Кроме угрозы ядерной катастрофы открытия и практическое использование ядерной энергии породило много других проблем. Одной из важнейших проблем является возможность дополнительного облучения населения Земли.
Если в течение тысячелетий на все живые организмы действовал только естественный радиационный фон и все живое на Земле приспособилось к его обычного уровня, то в недалеком будущем возникнет реальная угроза многократного его увеличения вследствие деятельности человека. Уже сегодня из-за загрязнения атмосферы и почвы радиоактивными продуктами экспериментальных ядерных взрывов и атомной энергетики, широкое развитие медицинской диагностики и лучевого лечения, использование новых строительных материалов облучения человека от естественных и искусственных источников радиации увеличилось более чем вдвое.
Если до аварии на Чернобыльской АЭС слово «радиация» еще было абстрактным понятием для широких слоев населения и для многих специалистов различных отраслей, то теперь оно приобрело реального и повседневного значение. Поэтому целесообразно остановиться на влиянии ионизирующего излучения на живой организм.
Основной величиной в дозиметрии для предсказания или оценки радиационного эффекта, в частности радиобиологического, ныне поглощенная доза излучения - энергия, которую поглощает единица массы облученного вещества. До недавнего времени единицей излучения поглощенной дозы был рад. В СИ единицей излучения поглощенной дозы является грей (Гр). Она равна поглощенной энергии в 1 джоуль один килограмм вещества. Единицы излучения связаны между собой соотношением: 1 Гр = 1 Дж / кг = 100 рад.
Результаты многочисленных исследований подтвердили отличие эффектов облучения от различных видов и продолжительности действия ионизирующего излучений. Это обусловило введение нового понятия - эквивалентная доза излучения. Для расчета эквивалентной дозы излучения с различной йонизацийною способностью и соответственно разной относительной биологической эффективностью нормами радиационной безопасности установлен специальный коэффициент качества излучения для каждого вида ионизирующего излучения, который характеризуется средним значением линейной передачи энергии. Поскольку коэффициент К является безразмерным, то эквивалентная доза в СИ выражается в тех же единицах, что и поглощенная. Единицей эквивалентной дозы является зиверт. 1 зиверт (Зв) - это доза любого вида ионизирующего излучения, которая вызывает такую же биологическое действие, как и доза рентгеновского или гамма-излучения 1 Гр.
Мощность поглощенной (или эквивалентной) дозы равна поглощенной (или эквивалентной) дозе в единицу времени, например в секунду (с) или за час (год). Для измерения мощности дозы излучения пользуются такими единицами: микроЗиверт в час (мкЗв / ч), мг в минуту (мГр / мин), мг в секунду (мГр / с) и др..
Для количественной характеристики внешнего рентгеновского или у-излучения пользуются понятием «экспозиционная доза излучения *. Экспозиционная доза излучения Dq является мерой йо-низации воздуха рентгеновским или у-излучением. Рентген - доза излучения, под действием которой в 1 см3 воздуха при нормальных температур и давления образуются ионы, несущие заряд в одну единицу электричества каждого знака. 1 рентген (Р) равна 2,58-10 Кл / кг, его производные - миллирентген (10 ~ 3 Р) и микрорент-ген (10 ~ 6 Р). Мощность экспозиционной дозы - это доза рентгеновского или гамма-излучения в единицу времени, например миллирентген в час (мР / ч).
Поскольку облучения человека почти всегда неравномерно, то введено еще одно понятие - эффективная эквивалентная доза, позволяющей учитывать риск облучения отдельных органов или тканей по сравнению с риском облучения всего тела. Этот показатель используется для противорадиационной защиты лиц, профессиональная деятельность которых связана с ионизирующего излучением. В результате действия ионизирующего излучения на организм человека в его тканях могут произойти сложные физические, химические и биологические процессы. Известно, что биологическая ткань на 60 ... 70% по массе состоит из воды. Под воздействием кислорода образуются также свободный радикал надпер-оксида (Н02) и пероксид водорода (Н202), которые являются сильными окислителями.
Свободные радикалы и окислители, возникающие в процессе радиолиза воды, характеризуются высокой химической активностью, вступают в химические реакции с молекулами белка, ферментов и других структурных элементов биологической ткани, изменяет биохимические процессы в организме. В результате нарушаются обменные процессы, подавляется активность ферментных систем, замедляется и прекращается рост тканей, возникают новые химические соединения, не свойственные организму, - токсины. Это может привести к нарушению жизнедеятельности отдельных функций систем или организма в целом.
Индуцированные свободными радикалами химические реакции развиваются с большим выходом, вовлекая в этот процесс многие сотни и тысячи молекул, не пораженных излучением. В этом состоит специфика действия ионизирующего излучения на биологические объекты, т.е. вызванный им эффект обусловлен не столько количеством поглощенной энергии облученным объектом, сколько той форме, в которой эта энергия передается. Никакой другой вид энергии (тепловая, электрическая и др..), Которая поглощается биологическим объектом в том же количестве, не приводит к таким изменениям, которые вызывает йонизацийне излучения. Итак, в зависимости от поглощенной дозы излучения и индивидуальных особенностей организма эти изменения могут быть обратимыми или необратимыми. При небольших дозах пораженная ткань восстанавливает свою функциональную деятельность. Большие дозы при длительном воздействии могут вызвать поражение отдельных органов или всего организма.
