Общие понятия ионизирующих излучений

⇐ ПредыдущаяСтр 7 из 7

Ионизирующие излучения — потоки фотонов, а также заряженных или нейтральных частиц, взаимодействие которых с веществом среды приводит к его ионизации. Ионизация играет важную роль в развитии радиационно-индуцированных эффектов, особенно в живой ткани.

Источники И.и. делят на естественные (природные) и искусственные. Естественными источниками И. и. являются космос и распространенные в природе радиоактивные вещества (радионуклиды). Первичное космическое излучение состоит из заряженных частиц и фотонов, отличающихся высокой энергией. В атмосфере Земли первичное космическое излучение частично поглощается и инициирует ядерные реакции, в результате которых образуются радиоактивные атомы, сами испускающие И. и., поэтому космическое излучение у поверхности Земли отличается от первичного космического излучения. Различают три основных вида космического излучения: галактическое космическое излучение, солнечное космическое излучение и радиационные пояса Земли.

Природные, или естественные, радионуклиды имеют различное происхождение; часть из них принадлежит к радиоактивным семействам, родоначальники которых (уран, торий) входят в состав пород, слагающих нашу планету, с периода ее образования; некоторая часть естественных радионуклидов является продуктом активации стабильных изотопов космическим излучением.

Отличительным свойством радионуклидов является радиоактивность, т.е. самопроизвольное превращение (распад) атомных ядер, приводящее к изменению их атомного номера и (или) массового числа. Скорость радиоактивного распада, характеризующая активность радионуклида, равна числу радиоактивных превращений в единицу времени.

В качестве единицы радиоактивности Международной системой единиц (СИ) определен беккерель (Бк); 1 Бк равен одному распаду в секунду. На практике применяется также внесистемная единица активности кюри (Ки); 1 Ки равен 3, 7·10¹⁰распадов в секунду, т.е. 3, 7·10¹⁰Бк. В результате радиоактивных превращений возникают заряженные и нейтральные частицы, формирующие поле И. и.

По виду частиц, входящих в состав И. и., различают альфа-излучение, бета-излучение, гамма-излучение, рентгеновское излучение, нейтронное излучение, протонное излучение и др. Рентгеновское и гамма-излучение относят к фотонным, или электромагнитным, И.и., а все остальные виды И. и. — к корпускулярным. Фотоны — это «порции» (кванты) электромагнитных излучений. Их энергия выражается в электрон-вольтах. Она в десятки тысяч раз превосходит энергию кванта видимого света.

Некоторые виды И. и. возникают в ядерно-энергетических и ядерно-физических установках; ядерных реакторах, ускорителях заряженных частиц, рентгеновских аппаратах, в также созданных с помощью этих средств искусственных радионуклидов.

Для описания поля И. и. используют физические величины, определяющие пространственно-временное распределение излучения в веществе среды. Важнейшими характеристиками поля И. и. являются плотность потока частиц и плотность потока энергии. В общем случае плотность потока частиц — это число частиц, проникающих в единицу времени в элементарную сферу, отнесенное к площади поперечного сечения этой сферы. Плотность потока энергии И. и. является синонимом распространенного на практике термина «интенсивность излучения». Она равна плотности потока частиц, умноженной на среднюю энергию одной частицы, и характеризует скорость переноса энергии И. и. Единицей измерений интенсивности И. и. в системе СИ является Дж/м^2·с.

Доза ионизирующего излучения — 1) мера излучения, получаемого облучаемым объектом, — поглощенная доза ионизирующего излучения; 2) количественная характеристика поля излучения — экспозиционная доза и норма.

Поглощенная доза — средняя энергия ионизирующего излучения, выделенная в единице массы вещества облученного объема. Она зависит от вида интенсивности излучения, энергетического и качественного его состава, времени облучения, а также от состава вещества. Доза и. и. тем больше, чем более длительное время излучения. Приращение дозы в единицу времени называется мощностью дозы, которая характеризует скорость накопления дозы ионизирующего излучения.

5.2Биологическое действие ионизирующих излучении.

