Задача (для разогрева):
Расскажу я вам, дружочки,
Как выращивать грибочки:
Нужно в поле утром рано
Сдвинуть два куска урана...
Вопрос: Какова должна быть общая масса кусков урана, чтобы произошел ядерный взрыв?
Ответ (для того, чтобы увидеть ответ - нужно выделить текст) : Для урана-235 критическая масса составляет примерно 500 кг., если взять шарик такой массы, то диаметр такого шара будет равен 17 см.
Радиация, что это?
Радиация (в переводе с английского "radiation") - это излучение, которое применяется не только в отношении радиоактивности, но и для ряда других физических явлений, например: солнечная радиация, тепловая радиация и др. Таким образом, в отношении радиоактивности необходимо использовать принятое МКРЗ (Международной комиссией по радиационной защите) и правилами радиационной безопасности словосочетание "ионизирующее излучение".
Ионизирующее излучение, что это?
Ионизирующее излучение - излучение (электромагнитное, корпускулярное), которое вызывает ионизацию (образование ионов обоих знаков) вещества (среды). Вероятность и количество образованных пар ионов зависит от энергии ионизирующего излучения.
Радиоактивность, что это?
Радиоактивность – излучение возбужденных ядер или самопроизвольное превращение неустойчивых атомных ядер в ядра других элементов, сопровождающееся испусканием частиц или γ -кванта (ов). Трансформация обычных нейтральных атомов в возбужденное состояние происходит под воздействием внешней энергии различного рода. Далее возбужденное ядро стремится снять избыточную энергию путем излучения (вылет альфа-частицы, электронов, протонов, гамма-квантов (фотонов), нейтронов), до достижения стабильного состояния. Многие тяжелые ядра (трансурановый ряд в таблице Менделеева - торий, уран, нептуний, плутоний и др.) изначально находятся в нестабильном состоянии. Они способны спонтанно распадаться. Этот процесс также сопровождается излучением. Такие ядра называются естественными радионуклидами.
На этой анимации наглядно показано явление радиоактивности.
Камера Вильсона (пластиковый бокс охлажденный до -30 °C) наполнена паром изопропилового спирта. Жюльен Саймонпоместил в нее 0,3-cm³ кусок радиоактивного урана (минерала уранинит). Минерал излучает α-частицы и бета-частицы, так как он содержит U-235 и U-238. На пути движения α и бета частиц находятся молекулы изопропилового спирта.
Поскольку частицы заряжены (альфа – положительно, бета – отрицательно), то они могут отрывать электрон от молекулы спирта (альфа частица) или добавить электроны молекулам спирта бета частицы). Это, в свою очередь, дает молекулам заряд, который затем привлекает незаряженные молекулы вокруг них. Когда молекулы собираются в кучу, то получаются заметные белые облака, что прекрасно видно на анимации. Так мы легко можем проследить пути выбрасываемых частиц.
α-частицы создают прямые, густые облака, в то время как бета-частицы создают длинные.
Изотопы, что это?
Изотопы – это разнообразие атомов одного и того же химического элемента, располагающие разными массовыми числами, но включающие одинаковый электрический заряд атомных ядер и, следовательно, занимающие в периодической системе элементов Д.И. Менделеева единое место. Например: 131 55 Cs, 134 m 55 Cs, 134 55 Cs, 135 55 Cs, 136 55 Cs, 137 55 Cs. Т.е. заряд в большей степени определяет химические свойства элемента.
Существуют изотопы устойчивые (стабильные) и неустойчивые (радиоактивные изотопы) – спонтанно распадающиеся. Известно около 250 стабильных и около 50 естественных радиоактивных изотопов. Примером устойчивого изотопа может служить 206 Pb, являющийся конечным продуктом распада естественного радионуклида 238 U, который в свою очередь появился на нашей Земле в начале образования мантии и не связан с техногенным загрязнением.
Какие виды ионизирующего излучения существуют?
Основными видами ионизирующего излучения, с которыми чаще всего приходится сталкиваться, являются:
- альфа-излучение;
- бета-излучение;
- гамма-излучение;
- рентгеновское излучение.
Конечно, имеются и другие виды излучения (нейтронное, позитронное и др.), но с ними мы встречаемся в повседневной жизни заметно реже. Каждый вид излучения обладает своими ядерно-физическими характеристиками и как следствие – различным биологическим воздействии на организм человека. Радиоактивный распад может сопровождаться одним из видов излучения или сразу несколькими.
Источники радиоактивности бывают природными или искусственными. Природные источники ионизирующего излучения - это радиоактивные элементы, находящиеся в земной коре и образующие природный радиационный фон вместе с космическим излучением.
Искусственные источники радиоактивности, как правило, образуются в ядерных реакторах или ускорителях на основе ядерных реакций. Источниками искусственных ионизирующих излучений могут быть и разнообразные электровакуумные физические приборы, ускорители заряженных частиц и др. Например: кинескоп телевизора, рентгеновская трубка, кенотрон и др.
Альфа-излучение (α -излучение) - корпускулярное ионизирующее излучение, состоящее из альфа-частиц (ядер гелия). Образуются при радиоактивном распаде и ядерных превращениях. Ядра гелия обладают достаточно большими массой и энергией до 10 МэВ (Мегаэлектрон-Вольт). 1 эВ = 1,6∙10 -19 Дж. Имея несущественный пробег в воздухе (до 50 см) представляют высокую опасность для биологических тканей при попадании на кожу, слизистые оболочки глаз и дыхательных путей, при попадании внутрь организма в виде пыли или газа (радон-220 и 222). Токсичность альфа-излучения, обуславливается колоссально высокой плотностью ионизации из-за высокой энергии и массы.
Бета-излучение (β -излучение) - корпускулярное электронное или позитронное ионизирующее излучение соответствующего знака с непрерывным энергетическим спектром. Характеризуется максимальной энергией спектра Е β max , или средней энергией спектра. Пробег электронов (бета-частиц) в воздухе достигает нескольких метров (в зависимости от энергии), в биологических тканях пробег бета-частицы составляет несколько сантиметров. Бета-излучение, как и альфа-излучение, представляет опасность при контактном облучении (поверхностном загрязнении), например, при попадании внутрь организма, на слизистые оболочки и кожные покровы.
Гамма-излучение (γ –излучение или гамма кванты) – коротковолновое электромагнитное (фотонное) излучение с длиной волны
Рентгеновское излучение - по своим физическим свойствам подобно гамма-излучению, но имеющее ряд особенностей. Оно появляется в рентгеновской трубке вследствие резкой остановки электронов на керамической мишени-аноде (то место, куда ударяются электроны, изготавливают, как правило, из меди или молибдена) после ускорения в трубке (непрерывный спектр - тормозное излучение) и при выбивании электронов из внутренних электронных оболочек атома мишени (линейчатый спектр). Энергия рентгеновского излучения небольшая – от долей единиц эВ до 250 кэВ. Рентгеновское излучение можно получить, используя ускорители заряженных частиц, - синхротронное излучение с непрерывным спектром, имеющим верхнюю границу.
Прохождение радиации и ионизирующих излучений через препятствия:
Чувствительность человеческого организма к воздействию радиации и ионизирующих излучений на него:
Что такое источник излучения?
Источник ионизирующего излучения (ИИИ) - объект, который включает в себя радиоактивное вещество или техническое устройство, которое создает или в определенных случаях способно создавать ионизирующее излучение. Различают закрытые и открытые источники излучения.
Что такое радионуклиды?
Радионуклиды – ядра, подверженные спонтанному радиоактивному распаду.
Что такое период полураспада?
