Радиация и жизнь

 

Радиация 

     Радиация  существовала всегда. Радиоактивные  элементы входили в состав Земли  с начала ее существования и продолжают присутствовать до настоящего времени. Однако само явление радиоактивности  было открыто всего сто лет  назад.

      В 1896 году французский ученый Анри Беккерель случайно обнаружил, что после продолжительного соприкосновения с куском минерала, содержащего уран, на фотографических пластинках после проявки появились следы излучения. Позже этим явлением заинтересовались Мария  Кюри (автор термина «радиоактивность») и ее муж Пьер Кюри. В 1898 году они обнаружили, что в результате излучения уран превращается в другие элементы, которые молодые ученые назвали полонием и радием. К сожалению люди, профессионально занимающиеся радиацией, подвергали свое здоровье, и даже жизнь опасности из-за частого контакта с радиоактивными веществами. Несмотря на это исследования продолжались, и в результате человечество располагает весьма достоверными сведениями о процессе протекания реакций в радиоактивных массах, в значительной мере обусловленных особенностями строения и свойствами атома.

      Известно, что в состав атома входят три  типа элементов: отрицательно заряженные электроны движутся по орбитам вокруг ядра – плотно сцепленных  положительно заряженных протонов и электрически нейтральных нейтронов. Химические элементы различают по количеству протонов. Одинаковое количество протонов и электронов обуславливает электрическую нейтральность атома. Количество нейтронов может варьироваться, и в зависимости от этого меняется стабильность изотопов.

     Большинство нуклидов (ядра всех изотопов химических элементов)  нестабильны и постоянно  превращаются в другие нуклиды. Цепочка  превращений сопровождается излучениями: в упрощенном виде, испускание ядром двух протонов и двух нейтронов (a-частицы) называют a-излучением, испускание электрона – b-излучением, причем оба этих процесса происходят с выделением энергию. Иногда дополнительно происходит выброс чистой энергии, называемый g-излучением. 

1. Основные  термины и единицы  измерения (терминология НКДАР)

 

      Радиоактивный распад – весь процесс самопроизвольного распада       нестабильного нуклида. 

      Радионуклид – нестабильный нуклид, способный к самопроизвольному распаду. 

      Период  полураспада изотопа – время, за которое распадается в среднем половина всех радионуклидов данного типа в любом радиоактивном источнике. 

      Радиационная  активность образца – число распадов в секунду в данном радиоактивном образце; единица измерения – беккерель (Бк). 

      Поглощенная доза¹ – энергия ионизирующего излучения, поглощенная облучаемым телом (тканями организма), в пересчете на единицу массы. 

      Эквивалентная доза² – поглощенная доза, умноженная на коэффициент, отражающий способность данного вида излучения повреждать ткани организма. 

      Эффективная эквивалентная доза³ – эквивалентная доза, умноженная на коэффициент, учитывающий разную чувствительность различных тканей к облучению. 

      Коллективная  эффективная эквивалентная доза⁴ – эффективная   эквивалентная доза, полученная группой людей от какого-либо источника радиации. 

      Полная коллективная эффективная эквивалентная доза – коллективная эффективная эквивалентная доза, которую получат поколения людей от какого-либо источника за все время его дальнейшего существования». 

1.  

Влияние радиации на организмы 

      Воздействие радиации на организм может быть различным, но почти всегда оно негативно. В малых дозах радиационное излучение может стать катализатором процессов, приводящих к раку или генетическим нарушениям, а в больших дозах часто приводит к полной или частичной гибели организма вследствие разрушения клеток тканей.

      Сложность в отслеживании последовательности процессов, вызванных облучением, объясняется тем, что последствия облучения, особенно при небольших дозах, могут проявиться не сразу, и зачастую для развития болезни требуются годы или даже десятилетия. Кроме того, вследствие различной проникающей способности разных видов радиоактивных излучений они оказывают неодинаковое воздействие на организм:             a-частицы наиболее опасны, однако для a-излучения даже лист бумаги является непреодолимой преградой; b-излучение способно проходить в ткани организма на глубину один-два сантиметра; наиболее безобидное g-излучение характеризуется наибольшей проникающей способностью:  его может задержать лишь толстая плита из материалов, имеющих высокий коэффициент поглощения, например, из бетона или свинца.

      Также различается чувствительность отдельных  органов к радиоактивному излучению. Поэтому, чтобы получить наиболее достоверную информацию о степени риска, необходимо учитывать соответствующие коэффициенты чувствительности тканей при расчете эквивалентной дозы облучения:

      0,03 – костная ткань

      0,03 – щитовидная железа

      0,12 – красный костный мозг

      0,12 – легкие 

      0,15 – молочная железа

      0,25 – яичники или семенники

      0,30 – другие ткани

      1,00 – организм в целом.

      Вероятность повреждения тканей зависит от суммарной  дозы и от величины дозировки, так как благодаря репарационным способностям большинство органов имеют возможность восстановиться после серии мелких доз.

    В таблице 1 приведены крайние значения допустимых доз радиации: 

      Таблица 1.  

    Тем не менее, существуют дозы, при которых  летальный исход практически  неизбежен. Так, например, дозы порядка 100 г приводят к смерти через несколько дней или даже часов вследствие повреждения центральной нервной системы, от кровоизлияния в результате дозы облучения в 10-50 г смерть наступает через одну-две недели, а доза в 3-5 грамм грозит обернуться летальным исходом примерно половине облученных.

