Виды ионизирующих излучений, их свойства и воздействие на организм человека.

Ионизирующее излучение — потоки фотонов, элементарных частиц или осколков деления атомов, способные ионизировать вещество. К ионизирующему излучению не относят видимый свет и ультрафиолетовое излучение, которые в отдельных случаях могут ионизировать вещество. Инфракрасное излучение, излучение сантиметрового и радиодиапазонов не является ионизирующим, поскольку их энергии недостаточно для ионизации атомов и молекул в основном состоянии.

Альфа-частицы представляют собой поток ядер атомов гелия, возникающий при радиоактивном распаде ядер (например, плутония-239) или при ядерных реакциях. Энергия потока -частиц лежит в пределах от 4 до 10 МэВ (в реакторах до сотен МэВ). Чем больше энергия частицы, тем больше ионизация, вызываемая ею в веществе. Пробег -частиц, то есть наименьшая толщина среды, полностью поглощающая ионизирующую частицу, достигает в воздухе 8-9 см, в мягкой биологической ткани - 30-100 мкм. Поток -частиц практически полностью поглощается в двух листах бумаги. Таким образом, -частицы обладают низкой проникающей способностью и высокой удельной ионизацией. Так, плотность ионизации в воздухе составляет несколько десятков тысяч пар ионов на один сантиметр пути.

Альфа-частицы используются для ионизации газов, создания атомных батарей высокого напряжения.

Опасными участками облучения -частицами являются долго незаживающие ожоги на коже после контакта с их мощными источниками. Особенно опасно попадание -частиц внутрь организма.

Бета-излучения (поток электронов или позитронов, т.е. - и частицы) возникают также при радиоактивном распаде ядер (цезий-137, стронций-90 и др.). Скорость распространения -частиц близка к скорости света, а их энергия достигает 3,5 МэВ. В связи с тем, что -частицы обладают значительно меньшей массой и большой скоростью распространения в веществе по сравнению с -частицами, они характеризуются более высокой проникающей способностью и меньшей ионизирующей способностью. Пробег -частиц в воздухе составляет 1800 см, а в биологических тканях - 2,5 см. Плотность ионизации в воздухе, вызываемая -частицами, порядка 50-60 пар ионов на 1 см пути.

Бета-частицы используются для определения плотности некоторых веществ, толщины листовых материалов и покрытий и в других измерительных приборах.

Бета-частицы представляют опасность для глаз, вызывая катаракту.

Нейтронное излучение (поток нейтронов) возникает при ядерных реакциях и работе ускоряющих и энергетических ядерных установок. Энергия нейтронов достигает 20 и более МэВ. Нейтроны преобразуют свою энергию в упругих и неупругих взаимодействиях с ядрами атомов. При неупругих взаимодействиях возникает вторичное излучение, которое может состоять как из заряженных частиц, так и -квантов. При упругих взаимодействиях может иметь место обычная ионизация вещества.

Нейтроны обладают большой проникающей способностью и в меньшей степени ионизирующей способностью. Проникающая способность нейтронов зависит от их энергии и состава атомов вещества, с которыми они взаимодействуют.

Гамма-излучение представляет собой высокочастотное электромагнитное излучение (10²⁰-10²² Гц), возникающее в результате разряда (переход атомов из одного энергетического состояния в другое) возбужденных состояний ядер атома в процессе ядерных реакций или радиоактивного распада некоторых нуклидов (цезий-137).

Максимальная энергия -лучей достигает 3 МэВ. Они характеризуются малым ионизирующим действием и большой проникающей способностью, чем особенно опасны, так как приводят к глубинному поражению внутренних органов.

Рентге́новское излуче́ние — электромагнитные волны, энергия фотонов которых лежит на шкале электромагнитных волн между ультрафиолетовым излучением и гамма-излучением, что соответствует длинам волн от 10⁻² до 10² Å (от 10⁻¹² до 10⁻⁸ м) и частотой 10¹⁷-10¹⁹ Гц.

Рентгеновские лучи возникают при сильном ускорении заряженных частиц (тормозное излучение), либо при высокоэнергетических переходах в электронных оболочках атомов или молекул. Оба эффекта используются в рентгеновских трубках. Основными конструктивными элементами таких трубок являются металлические катод и анод (ранее называвшийся также антикатодом). В рентгеновских трубках электроны, испущенные катодом, ускоряются под действием разности электрических потенциалов между анодом и катодом (при этом рентгеновские лучи не испускаются, так как ускорение слишком мало) и ударяются об анод, где происходит их резкое торможение. При этом за счёт тормозного излучения происходит генерация излучения рентгеновского диапазона, и одновременно выбиваются электроны из внутренних электронных оболочек атомов анода. Пустые места в оболочках занимаются другими электронами атома.