Период полураспада – период времени, в течение которого число ядер данного радионуклида в результате радиоактивного распада снижается в два раза. Эта величина используется в законе радиоактивного распада.
В каких единицах измеряется радиоактивность?
Активность радионуклида в соответствии с системой измерений СИ измеряется в Беккерелях (Бк) – по имени французского физика, открывшего радиоактивность в 1896г.), Анри Беккереля. Один Бк равен 1 ядерному превращению в секунду. Мощность радиоактивного источника измеряется соответственно в Бк/с. Отношение активности радионуклида в образце к массе образца называется удельная активность радионуклида и измеряется в Бк/кг (л).
В каких единицах измеряется ионизирующее излучение (рентгеновское и гамма) ?
Что же мы видим на дисплее современных дозиметров, измеряющих ИИ? МКРЗ предложила для оценки облучения человека измерять дозу на глубине d, равной 10 мм. Измеряемая величина дозы на этой глубине получила название амбиентный эквивалент дозы, измеряемая в зивертах (Зв). Фактически это расчетная величина, где поглощенная доза умножена на взвешивающий коэффициент для данного вида излучения и коэффициент, характеризующий чувствительность различных органов и тканей к конкретному виду излучения.
Эквивалентная доза (или часто употребляемое понятие «доза») – равна произведению поглощенной дозы на коэффициент качества воздействия ионизирующего излучения (например: коэффициент качества воздействия гамма-излучения составляет 1, а альфа-излучения – 20).
Единица измерения эквивалентной дозы – бэр (биологический эквивалент рентгена) и его дольные единицы: миллибэр (мбэр) микробэр (мкбэр) и т.д., 1 бэр = 0,01 Дж/кг. Единица измерения эквивалентной дозы в системе СИ – зиверт, Зв,
1 Зв = 1 Дж/кг = 100 бэр.
1 мбэр = 1*10 -3 бэр; 1 мкбэр = 1*10 -6 бэр;
Поглощенная доза - количество энергии ионизирующего излучения, которое поглощено в элементарном объеме, отнесенной к массе вещества в этом объеме.
Единица поглощенной дозы – рад, 1 рад = 0,01 Дж/кг.
Единица поглощенной дозы в системе СИ – грей, Гр, 1 Гр=100 рад=1 Дж/кг
Мощность эквивалентной дозы (или мощность дозы) – это отношение эквивалентной дозы на промежуток времени ее измерения (экспозиции), единица измерения бэр/час, Зв/час, мкЗв/с и т.д.
В каких единицах измеряется альфа- и бета-излучение?
Количество альфа- и бета-излучения определяется как плотности потока частиц с единицы площади, в единицу времени - a-частиц*мин/см 2 , β-частиц*мин/см 2 .
Что вокруг нас радиоактивно?
Почти все что нас окружает, даже сам человек. Естественная радиоактивность в какой-то мере является натуральной средой обитания человека, если она не превышает естественных уровней. На планете есть участки с повышенным относительно среднего уровня радиационного фона. Однако в большинстве случаев, каких-либо весомых отклонений в состоянии здоровья населения при этом не наблюдается, так как эта территория является их естественной средой обитания. Примером такого участка территории является, например, штат Керала в Индии.
Для истинной оценки, возникающих иногда в печати пугающих цифр, следует отличать:
- естественную, природную радиоактивность;
- техногенную, т.е. изменение радиоактивности среды обитания под влиянием человека (добыча ископаемых, выбросы и сбросы промышленных предприятий, аварийные ситуации и много другое).
Как правило, устранить элементы природной радиоактивности почти невозможно. Как можно избавиться от 40 К, 226 Ra, 232 Th, 238 U,которые повсюду распространены в земной коре и находятся практически во всем, что нас окружает, и даже в нас самих?
Из всех природных радионуклидов наибольшую опасность для здоровья человека представляют продукты распада природного урана (U-238) - радий (Ra-226) и радиоактивный газ радон (Ra-222). Главными «поставщиками» радия-226 в окружающую природную среду являются предприятия, занимающиеся добычей и переработкой различных ископаемых материалов: добыча и переработка урановых руд; нефти и газа; угольная промышленность; производство строительных материалов; предприятия энергетической промышленности и др.
Радий-226 хорошо подвержен выщелачиванию из минералов содержащих уран. Этим его свойством объясняется наличие крупных количеств радия в некоторых видах подземных вод (некоторые из них, обогащенные газом радоном применяются в медицинской практике), в шахтных водах. Диапазон содержания радия в подземных водах варьируется от единиц до десятков тысяч Бк/л. Содержание радия в поверхностных природных водах значительно ниже и может составлять от 0.001 до 1-2 Бк/л.
Значительной составляющей природной радиоактивности является продукт распада радия-226 - радон-222.
Радон – инертный, радиоактивный газ, без цвета и запаха с периодом полураспада 3.82 дня. Альфа-излучатель. Он в 7.5 раза тяжелее воздуха, поэтому большей частью концентрируется в погребах, подвалах, цокольных этажах зданий, в шахтных горных выработках, и т.д.
Считается, что до 70% действия радиации на население связано с радоном в жилых зданиях.
Главным источником поступления радона в жилые здания являются (по мере возрастания значимости):
- водопроводная вода и бытовой газ;
- строительные материалы (щебень, гранит, мрамор, глина, шлаки, и др.);
- почва под зданиями.
Более подробно о радоне и прибораз для его измерения: РАДИОМЕТРЫ РАДОНА И ТОРОНА .
Профессиональные радиометры радона стоят неподъемные деньги, для бытового использования - рекомендуем Вам обратить внимание на бытовой радиометр радона и торона производства Германия: Radon Scout Home .
Что такое "черные пески" и какую опасность они представляют?
«Черные пески» (цвет варьируется от светло-желтого до красно-бурого, коричневого, встречаются разновидности белого, зеленоватого оттенка и черные) представляют собой минерал монацит - безводный фосфат элементов ториевой группы, главным образом церия и лантана (Ce, La)PO 4 , которые заменяются торием. Монацит насчитывает до 50-60% окисей редкоземельных элементов: окиси иттрия Y 2 O 3 до 5%, окиси тория ThO 2 до 5-10%, иногда до 28%. Попадается в пегматитах, иногда в гранитах и гнейсах. При разрушении горных пород содержащих монацит, он собирается в россыпях, которые представляют собой крупные месторождения.
Россыпи монацитовых песков существующие на суше, как правило, не вносят особенного изменения в получившуюся радиационную обстановку. А вот месторождения монацита находящиеся у прибрежной полосы Азовского моря (в пределах Донецкой области), на Урале (Красноуфимск) и др. областях создают ряд проблем, связанных с возможностью облучения.
Например, из-за морского прибоя за осенне-весенний период на побережье, в следствии естественной флотации, набирается существенное количество "черного песка", характеризующегося высоким содержанием тория-232 (до 15-20 тыс. Бк/кг и более), который создает на локальных участках уровни гамма-излучения порядка 3,0 и более мкЗв/час. Естественно, отдыхать на таких участках небезопасно, поэтому ежегодно проводится сбор этого песка, выставляются предупреждающие знаки, закрываются некоторые участки побережья.
Средства измерения радиации и радиоактивности.
Для измерения уровней радиации и содержания радионуклидов в разных объектах применяются специальные средства измерения:
- для измерения мощности экспозиционной дозы гамма излучения, рентгеновского излучения, плотности потока альфа и бета-излучения, нейтронов, применяются дозиметры и поисковые дозиметры-радиометры разных типов;
- для определения вида радионуклида и его содержания в объектах окружающей среды применяются спектрометры ИИ, которые состоят из детектора излучения, анализатора и персонального компьютера с соответствующей программой для обработки спектра излучения.
