Радиоактивные вещества. 2

Введение 

Насыщение окружающей среды радиоактивными веществами, происходящее последние несколько десятилетий, заслуживает особого внимания. Начало этому явлению положили испытания ядерного оружия. Среди радиоактивных веществ особое место занимает стронций-90, поступающий в организм человека вместе с кальцием и концентрирующийся в костях, что вызывает генетические аномалии, опухолевые заболевания и сокращение продолжительности жизни.

Несмотря  на очевидную опасность загрязнения  окружающей среды радиоактивными веществами, продолжаются испытания ядерного оружия, строится много атомных реакторов, представляющих большую опасность  при их авариях. И в США, и в  странах СНГ ежегодно случаются  тысячи неблагоприятных случаев  на производящих ядерное горючее  заводах и станциях, что оказывает  существенное влияние на качество окружающей среды. Наиболее трагичным примером является Чернобыль.

Большую опасность  по усилению загрязнения радиоактивными веществами окружающей среды представляет захоронение отходов. В силу ненадежного  захоронения отходов в Атлантике  западноевропейскими странами увеличилась  радиоактивность Тихоокеанского побережья  США, Северо-восточной Атлантики  и т.д. В морской воде повысилось содержание цезия-137 и стронция - 90. Особую тревогу вызывает появление в  окружающей среде плутония и америция.

Живые организмы  по-разному реагируют на содержание в системе радиоактивных веществ. Особенно много их накапливают морские  животные и водоросли. Например, некоторые  моллюски Тихого океана более чем  в 2000 раз радиоактивнее, чем вода океана. Содержание радиоактивных веществ в тканях протококковой водоросли Сценедесмус выше, чем в воде в 9000 раз. Много концентрируют радиоактивных веществ также диатомовые водоросли. Загрязнение воды радиоактивными веществами доходит до 40-60 км от места расположения загрязнителя в зависимости от его радиационной активности. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Радиоактивность

    Радиоактивность – способность некоторых атомных ядер самопроизвольно (спонтанно) превращаться в другие ядра с испусканием различных видов радиоактивных излучений и элементарных частиц.

    Радиоактивность подразделяют на: естественную (наблюдается у неустойчивых изотопов, существующих в природе) и искусственную (наблюдается у изотопов, полученных посредством ядерных реакций).

    Радиоактивное излучение разделяют на три типа:

• a-излучение – отклоняется электрическим и магнитными полями, обладает высокой ионизирующей способностью и малой проникающей способностью; представляет собой поток ядер гелия; заряд a-частицы равен +2е, а масса совпадает с массой ядра изотопа гелия ⁴₂Не.
• b-излучение – отклоняется электрическим и магнитным полями; его ионизирующая способность значительно меньше (приблизительно на два порядка), а проникающая способность гораздо больше, чем у a-частиц; представляет собой поток быстрых электронов.
• g-излучение – не отклоняется электрическим и магнитными полями, обладает относительно слабой ионизирующей способностью и очень большой проникающей способностью; представляет собой коротковолновое электромагнитное излучение с чрезвычайно малой длиной волны < 10^-10 м и вследствие этого – ярко выраженными корпускулярными свойствами, то есть является поток частиц – g-квантов (фотонов).

    Радиоактивные вещества обладают особыми специфическими свойствами, которые могут представлять опасность для здоровья человека.

    Большая опасность радиоактивного излучения  заключается в том, что оно  не обнаруживается органами чувств человека. Человек в течение долгого  времени может находиться под  действием опасной радиации, не испытывая  никаких явных неприятных ощущений. Это порождает беспечность, пренебрежение  требованиями охраны труда и, в конечном счете, приводит к тяжелым последствиям.

