы отмечается появление нежелательных эффектов влияния ИС. В то же время существует экспериментально не доказана, но не опровергнута окончательно "беспороговая" концепция, согласно которой риск Я появления нежелательных отдаленных последствий облучения линейно возрастает с дозой, начиная с нулевого уровня. Это так называемые стохастические канцерогенные и генетические эффекты, которые могут быть обнаружены при длительном наблюдении за большими группами населения.

Для оценки возможного ущерба населению региона, потерпевшего радиоактивного загрязнения, и вероятности возникновения стохастических эффектов облучения используется величина коллективной эквивалентной дозы

где N (H) dH - количество людей, получивших дозу от Н до Н + dН; f (Н) - статистическая плотность распределения эквивалентной дозы среди лиц, облучаются; N0 - общее количество лиц, облучаются.

Единицами измерения коллективной эквивалентной дозы является человеко-зиверт (чел.-Зв) в СИ и внесистемная - человеко-бэр (чел.-бэр).

В основе современных концепций нормирования ИС лежит принцип ограничения дозы на человека, и поскольку радиочувствительность человеческого организма - одна из самых высоких в природе, считается, что меры радиационной безопасности, применяемых для защиПоложения по обеспечению радиационной безопасности ", где конкретизируются мероприятия и средства по организации безопасных условий труда, а также методы контроля за соблюдением нормативных уровней.

В основу "Норм радиационной безопасности Украины" (НРБУ) заложены три принципа:

непревышение установленной дозового предела;

исключения любого необоснованного облучения;

снижение дозы облучения до как можно более низкого уровня;

Нормами установлены три категории облучаемых лиц:

категория А - персонал, который постоянно или временно работает непосредственно с источниками ИС;

категория Б - ограниченная часть населения, непосредственно с источниками ИС не работает, но по условиям проживания или размещения рабочих мест может подвергаться воздействию ИС;

категория В - остальное население.

Поскольку радиочувствительность отдельных органов и тканей человека разная, вводится понятие критического органа. Критическим органом называется орган, ткань, часть тела или все тело, облучение которого в таких условиях неравномерного облучения организма наносит наибольший вред здоровью определенного лица или его потомству.

Для категории А установленные годовые предельно допустимые дозы (ПДД), для категории Б - летние предельные дозы (ГД) (табл. 3.8).

Таблица 8.8. Дозовые пределы

Критические органы | ПДД , мЗв / год

(бэр / год) (категория А) | ГД, мЗв / год, (бэр / год)

(категория Б)

1. Все тело, гонады, красный костный мозг | 50 (5) | 5 (0,5)

2. Органы и ткани, которые не вошли в пп. 1 С | 150 (15) | 15 (1,5)

3. Кожа, костная ткань, кисти, предплечья, голени, стопы | 300

Загрузка...

Страницы: 1 2