Джерела, одиниці виміру, біологічна дія на організм людини

Іонізуючі випромінювання існували на Землі ще задовго до появи на ній людини. Проте, їх вплив на організм людини був виявлений лише наприкінці ХIX ст. з відкриттям французького вченого А. Бекереля, а потім дослідженнями явища радіоактивності П’єром і Марією Кюрі.

Поняття «іонізуюче випромінювання» об’єднує різноманітні види різних за своєю природою, випромінювань. Подібність їх полягає в тому, що всі вони вирізняються високою енергією, мають властивість іонізувати і руйнувати біологічні об’єкти.

Іонізуюче випромінювання (ІВ) – це будь-яке випромінювання, взаємодія якого із середовищем призводить до утворення електричних зарядів різних знаків. Розрізняють корпускулярне і фотонне іонізуюче випромінювання.

Корпускулярне – потік елементарних часток, що утворюються при радіоактивному розпаді, ядерних перетвореннях, або генеруються на прискорювачах: це – α і -частинки, нейтрони, протони та ін.

Фотонне – потік електромагнітних коливань, що поширюється у вакуумі з постійною швидкістю 300 000 км/с. Це – γ-випромінювання, рентгенівське випромінювання. Вони різняться умовами утворення і властивостями: довжиною хвилі й енергією. До фотонного випромінювання відноситься й ультрафіолетове випромінювання, – яке не є іонізуючим, але вплив його на біологічні об’єкти багато в чому подібний до дії іонізуючого.

Випромінювання характеризуються за своєю іонізуючою і проникаючою спроможностями. Іонізуюча спроможність випромінювання визначається питомою іонізацією, тобто кількістю пар іонів, що утворюються частинкою в одиниці об’єму, маси середовища або на одиниці довжини шляху. Різноманітні види випромінювань мають різноманітну іонізуючу спроможність. Проникаюча спроможність випромінювань визначається довжиною пробігу, тобто шляхом пройденим часткою в речовині до її повної зупинки.

Джерела ІВ поділяються на природні та штучні (антропогенні). Основну частину опромінення населення земної кулі одержує від природних джерел. Більшість із них такі, що уникнути опромінення від них неможливо. Протягом всієї історії існування Землі різні види випромінювання падають на поверхню Землі із Космосу і надходять від радіоактивних речовин, що знаходяться у земній корі.

Радіаційний фон, що утворюється космічними променями, дає майже половину зовнішнього опромінення, яке одержує населення від природних джерел радіації. Космічні промені в основному приходять до нас із глибин Всесвіту, але деяка певна їх частина народжується на Сонці під час сонячних спалахів. Космічні промені можуть досягати поверхні Землі або взаємодіяти з її атмосферою, породжуючи повторне випромінювання і призводячи до утворення різноманітних радіонуклідів.

Основні радіоізотопи, які зустрічаються в гірських породах Землі, – це калій-40, рубідій-87, та члени сімейств, які беруть початок від урана-238 та торія-232. Майже 3/4 земного тепла виробляється в результаті розпаду природних радіоактивних речовин (~ кількість радіоактивного тепла, яке виділяється за 1 рік всередині Землі, складає 140 млрд. кВт/год – це вдвічі більше, ніж вся електроенергія, яка виробляється протягом року світовою енергетикою).

Опроміненню від природних джерел радіації піддаються всі жителі Землі, проте одні з них одержують більші дози, а інші – менші. Це залежить, зокрема, від того, де живуть люди. Рівень радіації в деяких місцях залягання радіоактивних порід земної кулі значно вище середнього, а в інших місцях – відповідно нижче. Доза опромінення залежить також і від способу життя людей.

Людина підпадає під опромінення двома способами – зовнішнім та внутрішнім. Якщо радіоактивні речовини знаходяться поза організмом і опромінюють його ззовні, то у цьому випадку говорять про зовнішнє опромінення. А якщо ж вони знаходяться у повітрі, яким дихає людина, або у їжі чи воді і потрапляють до організму через органи дихання та кишково-шлунковий тракт, то таке опромінення називають внутрішнім.

