10.3 Іонізуючі випромінювання: види, вплив на організм людини, характеристики, нормування.

Поняття «іонізуюче випромінювання» (ІВ) характеризує будь – яке випромінювання, яке прямо або опосередковано викликає іонізацію навколишнього середовища (утворення позитивно і негативно заряджених іонів).

Особливістю ІВ є те, що вони відзначаються високою енергією і викликають зміни в біологічній структурі клітин, які можуть призвести їх до загибелі.

Усі джерела ІВ поділяються на природні та штучні (антропогенні).

ІВ існує протягом всього періоду існування Землі, воно розповсюджується в космічному просторі – природне іонізуюче випромінювання.

Штучними джерелами ІВ є ядерні реактори, прискорювачі заряджених частинок, рентгенівські установки, прилади засобів зв’язку високої напруги. Як природні, так і штучні ІВ можуть бути електромагнітними (фотонними або квантовими) і корпускулярними.

Рис. 10.3. Класифікація іонізуючих випромінювань.

До іонізуючих відносяться корпускулярні випромінювання, що складаються з частинок з масою спокою, яка відрізняється від нуля (альфа – бета – частинки, нейтрони) та електромагнітні випромінювання (рентгенівське та гамма-випромінювання), які при взаємодії з речовинами можуть утворювати в них іони.

Гамма – випромінювання – це електромагнітне (фотонне) випромінювання з великою проникною і малою іонізуючою здатністю з енергією 0,001- 3 МеВ. Воно виникає при збудженні ядер атомів або елементарних частинок. Його джерелом є ядерні вибухи, розпад ядер радіоактивних речовин. Це проміння може іонізувати різні речовини, проходячи через великі товщі. Поширюється зі швидкістю світла.

Рентгенівське випромінювання – випромінювання, яке виникає в середовищі, яке оточує джерело бета – випромінювання, у прискорювачах електронів і є сукупністю гальмівного та характеристичного випромінювань, енергія фотонів яких не перевищує 1 МеВ. Характеристичним називають фотонне випромінювання з дискретним спектром, що виникає при зміні енергетичного стану атома.

Гальмівне випромінювання – це фотонне випромінювання, яке залежить від поглинання живою тканиною енергії та іонізації молекул, що виникає при цьому.

Альфа – випромінювання – це потік ядер гелію, що випромінюються речовиною при радіоактивному розпаді ядер з енергією, що не перевищує 2 - 8 мегаелектровольт (МеВ). Ці частинки мають високу іонізуючу та низьку проникну здатність.Швидкість 20000 км/с.

Бета – частинки – це потік електронів та протонів. Проникна здатність (2,5 см у живих тканинах і у повітрі – до 18 см) бета – частинок вища, а іонізуюча - нижча, ніж у альфа – частинок.Швидкість близька до швидкості світла.

Під час іонізації в організмі виникає збудження молекул клітин. Це зумовлює розрив молекулярних зв`язків та утворення нових хімічних зв`язків, не властивих здоровій тканині. Під впливом ІВ в організмі порушуються функції кровотворних органів, зростає крихкість та проникність судин, порушується діяльність шлунково-кишкового тракту, знижується опірність організму, він виснажується. Нормальні клітини перероджуються на злоякісні, виникають лейкози, променева хвороба.

Контакт з іонізуючим випромінюванням (ІВ) являє собою серйозну небезпеку для життя та здоров’я людини.

Розрізняють експозиційну, поглинуту та еквівалентну дози ІВ.

Ступінь іонізації повітря оцінюється за експозиційною дозою рентгенівського або гама – випромінювання.

Експозиційна доза (Х) – це повний заряд Q іонів одного знака, що виникають у малому об’ємі повітря при повному гальмувані всіх вторинних електронів, утворених фотонами до маси повітря m в цьому об’ємі:

Х =

Одницею вимірювання експозиційної дози є кулон на 1 кг (Кл/кг). Позасистемна одиниця – рентген (Р).

1 Р = 2,58 *10Кл/кг

Біологічна дія для ІВ на організм людини впершу чергу, залежить від поглинутої енергії випромінювання.