    Радиоактивное облучение организма человека может  быть внешним и внутренним. При  внешнем облучении, которое создается  закрытыми источниками, опасны излучения, обладающие большой проникающей  способностью. Внутреннее облучение  возможно, когда радиоактивное вещество попадает внутрь организма через  органы дыхания, поры кожи или места  ее повреждения, слизистые оболочки, желудочно-кишечный тракт. Внутреннее облучение действует в течение  всего времени нахождения радиоактивного вещества в организме. Поэтому наибольшую опасность представляют радиоактивные  изотопы с большим периодом полураспада  и интенсивным излучением, медленно выделяющиеся из организма или концентрирующиеся  в отдельных его органах.

    Биологическое действие радиоактивных излучений характеризуется ионизацией атомов и молекул организма, в результате чего происходит разрыв нормальных молекулярных связей и изменение химической структуры различных соединений. Это, в свою очередь, ведет к нарушению нормальных биохимических процессов обмена веществ в живых клетках. Лучевое воздействие большой силы и продолжительности может вызвать гибель отдельных клеток, органов, а впоследствии и всего организма.

    Дозиметр  — устройство для измерения дозы или мощности дозы ионизирующего излучения, полученной прибором за некоторый промежуток времени, например, за период нахождения на некоторой территории или за рабочую смену. Измерение описанных величин называется дозиметрией. 
 
 
 

    Измерение радиоактивности 

    Радиоактивность измеряется в беккерелях (Бк), что соответствует одному распаду в секунду. Содержание радиоактивности в веществе также часто оценивают на единицу веса — Бк/кг, или объема — Бк/куб. м.

Единица измерения  эквивалентной дозы – бэр (биологический  эквивалент рентгена) и его дольные  единицы: миллибэр (мбэр), микробэр ( мкбэр) и т.д., 1 бэр = 0,01 Дж/кг-1

Единица измерения  эквивалентной дозы в системе СИ – зиверт, Зв.

    1 Зв=1Дж/кг^-1= 100 бэр.

Единица поглощенной  дозы в системе СИ – грей, Гр, 1Гр=100рад=1Дж/кг-1.

Мерой воздействия  ионизирующего излучения является экспозиционная доза и измеряется она  в Рентгенах (Р) и его производных (млР, мкР), а количественную сторону его характеризует мощность экспозиционной дозы,, которая измеряется в Рентгенах/сек (Р/сек.) и его производных (млР/час, мкР/час, мкР/сек).

    Количество радиоактивного вещества принято оценивать его активностью, под которой понимают количество радиоактивных распадов ядер атомов за единицу времени (распад в секунду). За единицу активности принято кюри, названная по фамилии Марии Кюри — польской ученой, открывшей искусственную радиоактивность. Кюри — это такое количество радиоактивного вещества, в котором происходит 37 млрд. распадов ядер атомов за секунду:

    1 кюри (Ки) = 3,7 ∙ 10¹⁰ расп./с. 
 

Биологическое действие ионизирующих излучений 

            Жизнь на Земле возникла и  развивалась на фоне ионизирующей  радиации. Поэтому биологическое  действие её не является каким-то  новым раздражителем в пределах  естественного радиационного фона. Радиационный фон Земли складывается  из излучения, обусловленного  космическим излучением, и излучения  от рассеянных в Земной коре, воздухе, воде, теле человека и  других объектах внешней среды  природных радионуклидов. Основной  вклад в дозу облучения вносят  ⁴⁰К, ²³⁸U, ²³²Th вместе с продуктами распада урана и тория. В среднем доза фонового (внешнего и внутреннего) облучения человека составляет 1 мЗв/год. В отдельных районах с высоким содержанием природных радионуклидов это значение может достигать 10 мЗв и более. Считают, что часть наследственных изменений и мутаций у животных и растений связана с радиационным фоном.

