Приложение А - Электронная библиотека ПГУ им.С.Торайгырова
advertisement
Министерство образования и науки Республики Казахстан Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова А.П.Бондаренко ОСНОВЫ РАДИАЦИОННОЙ ЭКОЛОГИИ Учебно-методическое пособие для студентов естественных специальностей Павлодар УДК 504.5(075.8) ББК 20.1я7 Б81 Рекомендовано Учёным советом ПГУ им. С. Торайгырова Рецензент: к.п.н., доцент Хамзина Ш.Ш. Б81 Бондаренко А.П. Основы радиационной экологии: учебно-методическое пособие. — Павлодар, 2007. — 100 с. — Ч. 2. В данном пособии описано взаимодействие ионизирующего излучения с веществом, действие радиации на живые организмы, миграция радионуклидов по элементам биосфера и радиационный мониторинг. Приведены основы радиационной безопасности. Дана методика расчета допустимых уровней облучения Учебное пособие рекомендуется студентам естественных специальностей. УДК 504.05(075.8) ББК 20.1я7 Бондаренко А.П. 2007 Павлодарский государственный университет им С. Торайгырова, 2007 2 Введение Экологическая обстановка практически во всех регионах земного шара остается неудовлетворительной. Высокая техногенная нагрузка на природные ресурсы ухудшает состояние окружающей среды и снижает плодородие почв. Выбросы радиоактивных элементов в окружающую среду существенно изменили радиационную обстановку в биосфере, что оказало огромное влияние на все экологические взаимоотношения. Радиационный фон - постоянно действующий экологический фактор, который играл важную роль в формировании и эволюции живого вещества и оказывает постоянное влияние на биоту. Естественная ионизация обусловлена космическим излучением и радионуклидами, содержащимися в земной коре, воде и воздухе. В результате ядерных взрывов, особенно в атмосфере, важной составляющей радиационного воздействия на биосферу, стало антропогенное загрязнение окружающей среды, обусловленное интенсивным выбросом расщепляющихся материалов, в том числе и долгоживущих, многие из которых активно вовлекаются в биогенный круговорот веществ. Несмотря на существенное снижение техногенных выбросов радиоактивных элементов в окружающую среду за последние десятилетия - эта проблема будет иметь значение еще длительное время, из-за глобального загрязнения поверхности Земли и продолжительного периода полураспада некоторых радионуклидов. Облучение человека и животных радионуклидами, поступившими в среду обитания, складываются из внешнего облучения радионуклидами, осевшими на почвенно-растительный покров земной поверхности, облучения радионуклидами, поступающими в организм через органы дыхания, а также облучения поступившими внутрь организма через пищеварительный тракт с пищей и водой. Последний из перечисленных способов облучения является доминирующим в настоящее время на территориях, содержащих повышенные уровни радиоактивных элементов. Радиационное воздействие техногенного происхождения изменяется со временем и вопрос его последействия на живые системы требует изучения, как из-за отсутствия полной картины влияния хронического облучения на отдельный организм низкими и сверхнизкими дозами ионизирующего излучения, так и из-за слабой 3 изученности системных изменений в биосфере при длительном влиянии измененных и новых экологических факторов. Цель данного пособия – дать представление о радиационных явлениях, естественных и искусственных источниках ионизирующего излучения показать их распространение в природных объектах и живых организмах и их роль в действии на здоровье человека и других видов, а также дать понятие о радиационном экологическом мониторинге и радиационной безопасности. 4 1 Ионизирующее действие радиационных излучений В первой части пособия мы рассмотрели явление ионизации, как способность некоторых частиц, обладающих достаточно большой энергией, выбивать электроны с внешних оболочек атомов. Ионизирующее излучение (ИИ) - это потоки частиц и квантов электромагнитной энергии, прохождение которых через вещество приводит к возбуждению его атомов, и к ионизации вещества. Ионизация электрически нейтральных атомов и молекул обуславливает образование положительных и отрицательных ионов и свободных электронов. 1.1 Ионизация в газе и жидкости Для разделения нейтрального невозбуждённого атома (молекулы) на две или более заряженные частицы, т. е. для его ионизации, необходимо затратить некоторую энергию, которую называют энергией ионизации. Для всех атомов данного элемента (или молекул данного химического соединения), ионизирующихся из основного состояния одинаковым образом (с образованием одинаковых ионов), энергия ионизации одинакова. Простейший акт ионизации - отщепление от атома (молекулы) одного электрона и образование положительного иона – рисунок 1. Рисунок 1 – Гамма квант (γ) выбивает электрон с орбиты атома, образуя положительно заряженный ион (ион +) и электрон (ион-) - (пару ионов) 5 На рисунке 1 показано, что электрон выбивается энергией γ – кванта, который должен обладать значительной энергией, чтобы не просто перевести электрон на более высокую энергетическую орбиту, а удалить его за пределы сил притяжения ядра. Энергию ионизации в объект облучения могут переносить не только γ –кванты, но и электроны, мезоны, протоны, нейтроны, другие частицы и их античастицы. Присоединение электронов к нейтральным атомам или молекулам (образование отрицательного иона), в отличие от других актов ионизации, может сопровождаться как затратой, так и выделением энергии; в последнем случае говорят, что атомы (молекулы) данного вещества обладают сродством к электрону. Если энергия ионизации сообщается ионизуемой частице другой частицей (электроном, атомом или ионом) при их столкновении, то ионизацию называется ударной. Вероятность ударной ионизации (характеризуемая эффективным поперечным сечением ионизации) зависит от рода ионизуемых и бомбардирующих частиц и от их кинетической энергии. До некоторого минимального (порогового) значения кинетической энергии эта вероятность равна нулю, при ее увеличении выше порога она вначале быстро возрастает, достигает максимума, а затем убывает. Если энергии, передаваемые ионизуемым частицам в столкновениях, достаточно велики, возможно образование из них, наряду с однозарядными, и многозарядных ионов (многократная ионизации). При столкновениях атомов и ионов с атомами может происходить ионизация не только бомбардируемых, но и бомбардирующих частиц. Ионизация может вызываться не только частицами, налетающими извне. Когда энергия теплового движения атомов (молекул) вещества достаточно велика, они могут ионизовать друг друга при взаимных столкновениях - происходит термическая ионизация. Значительной интенсивности она достигает при температурах ~103 - 104K, например, в дуговом разряде, ударных волнах, в звёздных атмосферах. Процессы, в которых ионизуемые частицы получают энергию ионизации от фотонов (квантов электромагнитного излучения), называют фотоионизацией. Если атом (молекула) невозбуждён, то энергия ионизующего фотона h (h - постоянная Планка, - частота излучения), должна быть не меньше энергии ионизации. Для всех атомов и молекул в газах и жидкостях эта величина энергии такова, что ей удовлетворяют лишь ультрафиолетовые и более жёсткие 6 фотоны. Однако фотоионизацию наблюдают и при h < W, (W энергия ионизации), например при облучении видимым светом. Объясняется это тем, что она может иметь характер ступенчатой ионизации: вначале поглощение одного фотона возбуждает частицу, после чего взаимодействие со следующим фотоном приводит к ионизации. В отличие от ударной ионизации, вероятность фотоионизации максимальна именно при пороговой энергии фотона h < W, а затем с ростом частоты падает. Максимум сечения фотоионизации в 100—1000 раз меньше, чем при ударной ионизации. Меньшая вероятность компенсируется во многих процессах фотоионизации значительной плотностью потока фотонов, и число актов ионизации может быть очень большим. Ионизованные газы и жидкости обладают электропроводностью, что, с одной стороны, лежит в основе разнообразных применений процессов ионизации, а с другой стороны, даёт возможность измерять степень ионизации этих сред, т. е. отношение концентрации заряженных частиц в них к исходной концентрации нейтральных частиц. Процессом, обратным ионизации, является рекомбинация ионов и электронов - образование из них нейтральных атомов и молекул. Защищенный от внешних воздействий газ при обычных температурах в результате рекомбинации очень быстро переходит в состояние, в котором степень его ионизации пренебрежимо мала. Поэтому поддержание заметной ионизации в газе возможно лишь при действии внешнего ионизатора (потоки частиц, фотонов, нагревание до высокой температуры). При определённой концентрации заряженных частиц ионизованный газ превращается в плазму, резко отличающуюся по своим свойствам от газа нейтральных частиц. Особенность ионизации жидких растворов состоит в том, что в них молекулы растворённого вещества распадаются на ионы уже в самом процессе растворения без всякого внешнего ионизатора, за счёт взаимодействия с молекулами растворителя. Взаимодействие между молекулами приводит к самопроизвольной ионизации и в некоторых чистых жидкостях (вода, спирты, кислоты). 1.2 Ионизация в твёрдом теле Процесс превращения атомов твёрдого тела в заряженные ионы, связанный с переходом электронов из валентной зоны кристалла в зону проводимости (в случае примесных атомов - с потерей или захватом ими электронов). Ионизация происходит также, если через вещество проходит поток заряженных (электроны, протоны) или 7 нейтральных (нейтроны) частиц. При этом нужно учитывать, что изменения в веществе вызывает только поглощенная энергия. Доза ионизирующего излучения - энергия ионизирующего излучения, поглощённая в единице массы облучаемого вещества. В системе СИ поглощенная энергия измеряется в Греях (Гр) – 1 Гр – это такая энергия радиационного воздействия, при котором в одном килограмме вещества запасается 1 Дж энергии. Часто используют несистемную единицу – рад, 1 Гр = 100 рад. 1 Дж . 1кг 1 Гр = Живой объект можно рассматривать как совокупность трех фаз: жидкой, твердой и газообразной, поэтому при действии факторов ионизирующего излучения необходимо учитывать особенности ионизации в этих средах, с учетом эффективности поглощения и преобразования энергии. 2 Действие ионизирующих излучений на живые объекты Биологическое действие ионизирующих излучений - изменения, вызываемые в жизнедеятельности и структуре живых организмов при воздействии коротковолновых электромагнитных волн (рентгеновского излучения и гамма-излучения) или потоков заряженных частиц (альфа-частиц, бета - излучения, протонов) и нейтронов. Исследования влияния ионизирующих излучений на биологические объекты были начаты сразу после открытия рентгеновского излучения (1895) и радиоактивности (1896). В 1896 физиолог И. Р. Тарханов показал, что рентгеновское излучение, проходя через живые организмы, нарушает их жизнедеятельность. Особенно интенсивно стали развиваться исследования биологического действия ионизирующих излучений с началом применения атомного оружия (1945), а затем и мирного использования атомной энергии. Первичное действие радиации произвольного вида на любой биологический объект начинается с поглощения энергии излучения, что сопровождается возбуждением молекул и их ионизацией. Ионизация органических молекул обуславливает возникновение свободных радикалов, которые, включаясь в протекающие в организме химические реакции, нарушают течение обмена веществ и, 8 вызывая появление несвойственных организму соединений, расстраивают процессы жизнедеятельности в этом проявляется прямое действие излучения. При ионизации молекул воды в живом организме, состоящем до 90% из воды, в присутствии кислорода возникают активные радикалы (ОН- и др.), гидратированные электроны, а также молекулы перекиси водорода, включающиеся затем в цепь химических реакций в клетке, что обеспечивает косвенное действие излучения. При облучении в дозе 1000 Р (что соответствует поглощенной дозе порядка 10 Гр) в клетке средней величины (10-9 г) возникает около 1 млн. таких радикалов, каждый из которых в присутствии кислорода воздуха может дать начало цепным реакциям окисления, во много раз увеличивающим количество измененных молекул в клетке и вызывающим дальнейшее изменение надмолекулярных (субмикроскопических) структур. Выяснение большой роли свободного кислорода в цепных реакциях, ведущих к лучевому поражению, т.н. кислородного эффекта, способствовало разработке ряда эффективных радиозащитных веществ, вызывающих искусственную гипоксию в тканях организма. Большую роль играет миграция энергии по молекулам биополимеров, в результате которой поглощение энергии, происшедшее в любом месте макромолекулы, приводит к нарушению её активного центра (например, к инактивации белка-фермента). Физические и физико-химические процессы, лежащие в основе биологического действия ионизирующего излучения, т. е. поглощение энергии и ионизация молекул, занимают доли секунд – рисунок 2. Биохимические повреждения, в зависимости от места действия, могут оказать влияние на организм, получивший дозу, вызывая соматические эффекты, среди которых лейкоз, рак, уменьшение продолжительности жизни и другие, или на регенеративные органы, в этом случае возможна передача генетических повреждений (мутаций) отдаленным потомкам. Для действия ионизирующих излучений на биологические объекты характерен ряд общих закономерностей: 1) глубокие нарушения жизнедеятельности вызываются ничтожно малыми количествами поглощаемой энергии. Так, энергия, поглощённая телом млекопитающего животного или человека при облучении смертельной дозой, при превращении в тепловую привела бы к нагреву тела всего на 0,001°С. Попытка объяснить «несоответствие» количества энергии результатам воздействия привела к созданию теории мишени, согласно которой лучевое 9 Рисунок 2 - Схема развития лучевого повреждения (в центре) и способы воздействия на него (справа) (Кузин А.М.) 10 повреждение развивается при попадании энергии в особенно радиочувствительную часть клетки - «мишень»; 2) действие ионизирующего излучения на биологические объекты не ограничивается организмом, подвергнутым облучению, но может распространяться и на последующие поколения, что объясняется влиянием на наследственный аппарат организма. Именно эта особенность очень остро ставит вопросы изучения биологического действия ионизирующих излучений, защиты организма от излучений и ограничения распространения ядерных воздействий на биосферу; 3) для действия ионизирующих излучений на биологические объекты характерен скрытый (латентный) период. Развитие лучевого поражения наблюдается не сразу и зависит от вида ионизирующего излучении, состояния организма и ряда других факторов. Продолжительность латентного периода может варьировать от нескольких мин до десятков лет в зависимости от дозы облучения, радиочувствительности организма и наблюдаемой функции. Так, при облучении в очень больших дозах (тысячи Гр) можно вызвать «смерть под лучом», длительное же облучение в малых дозах ведёт к изменению состояния нервной и других систем, к возникновению опухолей спустя годы после облучения. Радиочувствительность разных видов организмов различна. Смерть половины облученных животных (при общем облучении) в течение 30 сут после облучения (летальная доза - LD 50/30) вызывается следующими дозами рентгеновского излучения: морские свинки 250 р, собаки 335 р, обезьяны 600 р, мыши 550-650 р, караси (при 18°С) 1800 р, змеи 8000-20000 р. Более устойчивы одноклеточные организмы: дрожжи погибают при дозе 30000 р, амёбы - 100000 р, а инфузории выдерживают облучение в дозе 300000 р. Радиочувствительность высших растений тоже различна: семена лилии полностью теряют всхожесть при дозе облучения 2000 р, на семена капусты не влияет доза в 64000 р. Большое значение имеют также возраст, физиологическое состояние, интенсивность обменных процессов организма, а также условия облучения. При этом, помимо дозы облучения организма, играют роль: мощность, ритм и характер облучения (однократное, многократное, прерывистое, хроническое, внешнее, общее или частичное, внутреннее), его физические особенности, определяющие глубину проникновения энергии в организм (рентгеновское и гаммаизлучение проникает на большую глубину, альфа-частицы до 40 мкм, бета-частицы - на несколько мм), плотность вызываемой излучением 11 ионизации (под влиянием альфа-частиц она больше, чем при действии других видов излучения). Все эти особенности воздействующего лучевого фактора определяют относительную биологическую эффективность излучения. Если источником излучения служат попавшие в организм радиоактивные изотопы, то огромное значение для ионизирующего действия, испускаемого этими изотопами, имеет их химическая характеристика, определяющая участие изотопа в обмене веществ, концентрацию в том или ином органе, а, следовательно, и характер облучения организма. Последующие биохимические процессы лучевого повреждения развиваются медленнее. Образовавшиеся активные радикалы нарушают нормальные ферментативные процессы в клетке, что ведёт к уменьшению макроэргических (богатых энергией) соединений. Особенно чувствителен к облучению синтез дезоксирибонуклеиновых кислот (ДНК) в интенсивно делящихся клетках. Таким образом, в результате цепных реакций, возникающих при поглощении энергии излучения, изменяются многие компоненты клетки, в том числе макромолекулы (ДНК, ферменты и др.) и сравнительно малые молекулы (аденозинтрифосфорная кислота, коферменты и др.). Это приводит к нарушению ферментативных реакций, физиологических процессов и клеточных структур. Воздействие ионизирующего излучения вызывает повреждение клеток. Наиболее важно нарушение клеточного деления. При облучении в сравнительно малых дозах наблюдается временная остановка митоза. Большие дозы могут вызвать полное прекращение деления или гибель клеток. Нарушение нормального хода митоза сопровождается хромосомными перестройками, возникновением мутаций, ведущими к сдвигам в генетическом аппарате клетки, а следовательно, к изменению последующих клеточных поколений (цитогенетический эффект). При облучении половых клеток многоклеточных организмов нарушение генетического аппарата ведёт к изменению наследственных свойств развивающихся из них организмов. При облучении в больших дозах происходит набухание и пикноз ядра (уплотнение хроматина), затем структура ядра исчезает. В цитоплазме при облучении в дозах 10 000 - 20 000 р (величина порядка 100-200 Гр) наблюдаются изменение вязкости, набухание протоплазматических структур, образование вакуолей, повышение проницаемости. Всё это резко нарушает жизнедеятельность клетки. 