Рентгеновские лучи могут иметь место в любых электровакуумных приборах, в которых анодное напряжение составляет порядка десятков и сотен киловольт. Энергия квантов рентгеновского излучения достигает 1 МэВ и зависит от величины напряжения между анодом и катодом.

Рентгеновские лучи обладают малым ионизирующим действием (несколько пар ионов на 1 см пути воздуха) и большой глубиной проникновения, чем также как и -лучи опасны для внутренних органов.

Воздействие ионизирующих излучений на организм человека. Степень воздействия ионизирующих излучении на организм человека зависит от дозы излучения, ее мощности, плотности ионизации излучения, вида облучения, продолжительности воздействия, индивидуальной чувствительности, физиологического состояния организма и др. Под влиянием ионизирующих излучений в живой ткани, как и в любой среде, поглощается энергия и возникают возбуждение и ионизация атомов облучаемого вещества. В результате возникают первичные физико-химические процессы в молекулах живых клеток и окружающего их субстрата и как следствие - нарушение функций целого организма. Первичные эффекты на клеточном уровне проявляются в виде расщепления молекулы белка, окисления их радикалами ОН и Н, разрыва наименее прочных связей, а также повреждения механизма митоза и хромосомного аппарата, блокирования процессов обновления и дифференцировки клеток.

Наиболее чувствительными к действию радиации являются клетки постоянно обновляющихся тканей и органов (костный мозг, половые железы, селезенка и др.).

Эти изменения на клеточном уровне и гибель клеток могут приводить к нарушению функций отдельных органов и систем, межорганных связей, нарушению нормальной жизнедеятельности организма и к его гибели.

Облучение организма может быть внешним, когда источник излучения находится вне организма, и внутренним - при попадании радиоактивного вещества (радионуклидов) внутрь организма через пищеварительный тракт, органы дыхания и через кожу.

При внешнем облучении наиболее опасными являются гамма-, нейтронное и рентгеновское излучение. Альфа- и бета-частицы из-за их незначительной проникающей способности вызывают в основном кожные поражения.

Внутреннее облучение опасно тем, что оно вызывает на различных органах долго незаживающие язвы. Облучение людей ионизирующими излучениями может привести к соматическим, сомато-стохастическим и генетическим последствиям.

Соматические эффекты проявляются в виде острой или хронической лучевой болезни всего организма, а также в виде локальных лучевых повреждений.

Сомато-стохастические эффекты проявляются в виде сокращения продолжительности жизни, злокачественные изменения кровообразующих клеток (лейкозы), опухоли различных органов и клеток. Это отдаленные последствия.

Генетические эффекты проявляются в последующих поколениях в виде генных мутаций как результат действия облучения на половые клетки при уровнях дозы, не опасных данному индивиду.

Острая лучевая болезнь характеризуется цикличностью протекания со следующими периодами:

· период первичной реакции;

· скрытый период; период формирования болезни; восстановительный период; период отдаленных последствий и исходов заболевания.

Хроническая лучевая болезнь формируется постепенно при длительном и систематическом облучении дозами, превышающими допустимые при внешнем и внутреннем облучении. Хроническая болезнь может быть легкой(I ступень), средней (II ступень) и тяжелой (III ступень).

Первая ступень лучевой болезни проявляется в виде незначительной головной боли, вялости, слабости, нарушения сна и аппетита и др.

Средняя или вторая ступень характеризуется усилением указанных симптомов и нервно-регуляторных нарушений с появлением функциональной недостаточности пищеварительных желез, сердечно-сосудистой и нервной систем, нарушением некоторых обменных процессов, стойкой лейко- и тромбоцитопенией.

При тяжелой степени, кроме того, развивается анемия, появляется резкая лейко- и тромбопения, возникают атрофические процессы в слизистой желудочно-кишечного тракта и др. (изменения в центральной нервной системе, выпадение волос).

Отдаленные последствия лучевой болезни проявляются в повышенной предрасположенности организма к злокачественным опухолям и болезням кроветворной системы.

Опасность радионуклидов, попавших внутрь организма, обусловливается рядом причин, - способностью некоторых из них избирательно накапливаться в отдельных органах, увеличением времени облучения до выведения нуклида из органа и его радиоактивною распада, ростом опасности высокоионизирующих альфа-и бета-частиц, которые малоэффективны при внешнем облучении.

Критические органы подразделяют на три группы:

I - все тело, репродуктивные органы (гонады), красный костный мозг;

II - мышцы, щитовидная железа, жировая ткань, печень, почки, селезенка, желудочно-кишечный тракт, легкие, хрусталик глаза;

III - костная ткань, кожный покров, руки, предплечья, ступни ног.