Ионизирующее излучение и радиоактивность

Ионизирующее излучение и радиоактивность

Ионизирующее излучение – поток заряженных или нейтральных частиц и квантов электромагнитного излучения, прохождение которых через вещество приводит к иониза-ции и возбуждению атомов или молекул среды.

Все ионизирующие излучения по своей природе делятся на фотонные и корпуску-лярные. К фотонному ионизирующему излучению относятся гамма-излучение, возни-кающее при изменении энергетического состояния атомных ядер или аннигиляции час-тиц, тормозное излучение, возникающее при уменьшении кинетической энергии заряжен-ных частиц, характеристическое излучение с дискретным энергетическим спектром, воз-никающее при изменении энергетического состояния электронов атома и рентгеновское излучение, состоящее из тормозного и/или характеристического излучений. К корпуску-лярному ионизирующему излучению относят альфа-излучение, электронное, протонное, нейтронное и мезонное излучения. Корпускулярное излучение, состоящее из потока заря-женных частиц (альфа-, бета-частиц, протонов, электронов), кинетическая энергия кото-рых достаточна для ионизации атомов при столкновении, относится к классу непосредст-венно ионизирующего излучения. Нейтроны и другие элементарные частицы непосредст-венно не производят ионизацию, но в процессе взаимодействия со средой высвобождают заряженные частицы (электроны, протоны), способные ионизировать атомы и молекулы среды, через которую проходят. Соответственно, корпускулярное излучение, состоящее из потока незаряженных частиц, называют косвенно ионизирующим излучением.

Источником ионизирующего излучения называют объект, содержащий радиоак-тивный материал, или техническое устройство, испускающее или способное (при опреде-ленных условиях) испускать ионизирующее излучение.

Классификация источников излучения. Современные ядерно-технические уста-новки обычно представляют собой сложные источники излучений. Например, источника-ми излучений действующего ядерного реактора, кроме активной зоны, являются система охлаждения, конструкционные материалы, оборудование и др. Поле излучения таких ре-альных сложных источников обычно представляется как суперпозиция полей излучения отдельных, более элементарных источников.

Любой источник излучения характеризуется:

1. Видом излучения – основное внимание уделяется наиболее часто встречаю-щимся на практике источникам -излучения, нейтронов, -, +-, --частиц.

2. Геометрией источника (формой и размерами) – геометрически источники могут быть точечными и протяженными. Протяженные источники представляют суперпо-зицию точечных источников и могут быть линейными, поверхностными или объемными с ограниченными, полубесконечными или бесконечными размерами. Физически точечным можно считать такой источник, максимальные размеры которого много меньше расстоя-ния до точки детектирования и длины свободного пробега в материале источника (ослаб-лением излучения в источнике можно пренебречь). Поверхностные источники имеют толщину много меньшую, чем расстояние до точки детектирования и длина свободного пробега в материале источника. В объемном источнике излучатели распределены в трех-мерной области пространства.

3. Мощностью и ее распределением по источнику – источники излучения наи-более часто распределяются по протяженному излучателю равномерно, экспоненциально, линейно или по косинусоидальному закону.

4. Энергетическим составом – энергетический спектр источников может быть моноэнергетическим (испускаются частицы одной фиксированной энергии), дискретным (испускаются моноэнергетические частицы нескольких энергий) или непрерывным (ис-пускаются частицы разных энергий в пределах некоторого энергетического диапазона).

5. Угловым распределением излучения – среди многообразия угловых распре-делений излучений источников для решения большинства практических задач достаточно рассматривать следующие: изотропное, косинусоидальное, мононаправленное. Иногда встречаются угловые распределения, которые можно записать в виде комбинаций изо-тропных и косинусоидальных угловых распределений излучений.

(На практике источники встречаются в неограниченном многообразии указанных характеристик.)

Гамма-лучи, альфа- и бета-частицы обладают различной проникающей способно-стью. Пробег альфа-частицы в воздухе не превышает нескольких сантиметров; бета-частицы могут пройти в воздухе несколько метров, а гамма-кванты – десятки, сотни мет-ров. При внешнем облучении человека альфа-частицы полностью задерживаются поверх-ностным слоем кожи; бета-частицы не могут проникнуть в глубь человеческого организма больше, чем на несколько миллиметров; гамма-кванты способны вызвать облучение всего тела.

