- •В.О. Кіцно, с.В. Поліщук, і.М. Гудков основи радіобіології та радіоекології
- •1. Теми самостійних занять 10
- •Тема 1. Норми радіаційної безпеки 10
- •1.1. Принципи нормування радіаційного впливу 10
- •Тема 2. Основні санітарні правила протирадіаційного захисту 26
- •Тема 3. Історія розвитку радіобіології та радіоекології 40
- •Тема 4. Фізичні основи радіобіології 46
- •Тема 5. Біологічна дія іонізуючих випромінень 82
- •Тема 6. Радіоекологія 121
- •Тема 7. Ведення сільськогосподарського виробництва на забруднених радіонуклідами територіях
- •Тема 8. Використання іонізуючих випромінень в сільському господарстві
- •1. Теми самостійних занять Тема 1. Норми радіаційної безпеки
- •1.1. Принципи нормування радіаційного впливу
- •1.2. Основні положення “Норм радіаційної безпеки України” (нрбу-97)
- •1.3. Основні регламентні величини
- •1.3.1. Радіаційно-гігієнічні регламенти першої групи – контроль за практичною діяльністю
- •1.3.2. Радіаційно-гігієнічні регламенти другої групи - медичне опромінення населення
- •1.3.3. Радіаційно-гігієнічні регламенти третьої групи - втручання в умовах радіаційної аварії
- •1.3.4. Радіаційно-гігієнічні регламенти четвертої групи – зменшення доз хронічного опромінення населення
- •Тема 2. Основні санітарні правила протирадіаційного захисту
- •2.1. Загальні положення “Основних санітарних правил протирадіаційного захисту України” (оспу-2001)
- •2.2.Типи джерел випромінення
- •2.3. Групи радіотоксичності
- •2.4. Основні принципи захисту від закритих джерел іонізуючих випромінень
- •2.5. Вимоги до влаштування, обладнання та організації праці у радіологічній лабораторії при роботі з відкритими джерелами іонізуючих випромінень
- •2.5.1. Влаштування лабораторій
- •2.5.2. Поводження з радіоактивними відходами
- •2.5.3. Дезактивація робочих приміщень та устаткування лабораторії
- •2.5.4. Засоби індивідуального захисту та особистої гігієни при роботі з радіоактивними речовинами
- •Тема 3. Історія розвитку радіобіології та радіоекології
- •3.1. Визначення наук
- •3.2. Історія розвитку радіобіології та радіоекології
- •Тема 4. Фізичні основи радіобілогії
- •4.1. Типи ядерних перетворень. Радіоактивність, одиниці її вимірювання
- •4.3. Види доз іонізуючих випромінень, одиниці їх вимірювання, порядок розрахунку і застосування
- •4.4. Основні методи виявлення іонізуючих випромінень
- •4.5. Методи радіометрії
- •4) Визначення сумарної β-активності по зольному залишку.
- •4.6. Призначення, класифікація, принцип будови дозиметричних приладів
- •Блок підсилення та перетворення
- •Блок живлення
- •4.7. Прилади індивідуального дозиметричного контролю
- •4.7.2. Прилади, що працюють на базі сцинтиляційного методу виявлення іонізуючих випромінень
- •4.7.3. Прилади, що працюють на базі фотографічного методу виявлення іонізуючих випромінень
- •4.7.4. Прилади, що працюють на основі люмінесцентного методу виявлення іонізуючих випромінень
- •4.8. Прилади загального дозиметричного контролю
- •Тема 5. Біологічна дія іонізуючих випромінень
- •5.1. Загальні уявлення про природу дії іонізуючих випромінень на живий організм
- •5.2. Радіобіологічні ефекти
- •5.2.1. Радіаційна стимуляція
- •5.2.2. Морфологічні зміни
- •5.2.3. Променева хвороба
- •5.2.4. Прискорення старіння і скорочення тривалості життя
- •5.2.5. Загибель
- •5.2.6. Генетичні зміни
- •5.2.7. Близькі і віддалені наслідки радіаційного ураження
- •5.3. Радіочутливість організмів
- •5.3.1. Радіочутливість рослин
- •5.3.2. Радіочутливість тварин
- •5.3.3. Радіочутливість риб
- •5.3.4. Радіочутливість амфібій і рептилій
- •5.3.5. Радіочутливість бактерій і вірусів
- •5.3.6. Радіочутливість рослинних угруповань
- •5.3.7. Особливості дії малих доз іонізуючих випромінень на живі організми
- •5.3.8. Критичні органи
- •5.4. Модифікація радіаційного ураження організму
- •5.4.1. Протипроменевий біологічний захист
- •5.4.2. Радіосенсибілізація
- •5.4.3. Післярадіаційне відновлення організму
- •Тема 6. Радіоекологія
- •6.1. Джерела радіоактивного забруднення об’єктів навколишнього середовища
- •6.1.1. Природні джерела