            В основе повреждающего действия  ионизирующих излучений лежит  комплекс взаимосвязанных процессов.  Ионизация и возбуждение атомов  и молекул дают начало образованию  высокоактивных радикалов, вступающих  в последующем в реакции с  различными биологическими структурами  клеток. В повреждающем действии  радиации важное значение имеют возможный разрыв связей в молекулах за счет непосредственного действия радиации и внутри- и межмолекулярной передачи энергии возбуждения. Физико-химические процессы, протекающие на начальных этапах, принято считать первичными – пусковыми. В последующем развитие лучевого поражения проявляется в нарушении обмена веществ с изменением соответствующих функций органов. Малодифференцированные, молодые и растущие клетки наиболее радиочувствительные.

            Животные и растительные организмы  характеризуются различной радиочувствительностью, причины, которой до сих пор полностью ещё не выяснены. Как правило, наименее чувствительны одноклеточные растения, животные и бактерии, а наиболее чувствительны – млекопитающие животные и человек. Различие в чувствительности к радиации имеет место у отдельных особей одного и того же вида.  Она зависит от физиологического состояния организма, условий его существования и индивидуальных особенностей. Более чувствительны к облучению новорожденные и старые особи. Различного рода заболевания, воздействие других вредных факторов отрицательно сказывается на течении радиационных повреждений.

            Изменения, развивающиеся в органах  и тканях облучённого организма,  называют соматическими. Различают  ранние соматические эффекты,  для которых характерна чёткая  дозовая зависимость, и поздние  – к которым относят повышение  риска развития опухолей (лейкозов), укорочение продолжительности жизни  и разного рода нарушения функции  органов. Специфических новообразований,  присущих только ионизирующей  радиации, нет. Существует тесная  связь между дозой, выходом  опухолей и длительностью латентного  периода. С уменьшением дозы  частота опухолей падает, а латентный  период увеличивается.

            В отдалённые сроки могут наблюдаться  и генетические (врождённые уродства, нарушения, передающиеся по наследству), повреждения, которые наряду с  опухолевыми эффектами являются  стохастическими. В основе генетических  эффектов облучения лежит повреждение  клеточных структур, ведающих наследственностью  – половых яичников и семенников.

            Промежуточное место между соматическими  и генетическими повреждениями  занимают эмбриотоксические эффекты -  пороки развития – последствия облучения плода. Плод весьма чувствителен к облучению, особенно в период органогенеза (на 4-12 неделях беременности у человека). Особенно чувствительным является мозг плода (в этот период происходит формирование коры).

            Эффект облучения, как было  сказано, зависит от величины  поглощённой дозы и пространственно-временного  распределения её в организме.  Облучение может вызвать повреждения  от не значительных, не дающих клинической картины, до смертельных. Однократное острое, пролонгированное, дробное, хроническое облучение в дозе, отличной от нуля, по современным представлениям, может увеличить риск отдалённых стохастических эффектов – рака и генетических нарушений. Риск и ожидаемое число смертей от опухолей и наследственных дефектов в результате облучения: 

             Критический орган                                Заболевани                   Риск, 10^-2Зв^-1          Число случаев, 10⁴ чел. -Зв

Всё тело, красный  костный мозг   Лейкемия                       0,2                              20

Щитовидная  железа                 Рак щитовидной железы               0,05                               5

Молочная  железа                 Рак молочной железы                  0,25                              25

Скелет                            Опухоли костной ткани        0,05                                5

Лёгкие                                     Опухоли лёгких                       0,2                              20

Все остальные  органы и ткани Опухоли других органов               0,5                               50

Все органы и ткани             Все злокачественные опухоли          1,25                              125

Половые железы                Наследственные дефекты              0,4                                            40

Всего                                                                                                   1,65                                        165 
 
 

Радиоактивное заражение местности 

     Радиоактивное заражение местности  возникает  в  результате  выпадения радиоактивных  веществ из  облака  ядерного  взрыва.  Это  фактор  поражения, обладающий наиболее продолжительным  действием (десятки лет), действующий  на огромной площади.