12 Сравнительное изучение чувствительности ядра и цитоплазмы к радиационному воздействию показало, что в большинстве случаев чувствительно к облучению ядро (например, облучение ядер сердечной мышцы тритона в дозе нескольких протонов на ядро вызвало типичные деструктивные изменения; доза в несколько тысяч раз большая не повредила цитоплазмы). Многочисленные данные показывают, что клетки более радиочувствительны в период деления и дифференцировки: при облучении поражаются прежде всего растущие ткани. Это делает облучение наиболее опасным для детей и беременных женщин. На этом же основана и радиотерапия опухолей растущая ткань опухоли погибает при облучении в дозах, которые меньше повреждают окружающие нормальные ткани. Возникающие в облучаемых клетках изменения ведут к нарушениям в тканях, органах и жизнедеятельности всего организма. Особенно выражена реакция тканей, в которых отдельные клетки живут сравнительно недолго. Это слизистая оболочка желудка и кишечника, которая после облучения воспаляется, покрывается язвами, что ведёт к нарушению пищеварения и всасывания, а затем к истощению организма, отравлению его продуктами распада клеток и проникновению бактерий, живущих в кишечнике, в кровь. Сильно повреждается кроветворная система, что ведёт к резкому уменьшению числа лейкоцитов в периферической крови и к снижению её защитных свойств. Одновременно падает и выработка антител, что ещё больше ослабляет защитные силы организма. (Уменьшение способности облученного организма вырабатывать антитела и тем самым противостоять внедрению чужеродного белка используется при пересадке органов и тканей - перед операцией пациента облучают.) Уменьшается и количество эритроцитов, с чем связано нарушение дыхательной функции крови. Ионизирующее излучение также обусловливает нарушение половой функции и образования половых клеток вплоть до полного бесплодия (стерильности) облученных организмов. Важную роль в развитии лучевого поражения животных и человека играет нервная система. Так, у кроликов смертельный исход при облучении в дозе 10 Гр часто определяется нарушениями в центральной нервной системе, вызывающими остановку сердечной деятельности и паралич дыхания. Исследования биоэлектрических потенциалов мозга облученных животных и людей, подвергающихся лучевой терапии, показали, что нервная система раньше других систем организма реагирует на радиационное воздействие. Облучение собак в дозе 5-20 р и хроническое облучение в дозе 0,05 р при 13 достижении дозы в 3 р ведёт к изменению условных рефлексов. Большую роль в развитии лучевой болезни играют и нарушения деятельности желёз внутренней секреции. Для действия ионизирующего излучения на биологические объекты характерно последействие, которое может быть очень длительным, т.к. по окончании облучения цепь биохимических и физиологических реакций, начавшихся с поглощения энергии излучения, продолжается долгое время – рисунок 2. К отдалённым последствиям облучения относятся изменения крови (уменьшение числа лейкоцитов и эритроцитов), нефросклероз, циррозы печени, изменения мышечных оболочек сосудов, раннее старение, появление опухолей. Эти процессы связаны с нарушением обмена веществ и нейроэндокринной системы, а также повреждением генетического аппарата клеток тела (соматические мутации). Лучевое повреждение организма сопровождается также процессом восстановления, который связан с нормализацией обмена веществ и регенерацией клеток. Поэтому облучение дробное или с малой мощностью доз вызывает меньшее повреждение, чем интенсивное воздействие. Изучение процессов восстановления важно для поисков радиозащитных веществ, а также средств и методов защиты организма от излучений. В небольших дозах все обитатели Земли постоянно подвержены действию ионизирующего излучения космических лучей и радиоактивных изотопов, входящих в состав самих организмов и окружающей среды. Испытания атомного оружия и применение атомной энергии в мирных целях повышают радиоактивный фон. В сельском хозяйстве радиационные воздействия применяются с целью выведения новых форм растений, для предпосевной обработки семян, борьбы с вредителями (путём выведения и выпуска на поражаемые плантации обеспложенных облучением самцов), для лучевой консервации фруктов и овощей, предохранения продуктов растениеводства от вредителей (дозы, губительные для насекомых, безвредны для зерна) и др. 2.1 Действие ионизирующих излучений на микроорганизмы Микроорганизмы, по чувствительности к радиационному действию, обычно располагают в таком порядке: - наиболее чувствительны бактерии, затем плесени, дрожжи, споры бактерий, вирусы. Однако это разделение не абсолютно, так как среди бактерий есть виды более радиоустойчивые, чем вирусы. 14 Радиочувствительность микроорганизмов модифицируют различные факторы, как внутренние: генетическая природа самой клетки, жизненная фаза клетки и другие, так и внешние: температура, концентрация кислорода и других газов, состав и свойства среды в которой производится облучение, а также тип радиационного воздействия и его мощность и другие факторы. Радиочувствительность микроорганизмов значительно ниже, чем у растений и животных на 1-2 порядка, в ряде случаев бактерицидный эффект для некоторых видов может быть достигнут только при значительных дозах: 1-2 Мрад. Уже на первых этапах исследования радиационной чувствительности микроорганизмов было показано, что при дозе 5000 Р значительно снижается выживаемость кишечной палочки, а при дозе 20 кР погибает 95 % бактерий. Культура микроорганизмов каждого вида содержит смесь клеток, различных по чувствительности к радиации. Например для культуры кишечной палочки 66% LD50 соответствовала доза 1,2 крад, а для 34 % бактерий – 3,5 крад. При облучении бактерий кишечной группы гамма лучами, их инактивация происходит в пределах от 24 до 168 крад, а гибель всех клеток при дозах около 300 крад. Для получения одинакового биологического эффекта у различных видов микроорганизмов требуются различные дозы излучения. Эти различия зависят от ряда биологических особенностей облучаемых бактерий, условий облучения, влияния внешней среды и других факторов. Особое значение придается неодинаковой чувствительности нуклеинового обмена и ДНК различных организмов к радиационному облучению. Чувствительность бактерий к радиации значительно изменяется внутри одного и того же вида и, даже, популяции бактериальных клеток. Популяция клеток состоит из бактерий, располагающихся по устойчивости к радиации в вариационный ряд, так же, как и по другим биологическим признакам. Поэтому в популяции всегда присутствуют особо радиорезистентные клетки, для того, чтобы их убить, нужно облучать более мощными дозами, чем те, при которых погибает основная масса клеток более радиочувствительных. Грамположительные бактерии менее чувствительны к облучению, чем грамотрицательные. Споры бактерий обладают очень низкой радиочувствительностью, но и среди неспорообразующих микроорганизмов известны организмы радиоустойчивость которых может превышать устойчивость спор. Чаще всего они принадлежат к 15 кокам или сарцинам. Известны микрококки, у которых полулетальная доза равна 400 крад (4 кГр). При лучевой стерилизации мяса, рыбы и других продуктов наиболее часто после облучения в дозах от 600 до 1500 крад обнаруживали кокков. Примером высокой радиоустойчивости могут быть также бактерии, выделяемые из вод атомных реакторов. 2.2 Действие ионизирующих излучений на растения В целом, растения более устойчивы к радиационному воздействию, чем птицы и млекопитающие. Облучение в небольших дозах может стимулировать жизнедеятельность растений – рисунок 3 - прорастание семян, интенсивность роста корешков, накопление зелёной массы и др. Нужно отметить, что дозовая кривая, приведенная на этом рисунке безусловно повторяется в опытах в отношении самых разнообразных свойств растений для доз радиационного воздействия, вызывающих угнетение процессов. В отношении стимуляции дозовая характеристика процессов не так очевидна. Во многих случаях проявление стимуляции на живых объектах не наблюдается. Рисунок 3 - Зависимость числа проросших глазков картофеля сорта от дозы облучения Большие дозы (200 - 400 Гр) вызывают снижение выживаемости растений, появление уродств, мутаций, возникновение опухолей. Нарушения роста и развития растений при облучении в значительной степени связаны с изменениями обмена веществ и появлением 16 первичных радиотоксинов, которые в малых количествах стимулируют жизнедеятельность, а в больших - подавляют и нарушают её. Так, промывка облученных семян в течение суток после облучения снижает угнетающий эффект на 50-70%. У растений лучевая болезнь возникает под воздействием различных видов ионизирующих излучений. Наиболее опасны альфачастицы и нейтроны, нарушающие нуклеиновый, углеводный и жировой обмен в растениях. Очень чувствительны к облучению корни и молодые ткани. Общий симптом лучевой болезни - задержка роста. Например, у молодых растений пшеницы, фасоли, кукурузы и других задержка роста наблюдается через 20—30 ч после облучения дозой более 4 Гр. В то же время разными исследователями показано, что облучение воздушно-сухих семян многих культур дозами 3-15 Гр не только не приводит к угнетению роста и развития растений, а напротив способствует ускорению многих биохимических процессов. Это выражалось в ускорении развития и увеличении урожайности. Установлены видовые, сортовые и индивидуальные внутрисортовые различия в радиочувствительности растений. Например, симптомы лучевой болезни у традесканции возникают при её облучении дозой 40 р, у гладиолуса - 6000 р. Смертельная доза облучения для большинства высших растений 2000-3000 р (поглощенная доза порядка 20-30 Гр), а низших, например дрожжей, 30 000 р (300 Гр). При лучевой болезни повышается также восприимчивость растений к инфекционным болезням. Пораженные растения нельзя использовать в пищу и на корм скоту, так как они могут вызвать лучевую болезнь у человека и животных. Методы защиты растений от лучевой болезни разработаны недостаточно. 2.3 Действие ионизирующих излучений на беспозвоночных Радиочувствительность беспозвоночных изменяется в значительных пределах: полулетальная доза у некоторых асцидий, кишечно-полосных, членистоногих, нематод колеблется в пределах от 30 до 50 Гр. У моллюсков она находится в пределах 120-200 Гр, у амеб эта величина достигает 1000 Гр, а у инфузорий устойчивость близка к устойчивости микроорганизмов - LD50 находится в пределах 3000 - 7000 Гр. Радиочувствительность зависит как от совокупности свойств организма и состояния окружающей среды, так и от периода онтогенеза. Так у дрозофилы полулетальная доза в стадии имаго равна 950 Гр, в стадии куколки 20-65 Гр, чувствительность яиц, в 17 зависимости от времени колеблется от 2 до 8 Гр, а в стадии личинки она равна 100-250 Гр. 2.4 Действие ионизирующих излучений на позвоночных Чувствительность позвоночных к радиационному воздействию значительно выше, чем у предыдущих групп организмов. Наиболее радиоустойчивы змеи, у которых LD50 находится в пределах от 80 до 200 Гр, у тритонов и голубей она соответствует величинам 25-30 Гр, у черепах – 15-20 Гр, у кур – 10-15 Гр, для карповых рыб – 5-20 Гр, для грызунов 5-9 Гр. Млекопитающие еще менее устойчивы к действию радиации. Полулетальная доза для собак 2,5-4 Гр, а у обезьян 2- 5,5 Гр. У животных лучевая болезнь. наиболее изучена у одомашненных млекопитающих и птиц. Различают острую и хроническую лучевую болезнь. Острая возникает при однократном общем облучении экспозиционными дозами: 1,5-2,0 Гр (лёгкая степень), 2,0-4,0 Гр (средняя), 4,0-6,0 Гр (тяжёлая) и свыше 6,0 Гр (крайне тяжёлая). В зависимости от тяжести течения лучевой болезни. у животных наблюдают угнетение, ухудшение аппетита, рвоту (у свиней), жажду, поносы (могут быть со слизью, кровью), кратковременное повышение температуры тела, выпадение волос (особенно у овец), кровоизлияния на слизистых оболочках, ослабление сердечной деятельности, лимфопению и лейкопению. При крайне тяжёлом течении - шаткость походки, мышечные судороги, понос и смерть. Выздоровление возможно при лёгком и среднем течении болезни. Хроническая лучевая болезнь. развивается при длительных воздействиях небольших доз общего гамма-излучения или поступивших внутрь организма радиоактивных веществ. Она сопровождается постепенным ослаблением сердечной деятельности, нарушением функций желёз внутренней секреции, истощением, ослаблением сопротивляемости инфекционным болезням. Лечению предшествует вывод животных из зараженной местности, удаление радиоактивных веществ с наружных покровов водой, моющими и другими средствами. В начале болезни рекомендуют переливание крови или кровезаменителей, внутривенное введение 25-40%-ного раствора глюкозы с аскорбиновой кислотой. При заражении через пищеварительный тракт - применяют адсорбенты (водная смесь костной муки или сернокислого бария с йодистым калием), при поражении через лёгкие - отхаркивающие средства. 18 При внутреннем поражении животных радиоактивные вещества выделяются из организма, загрязняя внешнюю среду, а с продуктами питания (молоко, мясо, яйца) могут попадать в организм человека. Продукты от животных, подвергшихся лучевому поражению, не используются в пищу или на корм зверям, так как могут вызвать у них лучевую болезнь. 2.5 Действие ионизирующих излучений на человека Накопленный к настоящему времени большой материал, полученный в экспериментах на животных, а также на основе обобщения многолетних данных о состоянии здоровья рентгенологов, радиологов и других лиц, которые подвергались воздействию ионизирующих излучений, показывает, что при однократном равномерном гамма - облучении всего тела наступают последствия, обобщенные в таблице 1. Таблица 1 – Последствия при однократном равномерном гамма облучении всего тела Доза, Гр* Последствия 100 смерть наступает через несколько часов или дней вследствие повреждения центральной нервной системы. 10—50 смерть наступает через одну - две недели вследствие внутренних кровоизлияний. 4—5 50% облученных умирает в течение одного—двух месяцев вследствие поражения клеток костного мозга. 2-4 нетрудоспособность. Возможна смерть. 1 нижний уровень развития лучевой болезни. 0,75 кратковременные незначительные изменения состава крови. 0,30 облучение при рентгеноскопии желудка (разовое). 0,25 допустимое аварийное облучение персонала (разовое). 0,10 допустимое аварийное облучение населения (разовое). 0,05 допустимое облучение персонала в нормальных условиях за год. 0,005 допустимое облучение населения в нормальных условиях за год. 0,0035 средняя годовая эквивалентная доза облучения за счет всех источников излучения. * - для γ и электронного облучения, поглощенная доза (Гр) равна эквивалентной дозе (Зв). 19 Лучевая болезнь, заболевание, возникающее от воздействия различных видов ионизирующих излучений. Человек, животные, микроорганизмы и растения постоянно подвергаются извне действию гамма-излучений земной коры, космических лучей и изнутри облучаются находящимися в организме человека в ничтожных количествах радиоактивными веществами (46K, 226Ra, 222Rn, 14C и др.). Развитие лучевой болезни. наступает лишь тогда, когда суммарная доза облучения начинает превышать естественный радиоактивный фон. Способность радиации вызывать лучевую болезнь зависит от биологического действия ионизирующих излучений; чем больше поглощённая доза излучения, тем сильнее выражено поражающее действие радиации. У человека лучевая болезнь может быть обусловлена внешним облучением, когда источник его находится вне организма, и внутренним - при попадании радиоактивных веществ в организм с вдыхаемым воздухом, через желудочно-кишечный тракт или кожу. Лучевая болезнь может развиться при относительно равномерном облучении всего тела, какого-либо органа или участка организма. Различают острую лучевую болезнь, возникающую от однократного общего облучения в сравнительно больших дозах (сотни рад), и хроническая форму, которая может быть результатом перенесённой острой лучевой болезни либо хронического воздействия малыми дозами (единицы рад). Общие клинические проявления лучевой болезни зависят главным образом от полученной суммарной дозы. При однократном общем облучении дозой до 100 р (порядка 1 Гр) происходят сравнительно лёгкие изменения, которые могут рассматриваться как состояние так называемой предболезни. Дозы свыше 100 р вызывают те или иные формы лучевой болезни (костно-мозговую, кишечную) разной тяжести, при которых основные проявления и исход лучевой болезни зависят главным образом от степени поражения органов кроветворения. Дозы однократного общего облучения свыше 600 р (более 6 Гр) считают абсолютно смертельными; гибель наступает в сроки от 1 до 2 мес после облучения. При наиболее типичной форме острой лучевой болезни вначале, через несколько минут или часов, у получивших дозу больше 200 р возникают первичные реакции (тошнота, рвота, общая слабость). Через 3-4 сут симптомы стихают, наступает период мнимого благополучия. Однако тщательное клиническое 20 обследование выявляет дальнейшее развитие болезни. Этот период продолжается от 14-15 суток до 4-5 недель. В последующем ухудшается общее состояние, нарастает слабость, появляются кровоизлияния, повышается температура тела. Количество лейкоцитов в периферической крови после кратковременного увеличения прогрессивно уменьшается, падая (вследствие поражения кроветворных органов) до чрезвычайно низких цифр (лучевая лейкопения), что предрасполагает к развитию сепсиса и кровоизлияний. Продолжительность этого периода 2-3 недели. Существуют и другие формы лучевой болезни. Например, при общем облучении в дозах от 1000 до 5000 р (10-50 Гр) развивается кишечная форма лучевой болезни, характеризующаяся преимущественно поражением кишечника, ведущим к нарушению водно-солевого обмена (от обильных поносов), и нарушением кровообращения. Человек при этой форме обычно погибает в течение первых суток, минуя обычные фазы развития лучевой болезни. После общего облучения в дозах свыше 5000 р (более 50 Гр) смерть наступает через 1-3 сутки или даже в момент самого облучения от повреждения тканей головного мозга (эта форма лучевой болезни называется церебральной). Другие формы лучевой болезни человека и животных в основном определяются местом облучения. Особенности течения и степень нарушений при лучевой болезни зависят от индивидуальной и возрастной чувствительности; дети и старики менее устойчивы к облучению, поэтому тяжёлые поражения у них могут возникать от меньших доз излучения. В период эмбрионального развития ткани организма особенно чувствительны к действию радиации, поэтому облучение беременных женщин (например, применение лучевой терапии) нежелательно даже в малых дозах. Процесс восстановления организма после облучения в умеренных дозах наступает быстро. При лёгких формах лучевой болезни выраженные клинические проявления могут отсутствовать. При более тяжёлых формах лучевой болезни период полного восстановления иногда затягивается до года и больше. Как отдалённые проявления лучевой болезни у женщин отмечается бесплодие, у мужчин - отсутствие сперматозоидов; эти изменения чаще носят временный характер. Через много месяцев и даже лет, после облучения, иногда развивается помутнение хрусталика (так называемая лучевая катаракта). После перенесённой острой лучевой болезни иногда остаются стойкие невротические проявления, 21 очаговые нарушения кровообращения; возможно развитие склеротических изменений, злокачественных новообразований, лейкозов, появление у потомства пороков развития, наследственных заболеваний. Характерные черты хронической лучевой болезни длительность и волнообразность её течения. Это обусловлено проявлениями поражения, с одной стороны, и восстановительных и приспособительных реакций - с другой. При преимущественном поражении того или иного органа или ткани отмечается несоответствие между глубиной поражения поврежденных структур и слабо выраженными или поздно проявляющимися признаками общих реакций организма. На ранних стадиях основные клинические проявления многообразные нарушения нервной регуляции функций внутренних органов и в первую очередь сердечно-сосудистой системы. Могут возникать изменения ферментативной активности и секреторномоторной функции желудочно-кишечного тракта; нарушения физиологической регенерации кроветворения вызывают развитие лейкопении. При продолжающемся облучении и прогрессировании заболевания все проявления усугубляются. Лечение острой лучевой болезни направлено на нормализацию органов кроветворения (пересадка костного мозга, переливание крови, введение препаратов нуклеиновых кислот, стимуляторы кроветворения), борьбу с инфекцией (антибиотики), предупреждение возникновения кровоизлияний (витамины), уменьшение интоксикации (кровопускание, кровозамещение), воздействие на нервную систему и др. При хронической лучевой болезни. назначают питание, богатое белками и витаминами, длительное пребывание на свежем воздухе, лечебную физкультуру; симптоматические средства (сердечные, нейротропные, нормализующие функцию желудочнокишечного тракта и тому подобное). При нарушении кроветворения стимулирующие его препараты. Принятые законодательно нормы предельно допустимых доз и концентраций радиоизотопов для различных производств и профессиональных групп установлены из расчёта общего облучения в дозе не более 50 мЗв/год (5 рад/год) и гарантируют безопасность работы с этими веществами. Опасность облучения может возникнуть при нарушении правил охраны труда или в аварийных ситуациях, в условиях военного времени (применение противником атомного оружия). 