Поглинута доза випромінювання (Д) - це фізична величина, яка дорівнює співвідношенню середньої енергії, переданої випромінюванням речовині в деякому елементарному об’ємі, до маси речовини в ньому.

Д=Е/m,

де Е – енергія, Дж;

m – маса речовини, кг.

Одиниця вимірювання поглинутої зони - грей (Гр). Застосовується також позасистемна одиниця – рад.

1 рад = 0,01 Гр.

Однак поглинута доза не враховує того, що вплив однієї і тієї самої дози різних видів випромінювань на окремі органи і тканини неоднаковий. Наприклад, альфа – випромінювання спричиняє ефект іонізації майже у 20 разів більший, ніж бета- та гамма випромінювання. Для порівняння біологічної дії різних видів випромінювань НРБУ – 97 введено поняття еквівалентної дози в органі або тканині:

Н= Д*W,

де Д- поглинута доза в окремому органі або тканині;

W - радіаційний фактор, залежить від відносної біологічної ефективності ІВ.

Одиниця еквівалентної дози в системі СІ – зіверт (Зв). Позасистемна одиниця еквівалентної дози – бер – біологічний еквівалент рада.

1 Зв= 100 бер.

Одноразове опромінення дозою 25 – 50 бер зумовлює зворотні зміни крові. При 80 – 120 бер з`являються початкові ознаки променевої хвороби. Гостра променева хвороба виникає при дозі опромінення 270 – 300 бер.

Опромінення може бути внутрішнім, при проникненні радіоактивного ізотопа всередину організму, та зовнішнім; загальним (опромінення всього організму) та місцевим; хронічним (при дії протягом тривалого часу) та гострим ( одноразовий, короткочасний вплив).

Опромінювані особи поділяються на такі категорії згідно НРБУ - 97:

А – персонал – особи, які постійно або тимчасово працюють з джерелами ІВ;

Б – обмежена частина населення – особи, що не працюють безпосередньо з джерелами випромінювань, але за умовами проживання або розташування робочих місць можуть підлягати опроміненню;

В – населення області, країни.

За ступенем зниження чутливості до ІВ встановлено 3 групи критичних органів, опромінення яких спричиняє найбільший збиток здоров`ю:

І – все тіло та червоний кістковий мозок;

ІІ – щитовидна залоза, м`язи, жирова тканина, печінка, нирки, селезінка, шлунково – кишковий тракт, легені, кришталик очей;

ІІІ – шкіра, кістки, передпліччя, литки, стопи.

Оцінка радіаційного стану здійснюється за допомогою дозиметрів – різного виду і призначення, які можуть бути поділені на групи:

1. рентгенометри – це прилади, які виміряють потужність екпозиційної дози ІВ;

2. радіометри – прилади, які вимірюють щільність потоків ІВ (інтенсивність зовнішніх потоків бета – частинок, найтронів та інше);

3. індивідуальні дозиметри – прилади, які вимірюють експозиційну та погинуту дозу ІВ.

Вищеназвані прилади можуть бути стаціонарнии та переносними.

Дія дозиметричних приладів основана на вимірюванні току або електричного заряду на виході детектора, який дає інформацію про енергію, загублену ІВ. За величиною сумарного заряду (ефекту), накопиченому за визначений проміжок часу можна зробити висновки про величину дози (енергії випромінювання), а за величиною струму – про відповідне значення потужності дози.

Рис.10.3. Індивідульний дозіметр ДК – 0,2: 1 – захисне скло; 2 – окуляр;

3 – корпус дозиметра; 4-корпус іонізаційної камери; 5 – об’єктив; 6 – нитка електроскопа; 7 – ізолятор; 8 – мембрана; 9- рухомий контакт; 10 – шкала.

Комплект індивідуальних дозіметрів ДК – 0,2 використовується для вимірювання сумарної дози ретгенівського та гамма – випромінювань. Він складається із зарядного пристрію і кишеньвого дозиметра. Діапазон вимірювань ( в інтервалі енергій 0,2…2 МеВ) 0 – 0,2 Р при потужності дози не більше 600 мР/с. За зовнішнім виглядом дозиметр схожий на автоматичну ручку (довжина 115 мм, діаметр 15 мм, маса 23 г).