3.3. Радіація і життєдіяльність

Вплив іонізуючого випромінювання на організм людини було виявлено лише наприкінці XIX ст. з відкриттям французького вченого А. Беккереля. Пізніше П’єр і Марія Кюрі дослідили явища радіоактивності – спонтанного перетворення ядер атомів одних хімічних елементів у ядра інших, що супроводжується емісією частинок, або електромагнітним випромінюванням.

Поняття «іонізуюче випромінювання» об’єднує різноманітні за природою види випромінювання. Подібність їх полягає в тому, що всі зони мають високу енергію, властивість іонізувати і руйнувати біологічні об’єкти.

Розрізняють:

- природну радіоактивність, яка є результатом розпаду важких елементів, що існують у природі (урану, торію тощо), та кількох елементів середньої ваги, особливо калію, а також рубідію (бета-випромінювач). Разом з продуктами розпаду і радіонуклідами, утвореними при взаємодії космічного проміння з атмосферою, вони становлять природну радіоактивність;

- штучну радіоактивність, яка є результатом свідомої діяльності людини. Це випробування ядерної зброї (атмосферні, наземні і підземні вибухи), ядерні реактори, прискорювачі тощо. Штучна радіоактивність широко використовується в техніці, науці, медицині та інших галузях. Унаслідок цього, звичайно, поступово збільшується і радіаційний фон Землі.

Одиниці виміру радіації

Одиницями активності є кюрі (Кі), беккерель (Бк). Кюрі – це активність препарату, у якому відбувається 37 млрд розпадів за секунду. Вона відповідає випромінюванню 1 г радію за секунду. В Міжнародній системі одиниць (СІ) за одиницю радіоактивності прийнято беккерель (Бк), що відповідає одному розпаду за секунду для будь-якого радіонукліду (1 Бк = 2,7 · 10^–11 Кі).

Дія радіоактивного випромінювання. Щодо біологічних об’єктів (зокрема людини) вона вимірюється кількістю певної енергії, що призводить до руйнування біологічних структур. При проходженні через різні об’єкти випромінювання в результаті зіткнення з атомами (і атомними електронами) цей об’єкт втрачає частину (або всю) своєї енергії, що поглинається масою опромінюваного середовища.

Одиниця поглинутої дози випромінювання зветься грей (Гр, 1 Гр = Дж/кг). Це така кількість поглинутої дози, коли одним кілограмом опромінюваного зразка поглинається енергія в 1 джоуль. Існує ще спеціальна одиниця вимірювання поглинутої дози – рад (1 рад = 100 ерг/г = 1 · 10^–2 Гр). Потужність поглинутої дози визначається величиною рад/с.

Іноді для рентгенівського 1 гама-випромінювання використовують так звану експозиційну дозу, одиницею якої є рентген (Р). Можна вважати, що 1 Р = 1 рад = 0,01 Гр. Відповідно, потужність дози визначається величиною Р/год = 1000 мР/год = 10⁶ мкР/год.

Для оцінки впливу випромінювання на біологічні об’єкти використовують поняття еквівалентної дози, яка визначається в одиницях бер (біологічний еквівалент рада):

1 бер = 100 ерг/г/Q +1 · 10^–2 Дж/кг/Q + 0,01 Гр/Q = 0,01 Зв (при Q = 1).

Тут введено так званий коефіцієнт якості Q. Він ураховує, що при однаковій поглиненій дозі альфа-випромінювання значно небезпечніше, ніж бета- чи гамма-випромінювання. Отже, дозу треба помножити на коефіцієнт, що відображає здатність випромінювання даного виду пошкоджувати тканини організму. Альфа-випромінювання вважається при цьому в двадцять разів небезпечнішим, ніж інші види випромінювання. Перераховану таким способом дозу називають еквівалентною дозою. Її вимірюють у системі СІ одиницями, які називають зівертами (Зв). Потужність еквівалентної дози – Н – відношення прирощення еквівалентної дози dH за інтервал часу dt : H = dH/dt. Одиниця дози – 1 бер за 1 секунду (бер/с).

Слід також ураховувати, що різні частини тіла людини (органи, тканини) мають різну чутливість до опромінювання. Тому дози опромінювання органів і тканин також слід ураховувати з різними коефіцієнтами. Коефіцієнти радіаційного ризику для різних тканин (органів) людини внаслідок рівномірного опромінення всього тіла встановлені Міжнародною комісією з радіаційного захисту для вирахування ефективної дози і мають такі значення:

- 0,03 – кісткова тканина;

- 0,03 – щитовидна залоза;

- 0,12 – червоний кістковий мозок;

- 0,12– легені;

- 0,15 – молочні залози;

- 0,24 – яйники, або сім’яники;

- 0,30 – інші органи;

- 1,00 – організм в цілому.

