В 1896 г. французский физик Беккерель заметил, что соединения урана обладают свойством испускать невидимые лучи, которые вызывают почернение фотопластинок, свечение некоторых веществ.Существует ряд элементов, атомы которых неустойчивы и самопроизвольно изменяют свое строение - распадаются.
Самопроизвольный распад атомов, сопровождаемый испусканием излучений, и явление самопроизвольного (спонтанного) изменения структуры ядра атома одного элемента и превращение его в более устойчивое ядро атома другого элемента называется радиоактивностью, а само неустойчивое ядро - радиоактивным. Каждый отдельный акт самопроизвольного превращения ядер атомов с испусканием элементарных частиц или их групп называется радиоактивным распадом.
Различают два вида радиоактивности - естественную и искусственную. Естественная радиоактивность - это радиоактивность элементов и их изотопов, встречающихся в природе (уран, радий, полоний и др.). Атомы данного элемента, ядра которых отличаются друг от друга числом нейтронов, называются изотопами. Почти все химические элементы имеют изотопы, например водород имеет 3 изотопа: протий, дейтерий, тритий.
Искусственная радиоактивность - это радиоактивность элементов, вызванная искусственно, т.е. облучением потоком нейтронов, под воздействием которых нерадиоактивные элементы становятся радиоактивными. Радиоактивный распад сопровождается радиоактивными излучениями - потоком быстро движущихся частиц, входящих в состав атомных ядер. Все радиоактивные излучения обладают большой энергией. Общее свойство радиоактивных излучений - их ионизирующая и проникающая способность.
Сущность процесса ионизации заключается в том, что под воздействием радиоактивных излучений электрически нейтральные в нормальных условиях атомы и молекулы вещества распадаются на пары положительно и отрицательно заряженные частиц - ионов.
Ионизирующая способность радиоактивных излучений характеризуется удельной ионизацией. Удельная ионизация - это количество пар ионов, создаваемых определенным видом радиоактивных излучений на пути движения в 1 см.
Ионизация вещества всегда сопровождается изменением его основных физико-химических свойств, а для биологической ткани - нарушением ее жизнедеятельности, поэтому радиоактивные излучения оказывают на живой организм поражающее действие, вызывая лучевую болезнь.
Поражение человека радиоактивными излучениями возможно в результате внешнего и внутреннего облучения. При внешнем облучении наиболее опасны излучения, обладающие высокой проникающей способностью, а при внутреннем - излучения, обладающие высокой ионизирующей способностью.
Основными видами радиоактивных излучений являются альфа-, бета- и гамма-излучения.
Альфа-излучение представляет собой поток ядер атомов гелия, имеющих положительный заряд. Альфа-частицы имеют скорость около 20 000 км/с и обладают самой высокой ионизирующей способностью. Удельная ионизация альфа-частиц в воздухе составляет около 30 000 пар ионов на 1 см пути.
Вследствие большой ионизирующей способности альфа-частиц, их проникающая способность незначительна: длина пробега альфа-частиц в воздухе составляет до 10 см , а в жидких и твердых веществах - сотые доли миллиметров, в живых тканях - 45 мкм (0,0045 см).
Лист бумаги полностью задерживает альфа-частицы. Надежно защищают от альфа-частиц обычная одежда человека, ватно-марлевая повязка, респираторы.
Внешнее облучение людей альфа-частицами практически безопасно, но попадание радиоактивных : веществ, излучающих альфа-частицы, внутрь организма очень опасно.
Бета-излучение представляет собой поток бета-частиц - излученных электронов или позитронов j(положительно заряженных электронов). Скорость движения бета-частиц близка к скорости света (300 000 км/с). По сравнению с альфа-частицами бета-частицы обладают меньшей ионизирующей, но большей проникающей способностью.
! Удельная ионизация бета-частиц в воздухе в среднем составляет около 100 пар ионов на 1 см пути. Длина пробега бета-частиц высокой энергии в воздухе - до 20 м, в воде и живых тканях - до 3 см, в металле - до 1 мм.
