Понятия ионизирующего излучения и естественного изотопа

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Радиация и эмоции - актуальная составляющая каждого человека. Многие люди считают радиацию неким продуктом ядерной отрасли - и сейчас, наверное, сложно доискаться до первоисточника такой точки зрения. Большой вклад в формирование подобного представления, безусловно, внесла авария на Чернобыльской АЭС в 1986 году: тогда многие люди получили дозы, опасные для здоровья.

Также справедливо предположить, что до сих пор сохраняется мощный эффект, произведенный боевым применением ядерного оружия в Хиросиме и Нагасаки в 1945 году. (Приложение 1). Еще надо учесть, что об авариях (да и о штатной деятельности ядерной отрасли) мы узнаем от журналистов - людей с гуманитарным образованием, зачастую не всегда способных разобраться в технических и медицинских тонкостях, - и к тому же вносящих в свои публикации и вступления изрядную долю эмоций. Наконец, надо принять во внимание совершенно нормальный с точки зрения психологии страх человека перед непонятным явлением (а именно таким для большинства и является радиация) и подсознательную готовность предполагать самое худшее.

В представлении многих, единственным источником опасной радиации является ядерная отрасль, радиоактивные изотопы, образующиеся в процессе работы атомных электростанций, радиохимических производств, испытаний ядерного оружия. (Приложение 3). При этом человек легко готов себя подписать в категорию пострадавшего, даже получив совершенно незначительную радиоактивную дозу.

Задачи:

1. Определить, что такое ионизирующее излучение и естественные изотопы.

2. Узнать бывают ли незначительные, неопасные для здоровья дозы радиации.

3. Провести более или менее четкую границу между реальной и вымышленной опасностью радиации.

4. Составить рекомендации для снижения доли облучения в домашних условиях.

5. Выяснить опасно ли излучение медицинских аппаратов.

6. Практически сравнить - если бывают, то какую дозу можно считать незначительной.

7. Попытаться объяснить, чем вредна радиация для живого организма вообще и человеческого организма в частности.

Это стало целью исследовательской работы.

Ионизирующее излучение

Начать придется с расшифровки термина "радиация". Радиация - это в некотором роде обывательский термин, специалисты ядерной отрасли предпочитают определение "ионизирующее излучение".

Итак, радиация, или ионизирующее излучение - это поток частиц (электронов, протонов, электромагнитных квантов), способных ионизировать среду, то есть превращать нейтральные атомы и молекулы среды в частицы, имеющие положительный или отрицательный заряд (ионы). При воздействии радиации на организм человека процесс ионизации идет непосредственно в клетках тканей и органов; и если источник излучения обладает достаточной мощностью, ни к чему хорошему это не приводит.

Естественные изотопы

Однако ионизирующее излучение совсем не обязательно связано с техногенными радионуклидами. В каждой вещи, в каждом предмете, которые нас окружают, в том числе в питьевой воде и самом воздухе содержатся природные или естественные радиоактивные изотопы, которые изначально присутствовали на Земле и сопровождают жизнь с момента ее зарождения. Наибольший вклад в годовую дозу облучения вносят именно природные источники: их долю составляет 84 процента. Причем, это справедливо даже для регионов России, наиболее пострадавших от Чернобыльской аварии. Например, в Иркутской области доля природного облучения составляет 86 процентов.

В результате различных технологических процессов происходит концентрирование природных радиоактивных изотопов, и это может стать причиной получения повышенных доз облучения. Подобная ситуация возникает, например, при добыче и транспортировке нефти и природного газа, производстве минеральных удобрений, сжигании угля и мазута на тепловых электростанциях. (Приложение 2).

40K, 210Pb, 210Po, 226Ra, 228Ra, 230Th, 232Th, 238U - и это еще неполный список естественных радиоактивных изотопов, которые могут обусловить повышенные дозовые нагрузки.

Рекомендации для снижения доли облучения в домашних условиях

Самым значимым естественным радиоактивным изотопом, вносящим наибольший вклад в облучение человека, является радон (222Rn) - Радиоактивный благородный газ, образующийся в результате распада радия (226Ra). Механизм таков: если в почве или материале, используемом для строительства, содержится повышенное количество 226Ra, то из него будет выделяться радон, который не удерживается внутри ґрунта или строительных конструкций, а свободно выходит в воздух. Радон может накапливаться в закрытых, малопроветриваемых помещениях. С воздухом он попадает в легкие и разносится кровью по органам и тканям, что приводит к внутреннему облучению организма.