Под биологическим действием И. и. понимают многообразные реакции, возникающие в облучаемом биологическом объекте, начиная от первичных процессов изменения энергии излучения до эффектов, проявляющихся спустя длительное время после радиационного воздействия. Знание механизмов биологического действия И. и. необходимо для экстренного принятия адекватных мер обеспечения радиационной безопасности персонала и населения при авариях на атомных электростанциях и других предприятиях атомной промышленности.

В организме человека ионизирующие воздействия вызывают цепочку обратимых и необратимых изменений. Пусковым механизмом воздействия являются процессы ионизации и возбуждения атомов и молекул в тканях. Важную роль в формировании биологических эффектов играют свободные радикалы Н и ОН, которые образуются в результате радиолиза воды (в организме человека содержится до 70 % воды).

Обладая высокой активностью, они вступают в химические реакции с молекулами белка, ферментов и других элементов биологической ткани, что приводит к нарушению биохимических процессов в организме. В процесс вовлекаются сотни и тысячи молекул, не затронутых излучением. В результате нарушаются обменные процессы, замедляется и прекращается рост тканей, возникают новые химические соединения, не свойственные организму. Это приводит к нарушению жизнедеятельности отдельных функций органов и систем организма.

Различают внешнее и внутреннее облучение. При внешнем облучении источник И.и. располагается вне организма, а при внутреннем (инкорпорированном) оно осуществляется радионуклидами, попавшими в организм через дыхательную систему, желудочно-кишечный тракт или через поврежденную кожу.

Под влиянием ионизирующих излучений в организме происходит нарушение функции кроветворных органов, увеличение проницаемости и хрупкости сосудов, расстройство желудочно-кишечного тракта, снижение сопротивляемости организма, его истощение, перерождение нормальных клеток в злокачественные и др. Эффекты развиваются в течение разных промежутков времени: от долей секунд до многих часов, дней, лет.

Радиационные эффекты принято делить на соматические и генетические.

Соматические эффекты проявляются в форме острой и хронической лучевой болезни, локальных лучевых повреждений, например, ожогов, а также в виде отдаленных реакций организма, таких как лейкоз, злокачественные опухоли, раннее старение организма.

Генетические эффекты могут проявиться в последующих поколениях.

Острые поражения развиваются при однократном равномерном γ -облучении всего тела и поглощенной дозе свыше 0, 25 Гр.

Количество энергии излучения, поглощенное единицей массы облучаемого тела называется поглощенной дозой и в системе СИ измеряется в грэях (Гр): 1 Гр = 1 Дж/кг.

При дозе 0, 25-0, 5 Гр могут наблюдаться временные изменения в крови, которые быстро нормализуются. В интервале дозы 0, 5-1, 5 Гр возникает чувство усталости, менее чем у 10 % облученных может наблюдаться рвота, умеренные изменения в крови. При дозе 1, 5-2, 0 Гр наблюдается легкая форма острой лучевой болезни, которая проявляется продолжительным снижением числа лимфоцитов в крови (лимфопенией), возможна рвота в первые сутки после облучения. Смертельные исходы не регистрируются.

Лучевая болезнь средней тяжести возникает при дозе 2, 5-4, 0 Гр. Почти у всех в первые сутки — тошнота, рвота, резко снижается содержание лейкоцитов в крови, появляются подкожные кровоизлияния, в 20 % случаев возможен смертельный исход, смерть наступает через 2-6 недель после облучения.

При дозе 4, 0-6, 0 Гр развивается тяжелая форма лучевой болезни, приводящая в 50 % случаев к смерти в течение первого месяца. При дозах, превышающих 6, 0-9, 0 Гр, почти в 100 % случаев крайне тяжелая форма лучевой болезни заканчивается смертью из-за кровоизлияния или инфекционных заболеваний.

Приведенные данные относятся к случаям, когда отсутствует лечение. В настоящее время имеется ряд противолучевых средств, которые при комплексном лечении позволяют исключить летальный исход при дозах около 10 Гр.