22 Атомные взрывы резко повышают загрязнение внешней среды радиоактивными продуктами деления, вследствие чего в ней увеличивается количество радиоактивного йода (111I), стронция (90Sr), цезия (137Cs), углерода (14C), плутония (239Pu) и других. Возникает угроза опасного для здоровья облучения и увеличения числа наследственных болезней. В подобных случаях решающее значение для профилактики развития лучевой болезни имеет защита от ионизирующих излучений. 2.5.1 Дозы, получаемые человеком от различных источников Радиационные воздействия на человека отличаются значительной разнообразностью, они могут быть, в зависимости от места нахождения источников относительно организма, подвергшегося воздействию радиации: - внешними; - внутренними. В зависимости от происхождения: - естественными; - техногенными (антропогенными). В зависимости от физического состояния нуклидов: - газообразными; - жидкими; - твердыми. В зависимости от активности: - высокоактивными; - низкоактивными. В зависимости от нахождения источника ионизирующего излучения: - земными; - космическими. Дозы, получаемые человеком от естественных источников, могут колебаться в значительной степени в зависимости от места проживания и работы. Так жители гор и ландшафтом с повышенным радиационным фоном могут получать в дозы несколько раз превышающие годовые нагрузки жителей равнин. Летчики, альпинисты также получают дополнительные лучевые нагрузки. Допустимые пределы приведены в пункте 10 – нормы радиационной безопасности, а на диаграмме – рисунок - 4, показаны величины доз, получаемые человеком от различных источников. На диаграмме показаны величины естественного фонового облучения, средние величины доз, получаемых от экранов телевизоров и компьютеров, величина допустимого облучения, дозы, 23 получаемые при рентгене зубов и желудка, и, наконец, планируемая доза при аварийном облучении. 25 Доза (бэр) 20 15 10 5 0 Фоновое облучение Дисплеи д о/год Рентген зубов Рентген желудка Даон Источники излучения Дисплеи - величины доз, получаемых от экранов телевизоров и компьютеров, д о/год - величина допустимого облучения, Даон - доза планируемая при аварийном облучении населения. Рисунок 4 - Величины доз, получаемые человеком от различных источников ионизирующего излучения Нормируемой величиной является также содержание некоторых радионуклидов техногенного происхождения в продуктах питания. В первую очередь это относится к радионуклидам цезия-137 и стронция90. На диаграмме – рисунок 5 - приводится содержание К-40 в продуктах питания в сравнении с допустимым содержанием Cs-137 и Sr-90. Как следует из диаграммы, во многих продуктах питания содержание естественного радионуклида К40 составляет значительную величину по сравнению с допустимым содержанием Cs-137 и Sr-90. В почве территорий с высокими антропогенными загрязнениями цезием и стронцием, содержание калия-40, как правило, во много раз превышает средние суммарные величины Cs137 и Sr90. Вклад радиоактивного калия составляет 12,3 % от всей величины среднего фонового уровня естественного облучения костного мозга человека и дает основную долю внутреннего облучения. 24 Естественное облучение костного мозга человека – одного из наиболее чувствительных органов складывается из облучения космическими источниками, суммарная величина которых достигает 50 мкР/год, величина литосферных и атмосферных источников также равна 50 мкР/год. Из элементов, находящихся в организме существенную роль играет К40, который дает 15 мкР/год, меньший вклад дают другие элементы, находящиеся внутри организма человека – рисунок 6 радон - 222 адсорбированный в крови дает 3 мкР/год, углерод – 14 – 1,6 мкР/год, радон - 226 и радон -228 и дочерние продукты их распада суммарно дают также 1,6 мкР/год, и, наконец, полоний - 210 и дочерние продукты распада дают 0,4 мкР/год. Рисунок 5 - Содержание К40 в продуктах питания в сравнении с допустимым содержанием Cs137 и Sr90 2.6 Сравнительные величины радиочувствительности В таблице 2 приведены данные разных авторов по определению величины LD50 у представителей различных филогенетических групп при общем однократном облучении рентгеновскими или гамма лучами. 25 3 0,6 1 0,4 1,6 15 50 50 костный мозг Космическое излучение Земное излучение ( вкл. атмосферу ) Калий - 40 Радон - 222 адсорбированный в крови Радон - 226 и дочерние продукты Радон -228 и дочерние продукты Полоний - 210 и дочерние продукты Углерод - 14 Рисунок 6 Естественное облучение костного мозга человека. Приведены величины в мкР/год Таблица 2- Радиочувствительность разных групп организмов Объект LD50, Гр Вирусы 4500-7000 Бактерии 100-7500 Высшие растения 10-1500 Беспозвоночные 30-7000 Позвоночные 20-200 Как видно из таблицы, диапазон устойчивости к радиации в живой природе достаточно широк. Наиболее устойчивы к действию ионизирующих излучений микроорганизмы - дозы, способные вызвать их гибель, составляют сотни и тысячи грей. Для беспозвоночных животных диапазон летальных доз обычно на порядок ниже этих величин, а для позвоночных они составляют десятки грей, здесь наиболее чувствительны к радиационным воздействиям млекопитающие. Исходя из данных таблицы 2 можно сделать вывод, что по мере усложнения биологической организации объектов их устойчивость к радиации резко снижается. Обычно животные, облученные в дозе 5 - 10 Гр, живут в среднем (за некоторым исключением) от нескольких дней до 26 нескольких недель. Лучевой синдром в этом диапазоне доз облучения назван «костномозговой» или «кроветворный», ибо решающее значение в его исходе имеет поражение кроветворной системы организма, в первую очередь костного мозга. В результате глубокого торможения процессов клеточного деления происходит опустошение костного мозга. На исход лучевой болезни существенно влияет способность кроветворных органов к восстановлению, которое зависит от количества сохранившихся стволовых клеток. В интервале доз от 10 до 100 Гр средняя продолжительность жизни млекопитающих практически не зависит от величины поглощенной дозы и составляет в среднем 3,5 сут. Эффект независимости средней продолжительности жизни от величины дозы облучения получил название «3,5-дневный эффект», а возникающий лучевой синдром — «желудочно-кишечный». Летальный исход этого синдрома связан с поражением слизистой кишечника и желудка, высокой чувствительностью к радиации быстро делящихся эпителиальных клеток, оголением ворсинок. Облучение в дозах, превышающих 100 Гр, приводит к гибели млекопитающих, наступающей в первые несколько дней или даже несколько часов. У гибнущих животных наблюдают явные признаки поражения центральной нервной системы, поэтому этот лучевой синдром называют «церебральный». Происходит резкое подавление жизнедеятельности нервных клеток, реакция которых на облучение принципиально отличается от реакции костного мозга и кишечника отсутствием клеточных потерь. Если поглощенная доза достигает 1000 Гр и более, животные гибнут сразу же «под лучом». Механизм такого поражения может быть связан с тем, что возникают массовые структурные поражения макромолекул. Иногда лучевой синдром, вызванный облучением в таких высоких дозах ионизирующей радиации, называют молекулярной смертью. В ответных реакциях организма на действие ионизирующей радиации условно можно выделить три последовательно развивающиеся во времени стадии; физические реакции, биофизические процессы и общебиологические изменения. Физическая стадия - поглощение энергии, ионизация и возбуждение атомов и молекул, образование радикалов - происходит в течение микро- и миллисекунд. Биофизические процессы - внутри- и межмолекулярный перенос энергии, взаимодействие радикалов друг с другом и с неповрежденными молекулами, внутримолекулярные изменения - происходят в течение секунд - миллисекунд. 27 Общебиологические изменения в клетке и организме - образование стабильных измененных молекул, нарушение генетического кода, транскрипции и трансляции, биохимические, физиологические и морфологические изменения в клетках и тканях, иногда заканчивающиеся гибелью организма, могут протекать в течение минут - суток или растягиваться на годы. Установлено, что разные органы и ткани сильно различаются по своей чувствительности к ионизирующей радиации, а также по роли в лучевой патологии и конечном исходе болезни. По морфологическим изменениям их радиочувствительность располагается (по степени убывания чувствительности) в такой последовательности: - органы кроветворения; - половые железы; - слизистые оболочки, слюнные, потовые и сальные железы, волосяные сосочки, эпидермис; - желудочно-кишечный тракт; - печень; - органы дыхания; - железы внутренней секреции (надпочечники, гипофиз, щитовидная железа, островки поджелудочной железы, паращитовидная железа); - органы выделения; - мышечная и соединительная ткани; - соматические костная и хрящевая ткани; - нервная ткань. Органы кроветворения наиболее радиочувствительны, поражение костного мозга, тимуса, селезенки, лимфатических узлов одно из важнейших проявлений острой лучевой болезни. Значительные морфологические и функциональные нарушения наблюдаются во всех кроветворных органах, причем изменения в системе крови представляется возможным обнаружить вскоре после действия радиации и даже при относительно небольших дозах облучения. Обычно процесс клеточного опустошения подразделяют на три стадии. Первая, длящаяся около 3 ч, характеризуется относительным постоянством содержания клеток в кроветворных тканях. Вторая стадия охватывает интервал времени от 3 до 7 ч после облучения, для нее характерно резкое и глубокое опустошение костного мозга и лимфоидных тканей (количество клеток в костномозговой ткани может снижаться более чем наполовину). В третьей стадии скорость клеточного опустошения замедляется и дальнейшее уменьшение 28 количества клеток происходит в костном мозге в результате репродуктивной гибели, а также продолжающейся дифференцировки части клеток и миграции их в кровь. Длительность течения третьей стадии пропорциональна дозе облучения. Лимфоидная ткань обедняется клеточными элементами раньше, чем ткань костного мозга. Число нейтрофилов при одной и той же дозе облучения снижается медленнее, чем число лимфоцитов. При лучевой патологии наблюдаются морфологические изменения белой крови, гиперсегментирование, фрагментация ядер. Лейкоциты набухают, увеличиваются их размеры и зернистость, накапливаются пигменты, структура ядра разрыхляется и т. д. Вслед за снижением числа нейтрофилов уменьшается число тромбоцитов, что приводит к увеличению времени свертывания крови. Клетки крови и ее плазма обладают сравнительно высокой устойчивостью к действию ионизирующей радиации. Биохимические сдвиги в крови облученных животных отчетливо выражены лишь в разгар лучевого поражения, оставаясь на начальных этапах поражения малозаметными. Кровь постепенно теряет способность снабжать ткани достаточным количеством кислорода, и в результате гипоксии организм погибает. Наиболее существенное в лучевых изменениях желудочнокишечного тракта - быстрое и глубокое опустошение тканей. Так, клеточное опустошение в кишечнике крипт уже завершается на первые-вторые сутки, а ворсинок - на третьи-четвертые сутки после облучения мышей. Если облучение производится в небольших дозах, то уже на пятые сутки можно наблюдать восстановление клеточного эпителия. Для желудочно-кишечного синдрома характерен следующий комплекс нарушений, определяющих гибель организма: поражение эпителия, деструкция крипт и ворсинок, инфекционные процессы за счет кишечной флоры, закупорка и поражение кровеносных сосудов, нарушение баланса жидкостей и электролитов, изменение активного транспорта, возрастание активности ферментов автолиза, изменение других ферментативных процессов, снижение проницаемости кишечника для питательных веществ. Нарушения в желудочно-кишечном тракте развиваются в соответствии с тяжестью лучевого поражения, являясь в отдельных случаях даже причиной гибели организма при костномозговом синдроме. Центральная нервная система (ЦНС) наиболее радиоустойчивая из всех критических систем. Ее решающая роль в летальном исходе лучевого поражения проявляется при действии массированных доз ионизирующей радиации. В ответ на облучение ткань мозга реагирует как единая система: прямые поражения 29 нейронных структур и расстройства циркуляции, связанные с поражением стенок кровеносных сосудов, обычно сопутствуют друг другу. Повреждения капиллярных сосудов проявляются в виде набухания эндотелиальных клеток. В отличие от зрелой нервной ткани мозг молодых животных более радиочувствителен, чем другие ткани организма. Облучение плода в утробе матери в сравнительно невысоких дозах приводит к полному разрушению целых его отделов. Высокая радиочувствительность нервной ткани эмбриона объясняется общей закономерностью, заключающейся в том, что в зависимости от времени формирования и дифференцировки органов и тканей в онтогенезе любые из них становятся крайне чувствительными к радиации независимо от их радиочувствительности во взрослом состоянии. Оценивая биохимические и морфологические изменения ЦНС, следует отметить необычайно большую разницу в радиочувствительности для различных участков, в том числе и для соседних структур однотипных тканей мозга. Это объясняется тем, что наиболее радиочувствительны те микроструктуры, которые в момент облучения находятся в активном функциональном состоянии. Наиболее значительные изменения претерпевают сосудистые и секреторные условно-рефлекторные реакции, в меньшей степени двигательные. Нарушенная деятельность эндокринной системы приводит к глубоким изменениям регуляторных биохимических процессов, иммунобиологических и нейровегетативных реакций, к расстройству гемодинамики, терморегуляции, извращению регуляции и деятельности многих органов и систем. К наиболее радиочувствительным органам эндокринной системы относятся половые железы. Другие железы внутренней секреции менее чувствительны, располагаясь по мере возрастания радиоустойчивости (по морфологическим признакам) в такой последовательности: надпочечники, гипофиз, щитовидная железа, островки поджелудочной железы и, наконец, паращитовидная железа. Радиоустойчивость этих желез связана с тем, что, их ткани состоят из высокодифференцированных функциональных клеток, практически не способных к физиологической регенерации. Лучевое поражение семенников сопровождается биохимическими изменениями - снижается содержание нуклеиновых кислот, АТФ, креатина, холестерина, аскорбиновой кислоты, полисахаридов, угнетается сперматогенез. Облучение женских 30 половых желез приводит к нарушениям менструального цикла, изменениям течения беременности, преждевременным родам, мертворождению, патологическому развитию эмбрионов, различным генетическим аномалиям потомства. Отмечено, что если семенники обладают значительной восстановительной способностью, то яичники у взрослой самки полностью лишены этой способности. Поэтому у самок в отличие от самцов стерильность обычно необратима. Учитывая значение печени как «центральной биохимической лаборатории», ее барьерные функции, местонахождение на пути оттока крови из кишечника и т. д., можно понять причину того большого внимания, которое уделяют радиобиологи этому органу. Исследования показали, что печень высоко радиоустойчива, что связано с ее большой регенераторной активностью. Несмотря на многочисленные и глубокие биохимические изменения в печени облученных животных, все же не они причина непосредственной гибели организма. Сложность оценки радиочувствительности органов дыхания состоит в том, что они содержат клеточные структуры, значительно различающиеся по устойчивости к радиации. Так, хрящевая ткань воздухоносных путей и плевра радиоустойчивы; лимфатическая ткань и сосудистая система легких, а также бронхиолярцый эпителий и клетки, выстилающие альвеолы, радиочувствительны. В результате общего облучения организма в органах дыхания возникают изменения, находящиеся в полном соответствии с развитием клинических и анатомических признаков лучевой патологии. Ряд органов и тканей условно называют стабильными в связи с их высокой устойчивостью: морфологические, функциональные и биохимические изменения в них после облучения даже в высоких дозах незначительны. Их способность к физиологической регенерации выражена слабо или практически отсутствует. Однако постлучевые изменения стабильных органов и тканей все же вносят известный вклад в общую картину лучевой патологии. Типично стабильный орган - почки. Обычно поражение почек наблюдается при общем облучении животных в несколько десятков грей. Их высокая устойчивость, вероятно, связана с тем, что обновление почечных клеток либо отсутствует, либо выражено слабо. Еще более устойчивы к действию ионизирующей радиации мышечная и соединительная ткани. Структурные элементы кожи характеризуются относительно большими различиями в радиочувствительности. Сравнительно высокой радиоустойчивостью 31 обладают костная и хрящевая ткани. Однако в период роста они чувствительны к ионизирующей радиации. В процессе развития лучевого поражения, особенно в фазе выраженных клинических изменений, резко снижается устойчивость организма к инфекциям: подавляется естественная устойчивость организма к возбудителям инфекционных заболеваний, угнетается приобретенный иммунитет, нарушаются все его формы. Снижение иммунитета при лучевой болезни, угнетение защитных механизмов обусловливаются развивающимися в организме аутоиммунными процессами. Подавление иммунитета в облученном организме представляет собой сложный многоступенчатый процесс, в основе которого лежит опосредованное действие ионизирующей радиации. Помимо генетически обусловленных различий, наблюдаемых у объектов из разных филогенетических групп, возможны значительные вариации радиочувствительности у особей одного вида, находящихся в неодинаковых условиях, питания, аэрации, температуры и т.