Радиоактивность, понятие о единицах радиоактивности
Биологическое действие на организм человека
Биологическое воздействие ИИ (острого, хронического, большими и малыми дозами) на организм человека заключается в возможности возникновения двух видов эффектов, которые клинической медициной относятся к болезням:
1) детерминированные пороговые эффекты (лучевая болезнь, лучевой ожог, лучевая катаракта, лучевое бесплодие, аномалии в развитии плода). Они возникают под влиянием достаточно больших доз ИИ;
2) стохастические (вероятностные) беспороговые эффекты (злокачественные опухоли, лейкозы, наследственные болезни). Их возникновение связывают как раз с воздействием малых доз ИИ, которые чаще всего применяются при медицинских радиологических процедурах.
Начальным этапом биологического действия ионизирующего излучения является ионизация среды и поглощение энергии клеткой.
В результате этого атомы живой материи приобретают большую химическую активность и в клетках происходят значительные морфологические изменения, которые в зависимости от дозы облучения могут быть необратимыми и привести к гибели клетки.
Заболевание, возникающее от ионизирующих излучений, называют лучевой болезнью. Она может проявляться в острой и хронической формах. Большую опасность представляют отдаленные соматические и генетические последствия лучевых поражений.
У работающих с радиоактивными веществами наблюдаются лучевые поражения зубов и слизистой оболочки полости рта. Развивается лучевой кариес, выраженная кровоточивость десен, высыпание афт на слизистой оболочке, которая становится шероховатой и сухой. В США описаны случаи тяжелого заболевания челюстей среди работниц фабрики светящихся цифер-блатов, которые в процессе работы систематически облизывали кисточки. Заболевание начиналось с воспаления десен, затем появлялись зубные боли, отмечалось расшатывание и выпадение зубов, разрушение челюстных костей, образование опухолей.
При биологическом воздействии радиации возникает радиобиологический парадокс, суть которого состоит в крайнем несоответствии между ничтожной величиной поглощенной энергии ИИ и крайней степенью выраженности реакций живых объектов, вплоть до летального исхода.
Например: доза в 1000 бэр убивает всех млекопитающих (чем более низкой организации живое существо, тем смертельная доза должна быть больше). Что же собой представляет эта доза, вызывающая гибель животного? Велика она или мала?
▲ Если выразить эту величину в единицах измерения тепловой энергии, то оказывается, что ее хватит только на то, чтобы нагреть организм на 0,0010, т.е. она меньше, чем от стакана выпитого горячего чая!
▲ Если выразить эту величину в единицах механической энергии, то окажется, что ее хватит только на то, чтобы поднять глазное веко!
Эта загадка радиобиологии еще ждет своего решения.
Основные понятия, определения, терминология, в радиационной гигиене
Из курса физики, известно, что источниками ионизирующего излучения, т.е. излучения, способного вызывать эффект образования ионов разного знака при поглощении в веществе, авляются альфа- и бета-частицы, нейтроны (корпускулярное излучение), рентгеновское и гамма-излучение (электромагнитное излучение).
ИИ – это излучения, вызывающие при взаимодействии с веществом ионизацию и возбуждение его атомов и молекул
Альфа-излучение — ИИ, состоящее из альфа-частиц (ядер гелия — 2 протона и 2 нейтрона), испускаемое при ядерных превращениях.
Бета-излучение — электронное и позитронное (позитрон–подобно электрону, но с положительным знаком) ИИ, испускаемое при ядерных превращениях.
Гамма-излучение — фотонное (электромагнитное) ИИ, испускаемое при ядерных превращениях и аннигиляции частиц.
Рентгеновское излучение — совокупность тормозного (возникает при торможении в электрическом поле атомных ядер ускоренных заряженных частиц, обычно электронов) и характеристического (возникает при переходе электрона с одной из внешних орбит на вакантное место, образовавшееся на внутренней орбите) фотонного излучений, генерируемых рентгеновскими аппаратами.
Для качественной характеристики различных видов ИИ используют следующие показатели:
- Длина пробега излучения — расстояние, выражаемое в единицах длины, которое преодолевает квант или частица в данном веществе.
- Линейная плотность ионизации — число пар ионов, создаваемых квантом или частицей на единицу длины.
Энергия излучения — энергия отдельной частицы данного излучения, измеренная в электро-вольтах (эВ), килоэлектро-вольтах (кэВ) и мегаэлектро-вольтах (МэВ).
Электро-вольт — энергия, приобретаемая электроном при прохождении электрического поля с разностью потенциалов в 1 В.
По этим показателям виды излучения характеризуются следующим образом:
альфа-лучи — длина пробега в воздухе составляет всего несколько сантиметров, а в твердом веществе — микроны, и поэтому они обладают малой проникающей способностью, зато их ионизирующая способность составляет десятки тысяч пар ионов на 1 см пробега в воздухе, в веществе она также высока;
бета-лучи — длина пробега в воздухе достигает нескольких метров, ионизирующая способность — сотни пар ионов на 1 см пробега;
гамма- и рентгеновские лучи — обладают большой проникающей способностью (длина пробега составляет сотни метров) и малой ионизирующей способностью — их линейная плотность ионизации составляет от нескольких пар до десятков пар ионов на 1 см пробега в воздухе.
