Радиоактивные вещества

Введение 

Насыщение окружающей среды радиоактивными веществами, происходящее последние несколько десятилетий, заслуживает особого внимания. Начало этому явлению положили испытания ядерного оружия. Среди радиоактивных веществ особое место занимает стронций-90, поступающий в организм человека вместе с кальцием и концентрирующийся в костях, что вызывает генетические аномалии, опухолевые заболевания и сокращение продолжительности жизни.

Несмотря  на очевидную опасность загрязнения  окружающей среды радиоактивными веществами, продолжаются испытания ядерного оружия, строится много атомных реакторов, представляющих большую опасность  при их авариях. И в США, и в  странах СНГ ежегодно случаются  тысячи неблагоприятных случаев  на производящих ядерное горючее  заводах и станциях, что оказывает  существенное влияние на качество окружающей среды. Наиболее трагичным примером является Чернобыль.

Большую опасность  по усилению загрязнения радиоактивными веществами окружающей среды представляет захоронение отходов. В силу ненадежного  захоронения отходов в Атлантике  западноевропейскими странами увеличилась  радиоактивность Тихоокеанского побережья  США, Северо-восточной Атлантики  и т.д. В морской воде повысилось содержание цезия-137 и стронция - 90. Особую тревогу вызывает появление в  окружающей среде плутония и америция.

Живые организмы  по-разному реагируют на содержание в системе радиоактивных веществ. Особенно много их накапливают морские  животные и водоросли. Например, некоторые  моллюски Тихого океана более чем  в 2000 раз радиоактивнее, чем вода океана. Содержание радиоактивных веществ в тканях протококковой водоросли Сценедесмус выше, чем в воде в 9000 раз. Много концентрируют радиоактивных веществ также диатомовые водоросли. Загрязнение воды радиоактивными веществами доходит до 40-60 км от места расположения загрязнителя в зависимости от его радиационной активности. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Радиоактивность

    Радиоактивность – способность некоторых атомных ядер самопроизвольно (спонтанно) превращаться в другие ядра с испусканием различных видов радиоактивных излучений и элементарных частиц.

    Радиоактивность подразделяют на: естественную (наблюдается у неустойчивых изотопов, существующих в природе) и искусственную (наблюдается у изотопов, полученных посредством ядерных реакций).

    Радиоактивное излучение разделяют на три типа:

• a-излучение – отклоняется электрическим и магнитными полями, обладает высокой ионизирующей способностью и малой проникающей способностью; представляет собой поток ядер гелия; заряд a-частицы равен +2е, а масса совпадает с массой ядра изотопа гелия ⁴₂Не.
• b-излучение – отклоняется электрическим и магнитным полями; его ионизирующая способность значительно меньше (приблизительно на два порядка), а проникающая способность гораздо больше, чем у a-частиц; представляет собой поток быстрых электронов.
• g-излучение – не отклоняется электрическим и магнитными полями, обладает относительно слабой ионизирующей способностью и очень большой проникающей способностью; представляет собой коротковолновое электромагнитное излучение с чрезвычайно малой длиной волны < 10^-10 м и вследствие этого – ярко выраженными корпускулярными свойствами, то есть является поток частиц – g-квантов (фотонов).

    Радиоактивные вещества обладают особыми специфическими свойствами, которые могут представлять опасность для здоровья человека.

    Большая опасность радиоактивного излучения  заключается в том, что оно  не обнаруживается органами чувств человека. Человек в течение долгого  времени может находиться под  действием опасной радиации, не испытывая  никаких явных неприятных ощущений. Это порождает беспечность, пренебрежение  требованиями охраны труда и, в конечном счете, приводит к тяжелым последствиям.

    Радиоактивное облучение организма человека может  быть внешним и внутренним. При  внешнем облучении, которое создается  закрытыми источниками, опасны излучения, обладающие большой проникающей  способностью. Внутреннее облучение  возможно, когда радиоактивное вещество попадает внутрь организма через  органы дыхания, поры кожи или места  ее повреждения, слизистые оболочки, желудочно-кишечный тракт. Внутреннее облучение действует в течение  всего времени нахождения радиоактивного вещества в организме. Поэтому наибольшую опасность представляют радиоактивные  изотопы с большим периодом полураспада  и интенсивным излучением, медленно выделяющиеся из организма или концентрирующиеся  в отдельных его органах.

    Биологическое действие радиоактивных излучений характеризуется ионизацией атомов и молекул организма, в результате чего происходит разрыв нормальных молекулярных связей и изменение химической структуры различных соединений. Это, в свою очередь, ведет к нарушению нормальных биохимических процессов обмена веществ в живых клетках. Лучевое воздействие большой силы и продолжительности может вызвать гибель отдельных клеток, органов, а впоследствии и всего организма.

    Дозиметр  — устройство для измерения дозы или мощности дозы ионизирующего излучения, полученной прибором за некоторый промежуток времени, например, за период нахождения на некоторой территории или за рабочую смену. Измерение описанных величин называется дозиметрией. 
 
 
 

    Измерение радиоактивности 

    Радиоактивность измеряется в беккерелях (Бк), что соответствует одному распаду в секунду. Содержание радиоактивности в веществе также часто оценивают на единицу веса — Бк/кг, или объема — Бк/куб. м.

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-1

Единица измерения  эквивалентной дозы в системе СИ – зиверт, Зв.

    1 Зв=1Дж/кг^-1= 100 бэр.

Единица поглощенной  дозы в системе СИ – грей, Гр, 1Гр=100рад=1Дж/кг-1.