В настоящее время присутствует большое количество дозиметров различного типа для решения различных задач радиационного контроля и имеющие широкие возможности.
Вот для примера дозиметры, которые чаще всего используются в профессиональной деятельности:
- Дозиметр-радиометр МКС-АТ1117М
(поисковый дозиметр-радиометр) – профессиональный радиометр используется для поиска и выявления источников фотонного излучения. Имеет цифровой индикатор, возможность установки порога срабатывания звукового сигнализатора, что очень облегчает работу при обследовании территорий, проверки металлолома и др. Блок детектирования выносной. В качестве детектора применяется сцинтилляционный кристалл NaI. Дозиметр является универсальным решением различных задач, комплектуется десятком различных блоков детектирования с разными техническими характеристиками. Измерительные блоки позволяют измерять альфа, бета, гамма, рентгеновское и нейтронное излучения.
Информация о блоках детектирования и их применению:
|
Наименование блока детектирования |
Измеряемое излучение |
Основная особенность (техническая характеристика) |
Область применения |
|
БД для альфа излучения |
Диапазон измерения 3,4·10 -3 - 3,4·10 3 Бк·см -2 |
БД для измерения плотности потока альфа-частиц с поверхности |
|
|
БД для бета излучения |
Диапазон измерения 1 - 5·10 5 част./(мин·см 2) |
БД для измерения плотности потока бета-частиц с поверхности |
|
|
БД для гамма излучения |
Чувствительность 350 имп·с -1 /мкЗв·ч -1 Диапазон измерения 0,03 - 300 мкЗв/ч |
Оптимальный вариант по цене, качество, технические характеристики. Имеет широкое применение в области измерения гамма-излучения. Хороший поисковый блок детектирования для нахождения источников излучения. |
|
|
БД для гамма излучения |
Диапазон измерения 0,05 мкЗв/ч - 10 Зв/ч |
Блок детектирования имеющий очень высокий верхний порог измерения гамма-излучения. |
|
|
БД для гамма излучения |
Диапазо измерения 1 мЗв/ч - 100 Зв/ч Чувствительность 900 имп·с -1 /мкЗв·ч -1 |
Дорогой блок детектирования, обладающий высоким диапазоном измерения и отличную чувствительность. Используется для нахождения источников излучения с сильным излучением. |
|
|
БД для рентгеновского излучения |
Диапазон энергии 5 - 160 кэВ |
Блок детектирования для рентгеновского излучения. Широко применяется в медицине и установках работающих с выделением рентгеновского излучения маленькой энергии. |
|
|
БД для нейтронного излучения |
Диапазон измерения 0,1 - 10 4 нейтр/(с·см 2) Чувствительность 1,5 (имп·с -1)/(нейтрон·с -1 ·см -2) |
||
|
БД для альфа, бета, гамма и рентгеновского излучения |
Чувствительность 6,6 имп·с -1 /мкЗв·ч -1 |
Универсальный блок детектирования, который позволяет измерять альфа, бета, гамма и рентгеновское излучения. Обладает небольшой стоимостью и плохой чувствительностью. Нашел широкое примирение в области аттестация рабочих мест (АРМ), где в основном требуется проводить измерение локального объекта. |
2. Дозиметр-радиометр ДКС-96 – предназначен для измерения гамма и рентгеновского излучения, альфа излучения, бета излучения, нейтронного излучения.
Во многом аналогичен дозиметру-радиометру .
- измерение дозы и мощности амбиентного эквивалента дозы (далее дозы и мощности дозы) Н*(10) и Н*(10) непрерывного и импульсного рентгеновского и гамма-излучений;
- измерение плотности потока альфа- и бета-излучений;
- измерение дозы Н*(10) нейтронного излучения и мощности дозы Н*(10) нейтронного излучения;
- измерение плотности потока гамма-излучения;
- поиск, а так же локализация радиоактивных источников и источников загрязнений;
- измерение плотности потока и мощности экспозиционной дозы гамма-излучения в жидких средах;
- радиационный анализ местности с учетом географических координат, используя GPS;
Двухканальный сцинтилляционный бета-гамма-спектрометр предназначен для единовременного и раздельного определения:
- удельной активности 137 Cs, 40 K и 90 Sr в пробах различной окружающей среды;
- удельной эффективной активности естественных радионуклидов 40 K, 226 Ra, 232 Th в строительных материалах.
Позволяет обеспечивать экспресс-анализ стандартизованных проб плавок металла на наличие радиационного излучения и загрязнения.
9. Гамма-спектрометр на основе ОЧГ детектора Спектрометры на основе коаксиальных детекторов из ОЧГ (особо чистого германия) предназначены для регистрации гамма-излучения в диапазоне энергий от 40 кэВ до З МэВ.
Спектрометр бета и гамма излучения МКС-АТ1315
Спектрометр со свинцовой защитой NaI ПАК
Портативный NaI спектрометр МКС-АТ6101
Носимый ОЧГ спектрометр Эко ПАК
Портативный ОЧГ спектрометр Эко ПАК
Спектрометр NaI ПАК автомобильного исполнения
Спектрометр MKS-AT6102
Спектрометр Эко ПАК с электромашинным охлаждением
Ручной ППД спектрометр Эко ПАК
Ознакомиться с другими средствами измерения для измерения ионизирующего излучения, Вы можете у нас на сайте:
- при проведении дозиметрических измерений, если подразумевается их частое проведение с целью слежения за радиационной обстановкой, необходимо строго соблюдать геометрию и методику измерения;
- для увеличения надежности дозиметрического контроля нужно проводить несколько измерений (но не менее 3-х), затем рассчитать среднее арифметическое;
- при замерах фона дозиметра на местности выбирают участки, удаленные на 40 м от зданий и сооружений;
- измерения на местности проводят на двух уровнях: на высоте 0.1 (поиск) и 1.0 м (измерение для протокола – при этом следует вращать датчик с целью определения максимального значения на дисплее) от поверхности грунта;
- при измерении в жилых и общественных помещениях, измерения проводятся в на высоте 1.0 м от пола, желательно в пяти точках методом «конверта».
На первый взгляд, трудно понять, что происходит на фотографии. Из-под пола словно вырос гигантский гриб, а призрачные люди в касках как будто работают рядом с ним...
На первый взгляд, трудно понять, что происходит на фотографии. Из-под пола словно вырос гигантский гриб, а призрачные люди в касках как будто работают рядом с ним...
Нечто необъяснимо жуткое в этой сцене, и тому есть причина. Вы видите крупнейшее скопление, вероятно, самого токсичного вещества, когда-либо созданного человеком. Это ядерная лава или кориум.
В течение дней и недель после аварии на Чернобыльской атомной электростанции 26 апреля 1986 года просто зайти в помещение с такой же кучей радиоактивного материала - её мрачно прозвали "слоновья нога" - означало верную смерть через несколько минут. Даже десятилетие спустя, когда была сделана эта фотография, вероятно, из-за радиации фотоплёнка вела себя странно, что проявилось в характерной зернистой структуре. Человек на фотографии, Артур Корнеев, скорее всего, посещал это помещение чаще, чем кто-нибудь другой, так что подвергся, пожалуй, максимальной дозе радиации.
Удивительно, но, по всей вероятности, он ещё жив. История, как США получили во владение уникальную фотографию человека в присутствии невероятно токсичного материала сама по себе окутана тайной - также как и причины, зачем кому-то понадобилось делать селфи рядом с горбом расплавленной радиоактивной лавы.