Поступление радона в здания можно снизить, оборудовав подвальные помещения вентиляцией, выполнив бетонирование подвала и заделав щели в межэтажных перекрытиях, - эта простая мера оказывается очень действенной. Рекомендуется чаще проветривать помещения, проводить влажную уборку (продукты распада радона закрепляются на частичках пыли), оборудовать вытяжку над газовой плитой, кипятить питьевую воду. Строительные материалы и проекты зданий сейчас проходят радиационно-гигиенический контроль, но в прежние годы он не проводился.

Излучение медицинских аппаратов

Неприродные источники радиации дают меньший вклад в дозу, но и здесь техногенные радионуклиды не являются главным дозообразующим фактором. После природных источников, наибольшую дозу обычный житель России получает за счет медицинских обследований: она составляет в среднем примерно 15 процентов от суммарной дозы. В настоящее время, как ни странно, в нашей стране не установлены предельные дозы для медицинского облучения. Какими же принципами руководствуются врачи, назначая процедуры, подразумевающие воздействие радиации?

В "Нормах радиационной безопасности - 99/2009" читаем следующее: "Радиационная защита пациентов при медицинском облучении должна быть основана на необходимости получении полезной диагностической информации и/или терапевтического эффекта от соответствующих медицинских процедур при наименьших возможных уровнях облучения. При этом не устанавливаются пределы доз для пациентов, но применяются принципы обоснования назначения медицинских процедур и оптимизации защиты пациентов".

Переведем вышесказанное с сухого формального языка на обычный: мероприятия, связанные с облучение пациента (начиная от флюорографии и заканчивая лучевой терапией), назначаются тогда, когда ожидаемый полезный эффект намного превышает возможный вред от воздействия радиации. вредность радиация доза облучение

Допустим, речь идет об обычном флюорографическом обследовании: в этом случае полученная информация об изменениях легочной ткани позволит в максимально короткий срок поставить диагноз и начать лечение. И если пациент действительно болен туберкулезом, то своевременное обследование вдобавок позволяет предотвратить заражение многих окружающих его людей - и это в полной мере оправдывает тот мизерный риск, которому мы подвергаемся, ежегодно проходя флюорографию.

В обществе идет постоянное обсуждение, насколько реальна опасность медицинского облучения. У неспециалистов существует мнение, что "роль и значимость радиационного фактора и его воздействие на население высока, постоянно расширяется, и в перспективе будет увеличиваться".

Правда ли это? Вовсе нет: медицинская техника непрерывно совершенствуется, и сейчас при рентгеновской диагностике пациент облучается гораздо меньше, чем 30-40 лет назад. Обследование на современном цифровом флюорографе снижает дозу в 10 раз по сравнению со старым аппаратом.

Вот еще расхожее мнение: "нередко за секунды пациент получает дозу, в десятки раз превышающую суммарное годовое облучение".

В реальности, даже при выполнении компьютерной томографии (а она облучает намного больше обычного рентгеновского снимка), доза пациента сравнима с дозой, получаемой ежегодно от природных источников, и лежит гораздо ниже опасных уровней. Устаревшие рентгеновские аппараты с дозами, которые "в десятки раз превышают…", сегодня уже не применяются в медицинской практике.

Эффективная доза

Какое же место в общей схеме занимает вклад техногенных радиоактивных изотопов? В работе практически сравнили, какую дозу можно считать незначительной.

Оказывается, самое последнее: 0,3 процента от годовой дозы в среднем по стране. Эта доля, конечно, может колебаться, но порядок числа будет таким, же и для жителей Иркутской области, и для населения городов-спутников АЭС.

Для того, чтобы определить вред, который радиация наносит нашему организму, используется понятие эффективной дозы. Слово "доза" знакомо всем, и даже неспециалист отлично понимает: чем выше доза, тем хуже для организма. Эффективная доза учитывает три аспекта:

* количество энергии излучения (в джоулях), поглощенной органом или тканью (на единицу массы),

* вид излучения (поскольку разные виды излучения отличаются по степени опасности),

* чувствительность разных органов и тканей к излучению.

E=W_R•W_T•D - формула эффективной дозы.

E - Эффективная доза.

W_R - Коэффициент, учитывающий опасность излучения.

W_T - Коэффициент, учитывающий чувственность к излучению органа или ткани.

D - Поглощенная доза - количество энергии излучения, переданной органу или ткани (на единицу массы).

Для измерения эффективной дозы (или мощности дозы) используются специальные приборы - дозиметры. Дозиметр - прибор для измерения эффективной дозы или мощности ионизирующего излучения за некоторый промежуток времени. Само измерение называется дозиметрией. В частности, каждому сотруднику, работающему на радиационно опасном объекте, выдается индивидуальный дозиметр. (Приложение 5). Также дозиметры выдаются врачам и техникам, обслуживающим рентгеновские аппараты и установки для лучевой терапии.