Мерой воздействия  ионизирующего излучения является экспозиционная доза и измеряется она  в Рентгенах (Р) и его производных (млР, мкР), а количественную сторону его характеризует мощность экспозиционной дозы,, которая измеряется в Рентгенах/сек (Р/сек.) и его производных (млР/час, мкР/час, мкР/сек).

    Количество радиоактивного вещества принято оценивать его активностью, под которой понимают количество радиоактивных распадов ядер атомов за единицу времени (распад в секунду). За единицу активности принято кюри, названная по фамилии Марии Кюри — польской ученой, открывшей искусственную радиоактивность. Кюри — это такое количество радиоактивного вещества, в котором происходит 37 млрд. распадов ядер атомов за секунду:

    1 кюри (Ки) = 3,7 ∙ 10¹⁰ расп./с. 
 

Биологическое действие ионизирующих излучений 

            Жизнь на Земле возникла и  развивалась на фоне ионизирующей  радиации. Поэтому биологическое  действие её не является каким-то  новым раздражителем в пределах  естественного радиационного фона. Радиационный фон Земли складывается  из излучения, обусловленного  космическим излучением, и излучения  от рассеянных в Земной коре, воздухе, воде, теле человека и  других объектах внешней среды  природных радионуклидов. Основной  вклад в дозу облучения вносят  ⁴⁰К, ²³⁸U, ²³²Th вместе с продуктами распада урана и тория. В среднем доза фонового (внешнего и внутреннего) облучения человека составляет 1 мЗв/год. В отдельных районах с высоким содержанием природных радионуклидов это значение может достигать 10 мЗв и более. Считают, что часть наследственных изменений и мутаций у животных и растений связана с радиационным фоном.

            В основе повреждающего действия  ионизирующих излучений лежит  комплекс взаимосвязанных процессов.  Ионизация и возбуждение атомов  и молекул дают начало образованию  высокоактивных радикалов, вступающих  в последующем в реакции с  различными биологическими структурами  клеток. В повреждающем действии  радиации важное значение имеют возможный разрыв связей в молекулах за счет непосредственного действия радиации и внутри- и межмолекулярной передачи энергии возбуждения. Физико-химические процессы, протекающие на начальных этапах, принято считать первичными – пусковыми. В последующем развитие лучевого поражения проявляется в нарушении обмена веществ с изменением соответствующих функций органов. Малодифференцированные, молодые и растущие клетки наиболее радиочувствительные.

            Животные и растительные организмы  характеризуются различной радиочувствительностью, причины, которой до сих пор полностью ещё не выяснены. Как правило, наименее чувствительны одноклеточные растения, животные и бактерии, а наиболее чувствительны – млекопитающие животные и человек. Различие в чувствительности к радиации имеет место у отдельных особей одного и того же вида.  Она зависит от физиологического состояния организма, условий его существования и индивидуальных особенностей. Более чувствительны к облучению новорожденные и старые особи. Различного рода заболевания, воздействие других вредных факторов отрицательно сказывается на течении радиационных повреждений.

            Изменения, развивающиеся в органах  и тканях облучённого организма,  называют соматическими. Различают  ранние соматические эффекты,  для которых характерна чёткая  дозовая зависимость, и поздние  – к которым относят повышение  риска развития опухолей (лейкозов), укорочение продолжительности жизни  и разного рода нарушения функции  органов. Специфических новообразований,  присущих только ионизирующей  радиации, нет. Существует тесная  связь между дозой, выходом  опухолей и длительностью латентного  периода. С уменьшением дозы  частота опухолей падает, а латентный  период увеличивается.

            В отдалённые сроки могут наблюдаться  и генетические (врождённые уродства, нарушения, передающиеся по наследству), повреждения, которые наряду с  опухолевыми эффектами являются  стохастическими. В основе генетических  эффектов облучения лежит повреждение  клеточных структур, ведающих наследственностью  – половых яичников и семенников.

            Промежуточное место между соматическими  и генетическими повреждениями  занимают эмбриотоксические эффекты -  пороки развития – последствия облучения плода. Плод весьма чувствителен к облучению, особенно в период органогенеза (на 4-12 неделях беременности у человека). Особенно чувствительным является мозг плода (в этот период происходит формирование коры).

            Эффект облучения, как было  сказано, зависит от величины  поглощённой дозы и пространственно-временного  распределения её в организме.  Облучение может вызвать повреждения  от не значительных, не дающих клинической картины, до смертельных. Однократное острое, пролонгированное, дробное, хроническое облучение в дозе, отличной от нуля, по современным представлениям, может увеличить риск отдалённых стохастических эффектов – рака и генетических нарушений. Риск и ожидаемое число смертей от опухолей и наследственных дефектов в результате облучения: 

             Критический орган                                Заболевани                   Риск, 10^-2Зв^-1          Число случаев, 10⁴ чел. -Зв

Всё тело, красный  костный мозг   Лейкемия                       0,2                              20

Щитовидная  железа                 Рак щитовидной железы               0,05                               5

Молочная  железа                 Рак молочной железы                  0,25                              25

Скелет                            Опухоли костной ткани        0,05                                5

Лёгкие                                     Опухоли лёгких                       0,2                              20

Все остальные  органы и ткани Опухоли других органов               0,5                               50

Все органы и ткани             Все злокачественные опухоли          1,25                              125

Половые железы                Наследственные дефекты              0,4                                            40

Всего                                                                                                   1,65                                        165