Фотография впервые попала в Америку в конце 90-х, когда новое правительство получившей независимость Украины взяло под контроль ЧАЭС и открыло Чернобыльский центр по проблемам ядерной безопасности, радиоактивных отходов и радиоэкологии. Вскоре Чернобыльский центр пригласил другие страны к сотрудничеству в проектах ядерной безопасности. Министерство энергетики США распорядилось оказать помощь, направив соответствующий приказ в Pacific Northwest National Laboratories (PNNL) - многолюдный научно-исследовательский центр в Ричленде, шт. Вашингтон.
В то время Тим Ледбеттер (Tim Ledbetter) являлся одним из новичков в ИТ-отделе PNNL, и ему поручили создать библиотеку цифровых фотографий для Проекта по ядерной безопасности Министерства энергетики, то есть для демонстрации фотографий американской публике (точнее, для той крохотной части публики, которая тогда имела доступ в интернет). Он попросил участников проекта сделать фотографии во время поездок в Украину, нанял фотографа-фрилансера, а также попросил материалы у украинских коллег в Чернобыльском центре. Среди сотен фотографий неуклюжих рукопожатий чиновников и людей в лабораторных халатах, однако, есть с десяток снимков с руинами внутри четвёртого энергоблока, где десятилетием раньше, 26 апреля 1986 года, во время испытания турбогенератора произошёл взрыв.
Когда радиоактивный дым поднялся над станицей, отравляя окружающую землю, снизу сжижились стержни, расплавившись через стенки реактора и сформировав субстанцию под названием кориум.
Когда радиоактивный дым поднялся над станицей, отравляя окружающую землю, снизу сжижились стержни, расплавившись через стенки реактора и сформировав субстанцию под названием кориум .
Кориум формировался за пределами научно-исследовательских лабораторий минимум пять раз, говорит Митчелл Фармер (Mitchell Farmer), ведущий инженер-ядерщик в Аргоннской национальной лаборатории, ещё одном учреждении Министерства энергетики США в окрестностях Чикаго. Однажды кориум сформировался на реакторе Three Mile Island в Пенсильвании в 1979 году, однажды в Чернобыле и три раза при расплавлении реактора в Фукусиме в 2011 году. В своей лаборатории Фармер создал модифицированные версии кориума, чтобы лучше понять, как избежать подобных происшествий в будущем. Исследование субстанции показало, в частности, что полив водой после формирования кориума в реальности препятствует распаду некоторых элементов и образованию более опасных изотопов.
Из пяти случаев формирования кориума только в Чернобыле ядерная лава смогла вырваться за пределы реактора. Без системы охлаждения радиоактивная масса ползла по энергоблоку в течение недели после аварии, вбирая в себя расплавленный бетон и песок, которые перемешивались с молекулами урана (топливо) и циркония (покрытие). Эта ядовитая лава текла вниз, в итоге расплавив пол здания. Когда инспекторы наконец проникли в энергоблок через несколько месяцев после аварии, они обнаружили 11-тонный трёхметровый оползень в углу коридора парораспределения внизу. Тогда его и назвали "слоновьей ногой". В течение последующих лет "слоновью ногу" охлаждали и дробили. Но даже сегодня её остатки всё ещё теплее окружающей среды на несколько градусов, поскольку распад радиоактивных элементов продолжается.
Ледбеттер не может вспомнить, где конкретно он добыл эти фотографии. Он составил фотобиблиотеку почти 20 лет назад, и веб-сайт, где они размещаются, до сих пор в хорошей форме; только уменьшенные копии изображений потерялись. (Ледбеттер, всё ещё работающий в PNNL, был удивлён узнать, что фотографии до сих пор доступны в онлайне). Но он точно помнит, что никого не отправлял фотографировать "слоновью ногу", так что её, скорее всего, прислал кто-то из украинских коллег.
Фотография начала распространяться по другим сайтам, а в 2013 году на неё наткнулся Кайл Хилл (Kyle Hill), когда писал статью о "слоновьей ноге" для журнала Nautilus. Он отследил её происхождение до лаборатории PNNL. На сайте было найдено давно потерянное описание фотографии: "Артур Корнеев, зам. директора объекта Укрытие, изучает ядерную лаву "слоновью ногу", Чернобыль. Фотограф: неизвестен. Осень 1996". Ледбеттер подтвердил, что описание соответствует фотографии.
Артур Корнеев - инспектор из Казахстана, который занимался образованием сотрудников, рассказывая и защищая их от "слоновьей ноги" с момента её образования после взрыва на ЧАЭС в 1986 году, любитель мрачно пошутить. Скорее всего, последним с ним разговаривал репортёр NY Times в 2014 году в Славутиче - городе, специально построенном для эвакуированного персонала из Припяти (ЧАЭС).
Вероятно, снимок сделан с более длинной выдержкой, чем другие фотографии, чтобы фотограф успел появиться в кадре, что объясняет эффект движения и то, почему наголовный фонарь выглядит как молния. Зернистость фотографии, вероятно, вызвана радиацией.
Для Корнеева это конкретное посещение энергоблока было одним из нескольких сотен опасных походов к ядру с момента его первого дня работы в последующие дни после взрыва. Его первым заданием было выявлять топливные отложения и помогать замерять уровни радиации ("слоновья нога" изначально "светилась" более чем на 10 000 рентген в час, что убивает человека на расстоянии метра менее чем за две минуты). Вскоре после этого он возглавил операцию по очистке, когда с пути иногда приходилось убирать цельные куски ядерного топлива. Более 30 человек погибло от острой лучевой болезни во время очистки энергоблока. Несмотря на невероятную дозу полученного облучения, сам Корнеев продолжал возвращаться в спешно построенный бетонный саркофаг снова и снова, часто с журналистами, чтобы оградить их от опасности.
В 2001 году он привёл репортёра Associated Press к ядру, где уровень радиации был 800 рентген в час. В 2009 году известный беллетрист Марсель Теру написал статью для Travel + Leisure о своём походе в саркофаг и о сумасшедшем провожатом без противогаза, который издевался над страхами Теру и говорил, что это "чистая психология". Хотя Теру именовал его как Виктора Корнеева, по всей вероятности человеком был Артур, поскольку он опускал такие же чёрные шутки через несколько лет с журналистом NY Times.
Его нынешнее занятие неизвестно. Когда Times нашло Корнеева полтора года назад, он помогал в строительстве свода для саркофага - проекта стоимостью $1,5 млрд, который должен быть закончен в 2017 году. Планируется, что свод полностью закроет Убежище и предотвратит утечку изотопов. В свои 60 с чем-то лет Корнеев выглядел болезненно, страдал от катаракт, и ему запретили посещение саркофага после многократного облучения в предыдущие десятилетия.
Впрочем, чувство юмора Корнеева осталось неизменным . Похоже, он ничуть не жалеет о работе своей жизни: "Советская радиация, - шутит он, - лучшая радиация в мире" .
Ионизирующая радиация представляет собой особый вид лучистой энергии, возбуждающей в облучаемой среде процесс ионизации. Источниками ионизирующего излучения являются рентгеновские трубки, мощные высоковольтные и ускорительные установки, но главным образом радиоактивные вещества - естественные (уран, торий, радий) и искусственные (изотопы).
Радиоактивность - самопроизвольный процесс распада ядер атомов, в результате которого возникают излучения - электромагнитные и корпускулярные.
Основные виды работ, связанные с источниками ионизирующих излучений: гамма-дефектоскопия металлов и изделий, работы на рентгеновских аппаратах в медицинских учреждениях и в технических лабораториях, применение изотопов для контроля за производственными процессами, эксплуатация промышленных и научных мощных высоковольтных и ускорительных установок, использование атомных реакторов, применение радиоактивных веществ и излучений в медицинских учреждениях с диагностической и лечебной целью, добыча радиоактивных руд.