Бета-частицы почти полностью поглощаются оконными стеклами или металлическими экранами толщиной в несколько миллиметров. Ткань одежды поглощает до 50 % бета-частиц. При внешнем облучении внутрь организма на глубину около 1 мм проникает 20-25 % бета-частиц. Поэтому внешнее облучение бета-частицами представляет серьезную опасность лишь при воздействии радиоактивных веществ непосредственно на кожу (особенно на глаза). Очень опасно попадание радиоактивных веществ, излучающих бета-частицы, внутрь организма .
Гамма-излучение - это электромагнитное излучение, испускаемое ядрами атомов при радиоактивном распаде. По своей природе гамма-лучи подобны рентгеновским, но обладают значительно большей энергией.
Гамма-излучение испускается отдельными порциями (квантами) и распространяется со скоростью Света, удельная ионизация в воздухе невысокая - всего несколько пар ионов на 1 см пути.
Гамма-лучи обладают высокой проникающей способностью. В воздухе гамма-излучение может Распространяться на сотни метров и проникать через значительные толщи различных материалов. Из-за высокой проникающей способности гамма-излучение считается важнейшим фактором поражающего действия радиоактивного излучения при внешнем облучении.
Источником радиоактивных излучений является ядерный взрыв, сопровождающийся проникающей радиацией и последующим радиоактивным заражением местности. Проникающая радиация представляет собой поток гамма-лучей и нейтронов, распространяющийся из зоны ядерной реакции.
Источниками радиоактивного заражения местности являются продукты деления (осколки) ядерного вещества (заряда); не прореагировавшая во время ядерного взрыва и выпавшая на землю часть ядерного горючего; искусственные радиоактивные элементы (изотопы), образующиеся в поверхностном taoe земли и на предметах под воздействием потока нейтронов (наведенная радиоактивность); аварии на атомных электростанциях и других объектах ядерной энергетики с выбросом (утечкой) РВ в атмосфера урановая промышленность, ядерные реакторы разных типов, радиохимическая промышленность, песта переработки и захоронения радиоактивных отходов, использование радионуклидов в промышленности, медицине, сельском хозяйстве и др.
ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ РАДИОАКТИВНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ.
ДОЗА РАДИОАКТИВНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Энергия излучения, поглощенная веществом, затрачивается на его ионизацию. Следовательно, доза излучения характеризует степень ионизации вещества: чем больше доза, тем больше степень ионизации, поэтому доза излучения является мерой поражающего действия радиоактивных излучений на организм человека (животного).
Г За единицу измерения дозы гамма-излучения в воздухе принят рентген, внесистемная единица экспозиционной дозы 1Р = 2,58 1(Н Кл/кг.
г Рентген (Р) - это такая доза гамма-излучения, при которой в 1 см3 сухого воздуха при нормальных условиях (температура 0 °C, давление 760 мм рт. ст.) образуется 2,08 млрд пар ионов. Более мелкие еди- Щцы измерения дозы: миллирентген (мР), равный 0,001 Р, и микрорентген (мкР), равный 0,000 001 Р.
Доза излучения, измеренная в рентгенах, характеризует ионизационный эффект гамма-излучения в воздухе. Именно эта доза и измеряется дозиметрическими приборами. Количество же энергии различных излучений, поглощенное в данной среде, характеризуется поглощенной дозой излучения, за единицу измерения которой в любом веществе, независимо от вида излучения, принят 1 рад. Это такая поглощенная доза, при которой количество поглощенной энергии в 1 г любого вещества составляет 100 эрг, независимо от вида и энергии излучения. Производными этой единицы являются: миллирад (мрад), равный 0,001 рад и микрорад (мкрад), равный 0,000 001 рад.
Биологический эффект действия различных излучений на организм человека зависит от количества энергии излучений, поглощенной организмом.
В настоящее время нет технических средств для непосредственного измерения поглощенной дозы любым веществом, в том числе и организмом человека (животного). Поэтому поражающее действие радиоактивных излучений определяют по эффекту ионизации воздуха гамма- излучением, т.е. по дозе гамма-излучений.
Так, при дозе гамма-облучения в 1 Р поглощенная доза в воздухе составляет 0,87 рад, а в воде и живой ткани почти столько же - 0,93 рад, 1 Р = 0,87 рад.