д. Кроме того, степень лучевого поражения организмов связана с возрастом, полом, физиологическим состоянием, интенсивностью различных процессов, активностью метаболических систем и другими факторами. 3 Действие ионизирующих излучений в зависимости от дозы и мощности дозы Как уже отмечалось, действие ионизирующих излучений зависит от дозы облучения и мощности дозы, а также от вида частиц, обеспечивающих радиационной действие и времени, в течении которого получена определенная доза. Как уже отмечалось выше, радиационное воздействие происходит в любой среде, изменяет свойства любого объекта. В качестве примера можно привести облучение полиэтилена. Облучение изделий из полиэтилена дозами до 10 КГр снижает их механические свойства, способствует их деструкции. Дозы выше 104 Гр образуют трехмерную структуру вещества, повышают механические свойства изделий, у полиэтилена появляются новые свойства. Облучение дозами порядка 107 Гр вновь изменяют свойства полиэтилена, изделие приобретает свойства эластичности, «каучукоподобности». В отличие от неживых объектов, биологические системы изменяют свои свойства при сравнительно небольших дозах и мощностях дозы. Общие закономерности величин доз, угнетающих 32 жизненные процессы были приведены выше. Однако важное значение имеет не только величина дозы, но и ее мощность. 3.1 Действие малых доз ионизирующих излучений Понятие «малая доза» неоднозначно. Исходя из приведенных выше различий в радиочувствительности живых организмов логично сделать вывод о различной величине «малой дозы» для разных организмов или периодов онтогенеза. Часто, в соответствии с антропоцентрическим подходом, малыми дозами считают дозы менее 50-100 мЗв однократно или 5-10 мЗв в год. Однако в научнопрактических работах по изучению действия радиации на растения к малым дозам относили величины однократного облучения в 10 и более Гр. Вопрос о биологических эффектах действия малых доз излучения, особенно проблема их количественной оценки (как, впрочем, и любых иных антропогенных факторов малой интенсивности), продолжает оставаться предметом многочисленных дискуссий и полярных мнений по поводу их опасности для человека и среды его обитания. В зависимости от особенностей биологического действия всю совокупность многообразных факторов физической, химической и биологической природы можно условно разделить на две большие группы: агенты (или факторы), обладающие порогом вредного действия, и агенты, лишенные таких свойств, для которых порога вредного влияния не существует. К числу «пороговых агентов» (т.е. если порог вредного действия не достигнут, биологические эффекты отсутствуют) относят многие ксенобиотики и некоторые виды неионизирующих излучений. К «беспороговым факторам» современная наука относит все виды ионизирующих излучений и некоторые токсиканты химической природы, обладающие канцерогенным и мутационным действием. По определению, в условиях длительного хронического воздействия на организм «пороговых агентов» в количествах, равных или ниже установленного значения порога (по концентрации, дозе и т.п.), исключаются каких-либо вредные медико-биологические последствия у отдельных лиц, всего населения и его потомков. Принципиально иной подход используют при прогнозировании и регламентации негативных эффектов в случае воздействия «беспороговых факторов». В мировой науке этот подход впервые был предложен в начале второй половины XX века и относился к ионизирующим излучениям. Только в последние годы этот подход 33 распространен на область химических агентов, для которых получены доказательства их канцерогенного и генотоксического действия. Концепция (точнее, рабочая гипотеза) беспорогового действия ионизирующих излучений постулирует линейную зависимость биологических эффектов от дозы облучения. Это значит, что отрицательные (но не детерминированные) вредоносные биологические эффекты воздействия ионизирующего излучения злокачественные опухоли и наследственные нарушения теоретически возможны при сколь угодно малой дозе облучения вплоть до значений, практически не отличающихся от нуля. При этом вероятность индукции таких эффектов тем меньше, чем ниже доза облучения. Эффекты, которые порождаются воздействием малых доз, принципиально отличаются от лучевых поражений (лучевая болезнь, лучевые ожоги и т.д.), вызванных дозами порядка 70 - 100 бэр и выше, когда говорят о не стохастических или детерминированных соматических эффектах: увеличивается доза - увеличивается тяжесть поражения. Детерминированные эффекты с высокой степенью вероятности персонифицированы, и степень тяжести поражения любого облученного индивидуума или группы пострадавших будет тем больше, чем выше доза облучения. Для стохастических, вероятностных последствий облучения речь идет не о тяжести поражений, а о повышении частоты (вероятности) случаев проявления раковых заболеваний или наследственных дефектов в популяции людей и в том числе у каждого среднестатистического индивидуума. Следовательно, чем больше лучевая нагрузка на популяцию, тем вероятность выхода (частоты) отдаленных последствий будет выше. Для осуществления соответствующих расчетов и оценок в радиационной защите введено специальное понятие, определяемое термином «коллективная доза облучения» (S). Она представляет собой произведение двух величин: - средней эффективной индивидуальной дозы в облученной когорте; - численности людей, которые подверглись облучению. Обозначается S в человеко - зивертах или человеко - греях (челЗв; чел-Гр). Например, когорта населения численностью 1000 человек подверглась облучению средней индивидуальной дозой 0,01 Гр внешнего γ-облучения. Тогда S составляет 1000×0,01 = 10 челГр. Если различные когорты людей получили одинаковую 34 коллективную дозу, то теоретически ожидаемый абсолютный выход опухолей или наследственных дефектов будет равным независимо от численности облучаемых групп. Сказанное можно пояснить следующим примером. Допустим, одна популяция численностью 1 млн. человек облучена средней эффективной индивидуальной дозой 0,001 Зв, а другая, численностью 10 000 человек, - дозой 0,1 Зв. Тогда коллективные дозы облучения в обоих когортах будут равны, и ожидаемый выход злокачественных опухолей также будет в принципе одинаковым. Для отдельного человека из первой группы, облученного дозой 0,001 Зв, вероятность рака будет в 100 раз меньше, чем во второй когорте, облученных дозой 0,1 Зв. Линейная беспороговая концепция действия ионизирующих излучений была принята в качестве рабочей гипотезы международными научными организациями (НКДАР и МКРЗ) в основном для обоснования принципов и методов регламентации малых доз облучения. При ее обосновании исходили из теоретически корректных представлений о механизмах взаимодействия излучений с биосубстратами на молекулярном уровне, экспериментальных исследований на биологических моделях in vitro и на микроорганизмах. Из-за отсутствия сколько-нибудь надежных данных при действии малых доз данные о канцерогенных эффектах у человека при воздействии больших доз и больших мощностей доз были экстраполированы в область малых доз и низких мощностей доз (с введением некоторых поправочных коэффициентов, учитывающих меньшую биологическую эффективность малых доз). Упомянутая рабочая гипотеза (а не доказанный на человеческих популяциях факт), будучи по сути своей консервативной, явно завышает реальный риск облучения в малых дозах и, следовательно, практически исключает возможную недооценку подобного рода последствий. В то же время возникает много проблем, касающихся доказательства существования таких эффектов у человека. Согласно теории и соответствующим расчетам риск, точнее вероятность, проявления у людей в обсуждаемом диапазоне малых доз, особенно хронического облучения, - весьма редкое событие. Для выявления таких стохастических эффектов на фоне высоких уровней спонтанной патологии (рак и наследственные дефекты естественного происхождения) требуются популяции, исчисляемые многими сотнями тысяч и даже миллионами людей (без учета так называемых контрольных, т.е. без облучения, групп обследуемого населения). Эти 35 эффекты нельзя наблюдать на единичных случаях - каждый конкретный исход случаен (человек, получивший и малую дозу, может заболеть, а получивший в 100 раз больше - остаться здоровым). При воздействии на людей различных факторов малой интенсивности, будь то радиация или иные агенты антропогенной природы, возникает необходимость учета и количественного анализа множества дополнительных моментов и обстоятельств, которые затрудняют, маскируют либо искажают оценку истинной картины воздействия данного фактора на здоровье обследуемой популяции людей. Пока не найдено никакого теста, позволяющего отличить радиогенный рак от других видов опухолей тех же гистологических типов. Поэтому радиогенный рак можно связать с облучением только путем тщательного статистического сравнения с количеством ожидаемых случаев в популяциях, идентичных по всем показателям, кроме воздействия дополнительной дозы облучения. Например, небольшое превышение числа случаев злокачественных опухолей, которое предположительно связывают с излучением, может считаться достоверно установленным только если оно примерно вдвое превышает стандартное отклонение, характерное для неизбежного варьирования ожидаемого числа случаев (спонтанных опухолей) в обследуемой группе населения. В таблице 3 приведены размеры выборок, необходимых для статистически значимого определения зависимости доза-эффект в канцерогенезе. Таблица 3 - Размеры выборок, необходимых для статистически значимого определения зависимости доза-эффект Уровень доз, Зв Размер выборки, чел 1 1 000 0,1 100 000 0,01 10 000 000 По мнению большинства ученых, не существует совокупности доказанных данных, устанавливающих рост канцерогенного риска при дозах ниже 0,5-0,2 Гр. Известные данные более чем пятидесятилетнего медицинского наблюдения за облученными людьми. Это 90 тысяч человек, переживших атомную бомбардировку в Японии, столько же получивших облучение на ядерных производствах, 500 тысяч облучившихся во время ядерных испытаний, почти миллион ежегодно составляют пациенты, 36 получающие лучевую терапию. Однако мировая практика не знает ни одного случая проявления детерминистских последствий от воздействия доз, меньше 0,5 Гр; канцерогенный и тератогенный эффекты относятся к отдаленным последствиям, реализующимся через годы и даже десятки лет после облучения. Японские ученые располагают данными, прослеживающими влияние малых доз на протяжении нескольких десятилетий. Согласно статистике, даже после ядерной бомбардировки не было зарегистрировано учащение случаев рака у лиц, облученных дозами менее 0,5 Гр, по сравнению с контрольной группой. Исследовалось также тератогенное влияние облучения, причем оценивались и неблагоприятные исходы беременности (мертворождение, серьезные врожденные дефекты, смерть в первую неделю после рождения). Частота этих нарушений у облученных оказалась не выше, чем в контрольной необлученной группе. Применительно к некоторым лейкозам человека, радиогенное происхождение которых четко доказано, ряд ученых предполагают наличие практического порога для их индукции в пределах доз 0,30,4 Гр. В последние годы в литературе появились публикации, посвященные так называемому гормезису - положительному эффекту хронического облучения в малых дозах. Так, японский исследователь С. Кондо, проанализировав данные 40-летних наблюдений за лицами, пережившими атомную бомбардировку, обнаружил, что кривая «доза - эффект» для большинства видов раковых опухолей имеет «впадину» в диапазоне малых доз от 1 до 0,5 Гр. Иными словами, малые дозы, по-видимому, способствуют снижению заболеваемости раком. В.Е. Балакин с соавторами, исследуя эффект возрастной стабилизации генома при действии малых доз ионизирующего излучения установили, что малые дозы ионизирующей радиации подавляют рост уровня цитогенетических нарушений, обусловленный старением, до уровня ниже спонтанного, т.е. переводят организм в новое устойчивое состояние, отличающееся повышенной стабильностью генома. Это явление открывает новое направление в биологии - исследование обнаруженного эффекта стабилизации генома и возможности в дальнейшем его использования в медицине. Член-корреспондент РАН А. М. Кузин, много лет, изучающий стимулирующее действие малых доз радиации, связывает этот процесс с активизацией иммунной системы организма. Напомним, что по данным НКДАР ООН достоверное снижение иммунитета выявлено в дозах более 100 Гр. При значительно меньшем облучении 37 наблюдаются противоположные явления: усиливается фагоцитоз и образование антител, растет уровень лизоцима и отчетливо прослеживается стимуляция общеиммунологического статуса организма. Отмечают, что у рентгенологов, в условиях удовлетворительной защиты и малых доз радиации, обнаружена стимуляция бактерицидной активности сыворотки крови, причем ее степень возрастает с увеличением стажа их работы. Стимуляцией иммунитета можно, по-видимому, объяснить и известный оздоравливающий эффект радоновых ванн. Этот феномен пытались использовать для стимуляции роста и развития животных и растений в сельском хозяйстве. В большом количестве работ было показано ускоренное развитие птиц и различных растений, увеличение их живой массы и урожайности. Однако результаты исследований не были стабильными, а кривая доза-эффект для малых (стимулирующих) доз непостоянной, в отличие от высоких доз, при которых эффект угнетения жизнедеятельности наблюдался со 100% постоянством. Высказывалось мнение, что эффект стимуляции малыми дозами ионизирующего действия семян растений характерен для определенной выборки, не обладающей высокими посевными качествами. При использовании семян с высокими посевными кондициями эффект стимуляции не наблюдается или незначителен, что делает неэкономичным применение данного явления. 3.2 Действие больших доз ионизирующих излучений Понятие «большая доза» также условна, как и понятие «малая доза». В отношении живых организмов ее конкретная величина зависит от чувствительности конкретного организма или популяции. Исходя из приоритетного рассмотрения радиационного влияния на человека, отметим, что с этой точки зрения большими дозами можно считать дозы, сравнимые по величине, с предельно допустимыми. На практике, в различных областях деятельности применяются дозы значительно превосходящие этот параметр. В Российском онкологическом журнале в 2001 было приведено прижизненное наблюдение за динамикой роста облученных в больших дозах радиации клеточных культур (культура клеток HeLa и фибpобласты линии ДЭФ 4/21). Данные опытов свидетельствами о том, что под влиянием γ-облучения в больших дозах в клеточной популяции реализуется сложная защитная реакция, приводящая к появлению в облученной популяции жизнеспособных клоногенных 38 клеток, восстанавливающих затем ее численность. Обнаружено, что потомки опухолевых клеток, выжившие после больших доз ионизирующего излучения, были в 2-3 pаза pадиоpезистентнее, чем исходные клетки. Особый интерес представляют данные о высокой способности этих потомков к pепопуляции: спустя всего 1-2 сут после облучения в дозах 12,5 и 15 Гp начинался быстрый pост клеточной массы. Стабильно сохраняющиеся различия между потомками опухолевых клеток, выживших после больших доз облучения, и исходными клетками, отмеченные авторами, свидетельствовали, по их мнению, о качественных изменениях в биологии потомков, закрепленных генетически. 3.3 Действие ионизирующих излучений в зависимости от мощности дозы Мощность дозы играет существенную роль при радиационном воздействии на любой объект, в том числе и на живой организм. На вопрос о действии той или иной дозы невозможно дать однозначный ответ, если не знать, за какой отрезок времени эта доза получена. Поясним на примере: с высоты 10 м падает тюк массой 100 кг на стоящего внизу. Опасно это или нет? Ответ как будто однозначен – да опасно. Но если это развязанный тюк пуха. Те же сто килограмм не произведут какого-либо опасного действия. По аналогии с этим примером, даже смертельная доза 5-6 Гр, полученная равными порциями в течении 30 - 50 лет не окажет смертельного действия, хотя и может вызвать нежелательные изменения в организме. 4 Защита от ионизирующего воздействия Защита общего населения и обслуживающего персонала, а также защита в случае чрезвычайных ситуаций регламентируется нормами радиационной безопасности (НРБ) и основными санитарными правилами работы с радиоактивными веществами и другими источниками ионизирующих излучений (ОСП). Нормы радиационной безопасности устанавливают систему дозовых пределов и принципы их применения. Основные принципы радиационной безопасности, предусмотренные в НРБ: - не превышение установленного основного дозового предела; - исключение всякого необоснованного облучения; - снижение дозы излучения до возможно низкого уровня. 39 Дозовые пределы, установленные НРБ, распространяются на любые виды ионизирующего излучения, за исключением: - доз, получаемых пациентами при медицинском обследовании и лечении; - доз, обусловленных естественным фоном излучения. Основные санитарные правила распространяются на все предприятия и учреждения, независимо от ведомственной принадлежности, где возможны производство, обработка, применение, хранение, переработка, обезвреживание и транспортирование радиоактивных веществ и других источников ионизирующих излучений. Физически защита от ионизирующих излучений может осуществляться расстоянием – то есть удалением от радиационного или иного источника на безопасное расстояние, или организацией поглощающего экрана. Такой экран может быть стационарным или передвижным, его основное назначение – поглощение энергии ионизирующего излучения. При использовании источников с малой проникающей способностью он может изготавливаться из органического стекла, обслуживающий персонал может быть защищен специальными защитными элементами из резины, с добавлением свинца, предохраняющими наиболее уязвимые органы. Установки с высокой активностью источников ионизирующего излучения экранируются свинцом или специальными бетонами. Кроме того, в практике применяется защита временем. Она заключается в том, что при получении дозы, соответствующей пределу дозы, работник может быть переведен на работу, на которой исключено получение дополнительной дозы. В тех же случаях, когда произошло радиационное облучение вследствие аварии или иных причин, необходимо принять меры снижающие негативное действие излучателей на человека или животных. К ним относятся: - дезактивация; - йодная профилактика; Дезактивация - это удаление радиоактивных веществ с отдельных участков местности, сооружений, транспорта, одежды, продовольствия, воды, человеческого тела и иных предметов до допустимых нор м загрязнения. Проводится она механическим и физико-химическим методами. Механический метод - удаление радиоактивных веществ с поверхности (сметание с зараженных объектов щетками и другими подручными средствами, вытряхивание, выколачивание одежды, 40 отмывание струей воды и т.