10. Естественный радиационный фон

В середине XX в. был обнаружен природный радиоактивный фон, влиявший в течение миллионов лет на жизнь нашей планеты. Многие специалисты сочли его уровень нижним пределом опасной радиации, отметив, однако, что даже один квант высокой энергии убивает клетку при прямом попадании. Эксперименты показали, что большие и малые дозы атомной радиации действуют на организм принципиально по-разному. Первые поражают множество клеток и серьезно ослабляют организм, тогда как вторые губят только отдельные клетки, а остальным дают стимул для их последующего развития.

В молекулах клеток (в ДНК, РНК, белках) при воздействии атомной радиации происходят одновременно два процесса – ионизация и возбуждение. Именно ионизации обязана радиация своим поражающим живые организмы действием. Процессом возбуждения до недавних пор пренебрегали, считая его побочным, вторичным, тогда как на самом деле он чрезвычайно важен. Вызванное малыми дозами атомной радиации (на уровне природного фона) возбуждение молекул способствует развитию клеток и всего организма в целом. Оно удлиняет сроки жизни, усиливает иммунитет, повышает всхожесть семян, увеличивает рост растений и т. д.

Положительный эффект малых доз радиации подтвержден многими экспериментами на растениях и животных – от насекомых до млекопитающих. И ничего в этом удивительного нет, поскольку жизнь на Земле возникла, развивалась и существует ныне в условиях постоянной атомной радиации. Все знают, что чрезмерное повышение радиоактивного фона наносит немалый вред всему живому, и принятие всех возможных мер к тому, чтобы снизить его до нуля, кажется вполне естественным. Но проведенные в последние годы опыты с растениями и животными показали, что изоляция организма от естественной радиации вызывает в нем замедление самых фундаментальных жизненных процессов.

Земная колыбель человечества всегда была радиоактивной, и биологические объекты, развиваясь в поле ионизирующих излучений, не могли к этому не приспособиться. В этом отношении показательны опыты радиобиологов по выращиванию растений внутри камер, изготовленных из радиационно чистых материалов, которые практически не содержат в своем составе естественных радионуклидов. Оказалось, что в таких условиях побеги появляются позже, развитие растений замедлено, а урожай существенно ниже, чем в условиях естественного радиационного фона.

11. Воздействие излучений на живые организмы

Действие ионизирующих излучений на живой организм оказалось сложнее, чем последствия облучения сравнительно простых неживых веществ. Выяснилось, что у значительной части физиков, в течение ряда лет проводивших опыты на циклотронах, было обнаружено профессиональное помутнение хрусталика. Эти лучевые катаракты развились у них в условиях умеренных поглощенных доз, не превышавших допустимых значений. Изучение таких отдаленных последствий облучения организма привело к заключению, что радиобиологический эффект зависит не только от поглощенной дозы, т. е. энергии, переданной облучаемому веществу, но и от других факторов.

При одной и той же поглощенной дозе радиобиологический эффект тем выше, чем плотнее ионизация, создаваемая изучением. Для количественной оценки такого влияния вводится понятие эквивалентной дозы, которая равна поглощенной дозе, умноженной на коэффициент качества, определяемый отношением поглощенной дозы эталонного измерения к дозе рассматриваемого излучения, вызывающей тот же радиобиологический эффект. Единицей измерения эквивалентной дозы является биологический эквивалент рада – бэр. В системе СИ единица эквивалентной дозы– зиверт (Зв), названный в честь известного шведского радиолога Г.Р. Зиверта: 1 зв = 100 бэр.

Анализ несчастных случаев позволил установить численное значение смертельной дозы гамма-излучения. Она оказалась равной 600 ± 100 Р. Дозиметрические и радиобиологические исследования показали, что ни в одном из известных случаев вредные последствия облучения не проявились при дозах менее 100 Р кратковременного, т. е. «острого», облучения и 1000 Р облучения, растянутого на десятки лет. При дозах облучения более 25 бэр никаких изменений в органах и тканях организма человека не наблюдается. Незначительные кратковременные изменения состава крови возникают только при дозе облучения 50 бэр.

Во всех случаях воздействия ионизирующих излучений на ткань в основе первичных изменений, возникающих в клетках живого организма, лежит передача энергии в результате процессов ионизации и возбуждения атомов ткани. При дозах облучения, вызывающих глубокие поражения или даже гибель организма (например, единовременно 600 рад для человека), относительное количество образующихся ионов очень невелико. Таким образом, непосредственная прямая ионизация (без учета вторичных эффектов) не может объяснить повреждающего действия излучения. Количество энергии, соответствующее такой дозе, по своему тепловому эффекту ничтожно мало: при облучении человека весом 70 кг дозе 600 рад соответствует выделение 60 малых калорий, что равносильно приему внутрь одной ложки теплой воды. Следовательно, биологическое действие ионизирующего излучения невозможно свести только к изменениям температуры, как это имеет место, например, при взаимодействии живой ткани с УКВ- и СВЧ-волнами. Если при вдыхании, заглатывании, а также через повреждения кожного покрова источник излучения попадает внутрь организма, то возникает внутреннее облучение, во много раз более опасное, чем внешнее, при одних и тех же количествах радионуклидов.

Патологическое действие облучения на организм в значительной мере зависит от места локализации радиоактивного вещества. Например, главная опасность радия заключается в том, что он откладывается в костях и излучает альфа-частицы. Вызывая очень сильную ионизацию, альфа-частицы повреждают как кость, так и особенно чувствительные к излучению клетки кроветворных тканей, вызывая тяжелые заболевания крови и образование злокачественных опухолей. Пыль, содержащая радиоактивные частицы, приводила к образованию радиоактивных отложений в легких и способствовала развитию рака. Средний период развития рака в этом случае составлял около 17 лет, за которые ткани легких рудокопов получали дозу не менее 1000 бэр.

Из всех путей поступления радионуклидов в организм наиболее опасно вдыхание загрязненного воздуха. Во-первых, потому, что человек, занятый работой средней тяжести, потребляет за рабочий день большое количество воздуха (около 20 м3), во-вторых, радиоактивное вещество, поступающее таким путем в организм человека, исключительно быстро усваивается.