- •6.1.2. Джерела штучних радіонуклідів
- •6.2. Міграція радіонуклідів у навколишньому середовищі
- •6.3. Особливості надходження радіонуклідів у водні екосистеми
- •6.4. Розподіл радіонуклідів у морській екосистемі
- •Радіонукліди
- •6.5. Міграція радіонуклідів у прісноводних екосистемах
- •6.6. Загальні властивості прісноводних екосистем
- •6.7. Розподіл радіонуклідів серед компонентів прісноводних водоймищ
- •6.8. Надходження радіонуклідів у сільськогосподарські рослини та
- •6.8.1. Надходження радіонуклідів у сільськогосподарські рослини
- •6.8.2. Надходження радіонуклідів у рослини з ґрунту
- •6.8.3. Надходження радіонуклідів у організм сільськогосподарських тварин
- •6.9. Накопичення радіонуклідів гідробіонтами
- •6.10. Прогнозування надходження радіонуклідів у сільськогосподарські рослини та організм тварин
- •6.11. Особливості ураження організму інкорпорованими радіоактивними речовинами
- •Тема 7. Ведення сільськогосподарського виробництва на забруднених радіонуклідами територіях
- •7.1. Основні принципи організації ведення сільського господарства на забруднених радіонуклідами територіях
- •7.2. Зниження надходження радіонуклідів у продукцію сільського господарства
- •7.2.1. Засоби зниження надходження радіонуклідів у сільськогосподарські рослини
- •7.2.2. Засоби зниження надходження радіонуклідів в організм сільськогосподарських тварин
- •7.3. Ведення особистого підсобного господарства в районах радіоактивного забруднення
- •7.4. Очищення продукції сільського господарства від радіонуклідів технологічною переробкою
- •7.4.1. Очищення продукції рослинництва
- •7.4.2. Очищення продукції тваринництва
- •Тема 8. Використання іонізуючих випромінень в сільському господарстві
- •8.1. Радіаційна техніка в сільському господарстві
- •8.2. Радіаційно-біологічні технології в рослинництві
- •8.2.1. Передпосівне опромінення насіння сільськогосподарських культур для прискорення проростання, розвитку та підвищення продуктивності рослин
- •8.2.2. Передсадивне опромінення органів вегетативного розмноження та розсади дня прискорення розвитку і підвищення продуктивності рослин
- •8.2.3. Опромінення насіння і рослин з метою одержання нових сортів
- •8.2.4. Радіаційна біотехнологія подолання несумісності тканин і стимуляція зрощення при вегетативних щепленнях рослин
- •8.2.5. Радіаційна біотехнологія запобігання проростанню бульб, коренеплодів і цибулин при зберіганні
- •8.2.6. Використання іонізуючих випромінень для подовження строків зберігання ягід, фруктів та овочів
- •8.2.7. Радіаційна консервація продукції рослинництва і плодівництва
- •8.2.8. Радіаційні способи боротьби з комахами - шкідниками сільськогосподарських рослин
- •8.3. Радіаційно-біологічні технології в тваринництві
- •8.3.1. Радіаційне консервування кормів і поліпшення їх якості
- •8.3.2. Радіаційна біотехнологія подовження строків зберігання м'яса і м'ясних продуктів
- •8.3.3. Радіаційне знезараження деяких видів продукції тваринництва
- •8.3.4. Радіаційне знезараження стічних вод тваринницьких комплексів
- •8.3.5. Метод ізотопних індикаторів у дослідженнях в галузі сільськогосподарської біології. Радіоавтографія. Особливості використання стабільних ізотопів
- •Тема 9. Відбір і підготовка проб води, ґрунту, рослин, продуктів харчування рослинного і тваринного походження для радіометрії
- •9.1. Відбір проб води і інших рідин
- •9.2. Відбір проб грунту
- •9.3. Відбір проб рослин
- •9.4. Відбір проб зерна
- •9.5. Відбір проб коренебульбоплодів
- •9.6. Відбір проб трави і зеленої маси сільськогосподарських культур
- •9.7. Відбір проб грубих кормів (сіно, солома)
- •9.8. Відбір проб молока і молочних продуктів
- •9.9. Відбір проб м'яса і субпродуктів
- •9.10. Відбір проб риби
- •9.11. Відбір проб яєць
- •9.12. Відбір проб натурального меду
- •9.13. Підготовка проб до радіометрії
- •2. Лабораторні роботи
- •4. Розрахувати об’ємну і питому активність за формулою:
- •5. Встановити коефіцієнт нормування, рекомендований заводом-
- •6. Кодовий перемикач “фон” необхідно перевести в нульову позицію.