    Знания  конкретной реакции организма на те или иные дозы необходимы для  оценки последствий действия больших доз облучения при авариях ядерных установок и устройств или опасности облучения при длительном нахождении в районах повышенного ра- 

диационного излучения, как от естественных источников, так и в случае радиоактивного загрязнения. Однако даже малые дозы радиации не безвредны и их влияние на организм и

здоровье  будущих поколений до конца не изучено. Однако можно предположить, что радиация может вызвать, прежде всего, генные и хромосомные мутации, что в последствии может привести к проявлению рецессивных мутаций.   

      Следует более подробно рассмотреть наиболее распространенные и серьезные повреждения, вызванные облучением, а именно рак и генетические нарушения.

      В случае рака трудно оценить вероятность  заболевания как  следствия облучения.  Любая, даже самая малая доза, может привести к необратимым последствиям, но это не предопределено.  Тем не менее, установлено, что вероятность заболевания  возрастает прямо пропорционально дозе облучения.

      Среди наиболее распространенных раковых заболеваний, вызванных облучением,  выделяются  лейкозы. Оценка вероятности  летального исхода при лейкозе более надежна, чем аналогичные оценки для других видов раковых заболеваний. Это можно объяснить тем, что лейкозы первыми проявляют себя, вызывая смерть в среднем через 10 лет после момента облучения. За лейкозами «по популярности» следуют: рак молочной железы, рак щитовидной железы и рак легких. Менее чувствительны желудок, печень, кишечник и другие органы и ткани.

      Воздействие радиологического излучения резко усиливается другими неблагоприятными экологическими факторами (явление синергизма). Так, смертность от радиации у курильщиков заметно выше.

      Что касается  генетических последствий  радиации, то  они проявляются  в виде хромосомных аберраций  (в том числе изменения числа  или структуры  хромосом) и генных мутаций.  Генные мутации  проявляются сразу в первом поколении (доминантные мутации) или  только при условии, если у обоих родителей мутантным является один и тот же ген (рецессивные мутации), что является  маловероятным. 

      Изучение  генетических последствий облучения  еще более затруднено, чем в  случае рака. Неизвестно, каковы генетические повреждения при облучении, проявляться они могут на протяжении многих поколений, невозможно отличить их от тех, что вызваны другими причинами.

      Приходится  оценивать появление наследственных дефектов у человека по  результатам экспериментов на животных.

      При оценке риска НКДАР использует два  подхода:  при одном  определяют непосредственный эффект данной дозы, при другом –  дозу, при которой удваивается  частота появления потомков с той или иной  аномалией по сравнению с нормальными радиационными условиями.

      Так, при первом подходе установлено, что доза в 1 г, полученная при низком радиационном фоне особями мужского пола (для женщин оценки менее определенны), вызывает появление от 1000 до 2000 мутаций, приводящих к серьезным последствиям, и от 30 до 1000 хромосомных аберраций на каждый миллион живых новорожденных.

      При втором подходе получены следующие результаты: хроническое облучение при мощности дозы в 1 г на одно поколение приведет к появлению около 2000 серьезных генетических заболеваний  на каждый миллион живых новорожденных среди детей тех, кто подвергся такому облучению.

      Оценки  эти ненадежны, но необходимы.  Генетические последствия облучения  выражаются такими количественными параметрами, как сокращение продолжительности жизни и периода  нетрудоспособности, хотя при этом признается, что эти оценки не более чем первая грубая прикидка. Так, хроническое облучение населения с мощностью дозы в 1 г на поколение сокращает период трудоспособности на 50000 лет, а продолжительность жизни – также на 50000 лет на каждый миллион живых новорожденных среди детей первого облученного поколения; при  постоянном  облучении многих поколений выходят на  следующие оценки: соответственно 340000 лет и 286000 лет. 
 

      Существует  три пути поступления радиоактивных  веществ в организм: при вдыхание воздуха,  загрязненного радиоактивными веществами, через зараженную пищу или воду,  через кожу, а также при заражении открытых ран. Наиболее опасен первый путь,  поскольку:

• объем легочной вентиляции очень большой
• значения коэффициента усвоения в легких более высоки.

    Пылевые частицы,  на  которых  сорбированы  радиоактивные изотопы, при вдыхании воздуха через верхние дыхательные пути частично оседают в полости рта  и  носоглотке.  Отсюда  пыль  поступает в пищеварительный тракт. Остальные частицы поступают в легкие.  Степень задержки аэрозолей в  легких  зависит  от дисперсионности.  В легких задерживается около 20%  всех частиц; при уменьшении размеров аэрозолей величина задержки увеличивается до 70%.

    При всасывании радиоактивных веществ  из желудочно-кишечного тракта имеет  значение коэффициент резорбции,  характеризующий долю вещества, попадающего из желудочно-кишечного тракта в кровь.  В  зависимости от природы изотопа коэффициент изменяется в широких пределах: от сотых долей процента (для циркония, ниобия), до несколь-ких десятков процентов (водород,  щелочноземельные элементы). Резорбция через неповрежденную кожу в 200-300 раз меньше,  чем через желудочно-кишечный тракт, и, как правило, не играет существенной роли.