Поражающий эффект радиоактивных излучений зависит не только от дозы, но и от времени ее накопления, т.е. интенсивности излучений. Интенсивность гамма-излучения характеризуется уровнем радиации, представляющим собой мощность дозы излучения. Он равен дозе, создаваемой за единицу времени, т.е. характеризует скорость накопления дозы. Уровень радиации измеряется в рентгенах в час (Р/ч), миллирентгенах в час (мР/ч), микрорентгенах в час (мкР/ч), микрорентгенах в секунду (мкР/с), 1 мР/ч = 0,001 Р/ч, 1 мкР/ч = 0,000 001 Р/ч, 1 мкР/ч = 3,6 мР/ч.
Уровень радиации пропорционален активности радиоактивных веществ, которая в соответствии с законом радиоактивного распада непрерывно уменьшается во времени, поэтому и уровень радиации на местности после ее радиоактивного заражения, также непрерывно падает.
Степень заражения радиоактивными веществами характеризуется плотностью загрязнения, измеряемой количеством радиоактивных распадов атомов, происходящих в единицу времени на единице поверхности, в единице объема или массы. В настоящее время степень радиоактивного заражения различных объектов выражают в единицах уровней радиации по гамма-излучению - в миллирентгенах в час (мР/ч). Зная уровень радиации, можно определить возможную степень заражения в распадах. Уровень радиации в 1 Р/ч соответствует 20 млн распадов в 1 мин на 1 см2 поверхности.
МЕХАНИЗМ БИОЛОГИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ
ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА
При изучении действий излучения на организм были выявлены следующие особенности:
- Высокая эффективность поглощенной энергии. Даже малые количества поглощенной энергии излучения могут вызвать глубокие биологические изменения в организме.
- Наличие скрытого, или инкубационного, периода действия ионизирующего излучения (ИИ).
- Действие от малых доз может суммироваться или накапливаться. Этот эффект называется кумуляцией.
- ИИ воздействует не только на данный живой организм, но и на его потомство, т.е. имеет генетические последствия.
- Различные органы живого организма имеют разную чувствительность к облучению. Изменения в крови наступают при ежедневной дозе 0,02 Р.
- Не каждый организм в целом одинаково реагирует на ИИ.
- Облучение зависит от частот. Одноразовое облучение в большой дозе вызывает более глубокие последствия, чем многоразовое в малых дозах.
В результате воздействия ИИ нарушаются нормальное течение биохимических процессов и обмен веществ в организме. Биологический эффект ИИ зависит от суммарной дозы и времени воздействия ИИ, от его вида, облучаемой поверхности и индивидуальных особенностей организма.
При однократном облучении всего тела человека биологические нарушения зависят от суммарной поглощенной дозы излучения. При этом возможно проявление различных степеней лучевой болезни.
Легкая степень лучевой болезни характеризуется облучением 100-250 рад. Течение болезни: первичная реакция 1-2 дня, характерны слабость, головная боль, тошнота, может быть рвота. Скрытый период - 3-5 нед, состояние в этот период вполне удовлетворительное. Разгар болезни - состояние удовлетворительное, отмечаются слабость, головная боль, снижение аппетита, тошнота, утомляемость, головокружение. Исход болезни: выздоровление через 1-2 мес, полное восстановление крови через 2—4 мес.
Средняя степень - 250-400 рад. Первичная реакция - 2-3 сут, через 2-3 ч после облучения тошнота и рвота в течение 2-3 ч, слабость, головная боль, головокружение, снижение аппетита, расстройство желудка, эмоциональное возбуждение, переходящее в депрессию. Скрытый период - 2-3 нед, состояние удовлетворительное, но отмечаются слабость, нарушение сна. Разгар - 2-3 нед, общая слабость, головная боль, бессонница, повышение температуры до 38 °C, кожные кровоизлияния, кровоточивость десен, инфекционные осложнения. Выздоровление - через 2-3 мес, полное восстановление крови - через 3-5 мес, возможен смертельный исход.
