ВОЗДЕЙСТВИЕ ЭНЕРГИИ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ НА БИОЛОГИЧЕСКУЮ ТКАНЬ. ИСТОЧНИКИ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ

При облучении биологической ткани ионизирующими излучениями схематично все процессы можно выразить следующим образом: физический этап (поглощение энергии излучения атомом или молекулой и образование свободных электронов и положительных ионов, поэтому излучение называется ионизирующим), физико-химический этап (возбуждение атомов или их ионизация), химический этап (образование свободных радикалов), биомолекулярные повреждения (изменения молекул белков, нуклеиновых кислот), биологические и физиологические изменения в организме.

Схематично эти процессы отражены на рис.2.1.

Вслед за поглощением энергии ионизирующего излучения, сопровождаемым физическими изменениями молекул и клеток, происходят процессы химического и биологического характера, которые закономерно приводят, прежде всего, к повреждению жизненно важных биомолекул в клетке.

Эффекты воздействия ионизирующего излучения могут длиться от долей секунды до столетий (таблица 2.1).

В результате действия излучений на организм наблюдаются изменения на всех уровнях организации живой материи (таблица 2.2).

От чего же зависит действие радиоактивных веществ на организм?

Так называемая биологическая эффективность зависит от многих факторов:

- вида радиоактивного вещества;

- энергии излучения;

- периода полураспада;

- величины всасывания (накопления);

- скорости выведения из организма.

ИСТОЧНИКИ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ

Различают естественные и искусственные источники ионизирующих излучений. К естественным источникам относят космическое излучение, излучение от природных радионуклидов земного происхождения. К искусственным источникам ионизирующих излучений относят антропогенный радиационный фон, радиоактивное загрязнение местности и воздушной среды при авариях на радиационно опасных объектах, заражение местности и атмосферы при взрывах ядерных боеприпасов.

КОСМИЧЕСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ. Космическое излучение делят на галактическое, межгалактическое и солнечное. Их также делят на первичное и вторичное.

Галактическое и межгалактическое космическое излучение - это поток протонов (90%) альфа-частиц (9%). Остальное (около 1%) - это фотоны и другие частицы, ядра легких элементов: лития, бериллия, азота, углеро­да, кислорода, фтора и др. Средний возраст галактического излучения от 1 млн. до 10 млн. лет, а плотность потока частиц величина постоянная и состав­ляет 1 - 2 частицы/см²с.

Низкое содержание нейтронов объясняется тем, что нейтрон в сво­бодном состоянии неустойчив и распадается на протон и электрон. Время "жизни" нейтрона примерно 16 минут. Считается, что электроны, позит­роны и гамма-лучи поглощены космической пылью, поэтому их очень мало в составе космического излучения.

Галактическое излучение обладает очень высокой энергией – 10¹² – 10¹⁴ МэВ. Считается, что такая большая энергия объясняется разгоном частиц магнитными полями звезд.

Такое излучение губительно для всего живого. К счастью, протоны задерживаются радиационными поясами Земли, их энергия несколько уменьшается.

Существование поясов связано с наличием магнит­ного поля Земли. Заряженные частицы обычно движутся вдоль магнитных силовых линий по спирали. Имеется два радиационных пояса. Внешний ра­диационный пояс находится на расстоянии от 1 до 8 радиусов Земли, внутренний - на расстоянии 400 - 10000 км. Наибольший прорыв космического излучения на полюсах, поэтому Северный и Южный полюса по­лучают больше космической радиации.

Частично потерявшие энергию космические лучи попадают в атмосферу и ею поглощаются, вызывая вторичное излучение, представляющее почти все известные частицы и фотоны.

Первичное излучение преобладает до высот 45 км, а вторичное излу­чение достигает максимальной величины на высотах 20 - 25 км. На широте г. Минска человек получает на Земле 50 мрад/год, но с ростом высоты интенсивность облучения с каждым километром увеличивается вдвое.

Космические лучи, проходя через атмосферу, вызывают появление космогенных радионуклидов, которых насчитывается около 20. Наиболее значительные из них тритий, углерод-14, берилий-7, сера-32, натрий-22, 24. Эти радионуклиды, распадаясь, испускают бета-частицы. Наиболее опасными из них являются тритий (период полураспада 12,3 года) и углерод-14 (период полураспада - 5730 лет). Оба радионуклида непрерывно возникают и непрерывно распадаются. Существует определенное равновесие в природе и всегда имеется некоторый его запас. Смешиваясь с углеродом и водородом, тритий и углерод-14 попадают в воду, человека, в животных, в растения и представляют определенную угрозу для жизни и здоровья человека.

Углерод-14 поступает в организм человека через желудочно-кишечный тракт и через легкие. В организме распределяется равномерно. Период биологического полувыведения из организма около 200 дней. Он вызывает трансмутационный эффект: встраиваясь в азотистые основания нуклеиновых кислот, углерод при распаде превращается в стабильный азот-14, что вызывает изменение структуры азотистых оснований, в результате чего меняется смысл генетического кода. Эти изменения не поддаются репарации и их доля от всех мутаций составляет 10%.

Наша справка. С помощью углерода-14 можно определить по останкам людей или животных время их смерти. Пока человек или животное живые, то идет постоянный процесс обновления углерода. После смерти этот процесс прекращается и начинается процесс распада углерода-14. Зная начальное количество и период полураспада можно определить время, прошедшее после смерти животного или человека.

Вклад в космическое излучение вносят и вспышки на Солнце. В этом случае происходит выброс в космическое пространство протонов с энерги­ей до 40 МэВ, иногда энергия достигает и 100 МэВ. Однако, по сравнению с галактическим излучением эта энергия незначительна.

В целом человек, живущий на уровне моря, получает 0,315 мЗв/год, в том числе за счет внешнего облучения - 0,3 мЗв/год и за счет внутреннего облучения 0,015 мЗв/год.

ЗЕМНАЯ РАДИАЦИЯ

В любой почве, в воздухе, в воде, в живых организмах всегда име­ются в незначительных количествах радионуклиды, но больше всего их в гранитах, в глиноземах, в песчаниках, в известняках. Возраст Земли 5,3 млрд. лет, поэтому на Земле сохранились только радионуклиды с большим периодом полураспада, остальные распались.

Радионуклиды земного происхождения подразделяются на радионуклиды средней части Периодической таблицы Д.И.Менделеева и на радиоактивные се­мейства.

Родоначальником семейства урана - тория является уран-238 с пери­одом полураспада 4,5 млрд. лет (приложение 3).

Родоначальником семейства тория является торий-232 с периодом по­лураспада 10 млрд. лет (приложение 4).

Родоначальником семейства актиния является уран-235 с периодом полураспада 700 лет (приложение 5).

Конечный продукт распада всех семейств - свинец.

Ниже приведен пример радиоактивного семейства (ряда) урана – 235.