Излучение выпадающих радиоактивных веществ  состоит из альфа-, бета-  и гамма-лучей. Наиболее опасными являются бета- и гамма-лучи. При ядерном  взрыве  образуется  облако,  которое  может  переноситься ветром. Выпадение радиоактивных веществ происходит в первые  10-20  ч  после взрыва. Масштабы  и  степень  заражения  зависят  от   характеристик   взрыва, поверхности, метеорологических условий.

     Обычно, зона радиоактивного следа имеет  форму эллипса, и масштабы радиационного  заражения  уменьшаются  по  мере  удаления  от  конца  эллипса,  в котором произошел взрыв.

     В зависимости от степени заражения  и возможных  последствий внешнего  облучения  выделяют  зоны   умеренного,   сильного,   опасного и чрезвычайно опасного заражения. Поражающим  действием  обладают  в  основном  бета-частицы и   гамма-облучение.  Особенно опасным является попадание радиоактивных веществ  внутрь организма.

     Основной  способ защиты населения - изоляция  от  внешнего  воздействия излучений и исключение попадания радиоактивных  веществ  внутрь  организма. Целесообразно укрытие людей в убежищах  и  противорадиационных  укрытиях,  а также  в  зданиях,  чья  конструкция  ослабляет  действие   гамма-излучения. Применяются также средства индивидуальной защиты. 

Характеристика  зон заражения 

   Зона  умеренного заражения (зона А)

   Экспозиционная  доза излучения за время полного  распада (Д) колеблется от 40 до 400 Р. Уровень  радиации на внешней границе зоны через 1  час  после взрыва - 8 Р/ч: через 10 ч. - 0,5 Р/ч. В зоне  А  работы  на  объектах,  как правило, не прекращаются. Работы  на  открытой  местности,  расположенной в середине зоны или у ее  внутренней  границы,  должны  быть  прекращены  на несколько часов. Обозначается она синим цветом.

   Зона  сильного заражения (зона Б)

   Экспозиционная  доза излучения за время полного  распада (Д) колеблется от 400 до 1200 Р. Уровень  радиации на  внешней  границе  зоны  через  1  час после  взрыва - 80 Р/ч: через 10 ч. - 5 Р/ч. В зоне  Б работы  на  объектах прекращаются  до  1суток,  рабочие и   служащие   укрываются   в   защитных сооружениях ГО,  подвалах  или иных  защитных  сооружениях..  Обозначается зеленым цветом.

   Зона  опасного заражения (зона В)

   Экспозиционная  доза излучения за время полного  распада (Д) составляет 1200 Р. На внутренней границе - 4000 Р. Уровень радиации на внешней  границе зоны через 1 час  после взрыва - 240 Р/ч: через 10 ч. -  15  Р/ч.  В  зоне  В  работы на объектах прекращаются от  1  до  3-4  суток,  рабочие и служащие укрываются в защитных сооружениях ГО. Обозначается красным цветом.

   Зона  чрезвычайно опасного заражения (зона Г)

   Экспозиционная  доза излучения за время полного  распада (Д) составляет 4000 Р. Уровень  радиации через 1 час после взрыва - 800 Р/ч: через 10  ч.  - 50 Р/ч. В зоне Г работы на объектах прекращаются на четверо и более суток, рабочие и служащие  укрываются  в защитных  сооружениях ГО.  Обозначается черным цветом. 

Противорадиационная защита населения. Медицинская  профилактика и оказание первой помощи при  радиационных поражениях 

            Противорадиационная  защита населения  включает:

• оповещение о радиационной опасности;
• использование коллективных и индивидуальных средств защиты;
• соблюдение режима поведения населения на зараженной радиоактивными веществами территории;
• защиту продуктов питания и воды от радиоактивного заражения;
• использование медицинских средств индивидуальной защиты;
• определение уровней заражения территории;
• дозиметрический контроль за облучением населения и экспертизу заражения радиоактивными веществами продуктов питания и воды.

