Особливості взаємодії різних видів випромінювання з біологічними об'єктами

За останні десятиліття людина створила кілька сотень штучних радіонуклідів і навчилася використовувати енергію атома для різноманітних цілей: у медицині, для створення ядерної зброї, для виробництва електроенергії, виявлення пожеж, для пошуку корисних копалин, розвитку перспективних новітніх радіаційних технологій. Усе це призводить до збільшення дози опромінення як окремих людей, так і населення Землі вцілому.

У цьому зв'язку, впливу іонізуючих випромінювань на живі організми присвячені численні дослідження, результати яких показані в численних статтях, працях симпозіумів, підручниках, методичних й навчальних посібниках.

Різні види випромінювань супроводжуються вивільненням різної кількості енергії і мають різну проникну здатністю, тому вони здійснюють неоднакові впливи на тканини живого організму. Альфа - випромінювання, яке складається з нейтронів і протонів, практично не проникає через зовнішній шар шкіри, утворений відмерлими клітинками. Тому воно не створює небезпеки доти, поки радіоактивні речовини, що випромінюють a - частинки, не потрапляють всередину організму через відкриту рану, з їжею або з повітрям; тоді вони стають надзвичайно небезпечними.

Бета-випромінювання має більшу проникну здатність: воно проходить у тканини організму на глибину один - два сантиметри.

Проникна здатність гамма - випромінювання, яке поширюється зі швидкістю світла, дуже велика: його може затримати лише товста свинцева або бетонна плита.

Ушкоджень, викликаних у живому організмі випромінюванням, буде тим більше, чим більше енергії воно передає тканинам: кількість переданої організму енергії називається дозою. Дозу випромінювання організм може одержати від будь-якого джерела випромінювання незалежно від того, знаходяться радіонукліди поза організмом або всередині його (у результаті попадання з їжею, водою або повітрям). У цьому зв'язку розрізняють зовнішнє і внутрішнє опромінення.

Кількість енергії випромінювання, одержуваної одиницею маси тіла, яке опромінюється, (тканини організму), називається поглиненою дозою. Ця величина також як і при опроміненні будь-якої речовини виміряється в системі СІ в Греях (1Гр = 1 Дж/кг) і радах (1 рад = 0.01 Гр). Але ця величина не враховує того, що при однаковій поглиненій дозі альфа - випромінювання небезпечніше ніж бета або гамма-випромінювання.

Якщо взяти до уваги цей факт, то дозу варто помножити на зважуючий фактор, який відображує здатність випромінювання даного виду зашкодити тканинам організму. Біологічний ефект випромінювань при хронічному (професійному) опроміненні всього тіла враховує зважуючий фактор випромінювання W (табл. 3). Він показує, у скількох разів даний вид випромінювання створює більший біологічний ефект, ніж гамма-випромінювання, при рівних дозах обох випромінювань.

Добуток поглиненої дози Д даного виду випромінювання на його зважуючий фактор W називається еквівалентною дозою:

Д_е = WּД. (3.6.2.1)

Одиниця еквівалентної дози в системі СІ, називається зівертом (Зв). Один зіверт відповідає поглинутій еквівалентній дозі (для рентгенівського, γ - і β - випромінювань). На практиці також використовується одиниця еквівалентної дози, яка називається біологічним еквівалентом рада "бер" (1 бер = 0.01 Зв).

Еквівалентну дозу випромінювання, віднесену до одиниці часу, називають потужністю еквівалентної дози. Якщо за інтервал часу від t₁ до t₂ середовище одержало еквівалентну дозу Д, то середня потужність еквівалентної дози буде дорівнювати

(3.6.2.2)

Радіаційний зважуючий фактор - коефіцієнт, що враховує

відносну біологічну ефективність різних видів іонізуючого

випромінювання. Використовується винятково при розрахунку

ефективної та еквівалентної доз.

Зважуючий фактор випромінювань (W) для деяких речовин показаний в таблиці 3 (НРБУ – 97)

Таблиця 3

Вид випромінювання	W	Вид випромінювань	W
Рентгенівське і - випромінювання		Протони (Ер = 10 МеВ) Важкі ядра. Теплові нейтрони<10кеВ	5 20 5
Альфа - випромінювання (Еa = 10 Мэв)		Нейтрони з енергією: 5 кеВ 20 кеВ 100 кеВ 1 МеВ 10 МеВ >20 МеВ	10 20 20 10 5
Бета - випромінювання		.	.

Біологічна дія випромінювання на організм людини залежить і від потужності дози. При однаковій дозі випромінювання біологічний ефект зростає зі зменшенням інтервалу часу t₁ – t₂ . Тому в робочих приміщеннях ядерних установок контролюють не тільки дозу випромінювання, але й потужність дози випромінювання.

Для персоналу, який працює у полі випромінювання, встановлюються ліміти доз (ЛД). Ліміти доз беруться в рамках індивідуальної ефективної дози (в деяких випадках – еквівалентної) за календарний рік (ліміт річної ефективної дози) для осіб категорій А і Б та річної ефективної дози для критичних груп осіб категорії В (населення). Останнє означає, що значення річної дози опромінення осіб, які входять в критичну групу, не повинно перевищувати ліміту дози, встановленої для категорії В. Орієнтовні значення ЛД для різних категорій осіб А, Б, В наведені в НРБУ-97.

Потужність дози оцінюють шляхом ділення встановленого ЛД , наприклад 1,00 мЗв за робочий тиждень на тривалість робочого тижня

P_лд = , (3.6.2.3)

де t - тривалість робочого тижня, год.
Якщо t = 36 год., то Р_лд = 2,8 мбер/год. . Варто враховувати також, що одні частини тіла (органи, тканини) більш чутливі, ніж інші: наприклад, при однаковій еквівалентній дозі опромінення виникнення пухлини в легенях більш імовірне, ніж у щитовидній залозі, а опромінення полових залоз особливо небезпечне через ризик генетичних ушкоджень. Тому дози опромінення органів і тканин також варто враховувати з різними коефіцієнтами.

Коефіцієнти радіоактивного ризику:

· червоний кістковий мозок - 0.12;

· кісткова тканина - 0.03;

· щитовидна залоза - 0.05;

· легені - 0.12;

· яєчники і сім’яники - 0.20;

· молочна залоза - 0,05

· шкіра - 0,01

· інші тканини - 0.05;

· стравохід - 0,05

· організм у цілому - 1.00;

Помноживши еквівалентні дози на відповідні коефіцієнти і просумувавши по всіх органах і тканинах, одержимо ефективну еквівалентну дозу, яка відображує сумарний ефект опромінення для організму: вона також виміряється в зівертах і берах.