При работе с радиоактивными веществами, помимо внешнего облучения, может иметь место попадание радиоактивных элементов внутрь организма через легкие (вдыхание радиоактивной пыли или газов) и через желудочно-кишечный тракт. Некоторые вещества могут проникать через кожу.
Радиоактивные вещества, задержавшиеся в организме, разносятся кровью по различным тканям и органам, становясь в последних источником внутреннего облучения. Скорость выведения радиоактивных веществ из организма различна; быстрее выделяются хорошо растворимые вещества. Особенно опасны долгоживущие изотопы, так как, попав в организм, они могут в течение всей жизни пострадавшего быть источником ионизирующего излучения.
Виды излучения
При распаде ядра радиоактивных веществ испускают 4 вида излучения: а-, B-, у-лучи и нейтроны.
а-лучи - поток положительно заряженных частиц, обладающих большой массой (ядра атомов гелия). Внешнее облучение а-частицами мало опасно, так как они проникают в тканы неглубоко, поглощаются роговым слоем эпителия кожи. Попадание а-излучателей внутрь организма представляет большую опасность, так как происходит непосредственное облучение клеток энергией большой мощности.
B-лучи - поток частиц с отрицательным зарядом (электронов). B-лучи обладают большей проникающей способностью, чем а-лучи, их пробег в воздухе в зависимости от энергии составляет от долей сантиметра до 10-15 м, в воде, в тканях - от долей миллиметра до 1 см.
У-лучи представляют собой электромагнитные излучения высокой частоты. По своим свойствам они близки к рентгеновским лучам, но обладают меньшей длиной волны.
Энергия у-лучей варьирует в широких пределах. В зависимости от энергии у-лучи условно делятся на мягкие (0,1-0,2 МэВ), средней жесткости (0,2-1 МэВ), жесткие (1-10 МэВ) и сверхжесткие (свыше 10 МэВ).
Этот вид излучения является наиболее проникающим и наиболее опасным при внешнем облучении.
Нейтроны - частицы, не имеющие заряда. Они обладают большой проникающей способностью. Под влиянием нейтронного облучения элементы, входящие в состав тканей (такие, как фосфор и др.), могут стать радиоактивными.
Биологическое действие
Ионизирующая радиация вызывает сложные функциональные и морфологические изменения в тканях и органах. Под ее влиянием молекулы воды, входящей в состав тканей и органов, распадаются с образованием свободных атомов и радикалов, которые обладают большой окислительной способностью. Продукты радиолиза воды действуют на активные сульфгидрильные группы (SH) белковых структур и переводят их в неактивные - бисульфидные. В результате нарушается деятельность различных ферментных систем, ведающих синтетическими процессами, происходит подавление и извращение последних. Ионизирующая радиация действует также непосредственно на молекулы белков и липидов, оказывая денатурирующее действие. Ионизирующая радиация может вызывать в организме местные (ожоги) и общие (лучевая болезнь) поражения.
Предельно допустимая доза
Предельно допустимая доза (ПДД) облучения для всего организма (при непосредственной работе с источниками ионизирующего облучения) установлена в 0,05 Дж/кг (5 бэр) в течение одного года. В отдельных случаях допускается получение в течение одного квартала дозы до 0,03 Дж/кг, или 3 бэр (при сохранении общей дозы облучения в течение года в 0,05 Дж/кг, или 5 бэр). Такое повышение дозы не допускается для женщин моложе 30 лет (для них максимальная доза облучения в течение квартала 0,013 Дж/кг, или 1,3 бэр).
51. Ионизирующие излучения. Виды ионизирующих излучений, основные характеристики.
ИИ делятся на 2 вида:
Корпускулярное излучение
- 𝛼-излучение представляет собой поток ядер гелия, испускаемых веществом при радиоактивном распаде или при ядерных реакциях;
- 𝛽-излучение – поток электронов или позитронов, возникающих при радиоактивном распаде;
Нейтронное излучение (При упругих взаимодействиях происходит обычная ионизация вещества. При неупругих взаимодействиях возникает вторичное излучение, которое может состоять как из заряженных частиц, так и -квантов).
2. Электромагнитное излучение
- 𝛾-излучение – это электромагнитное (фотонное) излучение, испускаемое при ядерных превращениях или взаимодействии частиц;
Рентгеновское излучение – возникает в среде, окружающей источ-ник -излучения, в рентгеновских трубках.
Характеристики ИИ: энергия (МэВ); скорость (км/с); пробег (в воздухе, в живой ткани); ионизирующая способность (пар ионов на 1 см пути в воздухе).
Самая низкая ионизирующая способность у α-излучения.
Заряженные частицы приводят к прямой, сильной ионизации.
Активность (А) радиоактивного в-ва – число спонтанных ядерных превращений (dN) в этом веществе за малый промежуток времени (dt):
1 Бк (беккерель) равен одному ядерному превращению в секунду.
52. Ионизирующие излучения. Дозы ионизирующих излучений и единицы их измерения.
Ионизирующее излучение (ИИ) – это излучение, взаимодействие которой со средой приводит к образованию зарядов противоположных знаков. Возникает ионизирующее излучение при радиоактивном распаде, ядерных превращениях, а также при взаимодействии заряженных частиц, нейтронов, фотонного (электромагнитного) излучения с веществом.
Доза излучения – величина, используемая для оценки воздействия ионизирующего излучения.
Экспозиционная доза (характеризует источник излучения по эффекту ионизации):
Экспозиционная доза на рабочем месте при работе с радиоактивными веществами:
где А–активность источника [мКи], К–гамма-постоянная изотопа [Рсм2/(чмКи)], t – время облучения, r – расстояние от источника до рабочего места [см ].
Мощность дозы (интенсивность облучения) – приращение соответствующей дозы под воздействием данного излучения за ед. времени.
Мощность экспозиционной дозы [рч -1 ].
Поглощённая доза показывает, какое кол-во энергии ИИ поглощено ед. массы облучаемого в-ва:
Д погл. = Д эксп. К 1
где К 1 – коэффициент, учитывающий вид облучаемого вещества
Поглащ. доза, Грей, [Дж/кг]=1Грей
Эквивалентная доза хар-ет хроническое облучение излучением произвольного состава
Н = Д Q [Зв] 1 Зв = 100 бэр.
Q – безразмерный взвешивающий коэффициент для данного вида излучения. Для рентгеновского и -излучения Q=1, для альфа-, бета-частиц и нейтронов Q=20.
Эффективная эквивалентная доза хар-ет чувствительность разл. органов и тканей излучению.
Облучение неживых объектов – Поглащ. доза
Облучение живых объектов – Эквив. доза
53. Действие ионизирующих излучений (ИИ) на организм. Внешнее и внутреннее облучение.
Биологический эффект ИИ основан на ионизации живой ткани, что приводит к разрыву молекулярных связей и изменению химической структуры различных соединений, что приводит к изменению ДНК клеток и их последующей гибели.
Нарушение процессов жизнедеятельности организма выражается в таких расстройствах как
Торможение функций кроветворных органов,
Нарушение нормальной свертываемости крови и повышение хрупкос- ти кровеносных сосудов,
Расстройство деятельности желудочно-кишечного тракта,
Снижение сопротивляемости инфекциям,
Истощение организма.
Внешнее облучение происходит тогда, когда источник радиации нах-ся вне организма человека и отсутствуют пути их попадания внутрь.