Тяжелая степень - 400-600 рад. Первичная реакция - 2-4 сут, через 10-60 мин неукротимая рвота в течение 4-8 ч, резкая слабость, жажда, далее как при средней степени, повышение температуры до 39 °C. Скрытый период - 2-10 сут, слабость, снижение аппетита, нарушение сна и т.д. Разгар болезни - 2-3 нед, состояние тяжелое, резкая слабость, озноб, t = 40 °C, отказ от пищи, кровоизлияния, инфекция. Исход - при своевременном лечении выздоровление может быть через 5-10 мес, возможна смерть через 10-36 сут.
Крайне тяжелая - более 600 рад. Через 10-15 мин неукротимая рвота в течение 6 ч, потеря сознания, понос, t = 39 °C, через 5-10 сут - летальный исход. Смерть может наступить мгновенно при облучении, в 100-1000 раз превышающем смертельную дозу. Смертельные поглощенные дозы для головы - 2000 рад, живота - 3000-5000, грудной клетки - 10 000, конечностей - 20 000 рад.
При воздействии ИИ на человека в его организме возникают биологические процессы отмирания и разложения клеток, что приводит к нарушению жизненных функций отдельных органов и систем. В результате этого у пораженных людей развивается специфическое заболевание - лучевая болезнь, которая может возникнуть как при внешнем облучении, так и при попадании РВ внутрь через органы дыхания и пищеварения.
Главная особенность биологического воздействия ионизирующих излучений - то, что воздействие ИИ не ощутимо человеком. У людей отсутствует орган чувств, который бы воспринимал ИИ, поэтому человек может вдохнуть РВ без всяких первичных ощущений. Дозиметрические приборы являются как бы дополнительным “органом чувств”, предназначенным для восприятия ИИ.
Видимые поражения кожного покрова, недомогания, характерные для лучевой болезни, проявляются не сразу, а спустя некоторое время.
Суммирование доз происходит скрытно: если в организм человека систематически будут попадать РВ, то со временем дозы накапливаются, что неизбежно приведет к лучевой болезни.
ОКАЗАНИЕ ПОМОЩИ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ
РАДИОАКТИВНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ
При однократном облучении организм человека получает дозу одновременно или дробными частями за период времени, не превышающий 4 сут. Тяжесть болезни будет зависеть от дозы облучения, физического и психологического состояния человека. Поэтому одна из основных задач предупреждения возникновения лучевой болезни — необходимость в первую очередь устранить или максимально уменьшить воздействие РВ. Это достигается заблаговременной защитой в укрытиях, использованием СИЗ органов дыхания и кожи, организацией правильного режима поведения людей на радиактивно зараженной местности и своевременным оказанием медицинской помощи. Важно обеспечить защиту людей от ИИ в первые же минуты, часы заражения местности, так как получаемая доза накапливается в организме неравномерно. За первые 6 ч незащищенный человек может получить до 30 % всей дозы радиации, которая может быть в данной зоне до полного распада, в течение первых суток - до 47 %, за 3 сут - 58, за 30 сут - 73 %.
На территории, зараженной РВ, прежде чем доставить пораженных в ПРУ или эвакуировать на неза- раженную территорию, проводят частичную дезактивацию их одежды и частичную санитарную обработку открытых участков кожи. При этом необходимо исключить попадание РВ в раны, на обожженные участки.
Для профилактики лучевой болезни и оказания первой медпомощи применяют противорадиационные препараты из аптечки АИ-2. В зоне заражения РВ за 30-60 мин до начала предполагаемого облучения принимают, запивая водой, радиозащитное средство № 1 - 6 таблеток за один прием из гнезда № 4. Если население употребляет молоко коров, находящихся на зараженной территории, следует принять радиозащитное средство № 2 из гнезда № 6 - по 1 таблетке ежедневно в течение 10 дней.
При появлении начальных признаков лучевой болезни принимают одну таблетку противорвот- ного средства из гнезда № 7 (пенал голубого цвета). В случае желудочно-кишечных расстройств после радиоактивного облучения принимают противобактериальное средство № 2 из гнезда. № 3 (пенал белого цвета): в первые сутки - 7 таблеток за один прием, в последующие 2 сут - по 4 таблетки за один прием.