Тому, якщо помножити еквівалентні дози на відповідні коефіцієнти і підсумувати їх щодо всіх органів, матимемо ефективну еквівалентну дозу. Вона показує сумарний ефект опромінювання для організму і також вимірюється в зівертах.

Оскільки періоди піврозпаду різних радіонуклідів мають широкий діапазон і деякі радіонукліди розпадаються дуже повільно (десятки, сотні, а то й тисячі років), то введене ще одне визначення – очікувана (повна) колективна ефективна еквівалентна доза. Так називають колективну ефективну дозу, яку одержує багато поколінь людей від радіоактивного джерела за весь час його існування.

Зовнішнє і внутрішнє опромінювання розрізняють стосовно різних джерел. Зовнішнє – це опромінювання, яке одержує біологічний об’єкт від зовнішніх джерел випромінювання. Внутрішнє – це результат опромінювання продуктами розпаду радіонуклідів, що потрапляють в організм людини чи тварини з їжею, повітрям при диханні, димом тощо.

Слід зазначити, що відразу після Чорнобильської аварії важко було визначити, яке опромінення найнебезпечніше. Проте в подальшому внутрішнє опромінення, власне, і визначає надходження радіонуклідів до організму, де вони, залежно від елемента, можуть осідати.

Залежно від розподілу в тканинах організму вирізняють такі радіонукліди:

- остеотропні, що накопичуюгься в кістках (стронцій, кальцій, барій, радій, ітрій, цирконій, плутоній);

- ті, що затримуються в печінці (до 60%) і скелеті (до 25%) – мерій, лантан, прометій; ті, що розподіляються рівномірно (тритій, вуглець, залізо, полоній, інертні благородні гази);

- ті, що залишаються в м’язах (калій, рубідій, цезій);

- селезінці та лімфатичних вузлах (ніобій, рутеній);

- щитовидній залозі (йод).

Радіоізотопи йоду в щитовидній залозі концентруються в 100–200 разів більше, ніж у інших тканинах і органах. Руйнування залози починається при дозі опромінення, що дорівнює 100 Гр.

Норми радіаційної безпеки

Систему дозових меж і принципи їх застосування наведено в нормах радіаційної безпеки (НРБУ–97, уведених в 1998 р.), де передбачено три категорії людей, які можуть бути опромінені:

1) А – персонал (люди, які постійно працюють в умовах опромінення);

2) Б – обмежена частина населення, яка безпосередньо не працює з опроміненням, але за умовами роботи або проживання може потрапити під дію опромінювання;

3) В – населення області, краю, країни.

Межа річного надходження (МРН) – допустимий рівень надходження радіонуклідів в організм для осіб категорій Б – це таке надходження радіонуклідів в організм упродовж року, яке за 70 наступних років створить у критичному органі максимальну еквівалентну кількість на рівні межі дози.

Межа дози (МД) – основна дозова межа для категорії Б – таке найбільше середнє значення індивідуальної еквівалентної дози за календарний рік, при якому рівномірне опромінення впродовж наступних 70 років не може призвести до неблагополучних змін у стані здоров’я, що можуть бути виявлені сучасними методами.

Гранично допустима доза (ГДД) – поняття, аналогічне МД, але для категорії А.

Критичний орган – тканина, орган або частина тіла, опромінення якої в умовах нерівномірного опромінення організму може заподіяти найбільшої шкоди здоров’ю даної особи. Залежно від цього розрізняють три групи критичних органів, а саме:

1. все тіло, гонади та червоний кістковий мозок;

2. м’язи, щитовидна залоза, жирові тканина, печінка, нирки, селезінка, шлунково-кишковий тракт, легені, кришталики ока та інші органи, крім тих, що належать до першої і третьої груп;

3. шкіряний покрив, кісткова тканина, кістки, передпліччя, гомілки, стопи. Одиниця дози – бер.

Поглинена доза Д – основна дозиметрична величина, що дорівнює відношенню середньої енергії, переданої іонізуючим випромінюванням речовини, до маси речовини. Одиниця дози Д рад (або Гр).

Основні дозові межі опромінення. Систему дозових меж і принципів їх застосування наведено в НРБУ-97, де передбачено три категорії людей, які ризикують зазнати опромінення (табл.3.1):

• категорія А – персонал, що професійно працює з радіоактивними речовинами;

• категорія Б – особи, що безпосередньо не працюють з радіоактивними речовинами, але за умовами розміщення їх робочих місць або проживання можуть потрапити під дію опромінювання;

• категорія В – інше населення країни.

Для категорії А введено поняття граничнодопустимої дози (ГДД).

Для категорії Б граничнодопустима доза (ГДД) – поняття, аналогічне межі дози.

Таблиця 3.1