Внутреннее облучение происх. тогда, когда источник ИИ нах-ся внутри человека; при этом внутр. облучение также опасно близостью источника ИИ к органам и тканям.
Пороговые эффекты (Н > 0,1 Зв/год) зависят от дозы ИИ, возникают при дозах облучения в течении всей жизни
Лучевая болезнь – это заболевание, которое хар-ся симптомами, возникающими при воздействии ИИ, такими, как снижение кроветворной способности, расстройство желудочно-кишечного тракта, снижение иммунитета.
Степень лучевой болезни зависит от дозы излучения. Самой тяжелой явл-ся 4-ая степень, которая возникает при воздействии ИИ дозой более 10 Грей. Хронические лучевые поражения, как правило, вызываются внутренним облучением.
Беспороговые (стахастические) эффекты проявляются при дозах Н<0,1 Зв/год, вероятность возникновения которых не зависит от дозы излучения.
К стахастическим эф-там относят:
Изменения соматические
Изменения иммунные
Изменения генетические
Принцип нормирования – т.е. непревышение допустимых пределов индивид. Доз облучения от всех ист-ков ИИ.
Принцип обоснования – т.е. запрещение всех видов деятельности по исп-ю ист-ков ИИ, при которых полученная для человека и общества польза не превышает риск возможного вреда, причинённого дополнительно к естественному радиац. факту.
Принцип оптимизации – поддержание на возможно низком и достижимом уровне с учетом экономич. и соц. факторов индивид. доз облуч-я и числа облучаемых лиц при использовании источника ИИ.
СанПиН 2.6.1.2523-09 «Нормы радиационной безопасности».
В соответствии с данным документом выделяют 3 гр. лиц:
гр.А – это лица, непоср. работающие с техногенными источниками ИИ
гр .Б – это лица, усл-ия работы кот нах-ся в непоср. бризости от ист-ка ИИ, но деят. данных лиц непоср. с ист-ком не связано.
гр .В – это всё остальное население, вкл. лиц гр. А и Б вне их производственной деятельности.
Основной дозовый предел уст. по эффективной дозе:
Для лиц гр.А: 20мЗв в год в ср. за последоват. 5 лет, но не более 50мЗв в год.
Для лиц гр.Б: 1мЗв в год в ср. за последоват. 5 лет, но не более 5мЗв в год.
Для лиц гр.В: не должны превышать ¼ значений для персонала гр.А.
На случай ЧС, вызванной радиац.аварией сущ-ет т.н. пиковое повышенное облучение, кот. разрешается только в тех случаях, когда нет возм-ти принять меры исключающие вред организму.
Применение таких доз м.б. оправдано только спасением жизни людей и предотвращением аварий, доп-ся только для мужчин старше 30 лет при добровольном письменном соглашении.
М/ды защиты от ИИ:
Защита кол-вом
Защита временем
Защита расст-ем
Зонирование
Дистанционное управление
Экранирование
Для защиты от γ -излучения: металлич. экраны, выполненные с большим атомным весом (W,Fe), а также из бетона, чугуна.
Для защиты от β-излучения: исп-ют материалы с малой атомной массой (алюминий, плексиглаз).
Для защиты от α-излучений: исп-ют металлы, содержащие Н2 (вода, парафин, и т.д.)
Толщина экрана К=Ро/Рдоп, Ро – мощн. дозы, измеренная на рад. месте; Рдоп – предельно допустимая доза.
Зонирование – деление территории на 3 зоны: 1) укрытие; 2) объекты и помещения, в которых могут нах-ся люди; 3) зона пост. пребывания людей.
Дозиметрический контроль основывается на исп-ии след. методов: 1.Ионизационный 2.Фонографический 3.Химический 4.Калориметрический 5.Сцинтиляционный.
Основные приборы , исп-ые для дозиметрич. контроля:
Рентгенометр (для измер-я мощн. эксп. дозы)
Радиометр (для измерения плотности потоков ИИ)
Индивид. дозиметры (для измер-я экспозиц. или поглощённой дозы).
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. Средний расход энергии на образование одной пары ионов сравнительно мало зависит от вида ионизирующих излучений , что позволяет судить по степени ионизации вещества о переданной ему энергии И. и. Для регистрации и анализа ионизирующих излучений инструментальными методами также используют ионизацию.
Источники ионизирующих излучений делят на естественные (природные) и искусственные. Естественными источниками ионизирующих излучений являются космос и распространенные в природе радиоактивные вещества (радионуклиды). В космосе формируется и достигает Земли космическое излучение - корпускулярные потоки ионизирующего излучения. 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. Галактическое космическое излучение является наиболее высокоэнергетической составляющей корпускулярного потока в межпланетном пространстве и представляет собой ядра химических элементов (преимущественно водорода и гелия), ускоренных до высоких энергий; по своей проникающей способности этот вид космического излучения превосходит все виды ионизирующих излучений , кроме нейтрино. Для полного поглощения галактического космического излучения потребовался бы свинцовый экран толщиной около 15 м . Солнечное космическое излучение представляет собой высокоэнергетическую часть корпускулярного излучения Солнца и возникает при хромосферных вспышках днем. В период интенсивных солнечных вспышек плотность потока солнечного космического излучения может в тысячи раз превысить обычный уровень плотности потока галактического космического излучения. Солнечное космическое излучение состоит из протонов, ядер гелия и более тяжелых ядер. Солнечные протоны высоких энергий представляют наибольшую опасность для человека в условиях космического полета (см. Космическая биология и медицина ). Радиационные пояса Земли сформировались в околоземном пространстве за счет первичного космического излучения и частичного захвата его заряженной компоненты магнитным полем Земли. Радиационные пояса Земли состоят из заряженных частиц: электронов - в электронном поясе и протонов - в протонном. В радиационных поясах устанавливается поле И. и. повышенной интенсивности, что учитывают при запуске пилотируемых космических кораблей.
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× 10 10 распадов в секунду, т.е. 3,7× 10 10 Бк . В результате радиоактивных превращений возникают заряженные и нейтральные частицы, формирующие поле И. и.
По виду частиц, входящих в состав ионизирующих излучений , различают альфа-излучение, бета-излучение, гамма-излучение, рентгеновское излучение, нейтронное излучение, протонное излучение и др. Рентгеновское и гамма-излучение относят к фотонным, или электромагнитным, ионизирующим излучениям , а все остальные виды ионизирующих излучений - к корпускулярным. Фотоны - это «порции» (кванты) электромагнитных излучений. Их энергия выражается в электрон-вольтах. Она в десятки тысяч раз превосходит энергию кванта видимого света.
Альфа-излучение представляет собой поток альфа-частиц, или ядер атомов гелия, несущих положительный заряд, равный двум элементарным единицам заряда. Альфа-частицы относятся к сильно ионизирующим частицам, быстро теряющим свою энергию при взаимодействии с веществом. По этой причине альфа-излучение является слабопроникающим и в медицинской практике используется либо для облучения поверхности тела, либо альфа-излучающий радионуклид вводится непосредственно в патологический очаг при внутритканевой лучевой терапии.
Бета-излучение - поток отрицательно заряженных электронов или положительно заряженных позитронов, испускаемых при бета-распаде. Бета-частицы относятся к слабоионизирующим частицам; однако по сравнению с альфа-частицами при одинаковой энергии они имеют большую проникающую способность.
Нейтронное излучение - поток электрически нейтральных частиц (нейтронов), которые возникают в некоторых ядерных реакциях при взаимодействии высокоэнергетических элементарных частиц с веществом, а также при делении тяжелых ядер. Нейтроны передают часть своей энергии ядрам атомов вещества среды и инициируют ядерные реакции. В результате в облученном нейтронным потоком веществе возникают заряженные частицы различного вида, ионизирующие вещество среды, могут также образовываться радионуклиды. Свойства нейтронного излучения и характер его взаимодействия с живой тканью определяются энергией нейтронов.