Радиоактивность, понятие о единицах радиоактивности
Радиоактивность — самопроизвольный процесс превращения атомных ядер с изменением их заряда, массы и энергетического состояния.
Этим свойством обладают радиоактивные вещества (РВ), или радионуклиды, которые самопроизвольно превращаются в другие элементы с испусканием альфа- и бета-частиц или гамма-лучей.
Различают природные РВ и искусственные изотопы, важнейшей характеристикой которых является период полураспада — время, в течение которого число ядер данного радионуклида в результате самопроизвольных ядерных превращений уменьшается в 2 раза. Для каждого РВ Т 1/2 величина неизменная: Т 1/2= const.
Пример: Т1/2 137цезия =30 лет, т.е. через 30 лет от 1 г цезия останется 0,5 г, еще чрез 30 лет – 0,25 г и т.д.
Природные элементы имеют период полураспада 10 лет и более (238U, 232Th, 40К, 48К и др.).
Изотопы (элементы с одинаковым зарядом ядра – числом протонов, но с разным числом нейтронов) создаются атомной промышленностью или образуются при ядерных взрывах и авариях на АЭС (90Sr, 60Co, 137Cs, 131 I и др.), период полураспада которых может быть от долей секунды до нескольких суток и лет.
В зависимости от периода полураспада различают коротко- и длительноживущие радионуклиды. Этот показатель определяет и активность радионуклидов.
Активность радионуклида в источнике — количество самопроизвольных ядерных превращений в этом источнике в единицу времени.
Единицы активности — кюри и беккерель:
1 кюри (Ки) — 3,7 х 1010 ядерных превращений в секунду. Так как это очень большая величина, чаще используют долевые единицы кюри — милли- (мКи) или микрокюри (мкКи).
В системе измерений СИ единицей активности является беккерель (Бк):
1 Бк (беккерель) - одно ядерное превращение в секунду.
В радиационной гигиене применяются специальные понятия дозы и их единицы.
Доза поглощенная (D). Величина энергии ИИ, переданная веществу.
В качестве единицы поглощенной дозы приняты:
- в Международной системе единиц СИ принят грей (Гр) - поглощение 1 Дж (= 107 эрг) энергии 1 кг вещества.
1 Гр = 1 Дж/кг;
- внесистемная единица поглощенной дозы: рад = 100эрг/г = 10-2 Дж/кг =
=10-2 Гр
Доза экспозиционная — свидетельствует об имеющейся вокруг живого объекта ионизирующей радиации.
Единицы экспозиционной дозы:
- в Международной системе единиц СИ единицей экспозиционной дозы служит Ку/кг (кулон на килограмм), при котором в 1 кг сухого воздуха образуются ионы, несущие заряд 1 Ку электричества каждого знака
- внесистемная единица экспозиционной дозы Р (рентген) = 2,58×10-4 Ку/кг или 1 Ку/кг= 3876 Р
Так, доза в 1 Р накапливается за 1 час на расстоянии 1 м от источника, содержащего 1 г. радия
Рентгеновское излучение — фотонное излучение, генерирумое в результате торможения ускоренных электронов на аноде рентгеновской трубки.
Единицы рентгеновского излучения:
-единицей экспозиционной дозы фотонного изучения (рентгеновского или гамма-излучения) является рентген (Р)
- в единицах Международной системе единиц СИ Р = 2,58 • 10-4 Кл/кг.
Эквивалентная доза— основная дозиметрическая величина в области радиационной безопасности, введенная для оценки возможного ущерба здоровью человека от хронического воздействия ионизирующего излучения произвольного состава.
Эквивалентная доза (HTR) - поглощенная доза в органе или ткани, умноженная на соответствующий взвешивающий коэффициент для данного вида излучения:
WR : HTR = WR × DTR
DTR - средняя поглощенная доза в органе или ткани Т
WR - взвешивающий коэффициент для излучения R (Rg, β, 
= 1 , n0 = 5-10,
α = 20)
Единицы эквивалентной дозы:
- единицей эквивалентной дозы, выражающей биологическое действие ионизирующего излучения на ткани организма человека, является зиверт(Зв)
-внесистемная единица – бэр (биологический эквивалент рада),
1 бэр = 0,01 Зв
Доза эффективная (Е) - величина, используемая как мера риска возникновения отдаленных последствий облучения всего тела человека и отдельных его органов и тканей с учетом их радиочувствительности. Она представляет сумму произведений эквивалентной дозы в органах и тканях на соответствующие взвешивающие коэффициенты:
Е = ∑WT×HT
HT - эквивалентная доза в органе или ткани T
WT - взвешивающий коэффициент для органа или ткани T