Виды ионизирующих излучений и их свойства. Лучевая болезнь

Самые разнообразные проявления поражающего действия ионизирующих излучений на организм называют лучевой болезнью. Многообразие этих проявлений зависит прежде всего от вида облучения (общее или местное, внешнее или от инкорпорированных радиоактивных веществ), временного фактора (однократное, повторное, хроническое облучение), равномерности поля (равномерное или неравномерное облучение) и т.п.

Связь понятий и величин, характеризующих радиационную опасность, представлена на рис. 5.1.

Рис. 5.1. Связь понятий "доза", "поле", "радиобиологический эффект" и единиц их измерения

Радиационную опасность используемого радиоактивного вещества оценивают по активности (А): величине, характеризующей число радиоактивных распадов в единицу времени, выраженной в кюри или беккерелях.

где N - количество активных атомов; dN — число ядерных превращении за промежуток времени dt.

Для количественной оценки ионизирующего действия поля фотонного излучения введено понятие экспозиционной дозы (Dэ), представляющей собой отношение суммарного заряда всех ионов одного знака, созданного в сухом атмосферном воздухе, когда все электроны и позитроны, освобожденные фотонами в элементарном объеме воздуха с определенной массой, полностью остановились в воздухе, к массе воздуха в указанном объеме. За единицу экспозиционной дозы Dэ (в системе СИ) принят кулон на килограмм (Кл/кг) - доза, при которой все электроны и позитроны, освобожденные фотонами в объеме воздуха массой 1 кг, производят ионы, несущие электрический заряд 1 Кл каждого знака.

Допускается также внесистемная единица рентген (Р) - доза фотонного излучения, при прохождении которой через 0,001293 г воздуха в результате завершения всех ионизационных процессов в воздухе создаются ионы, несущие одну электростатическую единицу количества электричества каждого знака.

где dQ - полный заряд ионов одного знака, возникающих в бесконечно малом объеме воздуха; dm - масса воздуха в этом объеме.

Для перехода от экспозиционной дозы (характеристики поля) к поглощенной дозе (характеристике взаимодействия поля и облучаемой среды) необходимо знать свойства этой среды. При одном и том же поле воде будет передана меньшая энергия, чем элементам, находящимся в середине Периодической таблицы Менделеева и тем более тяжелым элементам. Поглощенная доза (Dn), т.е. энергия, поглощенная единицей массы вещества, на которое действует поле излучения, характеризует радиационный эффект для всех видов физических и химических тел, кроме живых организмов. Единицей ее измерения в системе СИ является грей (Гр), равный 1 Дж/кг. Допускается внесистемная единица рад.

где dЕ - энергия, переданная излучением веществу в бесконечно малом объеме; dm- масса вещества в этом объеме.

Для оценки действии, производимых на живые организмы одинаковой поглощенной дозой различных видов излучения, используют понятие относительной биологической эффективности излучения (ОБЭ). Под ОБЭ излучения понимают отношение поглощенной дозы образцового рентгеновского излучения, вызывающего определенный биологический эффект, к поглощенной дозе данного рассматриваемого вида излучения, вызывающего тот же биологический эффект.

Регламентированные значения ОБЭ, установленные для контроля степени радиационной опасности при хроническом облучении, называют коэффициентам качества излучения (табл. 5.3.)

Вид излучения	Коэффициент качества к
Рентгеновское и у-излучение Электроны и позитроны, в-излучение Протоны с энергией, меньшей 10 МэВ Нейтроны с энергией, меньшей 20 МэВ Нейтроны с энергией 0,1...10 МэВ а-Излучение с энергией, меньшей 10 МэВ Тяжелые ядра отдачи	1 1 10 3 10 20 20

Таким образом, для сравнения биологических эффектов вводится понятие об эквивалентной дозе (Dэкв), определяемой как результат произведения поглощенной дозы на коэффициент качества излучения в данном объеме биологической ткани стандартного состава. В качестве единицы измерения принят зиверт (Зв) - доза, при которой произведение поглощенной дозы в биологической ткани стандартного состава на средний коэффициент качества равно 1 Дж/кг. Внесистемная единица эквивалентной дозы - бэр (биологический эквивалент рада).

Эквивалентные дозы используются только при решении задач радиационной защиты. В этом случае они ограничиваются 0,6 Зв (60 бэр) к 30 годам жизни человека (12 лет работы). Как правило, с их помощью характеризуют хроническое облучение.

Для лиц, работающих с ионизирующим излучением, вводятся следующие величины нормирования:

1. ПДД - предельно допустимая доза, наибольшее значение индивидуальной эквивалентной дозы за год, которое при равномерном воздействии в течении 50 лет не вызовет в состоянии здоровья персонала неблагоприятных изменений, обнаруживаемых современными методами;
2. ПД - предел дозы, предельная эквивалентная доза за год для ограниченной части населения; устанавливается меньше ПДД для предотвращения необоснованного облучения этого контингента.
3. ПДП - предельно допустимое годовое поступление радиоактивных веществ через органы дыхания и пищеварения.

Кроме того, следует учитывать, что одни части тела (органы, ткани) более чувствительны, чем другие: например, при одинаковой эквивалентной дозе облучения возникновение рака легких более вероятно, чем рака щитовидной железы, а облучение половых желез особенно опасно из-за риска генетических повреждений. Поэтому при оценке дозы облучения органов и тканей также следует применять различные коэффициенты. Умножив эквивалентные дозы на соответствующие коэффициенты и просуммировав результат по всем органам и тканям, получим эффективную эквивалентную дозу, отражающую суммарный эффект облучения для организма (табл. 5.4).

Части тела	Группы критических органов в порядке убывания радиочувствительности	Коэффициенты радиационного риска при равномерном об­лучении всего тела	До юные пределы внешнего и внутреннего излучения, м3в ПДД	До юные пределы внешнего и внутреннего излучения, м3в ПД
Половые железы, красный костный мозг	I	0,25 0,12	50	5
Молочная железа, легкие, щитовидная железа	II	0,15 0,12 0,03	150	15
Костная ткань	III	0,03 сумма1,00	300	30

Просуммировав индивидуальные эффективные эквивалентные дозы, полученные группой людей, мы придем к коллективной эффективной эквивалентной дозе, которая измеряется в человеко-зивертах (чел.-Зв).

Любая доза ионизирующего излучения накапливается со временем. Отнесенная к единице времени, она называется мощностью дозы.

Все соотношения между единицами СИ и внесистемными единицами в области радиационной безопасности приведены в табл. 5.5.

Таблица 5.5. Соотношение между единицами СИ и внесистемными единицами в области радиационной безопасности