Некоторые виды ионизирующих излучений возникают в ядерно-энергетических и ядерно-физических установках; ядерных реакторах, ускорителях заряженных частиц, рентгеновских аппаратах, в также созданных с помощью этих средств искусственных радионуклидов.
протонное излучение генерируется в специальных ускорителях. Око представляет собой поток протонов - частиц, несущих единичный положительный заряд и обладающих массой, близкой к массе нейтронов. Протоны относятся к сильно ионизирующим частицам; будучи ускоренными до высоких энергий, они способны сравнительно глубоко проникать в вещество среды. Это позволяет эффективно использовать протонное излучение в дистанционной лучевой терапии .
Электронное излучение генерируется специальными ускорителями электронов (например, бетатронами, линейными ускорителями), если пучок ускоренных электронов выводится наружу. Эти же ускорители могут быть источником тормозного излучения - разновидности фотонного излучения, возникающего при торможении ускоренных электронов в веществе специальной мишени ускорителя. Рентгеновское излучение, используемое в медицинской радиологии, представляет собой также тормозное излучение электронов, ускоренных в рентгеновской трубке.
Гамма-излучение - поток фотонов высоких энергий, испускаемых при распаде радионуклидов; широко применяется при лучевой терапии злокачественных новообразований. Различают направленное и ненаправленное И. и. Если все направления распространения ионизирующие излучения равноценны, то говорят о изотропном И. и. По характеру распространения во времени И. и. может быть непрерывным и импульсным.
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 .
Биологическое действие ионизирующих излучении . Под биологическим действием И. и. понимают многообразные реакции, возникающие в облучаемом биологическом объекте, начиная от первичных процессов размена энергии излучения до эффектов, проявляющихся спустя длительное время после радиационного воздействия. Знание механизмов биологического действия ионизирующих излучений необходимо для экстренного принятия адекватных мер обеспечения радиационной безопасности персонала и населения при авариях на атомных электростанциях и других предприятиях атомной промышленности. Для ионизации большинства элементов, входящих в состав биологического субстрата, необходимо достаточно большое количество энергии - 10-15 эВ , называемое потенциалом ионизации. Поскольку частицы и фотоны ионизирующих излучений обладают энергией от десятков до миллионов эВ , что намного превышает энергию внутри- и межмолекулярных связей молекул и веществ, составляющих любой биологический субстрат, то поражающему радиационному воздействию подвержено все живое.
Максимально упрощенная схема начальных этапов лучевого поражения состоит в следующем. Вслед и по сути одновременно с передачей энергии И. и. атомам и молекулам облученной среды (физический этап биологического действия И. и. ) в ней развиваются первичные радиационно-химические процессы, в основе которых лежат два механизма: прямой, когда молекулы вещества испытывают изменения при непосредственном взаимодействии с ионизирующими излучениями , и косвенный, при котором изменяемые молекулы непосредственно не поглощают энергию ионизирующих излучений , а получают ее путем передачи от других молекул. В результате этих процессов образуются свободные радикалы и другие высокореакционные продукты, приводящие к изменению жизненно важных макромолекул, а в финале - к конечному биологическому эффекту. В присутствии кислорода радиационно-химические процессы интенсифицируются (кислородный эффект), что при прочих равных обстоятельствах способствует усилению биологического действия И. и. (см. Радиомодификация , Радиомодифицирующие агенты ). Следует иметь в виду, что изменения облучаемого субстрата не являются обязательно окончательными и необратимыми. Как правило, конечный результат в каждом конкретном случае не может быть предсказан, т. к наряду с лучевым повреждением может произойти и восстановление исходного состояния.
Воздействие ионизирующих излучений на живой организм принято называть облучением, хотя это не совсем точно, ибо облучение организма может осуществляться и любым другим видом неионизирующего излучения (видимым светом, инфракрасным, ультрафиолетовым, высокочастотным излучением и др.). Эффективность облучения зависит от фактора времени, под которым понимают распределение дозы ионизирующего излучения во времени. Наиболее эффективно однократное острое облучение при высокой мощности дозы И. и. Пролонгированное хроническое или прерывистое (фракционированное) облучение в заданной дозе оказывает меньшее биологическое действие, благодаря процессам пострадиационного восстановления .
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.
Биологическое действие ионизирующих излучений в значительной степени зависит от его качества, в основном определяемого линейной передачей энергии (ЛПЭ) - энергией, теряемой частицей на единице длины ее пробега в веществе среды. В зависимости от значения ЛПЭ все ионизирующие излучения делят на редкоионизирующие (ЛПЭ менее 10 кэВ/мкм ) и плотноионизирующие (ЛПЭ более 10 кэВ/мкм ). Воздействие разными видами ионизирующих излучений в равных поглощенных дозах приводит к разным по величине эффектам. Для количественной оценки качества излучения введено понятие относительной биологической эффективности (ОБЭ), которую обычно оценивают сравнением дозы изучаемого И. и. , вызывающей определенный биологический эффект, с дозой стандартного И. и. , обусловливающей такой же эффект. Условно можно считать, что ОБЭ зависит только от ЛПЭ и возрастает с увеличением последней.
На каком бы уровне - тканевом, органном, системном или организменном не рассматривалось биологическое действие И. и. , его эффект всегда определяется действием И. и. на уровне клетки. Детальное изучение реакций, инициируемых в клетке ионизирующими излучениями , составляет предмет фундаментальных исследований радиобиологии . Следует заметить, что большинство реакций, возбуждаемых ионизирующими излучениями , в том числе и такая универсальная реакция, как задержка клеточного деления, является временной, преходящей и не сказывается на жизнеспособности облученной клетки. К реакциям такого типа - обратимым реакциям - относятся также различные нарушения метаболизма, в т.ч. угнетение обмена нуклеиновых кислот и окислительного фосфорилирования, слипание хромосом и др. Обратимость этого типа лучевых реакций объясняется тем, что они являются следствием повреждения части множественных структур, утрата которой очень быстро восполняется или просто остается незамеченной. Отсюда и характерная особенность этих реакций: с увеличением дозы И. и. возрастает не доля реагирующих особей (клеток), а величина, степень реакции (например, продолжительность задержки деления) каждой облученной клетки.
Существенно иную природу имеют эффекты, приводящие облученную клетку к гибели, - летальные лучевые реакции. Под клеточной гибелью в радиобиологии понимают утрату клеткой способности к делению. Напротив, «выжившими» считаются те клетки, которые сохранили способность к размножению (клонированию).
Существуют две формы летальных реакций, которые гибельны для делящихся и малодифференцированных клеток: интерфазная, при ней клетка погибает вскоре после облучения, во всяком случае до наступления первого митоза, и репродуктивная, когда пораженная клетка гибнет не сразу после воздействия И. и. , а в процессе деления. Наиболее распространена репродуктивная форма летальных реакций. Основной причиной гибели клеток при ней являются возникающие под влиянием облучения структурные повреждения хромосом. Эти повреждения легко обнаруживаются при цитологическом исследовании клеток на разных стадиях митоза и имеют вид хромосомных перестроек, или хромосомных аберраций. Из-за неправильного соединения хромосом и просто утраты их концевых фрагментов при делении потомки такой поврежденной клетки несомненно погибнут сразу же после данного деления или в результате двух-трех последующих митозов (в зависимости от значимости утраченного генетического материала для жизнеспособности клетки). Возникновение структурных повреждений хромосом - процесс вероятности, в основном связанный с образованием двойных разрывов в молекуле ДНК, т.е. с нерепарируемыми повреждениями жизненно важных клеточных макромолекул. В связи с этим, в отличие от рассмотренных выше обратимых клеточных реакций, с увеличением дозы И. и. возрастает число (доля) клеток с летальным повреждением генома, строго описываемая для каждого вида клеток в координатах «доза - эффект». В настоящее время разработаны специальные методы выделения клоногенных клеток из различных тканей in vivo и их выращивания in vitro, с помощью чего после построения соответствующих дозовых кривых выживания количественно оценивают радиочувствительность изучаемых органов и возможности ее изменения в нужном направлении. Кроме того, подсчет числа клеток с хромосомными аберрациями на специальных препаратах используют в целях биологической дозиметрии для оценки радиационной обстановки, например на борту космического корабля, а также для определения степени тяжести и прогноза острой лучевой болезни.