- •2. Визначаємо вміст 137Cs на 1 м2, якщо товщина забрудненого шару
- •3. Ситуаційні задачі з прогнозування забруднення продукції рослинництва, тваринництва та лісокористування
- •3.1. Прогнозування забруднення продукції рослинництва
- •2. Знаходимо вміст 137Cs на 1 м2, для чого забруднення 1 кг множимо на визначену
- •5. Визначаємо забруднення зерна вівса, для чого отримане забруднення території
- •14. Визначаємо необхідну кількість внесення калійних добрив по діючій речовині:
- •3.2. Прогнозування вмісту радіонуклідів в продукції тваринництва
- •3.3. Прогнозування можливого радіонуклідного забруднення продукції лісового господарства
- •3.4. Розрахунок і оцінка еквівалентної дози опромінення внаслідок надходження радіонуклідів в організм
- •5. Орієнтовні контрольні запитання з підготовки до вирішення тестових завдань
- •Рекомендована література
4.4. Основні методи виявлення іонізуючих випромінень
Розрізняють такі основні методи виявлення іонізуючих випромінень:
1) іонізаційний, 2) сцинтиляційний, 3) люмінесцентні, 4) фотографічний,
5) хімічний, 6) калориметричний 7) біологічний.
Суть іонізаційного методу полягає в тому, що під дією іонізуючих випромінень відбувається іонізація опромінюваних об’єктів – повітря, води, твердих речовин, біологічних тканин тощо з утворенням позитивно і
негативно заряджених іонів. Іони в лічильнику, що знаходиться під напругою, отримують направлений рух, утворюючи іонізаційний струм. Вимірюючи силу струму, можна отримати уяву про кількість (дозу) випромінень, а вимірюючи імпульси струму, можна визначити інтенсивність
випромінення.
Детекторами для виявлення і вимірювання іонізації зазвичай служать іонізаційні камери, пропорційні лічильники, лічильники Гейгера-Мюллера і
напівпровідникові лічильники.
За принципом іонізаційного методу працюють наступні прилади дозиметричного контролю: дозиметри (ДК-02, ДКП-50-А, ИД-1, КИД-1-6, ДКС-0,4, ДБГ-01С, МКС-У, МКС-07, ДКГ-21, МКС-05 «Тера» тощо); рентгенометри (ДП-5А,Б,В, ДКС-0,5, ДРГ-01-Т, Белла, Прип’ять тощо); радіометри (“Тисс”, ДП-100, КРБ-1, КРА-1, “Бета”, КРК-1, УМФ-1500 тощо).
Сцинтиляційний метод оснований на реєстрації фотонів видимого світла, що виникають при збудженні атомів деяких речовин – сцинтиляторів
під дією випромінення. Для виготовлення даного типу детекторів найчастіше використовуються кристали хімічно чистого NaI, активованого талієм (Tl).
Процес виявлення іонізуючого випромінення відбувається в такій послідовності: γ-квант вибиває з кристала фотон, який потрапляє на
фотокатод фотоелектричного множника (ФЕМ) і, в свою чергу, вибиває з нього фотоелектрон. Фотоелектрон потрапляє на пластину - дінод ФЕМ і вибиває з неї до 10 електронів. Цей процес повторюється стільки разів, скільки пластин (дінодів) має ФЕМ. Так, при шести дінодах ФЕМ на виході отримують близько 1 млн. електронів. (Наприклад, ФЕМ приладу СРП-68-01
має 14 дінодів).
За цим принципом працюють: дозиметри (ДКС-02П,К); рентгенометри
(СРП-68-01, СРП-88); радіометри (РКБ4-1еМ, РЖС-05, РУГ-Р, РИ-БГ, РИ-
АБ, РУГ-01М «Гамма»); гамма-спектрометри (АМ-А-02-Ф1,2,3, АИ-1024-
9505, АИ-4096, СЕГ-05, СЕГ-2МЛ); автоматичні гамма- і бета-лічильники
(“Гамма-12”, “Бета-2” тощо).
Люмінесцентні методи виявлення іонізуючого випромінення оснований на ефектах радіофотолюмінесценції і термолюмінесценції.
При радіофотолюмінесценції під дією іонізуючих випромінень в люмінофорах – фосфатних скельцях (NaI, ZnS, активованих сріблом) утворюються центри фотолюмінісценції. Під час дії на них ультрафіолетових
променів виникає видима люмінесценція, інтенсивність якої спочатку пропорційна дозі 10-2–101 Гр, при дозі 3,5–102 Гр досягає максимуму і при
подальшому збільшенні дози – падає. Під дією ультрафіолетових променів центри люмінесценції руйнуються, що дає можливість проводити вимірювання дози багаторазово.