д.). Этот метод наиболее доступен и может быть использован сразу после выхода с зараженной территории. Однако дезактивация только механическим способом будет малоэффективна при тесном контакте радиоактивных веществ с поверхностью многих материалов, когда силы сцепления достаточно сильны. Физико-химический способ дезактивации - это использование растворов специальных препаратов, повышающих эффективность смывания радиоактивных веществ. Дезактивация одежды и обуви. Частичная дезактивация организуется самим населением после выхода с загрязненной территории и проводится самыми простейшими механическими способами – вытряхивая или выколачивая с использованием щеток, веников и палок. Однако подобную дезактивацию можно проводить только в условиях, когда пыль не попадает в органы дыхания, на кожу или чистую одежду. В результате двукратной обработки загрязненность снижается на 90 - 95%. Однако если одежда и обувь мокрая, то степень зараженности уменьшается только на 30%. После дезактивации каждую вещь подвергают повторному дозиметрическому контролю, и если уровень загрязненности окажется выше допустимых норм, то работа проводится вторично. Дезактивация одежды и обуви должна проводиться в надежных средствах защиты (противогазах, респираторах, ватно-марлевых повязках, защитных костюмах). Полная дезактивация одежды и обуви проводится на стационарных обмывочных пунктах, оснащенных соответствующими установками и приборами. Механической стиркой дезактивируется одежда и другие предметы из хлопчатобумажной, льняной и шерстяной тканей в особом режиме с добавлением 0,5 %-ного раствора поверхностноактивных веществ и стиральных порошков. Одежду или обувь, которую дезактивировать полностью не удается, хранят в выделенных для этого местах с целью уменьшения степени загрязненности до установленных пределов. При авариях на радиационно-опасных объектах в облаке радиоактивных продуктов содержится значительное количество радиоактивного йода-131, который сорбируется щитовидной железой человека и вызывает ее поражение. Наиболее эффективным методом защиты от действия радиоактивного йода-131 является йодная профилактика. С этой целью осуществляется прием внутрь лекарственных препаратов стабильного йода. Доза принимаемого йодистого калия различна для взрослых и детей: взрослые и дети старше 5 лет - 0,25 г, дети от 2 до 5 лет - 0,125 41 г, дети до 2 лет - 0,04 г. Однако нужно помнить, что йодистый калий следует принимать только по рекомендации специалистов ЧС в случае аварии на радиационно-опасном объекте или иной радиационноопасной ситуации. При действии на местности, загрязненной радиоактивными веществами, чтобы исключить радиационные поражения людей, устанавливаются определенные допустимые дозы облучения на определенный промежуток времени. Степень радиационных поражений зависит от полученной дозы и времени, в течение которого человек подвергался облучению. 5 Радиоактивное излучение в природе Источники радиационного излучения по происхождению можно разделить на две группы: - естественные источники радиации; - источники, созданные человеком. К естественным источникам радиации относятся: - космические лучи; - радиация литосферы, гидросферы и атмосферы. Радиационный фон, создаваемый космическими лучами, дает чуть меньше половины внешнего облучения, получаемого населением от естественных источников радиации. Космические лучи в основном приходят к нам из глубин Вселенной, но некоторая их часть рождается на Солнце во время вспышек. Они взаимодействуют с атмосферой Земли, порождая вторичное излучение и приводя к образованию различных радионуклидов. Основные радиоактивные изотопы, встречающиеся в горных породах Земли, - это калий-40, рубидий-87 и члены двух радиоактивных семейств, берущих начало соответственно от урана238 и тория-232 – долгоживущих изотопов, включившихся в состав Земли с самого ее рождения. Средняя эффективная эквивалентная доза, которую человек получает за год от земных источников радиации, составляет примерно 350 микрозиверт. В среднем примерно 2/3 эффективной эквивалентной дозы облучения, которую человек получает от естественных источников радиации, поступает от радиоактивных веществ (калий-40, свинец210, полоний-210 и пр.), попавших в организм с пищей, водой и воздухом. Важным источником радиационного воздействия является радон - невидимый, не имеющий вкуса и запаха тяжелый (в 7,5 раза 42 тяжелее воздуха) газ. Радон вместе со своими дочерними продуктами распада ответствен примерно за 3/4 годовой индивидуальной эффективной эквивалентной дозы. Встречается в двух основных формах: радон-222 и радон-220. Он высвобождается из земной коры повсеместно, но основную часть дозы облучения человек получает, находясь в закрытом, непроветриваемом помещении. Жители подвалов и нижних этажей получают большую дозу от радона, чем жители верхних этажей высотных домов. К источникам техногенного происхождения относят источники, использующиеся в медицине, среди которых рентген; компьютерная томография; радиотерапевтические установки для лечения рака; радиоизотопы, использующиеся для исследования различных процессов в организме. Средняя индивидуальная доза за счет источников медицинского назначения во всем мире составляет ~ 400 мкЗв на человека в год. Ядерные взрывы внесли наибольший вклад в антропогенную радиационную составляющую. Наиболее опасны воздушные взрывы. Часть радиоактивного материала выпадает неподалеку от места испытания, какая-то часть задерживается тропосфере (самом нижнем слое атмосферы), подхватывается ветром и перемещается на большие расстояния, оставаясь примерно на одной и той же широте. Находясь в воздухе в среднем около месяца, радиоактивные вещества во время этих перемещений постепенно выпадают на землю. Однако большая часть радиоактивного материала выбрасывается в стратосферу – следующий слой атмосферы, лежащий на высоте 10-50 км., где он остается многие месяцы, медленно опускаясь и рассеиваясь по всей поверхности земного шара. АЭС вносят незначительный вклад в суммарное облучение населения. При безаварийной работе ядерных установок, выбросы радиоактивных материалов невелики. 5.1 Естественный радиационный фон Радиоактивный фон - это естественный радиационный фон, ионизирующие излучения, источниками которых являются космические лучи и естественно распределённые в природе радионуклиды. Космические лучи представляют собой поток частиц высоких энергий, приходящих на Землю из мирового пространства. Естественные радионуклиды принадлежат к сильно рассеянным элементам и повсеместно присутствуют в окружающей среде, а также в животных и растительных организмах. На диаграмме (рисунок 7) 43 показано соотношение активностей радиационных источников литосферы. основных первичных Содержание (пКи/г и Бк/г) 10 8 6 4 2 0 К-40 U-238 Th-232 Основные радионуклиды литосферы пКи/г Бк/г Рисунок 7 – Содержание источников в литосфере Земли первичных радиационных К числу важнейших радиационных источников, рассеянных в элементах биосферы относят радионуклиды, период полураспада которых достаточно велик – они сохранились со времени образования планеты – это калий-40 (К40), уран-238 (U238) и торий 232 (Th232), а также продукты распада тория и урана, в первую очередь радон и радий. Фоновому облучению подвергаются все живые организмы Земли, в том числе человек (средние значения годовых доз облучения человека представлены в таблице 4). В зависимости от высоты над уровнем моря и содержания радионуклидов в окружающей среде радиационный фон колеблется в значительных пределах. В отдельных районах с высоким содержанием природных радионуклидов он может достигать 1000 мрад/год и больше. Жизнь на Земле возникла и развивалась в условиях воздействия ионизирующих излучений. Биологическое значение фоновой радиации, однако, окончательно ещё не выяснено. Считают, что часть наследственных изменений – мутаций у животных и растений связана с естественным фоновым излучением. 44 Таблица 4 - Средние значения годовых доз облучения человека от природных источников Источники Суммарная эквивалентная доза % от общей ионизирующего годовой дозы мЗв мбэр действия Земные Космические 18,43 1843 86 3,0 300 14 Ядерные взрывы и поступление радиоактивных отходов с предприятий атомной промышленности, атомных электростанций и др. привели к некоторому повышению радиационного фона Земли. Дозы облучения от глобальных радиоактивных выпадений составляли единицы – десятки мрад/год. В основном они определялись поступлением в организм людей искусственных радионуклидов 90Sr и 137 Cs. В районах локальных выпадений дозы внешнего и внутреннего облучения выше. В формировании их основное значение имели короткоживущие изотопы продуктов ядерного деления (131J, 89Sr, 140 Ba). Повышение радиационного фона Земли может привести к накоплению в популяциях организмов, в том числе и людей, вредных мутаций. В некоторых районах земного шара содержание природных радионуклидов в подстилающих породах и, соответственно, в почвах, водах и других объектах природной среды повышено по сравнению с "нормальными" районами или средними уровнями радиоактивности этих объектов в 20-100 и даже 1000 раз. В результате этого ЕРФ в этих районах оказывается резко повышен. Такие районы обнаружены на Памире и Тибете, побережье Бразилии и Франции, в Индии, Иране, Нигерии, на Мадагаскаре, Шри Ланке, Египте и т.д. Например, в Индии (штат Керала) 70000 человек живут вдоль прибрежной полосы (55 км) в местах выхода на поверхность монацитовых песков, содержащих до 8,0-10,5% по массе тория-232 и продуктов его распада. Средняя ежегодная доза облучения жителей этих мест составляет 3,8 мЗв (380 мбэр). Около 2,5 тыс. человек получают дозы свыше 5 мЗв, 6% - свыше 10 мЗв и около 0,7% - свыше 20 мЗв (0,5; 1,0; 2,0 бэра соответственно). В Бразилии неподалеку от г.Посус-ди-Калдас на одной небольшой необитаемой возвышенности зарегистрирован уровень радиации порядка 250 мЗв или 25 бэр в год. Чуть меньшие уровни 45 были обнаружены на морском курорте, расположенном в 600 км от этой возвышенности. В курортном городке Гуарапари (Бразилия) на отдельных участках пляжа отмечены уровни радиации порядка 175 мЗв/год, хотя на улицах города этот показатель оказался намного ниже - 8-15 мЗв, что однако тоже значительно превышает радиационный фон "нормальных" районов и сравним с уровнями профессионального облучения. В Иране в районе г. Рамсер, где бьют ключи, богатые радием, зарегистрирована мощность дозы до 400 мЗв/год (40 бэр/год). В бывшем СССР (Боржоми, Хмельнике, Мироновке) в местах выхода на поверхность радиоактивных (радоно-радиевых) вод ЕРФ оказывается существенно выше. Мощность поглощенной дозы достигает 10-30 мГр/год (1000-3000 мрад/год), местами – до 40-80 мГр/год (4-8 рад/год), т.е. превышает средний в десятки и более раз. В этих районах обитает и произрастает богатая и разнообразная фауна и флора, издавна проживают люди. Многолетние тщательные исследования не выявили у местного населения отклонений в состоянии здоровья, сокращения продолжительности жизни, повышенной онкогенной и иной заболеваемости по сравнению с соседними районами, где более низкий ЕРФ. То же можно сказать и о высокогорных регионах, где население подвергается существенно большему облучению вследствие высокой интенсивности космического излучения, а также из-за более высокого содержания терригенных нуклидов в изверженных горных породах (гранит, базальт). В районах Крайнего Севера нашей страны, США, Канады и в Скандинавских странах имеет место повышенное поступление в организм человека свинца-210 и полония-210 по пищевой цепочке "лишайники – олень - человек". Лишайники, имеющие высокую сорбционную способность и большую продолжительность жизни (почти 300 лет), концентрируют эти радионуклиды из воздуха, поскольку не имеют корневой системы. При этом содержание свинца210 в 1 кг сухого вещества лишайника достигает 215-340 (5,8-9,2), а полония-210 - 215-370 Бк (5,8-7,3 нКи). Олень поедает до 4 кг лишайников в сутки, в результате чего в его мясе накапливается до 14 Бк/кг (360 пКи/кг) свинца-210 и до 1,4 Бк/кг (38 пКи/кг) полония-210. В организм местного населения, питающегося мясом оленей, в среднем поступает 3,7 Бк/сут (100 пКи/сут) полония-210, что в 10 раз превышает уровень поступления этого радионуклида в "нормальных" районах. Повышенное поступление РВ сопровождается усиленным накоплением их в органах и тканях. В костях коренных жителей 46 Крайнего Севера концентрация полония-210 в среднем составляет 710 пКи/кг (21 Бк/кг), что обуславливает годовую поглощенную дозу 1 мГр (100 мрад), которая примерно в 23 раза выше, чем у жителей "нормальных" районов земного шара. Повышенное содержание полония-210, а следовательно, и более высокие лучевые нагрузки отмечены и для других органов: гонад, легких, красного костного мозга. 5.1.1 Естественные источники ионизирующего излучения При изучении содержания естественных радионуклидов отмечено, что их активность может различаться в сотни раз, при этом содержание естественных радионуклидов снижается в почвах с грубой структурой, а отношение U238/Th232/K40 для почвы при природном распределении соответствует 1: 0,45: 26. Вероятно, с этим связана и различная радио чувствительность живых организмов, и, в первую очередь, растений, чей генотип был сформирован в определенных экологических условиях. Суммарная эквивалентная доза от природных источников приведена на рисунке 8. Как видно из рисунка, более половины естественной эквивалентной дозы дают уран-238 и радий-226. второе место занимает торий-232 и его продукты его распада, среди других элементов значительную роль играет радиоактивный калий. Нужно отметить и антропогенное изменение концентраций естественных радионуклидов. Поступление урана и тория в растительный покров связывается главным образом с функционированием предприятий по добыче и переработке некоторых видов минерального сырья и ископаемого топлива и применением фосфорных удобрений. Считается, что применение минеральных удобрений с повышенным содержанием тяжелых естественных радионуклидов сопровождается их введением во внешнюю среду, что может привести к увеличению природного радиационного фона. Если для U238 и Th232 основная часть их потоков в биосфере контролируема, то многочисленные продукты распада этих радионуклидов зачастую не учитываются. В то же время известен тот факт, что в случае выщелачивания из пород и продуктов их разрушения в раствор переходят преимущественно дочерние изотопы урана и тория. При этом различие в формах нахождения изотопов одного и того же элемента может привести к .нарушению изотопного равновесия в пользу дочерних изотопов при миграции урана и тория в звене “почва - растение”. 47 13% 1% 14% 17% 55% Н-3, С-14, К-40 U-238, Ra-226 Th-232 и продукты его распада Фотонное излучение Нейтроная составляющая Рисунок 8 - Суммарная эквивалентная доза от природных источников В связи с этим возникает необходимость учета комплекса изотопов тяжелых радионуклидов и продуктов их распада Подтверждением вышесказанному служит вариабельность содержания радона - 222 в почве и грунтовых водах, при этом отмечается, что наряду с местными изменениями активности, средняя величина в геологическом регионе постоянна и зависит от концентрации предшественников. В некоторых случаях, возможно накопление активного газообразного продукта в концентрациях, достигающих предельно допустимых уровней и превышающих их при антропогенном загрязнении окружающей среды урана, эта опасность возрастает, особенно при выделении радона в пресноводные экосистемы и накоплении радиоактивного продукта в трофических цепях. 5.2 Антропогенные источники ионизирующего излучения Значимость радионуклида техногенного происхождения для окружающей среды зависит, в первую очередь, от периода полураспада, его качества и активности. По скорости распада радионуклиды можно разбить на три группы: с коротким периодом полураспада - от долей секунды, до нескольких лет; со средним периодом полураспада - до нескольких десятков лет, и, наконец, 48 долгоживущие - тысяча и более лет. Качество определяется типом распада и энергетической характеристикой продуктов распада, при этом необходимо учитывать как конечные, так и промежуточные продукты. Активность нуклида определяется количеством распадов в единицу времени, снижаясь с течением времени. Во время аварии или ядерного взрыва наибольшую опасность представляют короткоживущие нуклиды с высокой скоростью распада и высокой активностью, затем возрастает роль элементов с большим периодом полураспада, и, наконец, долгоживущих радионуклидов. Антропогенные радионуклиды поступают во внешнюю среду не только во время ядерных взрывов и аварий, но и благодаря добыче и переработке полезных ископаемых, сжиганию угля и использованию удобрений. При учете действия радионуклидов техногенного происхождения, недостаточно учитывают различие в частотных характеристиках продуктов распада, что приводит к различному способу радиационного воздействия на живой организм. В связи с этим недостаточен учет только лишь изменения дозовой нагрузки в результате воздействия техногенных нуклидов, но необходим учет различия в физических характеристиках воздействующих частиц. При этом если активность естественных радионуклидов величина практически постоянная во времени для данного региона, то активность антропогенных нуклидов непостоянна во времени и пространстве и в значительной степени изменяется в течение жизни одного - двух поколений большинства животных и растений, что не позволяет выработать адекватную эволюционную защиту от воздействия этих факторов. Как правило, искусственные радионуклиды попадают в природную среду через атмосферу, выпадая в виде различных соединений, различающихся по своей растворимости и первичному взаимодействию с почвой. В почве радионуклиды находятся в воднорастворимой, обменной, подвижной и аморфной формах, а также в катионной, анионной и нейтральной форме и в водно-растворимом состоянии в грунтовых водах. Главная роль в миграции нуклидов в наземных экосистемах принадлежит гумусовым и низкомолекулярным кислотам и их соединениям с химическими элементами, а также гидр оксидам железа и алюминия. 49 6 Радиационное действие на экосистемы Радиоэкология изучает распределение и миграцию радиоактивных нуклидов в биосфере и влияние ионизирующих излучений на организмы, их популяции и сообщества - биоценозы. Радиоэкология обычно имеет дело с весьма малыми мощностями хронического внешнего и внутреннего облучения организма. В природных условиях организмы подвергаются облучению за счёт естественного радиоактивного фона, а также за счёт радиоактивного загрязнения биосферы искусственными радионуклидами. Однако многие растения и животные способны накапливать в жизненно важных органах и тканях радионуклиды, что влияет на их миграцию в биосфере и приводит к значительному усилению внутреннего облучения организма. Повышенные дозы облучения, воздействуя на генетический аппарат клеток, приводят к возрастанию темпов наследственной изменчивости. Более высокие дозы облучения понижают жизнеспособность организмов (вплоть до вымирания наиболее чувствительных к ионизирующим излучениям популяций) и тем самым вызывают изменение структуры биоценозов и обеднение межвидовых взаимоотношений в них. Выявление закономерностей, лежащих в основе этих процессов, имеет большое значение для ряда отраслей народного хозяйства. Особый практический интерес представляют проблемы: миграция радионуклидов в пищевых цепях организмов (в т. ч. с.-х. животных и человека); обрыв или ослабление экологических связей; дезактивация с.-х. земель, водоёмов и т.