Эффективная доза измеряется в зивертах (Зв) - по имени шведского радиофизика Рольфа Зиверта, одного из родоначальников радиобиологии.

Чем вредна радиация для живого организма вообще и человеческого организма в частности?

Попытаемся объяснить, чем вредна радиация для живого организма вообще и человеческого организма в частности.

Долгое время считалось, что облучение крайне негативно влияет на структуру клеточного ядра, разрушая ДНК, вызывая мутации. Позже выяснилось, что это представление неверно: главный ущерб, который получает облученная клетка, заключается вовсе не в нарушении функционирования генов.

Вода является средой, без которой клетка жить не может. Клетка человеческого организма на 70 процентов состоит из воды, а в клетках мозга ее доля составляет до 90 процентов. Поэтому частица ионизирующего излучения, "влетая" в клетку, с наибольшей вероятностью взаимодействует именно с молекулой воды (H2O), передавая ей свою энергию. Тут-то и происходит ионизация молекулы. Ионизированная молекула (H2O+) и вырванный из нее электрон (е-) взаимодействуют с другими молекулами воды, при этом образуются так называемые свободные радикалы. Радикалы также в свою очередь вступают в химическое взаимодействие.

Под действием ионизирующего излучения в клетке появляются чужеродные химически агрессивные соединения. Если таких соединений накапливается слишком много, клетка гибнет. Здесь следует отметить, что клетка обладает механизмами саморегуляции и самовосстановления, с небольшими дозами радиации она вполне способна справиться (также, как наш организм способен справиться с легкой простудой).

Вывод

Какую дозу можно считать относительно безвредной? По Российским нормам для обычного человека, не работающего с источниками радиации, допустимая эффективная годовая доза составляет 1 миллизиверт (мЗв), причем только от техногенных источников излучения, и сюда не входит медицинское облучение.

Для тех, кто работает с источниками радиации, допустимая доза больше 20 мЗв/год. К слову сказать, в западных странах эту величину сочли чрезмерно строгой и повысили порог до 50 мЗв/год.

Существует весьма странное мнение, что техногенные радионуклиды значительно опаснее для здоровья, чем природные (просто по причине своей "техногенности"). Однако это тот случай, когда "формальная логика " не срабатывает. Конечной величиной, определяющей вред, нанесенный организму, является эффективная доза, измеряемая в зивертах (Зв). Допустим, человек получил дозу 1 миллизиверт. При этом совершенно не важно, что явилось источником излучения - природный радиоактивный газ радон, техногенный изотоп стронция, флюорографическое обследование или регулярные авиаперелеты - во всех перечисленных случаях эффект будет совершенно идентичным. Поэтому, если мы хотим определить, насколько опасными могут быть для нашего организма последствия облучения, нас должно интересовать значение эффективной дозы, а не источник радиации.

Вопрос в том, откуда взялись все приведенные числа, и почему дозу 1 миллизиверт (а не 100 и не 500) посчитали безопасной? И почему многие специалисты считают современные нормы радиационной безопасности неоправданно жесткими? Вопросы нового исследования проблемы.

Допустимые величины, приведенные в нормативных документах, выведены на основании линейной безпороговой гипотезы. В соответствии с этой гипотезой любая, даже самая маленькая доза радиации может привести к негативным последствиям для здоровья в будущем. Согласитесь, это звучит довольно пугающе. Попробуем объяснить подробнее.

Итак, медикам известно, для человека, получившего большую дозу, высока вероятность отдаленных последствий для здоровья (в частности, возникновение онкологических заболеваний). При этом наблюдается линейная зависимость: чем выше доза, тем выше вероятность возникновения заболеваний.

Что же сделали ученые? По имеющимся для высоких доз данным они построили линейный тренд, горизонтальная ось которого - это доза облучения, а вертикальная - вероятность возникновения отдаленных последствий. Для малых доз точки не получены, поэтому линию "волевым усилием" продлили влево (в математике эта процедура называется экстраполяцией) - данный участок на рисунке показан пунктирной линией. Этот пунктирный участок и показывает предположительную вероятность вреда от малых доз. Из этого достроенного участка и вывели допустимые дозы, для которых вероятность вреда настолько мала, что ей можно пренебречь. Эти дозы и были внесены в нормативные документы; ими должны руководствоваться все, кто имеет дело с техногенной радиацией.

Однако в последнее время все больший вес набирает пороговая гипотеза. Ее основной тезис прост и более чем логичен: если для малых доз радиации не удалось зафиксировать отдаленные негативные последствия, значит, этих последствий в принципе не существует.

Иными словами, существует некая пороговая величина - и если доза, которую получил человек, лежит, ниже этого предела, волноваться, по сути, не о чем.