При радіотермолюмінесценції поглинута енергія випромінення перетворюється в люмінесценцію лише під дією температури, а її інтенсивність пропорційна дозі випромінення. Тому дозиметри даного типу можуть слугувати накопичувачами дози. Для запобігання втрати дози
необхідно підібрати фосфатні скельця, які висвітлять її при температурі близько 400оС.
За цим принципом працюють дозиметри ДПГ-02, ДПГ-03, ИКСА, DTU
тощо.
Фотографічний метод оснований на вимірюванні ступеня почорніння
фотоемульсії під впливом іонізуючих випромінень. Його ступінь в деякому діапазоні доз пропорційна експозиційній дозі. Опромінені плівки типу РМ-5-
1, РМ-5-3 і РМ-5-4 дозволяють реєструвати γ-випромінення в діапазоні експозиційних доз 0,02–2,0 Р, 0,3–12 Р, 0,01–50,0 Р відповідно.
Перевагами фотографічного методу є можливість його масового використання для індивідуального контролю, документальна реєстрація отриманої дози та стійкість дозиметрів до ударів і різких змін температури.
Недоліки даного методу – низька чутливість до малих доз,
неможливість спостереження за ходом накопичення дози безпосередньо в процесі опромінення, залежність результатів вимірювань від умов проявлення плівки.
Складність використання даного методу полягає в тому, що для визначення отриманої дози необхідно мати еталон, виготовлений з такого ж матеріалу як в дозиметрі, опроміненого відомою дозою і проявленого в
аналогічних умовах. Це значить, що потрібне джерело іонізуючого випромінення, яке може створювати контрольовану дозу.
За цим принципом працюють дозиметри ИФК-2,4, ИФКУ тощо.
Хімічний метод оснований на тому, що під дією іонізуючих випромінень деякі речовини можуть перетворюватись на інші. Наприклад,
при опроміненні хлороформу утворюється соляна кислота. Якщо взяти хлороформ, додати до нього індикатор соляної кислоти, то при наявності
іонізуючих випромінень його забарвлення починає змінюватись. Тому на корпус такого дозиметра можна наклеїти візуальну шкалу зміни забарвлення в залежності від дози опромінення. Це дає нам можливість спостерігати за ходом її накопичення в процесі опромінення. Визначення точного значення дози проводиться на приладах типу фотоелектрокалориметрів (ФЕК), відградуйованих в одиницях дози іонізуючого випромінення, що її
спричинили.
В теперішній час зазвичай користуються так званими “сухими”(“сліпими”) феросульфатними дозиметрами, для яких використовують насичений повітрям розчин FeSO4 в розбавленій Н2SO4 в
діапазоні вимірювання дози 20-400 Гр. Для більш високих доз (103–105 Гр)
використовують церієвий дозиметр (0,1 М розчин Ce2(SO4) в 0,4 М H2SO4. Але продовжують використовувати й хімічні дозиметри на основі хлороформу і чотирьоххлористого вуглецю, не зважаючи на те, що при оцінці відносно малих доз вони дають більшу похибку.
Чутливість хімічних методів дозиметрії значно нижча, ніж іонізаційних, сцинтиляційних, люмінесцентних і фотографічних. Крім того, для реєстрації показників необхідні значні затрати часу.
Калориметричний метод оснований на тому, що під дією іонізуючих випромінень в опромінюваних об’єктах підвищується температура. Цей метод використовується для вимірювання надзвичайно високих потужностей дози. Без нього було б неможливо слідкувати за ситуацією, що відбувається в
ядерному реакторі.
Таким чином, кожний з перерахованих методів займає певне незамінне місце у виявленні іонізуючих випромінень.
Біологічний метод використовується в радіобіології для відновлення
отриманої організмом величини поглиненої енергії (дози) від різних видів випромінення. Він заснований на врахуванні біологічних ефектів, котрі виникають у опроміненому організмі, через певний час після дії іонізуючої радіації. Вихід цих ефектів прямопропорційний дозі опромінення.
Величину дози оцінюють за рівнем летальності тварин, ступенем
лейкопенії через 7-9 діб після опромінення, кількістю хромосомних аберацій лімфоцитів периферичної крові за допомогою методів анафазного та метафазного аналізу і за цитогенетичними показниками репродуктивних клітин ссавців та рослин; за визначенням кількості вільних радикалів в безводних речовинах (зубна емаль, волосся) за допомогою методу ядерного магнітного резонансу і ступеню прояву деяких клінічних симптомів та біохімічних змін у крові та сечі.
Наприклад, зміни в крові (сполучні тканині) ссавців можна достовірно спостерігати після дози опромінення 50 рад і навіть 20 рад. Зміни в інших тканинах живого організму,