п., загрязнённых радионуклидами; поиск поверхностно залегающих месторождений радиоактивных руд (по радиоактивности растений-индикаторов); выявление территорий суши и акваторий, загрязнённых искусственными радионуклидами. Вследствие ядерных взрывов, аварий на АЭС, добывающих и перерабатывающих предприятий и других аналогичных выбросах расщепляющихся веществ, основная часть загрязнения попадает через атмосферу в почву, воду и другие элементы биогеоценозов. Изменение активности определенного нуклида происходит за счет его распада или миграции по различным звеньям экосистем. Если радионуклиды, попадающие с частицами достаточно большой массы в атмосферу, распространяются на относительно небольшие площади земной поверхности с радиусами до сотен километров, то аэрозоли и мелкодисперсные частицы, выбрасываемые в тропосферу под 50 действием воздушных потоков вносят основной вклад в глобальное загрязнение окружающей среды. Время пребывания радионуклидов в тропосфере достигает тридцати часов, третья группа частиц, несущих радионуклиды, попадает в стратосферу, где распределяется достаточно гомогенно, частично препятствуя осаждению частиц из тропосферы. При перемешивании воздушных потоков в стратосфере радионуклиды переносятся из одного полушария в другое. Время пребывания частиц в стратосфере достигает почти двух лет. Эти выпадения радиоактивных веществ не вызывают прямого поражения растений и животных, но представляют опасность из-за длительного радиоактивного загрязнения сельскохозяйственной продукции и хронического облучения животных. Среди искусственных радионуклидов важную роль играют достаточно долго живущие изотопы стронций-90 и цезий-137 и плутоний-239,240. Стронций-90 выпадает на поверхность земли преимущественно в водорастворимой форме, а затем, в результате процессов обменной сорбции и других реакций часть элементов захватывается анионами кристаллической решетки глинистых минералов и из ионной формы переходит в обменную форму. Обменный стронций находится в адсорбированном состоянии, легко десорбируется нейтральными солями и практически не вымывается атмосферными осадками, но легко выщелачивается нейтральными солями и кислотами, однако часть стронция может находиться в необменной форме и не выщелачиваться водой или растворами нейтральных солей. В отличие от стронция-90, цезий-137 прочно сорбируется почвами и, несмотря на участие в реакциях ионообменного поглощения в значительной мере переходит в необменную форму, труднее десорбируется из поглощенного состояния катионами нейтральных солей и поэтому сравнительно слабо поступает из почвы в растения. В большинстве почв и глинистых материалов прочно сорбированного цезия оказывается больше, чем катионнообменного. Малорастворимые гуминовые кислоты, гуматы кальция, железа и алюминия и гидроксиды увеличивают прочность поглощения радионуклидов почвами. С другой стороны, органические вещества увеличивают подвижность нуклидов благодаря образованию отрицательно заряженных комплексных соединений, в первую очередь, железа и алюминия с фульво- и низкомолекулярными кислотами. Вследствие крайне низких концентраций радионуклиды не способны образовывать собственных соединений и входят в соединение не только изотопных, но и неизотопных носителей и приобретают закономерности поведения неизотопных носителей. В 51 лесной и лесостепной зонах к таким элементам относятся железо, кальций и алюминий. Поступающие во внешнюю среду искусственные радионуклиды являются новыми ингредиентами, интенсивность их вовлечения в циклы миграции со временем снижается в результате комплекса реакций, которые в радиоэкологии принято называть “старением” радионуклидов, т.е. процессов, связанных с переходом радионуклидов в почвах в необменные и труднодоступные для растения формы. Для количественного прогноза загрязнения объектов внешней среды часто оценивают изменение интенсивности поступления радионуклидов из почвы в растения. Длительное пребывание стронция-90 в почве не снижает его доступность для растений и интенсивность дальнейшего включения в биологические цепи миграции, тогда как цезий-137 заметно стареет и становится труднодоступным для усвоения. Несмотря на активные исследования процессов поступления и миграции радионуклидов в почвах многие задачи еще не решены, и эти вопросы остаются одними из важнейших в радиоэкологии, поскольку недостаточная их изученность не позволяет в достаточной мере прогнозировать характер и уровень загрязнения радионуклидами. Также возможен выброс в окружающую среду таких радиоактивных изотопов, для которых неизвестно поведение в сложной многофазной почвенной системе, не установлены ПДК и не изучено действие на живой организм. В ряде работ отмечается, что накопление радионуклидов стронция и цезия зависит от агрохимических свойств почвы, наличия обменного кальция, карбонатов калия, органических веществ, показателя рН, обменных катионов, гранулометрического состава и т.п. Стронций как химический элемент подобен кальцию и распределяется более равномерно, чем цезий. Цезий близок по своим химическим свойствам к калию и потому остается преимущественно в верхних слоях, задерживаясь на глинах и органических мицеллах. Однако цезий также может интенсивно диффундировать в почве при воздействии некоторых кислот и их солей (HCl, HN4Cl) в зависимости от содержания в ней ряда минеральных веществ. Исследование действия ионизирующего излучения на уровне биогеоценозов ставит перед учеными новые вопросы и задачи по сравнению с действием облучения на индивидуальном организме. Если механизм поражающего действия больших доз и уровней загрязнения во многом понятен и изучен, то действие малых доз, особенно при хроническом их влиянии слабо изучено, и требует новых подходов, связанных с анализом популяционных изменений, 52 при котором хроническое облучение малыми и сверхмалыми дозами, особенно искусственными радионуклидами, выступает не только как фактор повышающий скорость накопления мутаций, но и в качестве фактора отбора. На юго-востоке Франции комиссией по атомной энергии после аварии в Чернобыле было проанализировано более 2800 видов сельхозпродукции, как французского, так и иностранного производства, потребляемых жителями этого региона. Установлено, что наиболее загрязнены надземные части растений (лиственные овощи, фураж, пряности и лекарственные растения). Обнаружены вариации активности в 10 - 100 раз, даже для одних и тех же растений в ограниченном районе. За первый год после аварии основной вклад в дозу, полученную людьми дают 131I, 137Cs, 134Cs и 103Rn. Вклад в дозу от салата, загрязненного этими изотопами составляет 0,9 мкЗв/год, в то время как от поступающего в пищу 40К - 7 мкЗв/год. Аналогичный результат получен для яблок и тимьяна. Важным фактором является кислотность почв, так поступление в растения радионуклидов марганца-54, кобальта-60, цинка-65 и кадмия -115 из основных почв Нечерноземной зоны в зависимости от свойств почв изменялась от 3 до 24 раз. Накопление радионуклидов сельскохозяйственными культурами также варьировало от их видовых особенностей и степени окультуренности почвы. На первом этапе длительных непрерывных выпадений из атмосферы углерода-14, иода-129, цезия-137, доминирующий путь их поступления в продукцию растениеводства - непосредственное осаждение на поверхность растительного покрова. Почвенный путь для цезия-137 и иода-129 значим лишь при продолжительности их выпадений в течение десятков и сотен лет. При достижении равновесия концентраций радионуклидов в системе атмосфера - почва, вклады обоих путей примерно равнозначны. В отличие от этого поступление углерода-14 из почвы в надземную фитомассу незначительно и составляет менее 1 % воздушного пути поступления даже при достижении равновесия его концентраций в системе атмосфера - почва. Поступление иода-129 и цезия-137 из почвы в урожай становится ведущим после прекращения выпадений их из атмосферы. В этом случае при разработке мер, направленных на снижение загрязнения рациона человека, следует руководствоваться количественными показателями перехода радионуклидов из почвы в растения, зависящими от типа почвы, вида растений и условия ведения сельскохозяйственного производства. Значения коэффициента накопления для цезия-137 в генеративных 53 органах растений на разных почвах близки к этому показателю для иода-129, в то время как для вегетативных частей растений они в 30 40 раз выше, чем для иода-129. При изучении накопления марганца-54, кобальта-57, никеля-63, цинка-65 и стронция-90 в яровой пшенице на двух разных почвах с различным содержанием извести и минеральных удобрений, показано, что коэффициент накопления в зерне пшеницы уменьшался в ряду: цинк/марганец/стронций/никель/кобальт. Коэффициент накопления цинка и марганца в зерне колебались от 1 до 13. Для других радионуклидов коэффициент накопления был ниже более чем в 10 раз. Внесение извести уменьшало коэффициент накопления марганца, цинка и стронция, но мало снижало поглощение растениями никеля. Во всех случаях отношение стронций/кальций было максимальным при внесении NPK и снижалось при внесении извести. Во многих работах, отмечена способность грибов накапливать радионуклиды в значительных количествах, причем коэффициент накопления может достигать 192. В съедобных грибах концентрация радионуклидов цезия колебалась от 0,46 до 11,3 кБк/кг сухой массы в шляпках и от 0,27 до 76,3 в ножках, причем их концентрация в кожице шляпки была в два раза выше, чем в базальной части ножки. Концентрация радионуклидов на единицу сухой массы была в 10 раз выше, чем на единицу сырой массы. Особое значение среди -излучателей имеет плутоний - один из самых токсичных долгоживущих радионуклидов. 1 мг плутония дает 138×106 -распадов в минуту, при этом 69% всех частиц обладает энергией 5238 Мэв. В химическом отношении плутоний отличается стабильностью четырехвалентных соединений. Он образует соли хорошо растворимые в воде, которые могут подвергаться гидролизу и проявлять радиоколлоидные свойства. Как и остальные тяжелые элементы плутоний легко адсорбируется и осаждается, а также дает с белками прочные трудно диссоциирующие соединения. Через короткое время после попадания плутония в организм главным местом отложения являлись скелет и печень, но со временем концентрация плутония в печени снижается, а в костях продолжает накапливаться. В других органах плутоний содержится в сравнительно небольших количествах и распределяется относительно равномерно. После аварии в Чернобыле в Германии проводилось изучение накопления радионуклидов цезия в мышечных тканях косуль, с целью биоиндикации загрязнения окружающей среды в ненарушенной экосистеме животных. Для исследования у животных, забитых в 1986 54 - 1988 годах, отобрали 300 образцов гладкой мускулатуры из области бедра. Концентрация цезия-137 в 1988 году в образцах была в 5 раз ниже, чем в 1986, и в 1,5 ниже, чем в 1987 году. Максимальные концентрации в 1987 году составляли 700, а в 1988 году - 400 Бк/кг. В 1987 и 1988 годах наблюдались большие сезонные флуктуации в содержании цезия-137 в мышечных тканях косуль с сильным повышением в осенние месяцы, в период увядания однолетнего травостоя, за счет увеличения в рационе животных многолетников, накапливающих больше цезия. В Англии в период с 1977 по 1985 год проведены измерения концентраций цезия-137 и стронция-90 в травостое пастбищ и молоке выпасаемых коров. На основании полученных данных, рассчитывали коэффициент перехода радионуклидов из рациона в молоко по формуле: коэффициент перехода = концентрация в молоке (Бк/л) / суточное поступление с рационом (Бк/сут). Эта величина составила 0,004 для цезия-137 и 0,001 для стронция-90. Соотношение концентраций в молоке и траве было равно 0,05 (БК/л)/(Бк/кг) для цезия-137 и 0,014 (Бк/л)/(Бк/кг) стронция-90. На севере Швеции в течение первого года после аварии на Чернобыльской АЭС были исследованы образцы мяса более 3000 оленей с пастбищ, где активность почв за счет цезия-137 колебалась в пределах от 2 до 60 кБк/м2 и выявлена положительная корреляция между концентрацией радионуклида в мышцах оленей с содержанием его в почве. Перед аварией на Чернобыльской АЭС содержание цезия137 в мясе оленей составляло 33 Бк/кг, после аварии средний уровень активности на 1 кг свежего мяса у оленят и половозрелых животных составил 470 и 300 мг/кг соответственно. Среди оленей старше одного года накопление радионуклидов было выше у самок. Сезонные колебания были незначительны с тенденцией уменьшения содержания радионуклидов в зимнее время. Экспериментально показано, что облучение популяций различных видов и классов на протяжении многих поколений приводит в определенных условиях к увеличению их радиорезистентности, причем возможно возникновение неспецифической адаптации облучавшихся популяций к мутагенам физической и химической природы. В общественном сознании укрепилось мнение о безусловной вредности радиационных воздействий даже в малых дозах. Повидимому, это не совсем так. Во многих опытах была показана возможность повышения активности живых организмов при облучении дозами менее 1/10 от LD50. С другой стороны такие 55 эксперименты не имели стопроцентной повторяемости, что ставило их под сомнение. В ряде опытов было обнаружено, что снижение радиационного фона в регулируемых условиях также снижает скорость деления клеток, рост и размножение. Кроме того, в литературе неоднократно отмечался факт интенсивного развития живых организмов в зоне антропогенно повышенного фона, при условии, что величины облучения значительно ниже опасных для жизни. 7 Радиоактивное загрязнение биосферы Радиоактивное загрязнение биосферы попадание радиоактивных веществ (РВ) в живые организмы и среду их обитания (атмосферу, гидросферу, почву), происходящее в результате ядерных взрывов, удаления в окружающую среду радиоактивных отходов, разработки радиоактивных руд, при авариях на атомных предприятиях и т.д. Радиоактивное загрязнение вызывается продуктами деления ядер (например, 90Sr, 137Cs, 144Ce), наведёнными радиоактивными нуклидами (3H, 24Na, 59Fe, 60Co, 65Zn и др.), естественно-радиоактивными тяжёлыми металлами (U, Th, Ra и др.) и искусственными трансурановыми элементами (Pu, Am, Cm и др.). Величину радиоактивного загрязнения определяют методами радиохимии, радиометрии, спектрометрии и авторадиографии и количественно выражают в единицах радиоактивности (распады в секунду в 1 г ткани, nкюрu/т3 воздуха или воды, мкюри/км2 суши или водоёма). Глобальное радиоактивное загрязнение к 1973 составляло более 1,5 Гкюри (гигакюри) в результате ядерных взрывов и более 5 Мкюри (мегакюри) - вследствие поступления в Мировой океан радиоактивных отходов. Наиболее загрязнены районы умеренных широт, особенно в Северном полушарии. Попадая в реки, озёра, моря и океаны, РВ поглощаются водными растениями и животными как непосредственно из воды, так и из предыдущего звена пищевой цепи: из водорослей РВ переходят в зоопланктон, для которого водоросли служат пищей, а затем в организм моллюсков, ракообразных, рыб. С поверхности почвы через корни и из атмосферных выпадений через листья РВ поступают в растения и, продвигаясь по пищевым цепям, а также с питьевой водой, - в организм животных, в том числе сельскохозяйственных, а вместе с их мясом и молоком - в организм человека (в частности, 90Sr, попадая в организм человека с овощами 56 или молоком, может накапливаться в костной ткани, особенно у детей). Выяснением экологической значимости разных уровней ионизирующей радиации и созданием научных основ рекомендаций по защите от негативных последствий поступления радионуклидов, включая составление прогнозов возможного нарушения структуры, продуктивности и самоочищения экосистем, занимается радиоэкология, а медицинскими аспектами проблемы - радиационная гигиена. Координацию деятельности разных стран по предотвращению радиационного загрязнения осуществляет МАГАТЭ (Международное агентство по атомной энергии). 7.1 Аккумуляция радиоактивных веществ Аккумуляция радиоактивных веществ в биосфере, накопление радиоактивных веществ (РВ) всеми составными частями биосферы живыми (микробы, растения, животные, человек) и неживыми (почва, воды суши и океанов). Особенно энергично аккумуляция радиоактивных веществ происходит в организмах некоторых видов. Некоторые РВ прочно связываются теми или иными тканями (например, стронций и плутоний костями животных и человека), другие, например цезий, легко выделяются. Аккумуляция радиоактивных веществ, временно выходящих из биологического круговорота, осуществляется в основном в донных отложениях, а на суше - в почве. Из радиоактивных нуклидов, поступающих в почвенный раствор, часть аккумулируется растениями и вместе с растительной пищей попадает в организмы животных и человека, а после их смерти - снова в почву. Таким образом, флора и фауна (особенно виды животных, встречающихся в массовом количестве, - насекомые, черви и др.) служат важным фактором перемещения РВ в почве. Мерой аккумуляция радиоактивных веществ в организме служит коэффициент накопления, т. е. отношение концентрации радионуклидов в организме к концентрации их в окружающей среде и в воде (для водных организмов) или почвенном растворе. Коэффициент накопления зависит от вида и состояния организма, свойств и концентрации нуклидов, степени их связывания в среде и др. Коэффициент накопления различных радиоактивных изотопов водными организмами сравнительно высоки - порядка 102 104; так, он равен: для зелёных водорослей по Sr90 - 1,6×103, для моллюсков по Nb95 - 3×103 для рыб по Y91 - 5×102. Аккумуляция радиоактивных веществ организмами приводит к их облучению, что 57 может вызвать развитие лучевой болезни, злокачественных опухолей, вредные генетические последствия и гибель организмов. Попадая в реки, озёра, моря и океаны, радионуклиды поглощаются водными растениями и животными как непосредственно из воды, так и из предыдущего звена пищевой цепи: из водорослей РВ переходят в зоопланктон, для которого водоросли служат пищей, а затем - в организм моллюсков, ракообразных, рыб. С поверхности почвы через корни и из атмосферных выпадений через листья РВ поступают в растения и, продвигаясь по пищевым цепям, а также с питьевой водой, - в организм животных, в том числе сельскохозяйственных, а вместе с их мясом и молоком - в организм человека (в частности, Sr90, попадая в организм человека с овощами или молоком, может накапливаться в костной ткани, особенно у детей). При поглощении радиоактивных элементов растениями или животными обычно происходит значительное повышение их концентрации в биологических объектах по сравнению с содержанием РВ в окружающей среде. Организмы, которые накапливают те или иные радионуклиды в особенно высоких концентрациях, называют «биоиндикаторами радиоактивного загрязнения»; так, водоросль кладофора особенно интенсивно накапливает Y91, а моллюск большой прудовик - Sr90. При переходе от одного организма к другому происходит изменение содержания РВ. Например, концентрация Cs 137 возрастает в цепи лишайники - мышцы оленей - мышцы волков (30, 85 и 181 пкюри/г сухой массы соответственно), а концентрация Sr90 в этой же цепи уменьшается (7,2, 0,1 и 0,04 пкюри/г сухой массы). На радиоактивное загрязнение различных элементов биосферы влияют химическая форма и физическое состояние РВ, температура и химический состав окружающей среды, а также др. факторы. 