            По сигналам оповещения Гражданской  обороны «Радиационная опасность»  население должно укрыться в защитных сооружениях, они существенно (в несколько раз) ослабляют действие проникающей радиации.

     Из-за опасности получить радиационное поражение  нельзя приступать к оказанию первой медицинской помощи населению при  наличии на местности высоких  уровней радиации. В этих условиях большое значение имеет оказание само- и взаимопомощи самим пострадавшим населением, строгое соблюдение правил поведения на заражённой территории.

       На территории, заражённой радиоактивными веществами, нельзя принимать пищу, пить воду из заражённых водоисточников, ложиться на землю. Порядок приготовления пищи и питания населения определяется органами Гражданской обороны с учётом уровней радиоактивного заражения местности.

            При оказании первой медицинской помощи на территории с радиоактивным заражением в очагах ядерного поражения, в первую очередь, следует выполнять те мероприятия, от которых зависит сохранение жизни поражённого. Затем необходимо устранить или уменьшить внешнее гамма-облучение, для чего используются защитные сооружения: убежища, заглублённые помещения, кирпичные, бетонные и другие здания. Чтобы предотвратить дальнейшее воздействие радиоактивных веществ на кожу и слизистые оболочки, проводят частичную санитарную обработку и частичную дезактивацию одежды и обуви. Частичная санитарная обработка проводится путём обмывания чистой водой или обтирания влажными тампонами открытых участков кожи. Поражённому промывают глаза, дают прополоскать рот. Затем, надев на поражённого респиратор, ватно-маревую повязку или закрыв его рот и нос полотенцем, платком, шарфом, проводят частичную дезактивацию его одежды. При этом учитывают направление ветра, чтобы обмётываемая с одежды пыль не попадала на других.

            При попадании радиоактивных  веществ внутрь организма промывают  желудок, дают адсорбирующие вещества (активированный уголь). При появлении  тошноты принимают противорвотное средство из аптечки индивидуальной (АИ-2). В целях профилактики инфекционных заболеваний, которым становиться подвержен облучённый, рекомендуется принимать противобактериальные средства.

    Меры  защиты:

    · предохранить органы дыхания средствами защиты — противогазом, респиратором, а при их отсутствии — ватно-марлевой повязкой, шарфом, полотенцем, смоченными водой;

    · закрыть окна и двери, отключить  вентиляцию, включить радио, радиоточку, телевизор и ждать дальнейших указаний;

    · укрыть продукты питания в полиэтиленовых мешках;

    · сделать запас воды в емкостях с плотно прилегающими крышками;

    · продукты и воду поместить в холодильник, шкафы, кладовки;

    · не употреблять в пищу овощи, фрукты, воду, заготовленные после аварии;

    · строго соблюдать правила личной гигиены;

    · приготовиться к возможной эвакуации.

    · собрать документы, деньги, продукты, лекарства, средства индивидуальной защиты;

    · укрыться при поступлении команды  в ближайшем защитном сооружении. 

Источники излучения 

            Ядерные взрывы, выбросы радионуклидов  предприятиями ядерной энергетики  и широкое использование источников  ионизирующих излучений в различных  отраслях промышленности, сельском  хозяйстве, медицине и научных  исследованиях привели к глобальному  повышению облучения населения  Земли. К естественному облучению  прибавились антропогенные источники  внешнего и внутреннего облучения.

            При ядерных взрывах в окружающую  среду поступают радионуклиды  деления, наведенной активности  и не разделившаяся часть заряда (уран, плутоний). Наведенная активность наступает при захвате нейтронов ядрами атомов элементов, находящихся в конструкции изделия, воздухе, почве и воде. По характеру излучения все радионуклиды деления и наведенной активности относят к b- или g-излучателям.