Если РВ попали внутрь организма, необходимы срочные меры для их выведения, для этого следует принять 20-30 г медицинского угля. Через 15-20 мин - промывание желудка: выпить 2-3 л воды, а затем вызвать рвоту, повторить прием угля и выпить слабительное средство
МЕТОДЫ ОБНАРУЖЕНИЯ
И ИЗМЕРЕНИЯ РАДИОАКТИВНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ
Для обнаружения и измерения радиоактивных излучений применяются специальные технические средства, которые называются дозиметрическими приборами.
Обнаружение и измерение радиоактивных излучений основываются на эффектах, проявляющихся при взаимодействии излучений (нейтронов, гамма-лучей, бета- и альфа-частиц) со средой, в которой они распространяются, в результате чего происходят ионизация и возбуждение нейтральных атомов и молекул среды. Эти процессы приводят к существенным изменениям физико-химических свойств облучаемой среды. К ним относятся: изменение электропроводности веществ (газов, жидкостей, твердых материалов), люминесценция (свечение) некоторых веществ (сернистый цинк, иодистый натрий), засвечивание, изменение цвета, окраски, прозрачности, сопротивления электрическому току некоторых химических растворов и др.
Для обнаружения и измерения ионизирующих излучений используют следующие методы: фотографический, сцинтилляционный, химический и ионизационный.
Фотографический метод основан на степени почернения фотоэмульсии: под воздействием ионизирующих излучений молекулы бромистого серебра, содержащегося в фотоэмульсии, распадаются на серебро и бром, при этом образуются мельчайшие кристаллики серебра, которые и вызывают почернение фотопленки при ее проявлении. Плотность почернения пропорциональна поглощенной энергии излучения. Сравнивая плотность почернения с эталоном, определяют дозу излучения, полученную пленкой. На этом методе основана работа индивидуальных фотодозиметров.
Сцинтилляционный метод основан на свечении некоторых веществ под воздействием ионизирующих излучений. Количество возникающих при этом вспышек пропорционально мощности дозы излучения и регистрируется с помощью специального прибора - фотоэлектронного умножителя (ФЭУ), преобразующего световую энергию в электрический импульс.
Химический метод. Под воздействием ионизирующих излучений такие вещества, как хлороформ, в воде разлагаются с образованием соляной кислоты, которая дает цветную реакцию с красителем, добавленным к хлороформу. Двухвалентное железо в кислой среде окисляется в трехвалентное под воздействием свободных радикалов НО2 и ОН, образующихся в воде при ее облучении. Трехвалентное железо с красителем дает цветную реакцию. По плотности окраски можно судить о дозе излучения (поглощенной энергии). На этом принципе основана работа химического гамма-дозиметра ДП-70М.
Современные дозиметрические приборы основаны на применении ионизационного метода обнаружения и измерения ионизирующих излучений.
Сущность метода заключается в том, что под действием ионизирующих излучений происходит ионизация молекул воздуха, в результате чего увеличивается его электропроводность: электрически нейтральные атомы (молекулы) газа разделяются на положительные и отрицательные ионы. Если в этот объем поместить два электрода, к которым приложено постоянное напряжение, то между электродами создается электрическое поле, при наличии которого в ионизированном газе возникает направленное движение заряженных частиц, т.е. электрический ток, называемый ионизационным. Измеряя ионизационный ток, можно судить об интенсивности ионизирующих излучений.
Явления, вызванные радиоактивным излучением, количественно связаны с его интенсивностью. Такая связь позволяет определить не только наличие радиоактивного излучения, но и его количественную характеристику. Количественная оценка эффекта воздействия ионизирующих излучений определяется их поглощенной энергией.
Устройство, предназначенное для преобразования поглощенной энергии ионизирующих излучений в другой вид энергии, удобный для регистрации и измерения ионизационного тока, называют детектором (воспринимающим устройством) ионизирующих излучений. В дозиметрических приборах в качестве детекторов ионизирующих излучений используются ионизационные камеры и газоразрядные счетчики.
Детекторы ионизирующих излучений, применяемые в войсковых дозиметрических приборах, в соответствии с методами обнаружения и измерения излучений подразделяются на ионизационные, радиофотолюминесцентные и химические.