8 Радиационный мониторинг Мониторинг окружающей природной среды - система регулярных длительных наблюдений в пространстве и времени за состоянием окружающей природной среды и предупреждение о создающихся критических ситуациях, вредных и опасных для здоровья людей и других живых организмов. Различают базовый, глобальный, региональный и импактный мониторинги. Радиационный мониторинг является составной частью экологического мониторинга и обеспечивает оценку экологического состояния окружающей среды и изменения биоты при ионизирующем 58 воздействии естественной и антропогенной компоненты радиационного. Мониторинг принято делить на: базовый (или фоновый), глобальный, региональный, локальный, импактный. Базовый мониторинг (фоновый) - слежение за общебиосферными, в основном природными, явлениями без наложения на них региональных антропогенных влияний. Биосферный мониторинг наблюдения за глобально-фоновыми изменениями в природе: степенью радиации; наличием в атмосфере СО2, О3; ее запыленностью; циркуляцией тепла; газовым обменом между океаном и воздушной оболочкой земли; мировой миграцией птиц, животных, растений и насекомых; погодно-климатическими изменениями на планете. Фоновое глобальное состояние биосферы изучают на фоновых станциях, которые организованны в ряде стран на базе биосферных заповедников. Фоновое состояние среды в прошлом можно реконструировать с помощью анализа колец деревьев, газовых слоев ледников и донных отложений. Глобальный мониторинг - слежение за общемировыми процессами и явлениями в биосфере Земли, включая все ее экологические компоненты и предупреждение о возникающих экстремальных ситуациях. Региональный мониторинг - слежение за процессами и явлениями в пределах какого-то региона, где эти процессы и явления могут отличаться и по природному характеру, и по антропогенным воздействиям от базового фона, характерного для всей биосферы. Региональный мониторинг дает оценку антропогенного влияния на природную среду в ходе обычной хозяйственной деятельности человека, которая обязательно предполагает тот или иной вид взаимодействия с природой, (градостроительство, сельское хозяйство, энергетика, и т.д.). При региональном мониторинге оценивают взаимодействие человека и природы в различных отраслях народного хозяйства, дают характеристику общего нарушения природной среды, привноса и выноса из природных систем веществ и энергии. Региональный мониторинг проводят агрослужба, гидроклиматическая, лесоустроительная, сейсмологическая и другие службы. Локальный мониторинг осуществляет контроль за содержанием токсичных для человека химических веществ и других загрязнителей в атмосфере, природных водах, растительности, почве, подверженных воздействию конкретных источников загрязнения. При локальном мониторинге состояние окружающей среды оценивается с точки зрения здоровья человека, что служит самым важным, емким и 59 комплексным показателем состояния окружающей среды. Проводят локальный мониторинг природоохранные службы предприятий. Импактный мониторинг (мониторинг источников антропогенного воздействия) - мониторинг региональных и локальных антропогенных воздействий в особо опасных зонах и местах. Под источником антропогенного воздействия следует понимать источники эмиссии (выделения) веществ, энергии и излучений в природные среды, а также изъятие природных ресурсов, нарушение естественной структуры и их составляющих. По методам ведения и объектам наблюдения выделяются например: авиационный, космический, окружающей человека среды, агроценозов, леса. Авиационный мониторинг - мониторинг, осуществляемый с самолетов, вертолетов и др. летательных аппаратов (воздушные шары, дирижабли и т.п.), не поднимающихся на космические высоты (в основном в пределах тропосферы. Космический мониторинг - мониторинг с помощью космических средств наблюдения (часто авиационный и космический мониторинги объединяют в дистанционный, добавляя получение данных от приборов расположенных в труднодоступных местах без постоянного присутствия человека). Мониторинг окружающей (человека) среды - слежение за состоянием окружающей человека природной среды и предупреждение о создающихся критических ситуациях вредных или опасных для здоровья людей и других живых организмов. Естественная составляющая радиационного фона характеризуется плавностью, замедленностью изменений, возникающие колебания незначительны, хотя в некоторых случаях могут быть заметны, - например выбросы радона при изменениях в коре при землетрясениях, потоки излучения при вспышках на солнце или взрывах сверхновых и т.д. Антропогенная составляющая ионизирующего излучения в окружающей среде характеризуется достаточно быстрыми изменениями, как в некоторых случаях в глобальном масштабе, так и в отдельных регионах, причем для таких изменений характерно появление в биосфере новых, ранее не существовавших нуклидов, или значительное увеличение концентраций радионуклидов имеющихся в ландшафте. В зависимости от необходимости естественную и антропогенную составляющие радиационного фона можно учитывать отдельно. Мониторинг состояния окружающей среды включает: 60 - наблюдения за загрязнением атмосферы, поверхностных вод, почв и радиоактивности на Государственной сети наблюдений; - оценку и анализ данных наблюдений; -прогноз состояния и загрязнения природных сред (в том числе и радиоактивности) на базе анализа данных наблюдений. Радиационный экологический мониторинг это информационная система, созданная с целью наблюдения, прогнозов изменений радиационной составляющей в окружающей среде на всех уровнях общего экологического мониторинга, она способна выделить антропогенную составляющую радиационного воздействия на окружающую среду на фоне остальных природных процессов. Система радиационного экологического мониторинга обеспечивает наблюдение радиационной составляющей во всех средах, оценку полученных данных с учетом экологического нормирования – рисунок 9 - на основании этих оценок принимаются решения с целью снижения возможного негативного влияния. Мониторинг должен быть непрерывным – это обеспечивает управление качеством окружающей среды. Оценка получаемой радиационной составляющей производится непрерывно, что позволяет анализировать эффективность принимаемых решений и воздействий и производить их корректировку. Рисунок мониторинга 9 - Система радиационного экологического Экологическое нормирование - система правил (норм) и содержащихся в них количественных и качественных показателей (нормативов) оценки состояния окружающей среды и степени воздействия на нее, определяющая и обеспечивающая благоприятную среду для существования человека и сохранения биологического 61 разнообразия. Документом, определяющим допустимые уровни радиационного воздействия на человека являются нормы радиационной безопасности (НРБ), которые периодически пересматриваются, учитывая новые научные знания, и обеспечивают сохранность здоровья человека при воздействии источников ионизирующего излучения, в случаях не превышения допустимых уровней облучения. На основе этой системы действует государственная система наблюдения и контроля за состоянием окружающей среды, в том числе и ее радиационной составляющей. Задачи системы состоят из следующих элементов: наблюдение за радиационными параметрами (характеристиками) во всех средах; - обеспечение организации оперативной информации. Нормативы, используемые для оценки полученной информации - ПДЭН (предельно допустимая экологическая нагрузка). ПДЭН воздействие (совокупность воздействий), которые или не влияют на качество окружающей среды или изменяют его (качество) в допустимых пределах (т.е. не разрушая экосистему и не вызывая отрицательных последствий у живых существ, в первую очередь у человека). Для Казахстана вопрос радиационного мониторинга имеет существенное значение. Как отмечено в статье 3.3.2. радиоактивное загрязнение Указа президента РК от 03.12.2003 N 1241 "О концепции экологической безопасности РК 2004—2015 годы", серьезную реальную угрозу экологической безопасности Казахстана представляет радиоактивное загрязнение, источники которого подразделяются на четыре основные группы: - отходы неработающих предприятий уранодобывающей и перерабатывающей промышленности (отвалы урановых рудников, самоизливающиеся скважины, хвостохранилища, демонтированное оборудование технологических линий); - территории, загрязненные в результате испытаний ядерного оружия; - отходы нефтедобывающей промышленности и нефтяного оборудования; - отходы, образовавшиеся в результате работы ядерных реакторов, и радиоизотопная продукция (отработанные источники ионизирующего излучения). В Казахстане имеются шесть крупных ураноносных геологических провинций, множество мелких месторождений и 62 рудопроявлений урана, которые обусловливают повышенный уровень естественной радиоактивности, отходы, накопленные на уранодобывающих предприятиях и в местах проведения ядерных взрывов. На 30 % территории Казахстана существует потенциальная возможность повышенного выделения природного радиоактивного газа - радона, который представляет реальную угрозу для здоровья человека. Опасным является использование для питьевых и хозяйственных нужд воды, зараженной радионуклидами. На предприятиях Казахстана находится более 50 тысяч отработанных источников ионизирующих излучений, и при радиационном обследовании было обнаружено и ликвидировано более 700 неконтролируемых источников, из которых 16 - смертельно опасные для человека. Для предотвращения угрозы радиоактивного заражения населения и загрязнения окружающей среды необходимо: завершить работы по инвентаризации радиоактивных источников загрязнения и разработать программу, включающую изучение отрицательного воздействия естественной радиоактивности на здоровье населения, а также принять ограничительные меры при выборе площадок под строительство и использовании естественных строительных материалов; проводить контроль радиоактивного загрязнения природных источников питьевой воды и в рамках утвержденной Программы ликвидации и консервации нефтяных и самоизливающихся гидрогеологических скважин ликвидировать гидрогеологические скважины с высоким содержанием радионуклидов; разработать меры по своевременному информированию населения об опасности повышенного радиационного облучения; завершить к 2005 году работу по инвентаризации и оценке воздействия на окружающую среду и здоровье населения отвалов уранодобывающей промышленности в рамках Программы по ликвидации радиоактивных отвалов уранодобывающей промышленности. Комплексное решение проблемы должно включать создание специализированной организации по переработке и захоронению радиоактивных отходов. Результатом проведения данных мероприятий будет снижение облучения населения и радиоактивного загрязнения окружающей среды. Определенную опасность представляет возможность неконтролируемого переноса материалов опасных в радиационном отношении под действием ветра, например породы хвостохранилищ, 63 и воды, например вынос радионуклидов на дневную поверхность из разрушенных штолен, в которых проводились ядерный взрывы на Семипалатинском ядерном полигоне. К сожалению, практические системы радиационного мониторинга трудоемки и дороги, поэтому, как правило, непрерывность получения информации о радиационном состоянии на больших площадях, где возможно изменение радиационной обстановки проводятся эпизодически и не дают полной картины протекающих процессов. Часто, говоря о радиационном мониторинге, подразумевают под этим систему радиационного контроля на предприятии, при грузоперевозках и т.д. системы такого рода обычно автоматизированы, их действие может быть автоматическим и непрерывным. На рисунке 10 – показана схема подобной автоматизированной системы. Эти системы не только информационные. Таким системам может быть представлена оценка и, даже, принятие решений. Рисунок 10 - Автоматизированная система радиационного контроля Данные измерений, полученные по проводной или беспроводной системе поступают в базу данных ПК, Автоматизированная система радиационного мониторинга - это универсальное решение задач радиационного контроля на контрольно-пропускных пунктах объектов и в зонах досмотра, а также обеспечение радиационного мониторинга технологических процессов предприятий. 64 Система является эффективным средством борьбы с угрозой намеренного загрязнения территории объекта радиоактивными веществами и облучения персонала. Система интегрируется в комплексные системы безопасности Область применения таких систем достаточно широка, это: - радиационный мониторинг важных государственных объектов и режимных производств; радиационный контроль в аэропортах, ж/д вокзалах, метрополитене и других местах большого скопления людей наиболее привлекательных для проведения террористических актов; - радиационный мониторинг на важных государственных объектах (таможенных, военного назначения и других); радиационный контроль продукции металлоперерабатывающих комбинатов, промышленных предприятий и других производств; - учет и контроль ядерных материалов на предприятиях ядернотопливного цикла, а также при решении других подобных задач. 8.1 Радиационная разведка Радиационная разведка – важная составная часть мероприятий, проводимых при чрезвычайных ситуациях, связанных с возможным поступлением расщепляющихся материалов в окружающую среду. Радиационная разведка определяет границы зон радиоактивного загрязнения (на местности, объектах и др.) и зон с различными уровнями зараженности. В армии и гражданской обороне осуществляется специальными подразделениями. Радиационная разведка решает следующие задачи: - обнаружение загрязнения местности и приземного слоя воздуха радиоактивными веществами и передача информации об этом руководителю работ; - определение мощности дозы гамма-излучения на маршрутах движения и обозначение границ зон радиоактивного загрязнения; - отыскивание (при необходимости) путей обхода для преодоления загрязненных участков; - контроль за динамикой изменения радиационной обстановки; - взятие проб воды, продовольствия, растительности, грунта, объектов техники, имущества и отправка их в лаборатории; - метеорологическое наблюдение; - дозиметрический контроль личного состава после выхода из зоны радиоактивного загрязнения; 65 При организации радиационной разведки необходимо учитывать обстановку, которая может сложиться в районах проведения работ при изменении внешних условий (направление ветра и т.д.) или в случае повторного радиоактивного загрязнения. Для наблюдения за радиационной обстановкой на объектах проведения работ создаются посты радиационного наблюдения, основными задачами которых являются: - своевременное обнаружение радиоактивного загрязнения и подача сигналов оповещения; - определение направления движения облака радиоактивного вещества; - разведка участков, загрязненных радиоактивными веществами в районе поста, а также метеорологическое наблюдение. Пост радиационного наблюдения состоит, как правило, из трех человек. Он оснащается измерителями дозы излучения ДП-5 (А, Б, В), ДРГ-01Т и т.д., метеокомплектом № 3, индивидуальными измерителями мощности дозы излучения ИД-11 (ДКП-02 и т. д.), измерителями дозы излучения ИД-1, секундомером, средствами оповещения и связи, журналом для записи параметров радиационной обстановки, комплектом оборудования для взятия проб воздуха. 8.2 Биотестирование радиоактивных загрязнений В последние десятилетия во многих странах биотестирование стало общепризнанным способом контроля качества водной среды при возможном поступлении различных токсикантов. Свойства воды в природе как объекта потребления определяются, наряду с химическим составом, присутствием в ней живых организмов (гидробионтов). С биологической точки зрения чистая нетоксичная вода - это вода, в которой нормально протекают биологические процессы полезных человеку гидробионтов (т.е. организмов, обеспечивающих чистоту воды). Биологическим критерием токсичности является сохранность видов и качества потомства. Этот критерий токсичности особенно важен при малых дозах токсических веществ. Испытания, выполняемые по определенной схеме и в определенных условиях, заключаются в определении действия того или иного вещества (или смеси веществ) на водные организмы (или их сообщества) путем регистрации изменения одного или нескольких биологических (или физиолого-биохимических) показателей состояния тест объектов. 66 С точки зрения эколога результаты определения концентрации токсических веществ имеют относительную ценность. В конечном счете, важно знать не уровни загрязнения, а вызванные ими изменения в биологических организмах. Однако, даже самый точный и совершенный химический анализ не может дать информацию об этих эффектах. К тому же, большинство известных токсических веществ, обладая однонаправленным механизмом действия на человека, проявляет суммарный токсический эффект. Известны случаи токсикологического синергизма. Широко применяемый гидрохимический анализ показывает лишь конкретную точку на шкале концентраций химического соединения, учитывается лишь одно отдельно взятое химическое вещество, а не комбинированное действие их большого числа. Только регистрация соответствующих аномальных состояний организма, популяции или сообщества позволяет судить о качестве водной среды с биологических позиций. Особенность информации с применением тест организмов состоит в интегральном отражении всей совокупности свойств испытуемой среды с позиций восприятия их живыми объектами. С известной степенью условности можно говорить о моделировании биотестовой системой некоторых форм восприятия экологической ситуации человеком, в частности, реакцией на одновременное воздействие нескольких вредных факторов на преобладающем благоприятном фоне, реакцией адаптационного типа. Основное назначение биотестов - быстрая интегральная оценка экологической ситуации. Если она имеет отклонение от нормального состояния, то детальный анализ и выявление опасных компонентов необходимо продолжить специальными анализаторами. Целесообразно дополняя друг друга, биотестовые и физико-химические средства могут значительно повысить эффективность контроля за счет снижения стоимости комплексного анализа, увеличения его оперативности. Биотест как экспериментальная оценка состояния окружающей среды по реакции живого организма известен с давних пор. Как бы ни был совершенен тот или иной прибор для определения вредных примесей, он не может сравниться по сложности и точности реагирования на токсическую примесь с живым организмом, механизмы взаимодействия которого со средой формировались на протяжении многих миллионов лет и поколений в процессе эволюционного развития. В то же время биотестирование не отменяет систему традиционных аналитических и аппаратурных методов контроля качества компонентов ландшафта, а лишь дополняет ее важными биологическими показателями. 67 Необходимость такого дополнения диктуется несколькими обстоятельствами. Одно из них связано с тем, что даже самые совершенные современные методы аналитического контроля не обеспечивают определения в окружающей среде всех загрязняющих веществ. Из многих тысяч загрязнителей достоверно определяются лишь десятки, в лучшем случае сотни, компонентов загрязнения. Однако, даже если бы удалось получить исчерпывающую информацию о химическом составе всех экотоксикантов, остался бы нерешенным самый главный вопрос - степень опасности измеренных уровней загрязнения для жизни в данной среде обитания. Такибаев Ж.С. и Ветринская Н.