Клинические аспекты действия малых доз ионизирующего излучения на человека

Нарушение здоровья тесно связано с ростом числа общесоматических заболеваний. Пусть здоровье – это состояние организма, которое можно охарактеризовать соответст-вующими уровнями физических и умственных способностей, а также возможностями приспособления к меняющимся условиям работы и жизни. В этом случае в понятие «на-рушение здоровья» входит снижение функциональных способностей организма. Для оценки нарушения здоровья, а вместе с этим и для прогноза роста заболеваний, применя-ют критерии изменения гематологических, биохимических и морфологических парамет-ров организма, которые имеют количественные лабораторные оценки, и эти изменения могут быть результатом неблагоприятного воздействия факторов на различные физиоло-гические системы.

Рассмотрим клинические проявления, которые возникают у практически здорового человека при действии малых доз ионизирующего излучения на примере медицинских и дозиметрических исследований заболеваемости ликвидаторов аварии на ЧАЭС по данным Российского государственного медико-дозиметрического регистра.

Таблица 2. Показатели заболеваемости на 100 тыс. человек в 1993 году по основ-ным классам болезней среди ликвидаторов различных дозовых групп и населения России в целом

Класс болезней

Население

России Ликвидаторы

0 – 5 сГр 5 – 20 сГр Более 20сГр

Болезни эндокринной системы 327 5170 6120* 6075*

Болезни крови и кроветворных органов 94 213 354* 450*

Психические расстройства 599 5178 5490 5472

Болезни органов кровообращения 1472 5287 6090* 6648**

Болезни органов пищеварения 2535 9106 9743 9515

Примечания:

* - показатели, достоверно отличающиеся от соответствующих показателей в дозовой группе 0 - 5 сГр;

** - те же различия с дозовой группой 5 - 20 сГр.

В таблице представлены показатели заболеваемости на 100 тыс. человек в 1993 г. по основным классам болезней среди ликвидаторов различных дозовых групп и населения России в целом. Из данных таблицы видно, что показатели заболеваемости среди ликви-даторов превышают таковые для населения России. Рост заболеваемости (сумма заболе-ваний по классам болезней) по группам ликвидаторов составляет соответственно 20; 22,8 и 23,2 %. Эффективная доза Dэф рассчитывалась из предположения, что ликвидаторы на ЧАЭС подвергались равномерному облучению в течение трех - шести месяцев. Мы счита-ем, что столь высокий рост заболеваний объясняется тем, что уровень, полнота и качество диспансеризации ликвидаторов значительно отличаются от общероссийской практики. Поэтому группу, получившую дозу 0 - 5 сГр (Dэф  2 сГр), мы принимаем в качестве кон-трольной группы сравнения. Из данных таблицы следует, что во второй и третьей группе имеет место достоверный рост заболеваний примерно на 3 %. Этим группам с дозой облу-чения 20 - 35 сГр Dэф соответствует 7 - 11 сГр, то есть у части лиц она несколько превы-шала условный порог (Dэф=8 сГр). Нарушение здоровья есть нестохастический эффект. При достижении пороговой дозы он выявляется у части лиц (до 5 %). На этом основании мы принимаем Dэф=8 сГр за порог нарушения здоровья.

Имеющиеся в литературе клинические данные об изменениях в основных регуляторных системах организма при действии ионизирующего излучения в дозах, не вызывающих острую или хроническую лучевую болезнь, указывают на то, что функциональные изме-нения деятельности основных физиологических систем чаще всего носят полисиндром-ный характер. Это проявляется в первичных функциональных отклонениях на уровне многих физиологических систем организма, развитию донозологических состояний, пере-ходящих с ростом дозы к клинической патологии. Как показывает анализ заболеваемости ликвидаторов аварии на ЧАЭС, при дозах более 5 сГр через четыре года имеет место дос-товерный рост заболеваний по следующим классам болезней: болезни нервной системы, психические расстройства, болезни крови и кроветворных органов, болезни органов пи-щеварения. По другим классам болезней различия в показателях заболеваемости не выяв-лены.

Рассмотрим данные о состоянии различных систем организма у лиц, подвергшихся облу-чению в малых дозах, и на этой основе попытаемся установить, к каким клиническим по-следствиям приводит облучение в установленных выше диапазонах дозы.

В структуре неврологической заболеваемости особое место занимает синдром вегетатив-ной дистонии. Стойкие и выраженные нарушений вегетативной регуляции выявлены при дозе внешнего облучения выше 25 - 50 сГр. Психологические и психосоциальные скри-нинговые исследования больших контингентов пострадавших вследствие аварии на ЧАЭС выявили универсальную реакцию в виде повышения тревожности как устойчивой лично-стной черты, характерной для состояния стресса со всеми его тремя компонентами: сома-тическим, эмоционально-волевым, поведенческим. При этом отмечается ускорение пере-хода психофизиологических расстройств в стойкие психосоматические у 30 % обследо-ванных. Анализ