            Выпадения подразделяются на  местные и глобальные (тропосферные  и стратосферные). Местные выпадения,  которые могут включать свыше  50% образовавшихся радиоактивных  веществ при наземных взрывах,  представляют собой крупные аэрозольные  частицы, выпадающие на расстоянии  около 100 км от места взрыва. Глобальные выпадения обусловлены  мелкодисперсными аэрозольными  частицами. Наибольшую потенциальную  опасность в них представляют  такие долгоживущие и биологически  опасные радионуклиды как ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr.

            Радионуклиды, выпавшие на поверхность  земли, становятся источником  длительного облучения.

            Воздействие на человека радиоактивных  выпадений включает внешнее g-, b-облучение за счёт радионуклидов,  присутствующих в приземном воздухе  и выпавших на поверхность  земли, контактное в результате  загрязнения кожных покровов  и одежды и внутреннее от  поступивших в организм радионуклидов  с вдыхаемым воздухом и загрязнённой  пищей и водой. Критическим  радионуклидом в начальный период  является радиоактивный йод, а  в последующем ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr.

Йод

            Природный изотоп йода –  ¹²⁷I. Известны радиоактивные изотопы с массовыми числами 115-126, 128-141. Практическое значение имеют ¹²⁵I, ¹²⁹I, ¹³¹I, ¹³²I, ¹³³I. Применяется в физической химии, биологии и медицине. Особенно широко применяются в медицине для целей диагностики и лечения ¹³¹I и ¹²⁵I.

            Йод характеризуется высокой  миграционной способностью. Поступая  во внешнюю среду и включаясь  в биологические цепи миграции, он становится источником внешнего  и внутреннего облучения. Радиоактивные  изотопы йода могут поступать  в организм человека через  органы пищеварения, дыхания,  кожу, раневые и ожоговые поверхности.  Основными цепочками являются: растения-человек;  растение-животное-молоко-человек;  растения-животное-мясо-человек; растения-птица-яйцо-человек;  вода-гидробионты-человек. Особенное  значение, как источник поступления  в организм человека, могут иметь  продукты питания растительного  происхождения, особенно молоко, свежие молочные продукты и  листовые овощи.

    Поступивший в организм радиоактивный йод  быстро всасывается в кровь и  лимфу. В течение первого часа в верхнем отделе тонкого кишечника  всасывается 80-90 %. Органы и ткани  по концентрации йода образуют убывающий  ряд: щитовидная железа, почки, печень, мышцы, кости. Накопление ¹³¹I в щитовидной железе протекает быстро: через 2 - 6 часов после поступления радионуклида составляет 5-10 и 15-20 % соответственно, через сутки – 25-30 % введённого количества. При гипертиреозе накопление йода в железе протекает быстрее и через сутки достигает 80-70 %. При гипотиреозе, напротив, накопление радионуклида замедляется и составляет лишь 5-10 %. В нормально функционирующей железе свыше 90 % йода связано с белками. Основным путём выведения йода из организма является почки.

    Острые  радиационные поражения ¹³¹I тяжёлой, средней и лёгкой степени можно ожидать при пероральном поступлении в организм следующих количеств:

    Тяжесть поражения    Количество ¹⁸¹I, МБк/кг

                                                     крыса         собака                    человек

    тяжёлая                         1850             185                    55

    средняя                          550              55                    18

    лёгкая                                       185              18                     5

    При поступлении меньших количеств  ¹³¹I отмечается нарушение функции щитовидной железы, а также незначительные изменения в картине крови и некоторых показателей обмена и иммунитета. Облучение щитовидной железы в дозах порядка десятков грей вызывает снижение её функциональной активности с частичным восстановлением в ближайшие месяцы и возможным последующим новым снижением. При дозе несколько грей выявлено повышение функциональной активности железы в ближайший период, которое может сменяться состоянием гипофункции. Функциональные нарушения проявляются не только уменьшением секреции гормонов, но и снижением их биологической активности. Повреждение железы связывают не только с непосредственным действием радиации на тироидный эпителий, но и повреждение сосудов и особенно радио-иммунными нарушениями.