Перед тим, як потрапити до організму людини, радіоактивні речовини проходять складний маршрут у навколишньому середовищі, що необхідно враховувати оцінюючи дози опромінення, отримані від того чи іншого джерела.

Внутрішнє опромінення в середньому становить 2/3 ефективної еквівалентної дози опромінення, яку людина одержує від природних джерел радіації. Воно надходить від радіоактивних речовин, що потрапили до організму із їжею, водою чи повітрям. Невеличка частина цієї дози припадає на радіоактивні ізотопи (типу вуглець-14, тритій), що утворюються під впливом космічної радіації. Все інше надходить від джерел земного походження.

Штучними джерелами ІВ є ядерні вибухи, ядерні установки для виробництва енергії, ядерні реактори, прискорювачі заряджених частинок, рентгенівські апарати, прилади апаратури засобів зв’язку високої напруги тощо.

За кілька останніх десятиліть людство створило сотні штучних радіонуклідів і навчилося використовувати енергію атома як у військових цілях – для виробництва зброї масового враження, так і в мирних – для виробництва енергії, у медицині, пошуку корисних копалин, використанні діагностичного устаткування тощо. Усе це призводить до збільшення дози опромінення як окремих людей, так і населення Землі в цілому. Індивідуальні дози, що одержують люди від штучних джерел ІВ помітно відрізняються. У більшості випадків ці дози незначні, але іноді опромінення за рахунок техногенних джерел в багато тисяч разів інтенсивніші, ніж за рахунок природних.

Опромінення населення України останніми роками за рахунок штучних джерел радіації, в основному, пов’язано із наслідками аварії на Чорнобильській АЕС, а також експлуатацією і «дрібними» аваріями на інших АЕС.

Основний внесок в опроміненні людини від техногенних джерел іонізуючого опромінення дають на сьогоднішній день медичні процедури і методи лікування, пов’язані із застосуванням радіоактивності, джерел радіації: променева терапія (один із основних способів боротьби з раком), використання рентгенівського випромінювання як діагностичного методу.

Цікаво, що джерелами радіоактивного випромінювання являються також і загальновживані предмети: годинник з циферблатом, який світиться (при виготовленні використовується радій); радіоактивні ізотопи використовуються у вказівниках входу-виходу, які світяться; компасах, телефонних дисках, прицілах; при виготовленні особливо тонких оптичних лінз використовується торій; до складу фосфору, який використовується при протезуванні зубів вводиться уран, з метою імітації блиску природних зубів і т.д.

Серед різних видів ІВ, як було описано раніше, надзвичайно важливим при вивченні небезпек для здоров’я і життя людини є випромінювання, які виникають в результаті самовільного перетворення одних атомів радіоактивних елементів в інші, тобто радіоактивне випромінювання.

Для кожного радіоактивного елементу існує інтервал часу, протягом якого його активність знижується у 2 рази. Цей інтервал часу називається періодом напіврозпаду, Т_1/2. Він відрізняється для кожного радіонукліда, наприклад, для урану – Т_1/2 = 4.5 млрд. років; для йоду-135 – 6 діб; для йоду-131 – 8 діб; для стронцію-90 – 29 років; для цезію-137 – 30 років; для плутонію-239 – 24000 років. Тому, період напіврозпаду характеризує активність радіонукліда (А) – кількість розпадів атомних ядер за 1 с.

Міра дії іонізуючого випромінювання у будь-якому середовищі залежить від енергії випромінювання й оцінюється дозою іонізуючого випромінювання, яка визначається для повітря, речовини та біологічної тканини (див. табл. 4.3).

Для опису інтенсивності впливу випромінювання введено поняття потужності дози, яка визначається як доза, отримана за одиницю часу – 1 с. Наприклад, потужність експозиційної дози вимірюється в рентгенах за секунду (Р/с), потужність еквівалентної – в берах за секунду (бер/с) і т.д.

Таблиця 4.3