Вопрос 3. Общая характеристика ионизирующих электромагнитных излучений

К ионизирующим (радиоактивным) излучениям относят рентгеновские и γ-излучения, являющиеся электромагнитными колебаниями с очень малой длиной волны, а также α- и β-излучения, позитронное и нейтронное излучения, представляющие собой поток частиц с зарядом или без него. Рентгеновское и γ-излучение вместе называют фотонным излучением.

Основное свойство радиоактивных излучений — ионизирующее действие. При прохождении их в тканях нейтральные атомы или молекулы приобретают положительный или отрицательный заряд и превращаются в ионы. α-излучение обладает высокой ионизирующей способностью (до нескольких десятков тысяч пар ионов на 0,01 м своего пути), но незначительным пробегом: в воздухе 0,02...0,11 м, в биологических тканях (2..,6)10^-6 м. Бета-излучение и позитронное излучение — это соответственно потоки электронов и позитронов со значительно меньшей ионизирующей способностью, которая при одинаковой энергии в 1000 раз меньше, чем у β-частиц. Очень большой проникающей способностью обладает нейтронное излучение. Проходя через ткани, нейтроны вызывают в них образование радиоактивных веществ (наведенную активность). Рентгеновские лучи, возникающие при β-излучении или в рентгеновских трубках, ускорителях электронов и т. п., а также γ-излучение, испускаемое радионуклидами, обладают самой низкой способностью ионизировать среду, но самой высокой проникающей способностью. Их пробег в воздухе составляет несколько сот метров, а в материалах, применяемых для защиты от ионизирующих излучений (свинец, бетон),—десятки сантиметров.

Ионизирующее излучение вызывает в организме человека цепочку обратимых и необратимых изменений. Пусковым механизмом воздействия являются процессы ионизации и возбуждения атомов и молекул в тканях.

Ионизирующее излучение сопровождает распад радиоактивных элементов. Виды излучений представлены на рисунке 12.

Рисунок 12 – Виды излучений

Ионизирующая радиация вызывает два вида эффектов:

- детерминированные пороговые эффекты (лучевая болезнь, лучевой ожог, лучевая катаракта, лучевое бесплодие, аномалии в развитии плода и другие.);

- вероятностные эффекты (злокачественные опухоли, лейкозы, наследственные болезни и другие).

На рисунке 13 представлены реакции человека на воздействие ионизирующего излучения.

Рисунок 13 - Действие ионизирующих лучей

Степень воздействия радиации зависит от того, является облучение внешним или внутренним. Внутреннее облучение возможно при вдыхании, заглатывании радиоизотопов и проникновении их через кожу.

Острые поражения развиваются при однократном равномерном γ -облучении всего тела и поглощённой дозе выше 0,25 Гр (Грей). При дозе 0,25…0,5 Гр могут наблюдаться временные изменения в крови, которые быстро нормализуются. В интервале 0,5…1,5 Гр возникает чувство усталости, умеренное изменение в крови, рвота.

При дозе 1,5…2,0 Гр наблюдается лёгкая форма острой лучевой болезни. Лучевая болезнь средней тяжести возникает при дозе 2,5…4,0 Гр (в 20% случаев возможен смертельный исход). При дозе 4,0…6 Гр развивается тяжёлая форма лучевой болезни, приводящая в 50% случаев к смерти в течение первого месяца.

При дозах, превышающих 6 Гр, развивается крайне тяжёлая форма лучевой болезни, которая почти в 100% случаев заканчивается смертью.

Облучение может быть внешним, когда источник радиации находится вне организма, и внутренним, возникающим при попадании радиоактивных веществ внутрь через дыхательные пути, желудочно-кишечный тракт или при всасывании через поврежденную кожу. Поступая в легкие или пищеварительный тракт, радиоактивные вещества распределяются по организму с током крови. При этом одни вещества распределяются в организме равномерно, а другие накапливаются только в определенных (критических) органах и тканях: радиоактивный йод — в щитовидной железе, радиоактивный радий и стронций — в костях и т. п. критические органы разделены на три группы:

I – все тело, гонады, красный костный мозг;

II – печень, почки, легкие, хрусталик глаза и т.д.;

III – кожа, кости, кисти, предплечья, лодыжки, стопы.

Внутреннее облучение может возникнуть при употреблении в пищу продуктов растениеводства и животноводства, полученных с зараженных сельскохозяйственных угодий.

Длительность нахождения радиоактивных веществ в организме зависит от скорости выделения и периода полураспада — времени, за которое радиоактивность снижается вдвое. Удаление таких веществ из организма происходит главным образом через желудочно-кишечный тракт, почки и легкие, частично через кожу, слизистую оболочку рта, с потом и молоком.

Ионизирующие излучения могут вызывать местные и общие поражения (рисунок 14).

Степень радиационной опасности радионуклида связана также с продолжительностью его поступления в организм. При высоких коэффициентах усвоения радионуклидов опасные их количества в критических органах могут накапливаться как при однократном, так и хроническом поступлении, а при низких значениях коэффициентов – значимое накопление радионуклидов может наблюдаться только при их хроническом поступлении, в то время как при однократном даже массивном поступлении такой опасности может и не возникнуть.

Рисунок 14- Действие ионизирующего излучения

Процессы взаимодействия ИИ с веществом в живых организмах приводят к специфическому биологическому действию, завершающемуся повреждением организма. В процессе этого повреждающего действия условно выделяют три этапа:

1) первичное действие ИИ;

2) влияние радиации на клетки;

3) действие радиации на целый организм (табл. 8).

5 Острые поражения развиваются при однократном равномерном γ -облучении всего тела и поглощённой дозе выше 0,25 Гр (Грей)

Таблица 8 -Возможные последствия облучения людей.

Рисунок 15 – Отдаленные последствия облучения на людей