Биологический эффект йонизацийного излучения зависит от суммарной дозы и длительности воздействия излучения, вида излучения, размеров облученной поверхности и индивидуальных особенностей организма.
В связи с существенными различиями индивидуальной чувствительности к облучению для характеристики относительной чувствительности было взято более воспроизводимой на опыте величину - так называемую напивлетальну (от лат, letalis - смертельный) поглотительную дозу, которая приводит к гибели 50% облученных животных в тридцятидобовий срок наблюдения. В табл. 17.2 приведены значения напивлетальнои по-глинальнои дозы некоторых живых организмов - от одноклеточных до млекопитающих, характеризующих видовую чувствительность к облучению.
Поглощенная доза излучения, которая вызывает поражение отдельных частей тела, а затем смерть, превышает смертельную дозу облучения всего тела. Смертельные поглощающие дозы для отдельных частей тела следующие, Гр: председатель - 20, нижняя часть живота - ЗО, верхняя часть живота - 50, грудная клетка - 100, конечности - 200.
Важным фактором для действия ионизирующего излучения на организм является время облучения. С увеличением мощности дозы ура-жальна действие излучения возрастает. Чем непрерывного излучения со временем, тем меньше его поражающих действие.
Внешнее облучение a-, a также ?-частицами менее опасно. Они имеют небольшой пробег в ткани и не достигают кроветворных и других внутренних органов. При внешнем облучении следует учитывать нейтронное и у-облучения, которые проникают в ткани на большую глубину и разрушают их. Степень поражения организма зависит от размера облученной поверхности. С уменьшением облученной поверхности уменьшается и биологический эффект.
Радиоактивные вещества могут попасть внутрь организма при вдыхании воздуха, зараженного радиоактивными элементами, с зараженными продуктами или водой и, наконец, через кожу, а также через открытые раны.
Попадания твердых частиц в дыхательные органы зависит от дисперсности частиц. Исходя из опытов над животными, установлено, что в легких может оставаться только незначительная часть твердых частиц. Крупные частицы размерами более 5 мкм почти все задерживаются носовой полостью.
Если радионуклиды, попадающие внутрь организма, однотипные с элементами, которые человек употребляет с пищей (натрий, хлор, калий и др.)., То они не задерживаются долго в организме, а выводятся вместе с ними.
Инертные радиоактивные газы (аргон, ксенон, криптон и др.)., Попавших через легкие в кровь, являются соединениями, входящими в состав ткани. Поэтому они через определенное время полностью выводятся из организма.
Некоторые радиоактивные вещества, попадая в организм, распределяются в нем почти равномерно, другие концентрируются в отдельных внутренних органах. Так, в костных тканях откладываются источника а-излучения - радий, уран, плутоний; ?-излучения ния - стронций и иттрий; у-излучения - цирконий. Эти элементы химически не связанные с костной тканью, и их очень трудно выводить из организма. Длительное время содержатся в организме также элементы с большим атомным номером (полоний, уран и др.).. Элементы, образующие в организме легкорастворимые соли и накапливаются в мягких тканях, легко выводятся из организма.
При воздействии ионизирующего излучений с низкой линейной передачей энергии (у-, ?-излучения, рентгеновское излучение) низкими дозами считают дозы, меньше 2 Гр, промежуточными - 0,2 ... 1,5 Гр, высокими -1,5 .. .3,5 Гр, очень высокими - более 3,5 Гр. При действии излучений с высокой линейной передачей энергии (а-час-тинки, нейтроны), относительная биологическая эффективность в 10 ... 20 раз выше, верхняя граница поглощающих доз соответственно снижается.
При оценке радиационной безопасности населения за малые дозы йо-низуючого излучения принимают уровень естественного радиоактивного фона. В настоящее время установлено, что любые, даже самые маленькие, дозы ионизируют чего-либо излучения способны оказывать биологическое действие. Ионизирующего излучения, действуя на ядра и хромосомы клетки, способствует изменению генетической информации, касается основных наследственных функций организма.
Различные биологические объекты характеризуются уровнем радиочувствительности. Например, некоторые простейшие организмы, бактерии и вирусы, способные переносить огромные дозы радиации - 1000 ... 10 000 Гр и при этом сохраняют свою жизнеспособность (табл. 17.3). Намного меньше устойчивость к ионизирующего излучений у человека. Анализ несчастных случаев показывает, что опасная доза внешнего у-излу-нювання для человека составляет (6 ± 1) Контакты, а непосредственные вредные эффекты облучения не развиваются при дозах, меньших 1 Зв кратковременного облучения, что видно из табл. 17.3.
Следовательно, дозы, которые воспринимает человеческий организм от естественного радиационного фона, в тысячи раз меньше, чем смертельная доза ионизирующего излучения для человека.
Учитывая широкое использование ядерной энергии на практике, проблемы влияния ионизирующего излучения на здоровье человека и живые организмы в целом будут актуальными еще достаточно долго.