Закончить хочется на оптимистической ноте, поэтому скажем, что в ближайшие десятилетия основой нашей ядерной энергетики станут АЭС с реакторами типы ВВЭР (Водо-Водяные Энергетические Реакторы), чья конструкция принципиально отличается от РБМК (Реакторов Большой Мощности, Канальных), которые были установлены на Чернобыльской АЭС. Современные энергоблоки - как работающие, так и строящиеся - снабжены надежной, глубоко эшелонированной системой защиты. В частности, защитная оболочка энергоблока с ВВЭР, отсутствовавшая у РБМК, способна выдержать ураганы, землетрясения, взрывы и даже падение самолета. Вероятность тяжелого повреждения активной зоны для новых АЭС составляет 10-6 на реактор в год.

Приложение 1

Данные относятся к случаям кратковременного одноразового внешнего облучения и характеризуют острую лучевую болезнь.

Если сравнивать с допустимыми дозами (1 мЗв/год для населения, 20 мЗв/год для работников), то порог расположен достаточно высоко: по самым жестким оценкам, на уровне 100 мЗв, по более мягким - 500 мЗв (это означает, что ни одна исследовательская группа в мире, пользуясь самой современной аппаратурой, не смогла обнаружить никаких признаков вредного воздействия на организм при дозах ниже 100 мЗв).

Наличие естественного фона само по себе свидетельствует в пользу пороговой гипотезы - ведь иначе придется признать факт, что природная радиация ежегодно уносит жизни сотен тысяч людей - а это довольно сомнительно.

Последствия средних и высоких доз облучения:

Доза - Последствия

До 500-750 мЗв - Кратковременные незначительные изменения в составе крови

0,8-1,2 Зв - Порог лучевой болезни. Тошнота у 5-10 % облученных, возможна рвота. Изменения в составе крови

1,3-1,7 Зв - Тошнота и рвота у 25 % облученных. Изменения в составе крови. Смертельные случаи почти исключены.

1,8-2,6 Зв - Тошнота и рвота у половины облученных. Значительные изменения в составе крови. Начало выпадения волос. Возможны единичные смертельные случаи.

2,7-3,3 Зв - Тошнота и рвота почти у всех облученных. Значительные изменения в составе крови. Выпадение волос, стерилизация. Около 20 % смертельных случаев в течение 2-6 недель. Восстановительный период у выживших - около 3 месяцев.

3,5-5,0 Зв - Тошнота и рвота у всех без исключения заключенных в течение первого дня после облучения, другие перечисленные симптомы лучевой болезни. Смертность около 50 % в течение мясяца, восстановительный период у выживших - около полугода.

5,5-7,7 Зв - Тошнота и рвота по прошествии 4ч. После облучения, все прочие симптомы лучевой болезни. Смертность около 100 % (при отсутствии лечения - 100 %). Восстановительный период у немногих выживших - более полугода.

10 Зв - Тошнота и рвота по прошествии 1-2 ч. после облучения. Все признаки острой лучевой болезни, прогноз почти безнадежен (хотя случаи выздоровления известны).

Все эти данные относятся к случаям кратковременного одноразового внешнего облучения и характеризуют острую лучевую болезнь. Вдобавок надо учитывать: даже при тяжелой радиационной аварии для обычных людей (в частности, жителей прилегающих регионов) вероятность получит дозу хотя бы 500-750 мЗв практически равна нулю.

Приложение 2

Типы дозиметров:

1) Профессиональный (помимо измерения дозы излучения могут измерять активность радионуклида в каком-либо образце: предмете, жидкости, газе и т. д. Дозиметры-радиометры могут измерять плотность потока ионизирующих излучений для проверки на радиоактивность различных предметов или оценки радиационной обстановки на местности).

2) Бытовой (недорогие индивидуальные дозиметры, которые измеряют мощность дозы ионизирующего излучения на бытовом уровне с не высокой точностью измерения-для проверки продуктов питания, строительных материалов и т. д.). Бытовые дозиметры в основном различаются по следующим параметрам:

a) типы регистрируемых излучений - только гамма, или гамма и бета;

b) тип блока детектирования ионизирующего излучения - газоразрядный счетчик (также известен как счетчик Гейгера, или усовершенствованный его аналог, счетчик Гейгера-Мюллера) или сцинтилляционный кристалл/пластмасса; количество газоразрядных счетчиков варьируется от 1 до 4-х;

c) размещение блока детектирования - выносной или встроенный;

d) наличие цифрового и/или звукового индикатора;

e) время одного измерения - от 3 до 40 секунд;

f) габариты и вес.

Размещено на Allbest.ru