Хроническая лучевая болезнь может развиться при непрерывном или повторяющемся облучении в дозах, существенно ниже тех, которые вызывают острую форму. Наиболее характерными признаками хронической формы являются изменения в крови, нарушения со стороны нервной системы, локальные поражения кожи, повреждения хрусталика, снижение иммунитета организма.

Степень воздействия радиации зависит от того, является облучение внешним или внутренним (при попадании радиоактивного изотопа внутрь организма). Внутреннее облучение возможно при вдыхании, заглатывании радиоизотопов и проникновении их в организм человека через кожу.

Некоторые вещества поглощаются и накапливаются в конкретных органах, что приводит к высоким локальным дозам радиации. Например, кальций, радий, стронций накапливаются в костях, изотопы йода вызывают повреждение щитовидной железы, редкоземельные элементы — преимущественно опухоли печени.

Равномерно распределяются изотопы цезия, рубидия, вызывая угнетение кроветворения, повреждение семенников, опухоли мягких тканей. При внутреннем облучении наиболее опасны α -излучающие изотопы полония и плутония.

Существует понятие«Радиочувствительность» — чувствительность биологических объектов к повреждающему воздействию ионизирующего излучения. Количественная оценка Р. производится путем измерения поглощенных доз ионизирующего излучения, вызывающих определенный эффект.

Радиочувствительность варьирует в пределах одного вида в зависимости от возраста — возрастная Р. (так, наиболее радиочувствительными являются молодые и старые экспериментальные животные, наиболее радиорезистентными — половозрелые и новорожденные), от пола — половая Р. (как правило, самцы более радиочувствительны) и индивидуальная Р. у разных особей одной и той же популяции. Менее изучены сезонные и суточные колебания радиочувствительности.

Гигиеническая регламентация ионизирующего излучения осуществляется Нормами радиационной безопасности НРБ-99 (Санитарными правилами СП 2.6.1.758-99).

Основные дозовые пределы облучения и допустимые уровни устанавливают для следующих категорий облучаемых лиц:

— персонал — лица, работающие с техногенными источниками (группа А) или находящиеся по условиям работы в сфере их воздействия (группа Б);

— все население, включая лиц из персонала, вне сферы и условий в их производственной деятельности.

Для категорий облучаемых лиц устанавливают три класса нормативов: основные пределы доз и допустимые уровни, соответствующие основным пределам доз, и контрольные уровни.

Основные пределы доз облучения не включают в себя дозы от природных и медицинских источников ионизирующего излучения, а также дозу вследствие радиационных аварий. На эти виды облучения устанавливают специальные ограничения.

Эффективная доза для персонала не должна превышать за период трудовой деятельности (50 лет) — 1000 мЗв, а для населения за период жизни (70 лет) — 70 мЗв.

Кроме того, задаются допустимые уровни общего радиоактивного загрязнения рабочих поверхностей, кожи (в течение рабочей смены), спецодежды и средств индивидуальной защиты.

Вопрос 7 Электрический ток

Действие электрического тока на живую ткань носит разносторонний и своеобразный характер. Проходя через тело человека, электроток производит термическое, электролитическое, механическое и биологическое действие.

Термическое действие тока проявляется ожогами отдельных участков тела, нагревом до высокой температуры органов, расположенных на пути тока, вызывая в них значительные функциональные расстройства.

Электролитическое действие тока выражается в разложении различных жидкостей организма (крови, лимфы и др.) на ионы и нарушении их физико-химического состава и свойств.

Механическое действие тока приводит к расслоению, разрыву тканей организма в результате электродинамического эффекта, а также мгновенного взрывоподобного образования пара из тканевой жидкости и крови.

Биологическое действие тока проявляется раздражением и возбуждением живых тканей организма, судорожным сокращением мышц, а также нарушением внутренних биологических процессов.

Электротравмы условно делятся на местные и общие.