Описанные лучевые реакции клеток лежат в основе непосредственных эффектов, проявляющихся в первые часы, дни, недели и месяцы после общего облучения организма или локального облучения отдельных сегментов тела. К ним относятся, например, эритема, лучевые дерматиты, различные проявления острой лучевой болезни (лейкопения, аплазия костного мозга, геморрагический синдром, поражения кишечника), стерильность (временная или постоянная, в зависимости от дозы ионизирующих излучений ).
Спустя длительное время (месяцы и годы) после облучения развиваются отдаленные последствия местного и общего радиационного воздействия. К ним относятся сокращение продолжительности жизни, возникновение злокачественных новообразований и радиационная катаракта. Патогенез отдаленных последствий облучения в большей степени связывают с повреждением тканей, характеризующихся низким уровнем пролиферативной активности, из которых состоит большинство органов животных и человека. Глубокое знание механизмов биологического действия ионизирующих излучений необходимо, с одной стороны, для разработки способов противолучевой защиты и патогенетического лечения радиационных поражений, а с другой - для изыскания путей направленного усиления лучевого воздействия при радиационно-генетических работах и других аспектах радиационной биотехнологии или при лучевой терапии злокачественных новообразований с помощью радиомодифицирующих агентов. Кроме того, понимание механизмов биологического действия ионизирующих излучений необходимо врачу на случай экстренного принятия адекватных мер обеспечения радиационной безопасности персонала и населения при авариях на атомных электростанциях и других предприятиях атомной промышленности.
Библиогр.: Гозенбук В.Л. и др. Дозовая нагрузка на человека в полях гамма-нейтронного излучения, М., 1978; Иванов В.И. Курс дозиметрии, М., 1988; Кеирим-Маркус И.Б. Эквидозиметрия, М., 1980; Комар В.Е. и Хансон К.П. Информационные макромолекулы при лучевом повреждении клеток, М., 1980; Моисеев А.А. и Иванов В.И. Справочник по дозиметрии и радиационной гигиене, М., 1984; Ярмоненко С.П. Радиобиология человека и животных, М., 1988.
Основным свойством ионизирующего излучения, обусловливающим его биологическое (в том числе и поражающее) действие, является способность проникать в различные ткани, клетки, субклеточные структуры и вызывать ионизацию атомов и молекул в облучаемом веществе. При этом под влиянием поглощенной энергии ионизирующего излучения атомы или молекулы переходят в возбужденное состояние вплоть до высвобождения электрона (ионизации). Оставшаяся часть атома или молекулы приобретает положительный заряд и становится положительным ионом.
Ионизация большинства элементов, входящих в состав биосубстрата, происходит лишь в том случае, если поглощенная энергия составляет не менее 10-12 эВ (так называемый потенциал ионизации). Если же передаваемая атому или молекуле энергия кванта излучения меньше потенциала ионизации облучаемого вещества, происходит лишь их возбуждение. Таким образом, основными процессами, в которых расходуется энергия излучений, поглощенная в облучаемом биообъекте, являются ионизация (потеря атомом или молекулой электронов) или возбуждение (переход электронов на более высокий энергетический уровень). Одной из важнейших характеристик ионизирующего излучения, определяющих особенности его поражающего действия, является проникающая способность, т. е. глубина проникновения в биологический материал.
Проникающая способность ионизирующего излучения зависит от его природы, заряда составляющих его частиц и энергии, а также от состава и плотности облучаемого вещества. Различают электромагнитные и корпускулярные излучения. К электромагнитным относят рентгеновское и гамма-излучение, к корпускулярным - а-частицы (ядра атомов гелия), ß-частицы (электроны), нейтроны и протоны. Электромагнитные излучения характеризуются большой проникающей способностью, при этом чем больше энергия излучения, тем слабее ее поглощение и выше его проникающая способность; аи ß-излучения отличаются низкой проникающей способностью.
Например, проникающая способность в биологическом материале а-излучения составляет около 40 мкм, ß-излучения с энергией 2-5 МэВ - 1-2,5 см. Высокой проникающей способностью характеризуются нейтроны, особенно быстрые (с энергией более 0,1 МэВ), имеющие наибольшее практическое значение в радиобиологии. Проникающая способность ионизирующего излучения в значительной мере определяет характер лучевого поражения. Так, острая лучевая болезнь с характерными для нее синдромами возникает обычно под влиянием внешнего гамма и гамма-нейтронного излучения, тогда как воздействие на организм а-и ß-излучения приводит, как правило, к местным лучевым поражениям.
Биологический эффект ионизирующего излучения зависит не только от его проникающей способности, но и количества поглощенной энергии, а также от характера ее пространственного микрораспределения. Количество (доза) поглощенной энергии ионизирующего излучения в единицах СИ выражается в джоулях на килограмм и имеет специальное название - «грей» (Гр). В качестве внесистемной единицы дозы поглощенной энергии используется рад (1 Гр равен 100 рад). Энергию, переданную заряженной частицей на единицу длины ее пробега в веществе, называют линейной передачей энергии (ЛПЭ). Ее величина обратно пропорциональна кинетической энергии частицы и определяется плотностью распределения событий ионизации вдоль трека частицы.
При равной скорости движения частицы ЛПЭ пропорциональна квадрату заряда частицы, а при равной энергии плотность ионизации увеличивается по мере увеличения массы частицы. 30 В зависимости от значения ЛПЭ все ионизирующие излучения делятся на редкои плотноионизирующие, при этом к редкоионизирующим принято относить все виды излучений, имеющие ЛПЭ менее 10 кэВ/мкм, а к плотноионизирующим - те, для которых ЛПЭ превышает указанную величину.
Плотноионизирующие излучения при равной поглощенной дозе обладают большей биологической эффективностью вследствие усиления лучевого поражения клеток и тканей организма и снижения их способности к пострадиационному восстановлению. При одинаковых значениях поглощенной дозы различные виды ионизирующих излучений неодинаково действуют на один и тот же биообъект. Для сравнения биологического действия видов ионизирующего излучения с различной величиной ЛПЭ их принято различать по «относительной биологической эффективности» (ОБЭ).
Количественной оценкой ОБЭ служит ее коэффициент, представляющий собой отношение дозы данного и «стандартного» (рентгеновского) излучения, обладающих равным биологическим эффектом при одинаковой поглощенной дозе. Таким образом, принципиальным свойством ионизирующих излучений, определяющим их биологическое действие, является способность вызывать ионизацию атомов и молекул в облучаемом веществе, а к основным характеристикам, от которых зависит величина биологического эффекта ионизирующих излучений, относятся их проникающая способность, величина поглощенной энергии и особенности ее пространственного распределения в тканях организма (плотность ионизации).
Загрузка...