К общим относят электрический удар, при котором процесс возбуждения различных групп мышц может привести к судорогам, остановке дыхания и сердечной деятельности. Остановка сердца связана с фибрилляцией — хаотическим сокращением отдельных волокон сердечной мышцы (фибрилл). К местным травмам относят ожоги, металлизацию кожи, механические повреждения, электрические знаки, электроофтальмию.

Металлизация кожи связана с проникновением в нее мельчайших частиц металла при его расплавлении под влиянием чаще всего электрической дуги.

Электрические знаки возникают на коже. Это уплотненные участки серого или бледно-желтого цвета, они безболезненны и быстро проходят.

Электроофтальмия — воспаление наружных слизистых оболочек глаз вследствие мощного ультрафиолетового излучения электрической дуги. Возможно повреждение роговой оболочки, что особенно опасно.

Исход поражения человека электротоком зависит от многих факторов: силы тока, времени прохождения его через организм, характеристики тока (переменный или постоянный), пути тока в теле человека, при переменном токе — от частоты колебаний, от наличия в помещении токопроводящих пола и пыли, повышенной влажности и температуры и др.

Ток, проходящий через тело человека, зависит от напряжения прикосновения, под которым оказался пострадавший и суммарного электрического сопротивления, в которое входит сопротивление тела человека. Величина последнего определяется в основном сопротивлением рогового слоя кожи и составляет при сухой коже и отсутствии повреждений сотни тысяч Ом. Если эти условия состояния кожи не выполняются, то ее сопротивление падает до 1 кОм. При высоком напряжении и значительном времени протекания тока через тело сопротивление кожи падает еще быстрее и способствует более тяжелым последствиям поражения током. Внутреннее сопротивление тела человека не превышает нескольких сот Ом и существенной роли не играет.

На сопротивление организма воздействию электрического тока оказывает влияние физическое и психическое состояние человека. Плохое здоровье, утомление, голод, опьянение, эмоциональное возбуждение приводят к снижению сопротивления.

Характер воздействия тока на человека зависит от силы и рода тока.

Для переменного тока частотой 50 Гц, напряжением 220 В и пути тока — «рука — нога» сила тока 0, 6-1, 5 мА является ощутимой, появляется легкое дрожание пальцев.

При силе тока 2, 0-2, 5 мА возникают болевые ощущения, а при 5, 0-7, 0 мА—судороги в руках; 20, 0-25, 0 мА — это не отпускающий ток, человек не может самостоятельно оторвать руки от электродов, наблюдаются сильные боли и судороги, затрудненное дыхание, а при 50, 0-80, 0 мА — паралич дыхания; 90, 0-100, 0 мА — наступает фибрилляция сердца при действии тока в течение 2-3 с и паралич дыхания.

Допустимым следует считать ток, при котором человек может самостоятельно освободиться от электрической цепи. Его величина зависит от скорости прохождения тока через тело человека: при длительности действия более 10 с — 2мА, а при 120 с и менее — 6 мА.

Переменный ток более опасен, чем постоянный, однако при высоком напряжении (более 500 В) опаснее становится постоянный ток. Из всех возможных путей протекания тока через тело человека (голова – рука, голова — нога, рука — рука, нога — рука, нога — нога и т.д.) наиболее опасен тот, при котором поражаются головной мозг, сердце и легкие. Неблагоприятный микроклимат (повышенная температура и влажность, недостаточная подвижность воздуха) увеличивает опасность поражения током, так как влага (пот) понижает сопротивление кожных покровов.

ГОСТ 12.1.038-82 устанавливает предельно допустимые напряжении прикосновения и токи (таблица 5), протекающие через тело человека (рука — рука, рука — нога) при аварийном режиме работы электроустановок производственного и бытового назначения постоянного и переменного тока частотой 50 и 400 Гц.

Для переменного тока 50 Гц допустимое значение напряжения прикосновения составляет 2 В, а силы тока — 0, 3 мА, для тока частотой 400 Гц соответственно — 2 В и 0, 4 мА; для постоянного тока — 8 В и 1, 0 мА (эти данные приведены ми продолжительности воздействия не более 10 мин в сутки).

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 5 67