И. предлагают использовать для биотестирования биологического качества природных вод геоландшафтов, подвергшихся значительным техногенным нагрузкам, включая радиационные, изменение ионной проницаемости мембран растительных клеток. Этот метод может использоваться в комплексе с другими методами как экспрессный метод при мониторинге качества природных вод, а также в инспекционных целях. Надежность экспрессного определения биологического качества воды подтверждена многолетними экспериментами. В качестве тест-объекта ими была выбрана часто используемая для этих целей элодея, а полученные результаты сопоставлялись с данными долговременных экспериментов. Элодея - одно из самых распространенных высших водных растений пресных водоемов. В экспериментальной водной токсикологии элодея - тест-объект для оценки токсичности водной среды по движению хлоропластов в листьях и по угнетению ростовых процессов. Элодея (Elodea canadensis Rich.) относится к отряду Angiospermae, классу Munocotyledoneae, порядку Helobial, семейству Hydrocharitaceae. В качестве тест-функции авторы использовали биофизический процесс - ионную проницаемость мембран клеток. Выбор тест функции обусловлен тем, что в экспериментальных условиях при различных воздействиях, в первую очередь, нарушается транспортная функция мембран, что возможно зарегистрировать почти сразу после воздействия. В долговременных экспериментах использовалась другая тест-функция - угнетение ростовых процессов. В экспериментах они использовали молодые части растений длиной 4-5 см, инкубируемые в токсичной воде, пробы которой отбирались в на участке Дегелен, из штолен, в которых проводились ядерные испытания. Инкубация растений в отобранных пробах проводилась в течение 1, 6, 10 суток. Затем растения отмывались и помещались в дистиллированную воду. Через 30 минут, 1 - 24 часа в воде с 68 растениями измерялась электропроводность, изменяющаяся за счет электролитов, выходящих из клеток элодеи в дистиллированную воду. Показателем токсичности принималось отношение величины электропроводности в опыте к величине электропроводности в контрольном эксперименте (оп/контр). В долгосрочных экспериментах элодея выдерживалась в токсичной воде 60 суток. Проводились наблюдения за физиологическим состоянием растений, интенсивностью роста на 1-ые, 10, 60 сутки. Результаты экспериментов показали, что уже после односуточного инкубирования растений в токсичной воде нарушается функция мембран клеток элодеи. При кратковременном инкубировании в токсичной воде из штолен, загрязненных радионуклидами, (сроком до 1 суток) растения способны восстановить физиологические процессы до первоначального уровня очень быстро, практически в течение суток, а при больших сроках инкубации, для восстановления требуется более длительное время или они нарушаются необратимо. Результаты экспрессного определения степени токсичности (время определения - 1 сутки) подтверждаются долгосрочными экспериментами (60 суток инкубации), где значительные морфологические изменения произошли в тех случаях, где ранее была зарегистрирована высокая степень токсичности – рисунок 11, и, напротив, никаких изменений по сравнению с контролем не обнаружено в тех случаях, где была зарегистрирована низкая степень токсичности – рисунок 12. По результатам экспериментов авторы сделали выводы, что нарушения ионной проницаемости мембран клеток элодеи проявляются в возрастании степени токсичности, что возможно зарегистрировать после кратковременной инкубации растений (1 сутки) через 30 минут после воздействия токсичной воды. Применение подобного метода биотестирования позволяет использовать его как экспресс-метод для определения биологического качества анализируемой воды. Метод позволяет проводить серийные наблюдения одновременно в большом количестве проб. К достоинствам метода следует отнести также простоту измерений, небольшую стоимость стандартной аппаратуры. В комплексе с другими методами он может использоваться как экспресс-метод при мониторинге качества природных вод в экологическом радиационном аспекте. 69 Рисунок 11 - Элодея. 60 суток в токсичной воде из штольни с высоким содержанием радионуклидов (по Такибаеву Ж.С. с соавторами) Тестирование качества природной среды применяется достаточно широко, при этом в качестве тест-объектов применяются различные объекты. Существуют стандартные методики, как например: - «Методика определения токсичности воды по смертности и изменению плодовитости дафний» (ПНД Ф Т 14.1:2:3:4.3-99). - СТ РК 17.1.4.02-96 “Охрана природы. Гидросфера. Методика определения острой токсичности воды на цериодафниях". - СТ РК 17.1.4.03-96 “Охрана природы. Гидросфера. Методика определения острой токсичности воды на водорослях" и др. - СТ РК 17.1.4.04-98 “Охрана природы. Гидросфера. Методика определения острой токсичности воды на инфузориях". - Методические рекомендации по определению токсичности проб воды экспресс методом на приборе "Биотестер-2" с использованием парамеций. Алма-Ата, 1995. 70 Рисунок 12 - Элодея. 60 суток в токсичной воде из штольни с низким содержанием радионуклидов (по Такибаеву Ж.С. с соавторами) - Пожаров А.В., Папутская Н.И., Титаренко Ю.Н., Лебедев В.Ф., Захаров И.С. Метод биотестирования по хемотаксической реакции парамеций.//Методы биотестирования вод. Черноголовка, 1988. С.99102. Биотестирование следует рассматривать как введение в более тщательный и всесторонний анализ химического состава исследуемых объектов. Главная задача, которую решает биотестирование, заключается в получение быстрого и достаточно дешевого ответа есть или нет токсичность в исследуемой среде. 9 Радиационная безопасность Радиационная безопасность включает комплекс мероприятий при работе с применением радиоактивных веществ и других источников ионизирующих излучений, обеспечивающий снижение суммарной дозы от всех видов ионизирующего излучения до предельно допустимой дозы (ПДД). Радиационная безопасность 71 состояние защищенности жизненно важных интересов и прав личности, общества от радиационных влияний, превышающих допустимые уровни, возникающих в результате антропогенных и природных воздействий на окружающую среду. Источники ионизирующего излучения могут быть закрытыми и открытыми. Закрытый источник излучения по своему устройству (герметичные источники радиоактивного излучения, рентгеновские установки, ускорители и т.п.) исключает попадание радиоактивных веществ (РВ) в окружающую среду. При работе с закрытыми источниками на организм воздействует только внешнее излучение. Снижение дозы внешнего облучения обеспечивается минимально необходимым временем работы в поле излучения, максимально возможным расстоянием от источника до объекта облучения и экранированием либо источника излучения, либо объекта облучения. При работе с открытыми источниками возникает опасность попадания РВ через органы дыхания, пищеварительный тракт и через кожный покров внутрь организма, т. е. возникает опасность внутреннего облучения. Для снижения дозы внутреннего облучения принимают меры к уменьшению количества попадающих в организм РВ, включающие герметизацию технологического оборудования и рабочих мест, устройство фильтров на вытяжных системах вентиляции, рациональную планировку, использование индивидуальных средств защиты и соблюдение правил радиационной гигиены. Во всех учреждениях, где проводятся работы с применением РВ и других источников ионизирующих излучений, службой радиационной безопасности осуществляется радиационный контроль, цель которого - следить за соблюдением норм радиационной безопасности, выполнением санитарных правил и получать информацию о дозах облучения персонала и отдельных лиц из населения на территории наблюдаемой зоны. Служба радиационной безопасности, в зависимости от характера работ, осуществляет контроль: за мощностью дозы всех видов ионизирующего излучения (за исключением ультрафиолетового) на рабочих местах, в смежных помещениях, в санитарно-защитной зоне и на территории наблюдаемой зоны; за уровнем загрязнения радиоактивными веществами рабочих помещений, одежды и кожного покрова персонала, объектов внешней среды за пределами учреждения; за сбором и удалением твёрдых и жидких радиоактивных отходов; за выбросом РВ в атмосферу; за уровнем облучения персонала и отдельных лиц из населения на 72 территории наблюдаемой зоны. В зависимости от характера работ индивидуальный контроль включает измерение доз внешнего излучения, нейтронов, рентгеновского и -излучений, а также контроль за содержанием РВ в организме или в отдельном органе. Исходя из возможных генетических и соматических последствий действия ионизирующих излучений на организм и учитывая численность отдельных групп населения, нормами радиационной безопасности были установлены следующие категории облучаемых лиц и ПДД для них: категория «А» (персонал) - 5 бэр в год для всего организма, гонад и кроветворных органов; категория «Б» (отдельные лица из населения) — годовой предел дозы не должен превышать 0,5 бэр для всего тела, гонад и кроветворных органов; категория «В» (население в целом), с оценкой генетических последствий облучения — генетически значимая доза не должна превышать 5 бэр за 30 лет. В эти предельные значения доз облучения не входят возможные дозы облучения, обусловленные медицинскими процедурами и естественным радиационным фоном. НРБ регламентируют также содержание РВ в воде, в атмосферном воздухе и воздухе рабочих помещений. Нормы радиационной безопасности и санитарные правила работы с радиоактивными веществами, разработаны в соответствии с рекомендациями Международной комиссии по радиационной защите (МКРЗ). 9.1 Принципы, методы и средства защиты от радиации Радиационная защита (противолучевая) защита - комплекс методов и средств, направленных на обеспечение безопасных условий труда персонала и жизни населения в условиях возможного воздействия ионизирующего излучения. Методы и средства защиты зависят от характера работы, условий применения радиоактивных веществ и источников ионизирующего излучения. Они включают: - организационные мероприятия (выполнение требований безопасности при размещении предприятий, устройстве рабочих помещений и организации рабочих мест при работе с закрытыми и открытыми источниками, при транспортировке, хранении и захоронении радиоактивных веществ, проведение дозиметрического контроля); - медико-профилактические мероприятия (сокращенный рабочий день, дополнительный отпуск, спецпитание, профилактические медосмотры); 73 - инженерно-технические методы и средства (защита временем и расстоянием, защитное экранирование, применение средств индивидуальной защиты и др.). Радиационная защита достигается: - нераспространением ядерного оружия и радиоактивных материалов; - строгим контролем со стороны государства и Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ) над производством, использованием и перемещением радиоактивных материалов; - соблюдением международных договоров о запрещении и нераспространении испытаний ядерного оружия в атмосфере, космическом пространстве и под водой; - разработкой научно-обоснованных правил и норм безопасности при работе с источниками излучений; - профессиональным отбором и высоким уровнем подготовки персонала радиационно-опасных объектов; - соблюдением правил транспортировки и хранения радиоактивных материалов, обращения с ними; - обеспечением высокой эксплуатационной надежности ядерных реакторов и установок; - разработкой планов по защите персонала и населения в случае аварий на радиационно-опасных объектах; - использование эффективных мер защиты при работе с источниками ионизирующего излучения; - контролем за соблюдением требований безопасности при работе с радиоактивными веществами; - дезактивацией местности, транспорта, зданий, объектов окружающей среды, санитарной обработкой людей в случае радиационной аварии; - соблюдением мер предотвращения загрязнения окружающей среды при разработке рудников и переработке радиоактивных руд; - соблюдением правил захоронения радиоактивных отходов. Основные способы защиты персонала при использовании потенциально-опасных источников облучения, а также населения в случае радиационной аварии включают: - защиту расстоянием; - защиту временем; - экранирование источника ионизирующего излучения; - герметизацию оборудования; - применение индивидуальных средств защиты; - соблюдение правил личной гигиены; 74 - использование радиопротекторов; - санитарную обработку людей; - дезактивацию местности, оборудования, помещений, одежды и др.; - радиационный и медицинский контроль. Защита расстоянием является наиболее эффективным методом защиты при радиационных авариях, ядерных взрывах, когда население эвакуируется в безопасные районы. В ряде случаев защита расстоянием позволяет в мирное время избежать устройств защитных экранов. Так, увеличить расстояние от источника излучения до человека можно с помощью дистанционного оборудованияманипуляторов, специальных захватов и др. Основным мероприятием по защите населения от воздействия ионизирующего излучения является зонирование территории вне потенциально-опасного промышленного предприятия, вокруг которого создают санитарно-защитную зону и зону наблюдения. Санитарно-защитная зона - территория вокруг возможного источника радиоактивных выбросов, на которой уровень облучения может превышать предельно допустимый. Критерием для определения размеров защитной зоны служат пределы годового поступления радиоактивных веществ через органы дыхания и пищеварения и предел дозы внешнего облучения для категории Б, а также допустимая концентрация радиоактивных веществ в атмосфере и воде. В этой зоне устанавливается режим ограничений и проводится радиационный контроль. Зона наблюдения - территория, на которой возможно влияние радиоактивных выбросов предприятия и облучение проживающего населения может достигнуть установленного предела дозы. На территории зоны наблюдения, которая по площади в 3-4 раза больше санитарно-защитной зоны, также проводится радиационный контроль. Для предприятий атомной промышленности и ядерной энергетики санитарно-защитная зона устанавливается специальными нормативными актами. Защита временем имеет целью ограничить время пребывания человека в радиационной обстановке. Такой способ защиты применяется при ремонтных и аварийных работах, а также при посещении необслуживаемых помещений с достаточно высоким уровнем радиации. При защите временем обязательно проводится индивидуальный дозиметрический контроль Защита от внутреннего облучения основана на исключении попадании радиоактивных веществ в организм человека различными 75 путями. С этой целью работа или контакт с ними разрешается при наличии средств индивидуальной защиты (респиратора, противогаза, спецодежды и очков), использовании защитных вытяжек, боксов и устройств мощной вентиляции, обеспечивающей 5-10 кратный объем воздуха за 1 час. Защита экранированием используется при значительной активности радиоактивного источника. Под термином «экран» понимают различные передвижные или стационарные конструкции, предназначенные для поглощения или ослабления ионизирующего излучения. Экранами служат также стенки контейнеров для перевозки и хранения радиоактивных материалов. Выбор материала для защитного экрана производится с учетом преобладающего вида излучения, активности источника, расстояния и др. Для защиты от альфа- излучения достаточен слой воздуха в несколько сантиметров. Можно применять в случае необходимости экраны из обычного стекла, плексигласа, защитную одежду из хлопчатобумажной ткани и резиновые перчатки. Экраны для защиты от бета - излучения изготавливают из материалов с малой атомной массой (алюминий, плексиглас, карболит и др.), которые дают наименьшее тормозное излучение. Применяют также комбинированные экраны, у которых со стороны источника располагают с малой атомной массой, а за ним - с большой. Возникающие в материале внутреннего экрана (толщину которого принимают равной длине пробега бета-частиц) кванты электромагнитного излучения с малой энергией поглощаются в дополнительном экране с большой атомной массой (свинец, вольфрам и др.). Для защиты от гамма-излучений применяют материалы с большой атомной массой и высокой плотностью или более легких, но менее дефицитных и более дешевых материалов - стали, чугуна, сплавов меди. Стационарные экраны изготавливают из бетона. Для изготовления смотровых систем используют стекло с жидким наполнителем (бромистым и хлористым цинком), свинцовое стекло и т.д. Экраны для защиты от нейтронного излучения изготавливают из материалов, содержащих водород (вода, парафин), бериллия, графита и др. 76 10 Нормы радиационной безопасности Нормы радиационной безопасности (НРБ) применяются для обеспечения безопасности человека во всех условиях воздействия на него ионизирующего излучения искусственного или природного происхождения. Требования и нормативы, установленные в НРБ, являются обязательными для всех юридических лиц, независимо от их подчиненности и формы собственности, в результате деятельности которых возможно облучение людей, а также для администраций всех уровней, граждан РК, иностранных граждан и лиц без гражданства, проживающих на территории Казахстана. НРБ являются основополагающим документом, регламентирующим требования Указа президента РК "О концепции экологической безопасности РК 2004—2015 годы" в форме основных пределов доз, допустимых уровней воздействия ионизирующего излучения и других требований по ограничению облучения человека. Никакие другие нормативные и методические документы не должны противоречить требованиям норм радиационной безопасности. Нормы радиационной безопасности распространяются на следующие виды воздействия ионизирующего излучения на человека: - в условиях нормальной эксплуатации техногенных источников излучения; - в результате радиационной аварии; - от природных источников излучения; - при медицинском облучении. Требования по обеспечению радиационной безопасности сформулированы для каждого вида облучения. Суммарная доза от всех видов облучения используется для оценки радиационной обстановки и ожидаемых медицинских последствий, а также для обоснования защитных мероприятий и оценки их эффективности. Требования норм радиационной безопасности и основных санитарных правил не распространяются на источники излучения, создающие при любых условиях обращения с ними: - индивидуальную годовую эффективную дозу не более 10 мкЗв; - индивидуальную годовую эквивалентную дозу в коже не более 50 мЗв и в хрусталике не более 15 мЗв; - коллективную эффективную годовую дозу не более 1 чел-Зв, либо когда при коллективной дозе более 1 чел-Зв оценка по принципу 77 оптимизации показывает нецелесообразность снижения коллективной дозы. Требования НРБ не распространяются также на космическое излучение на поверхности Земли и внутреннее облучение человека, создаваемое природным калием, на которые практически невозможно влиять. Перечень и порядок освобождения источников излучения от радиационного контроля устанавливается санитарными правилами. Главной целью радиационной безопасности является охрана здоровья населения, включая персонал, от вредного воздействия ионизирующего излучения путем соблюдения основных принципов и норм радиационной безопасности без необоснованных ограничений полезной деятельности при использовании излучения в различных областях хозяйства, в науке и медицине. Основу системы радиационной безопасности, сформулированной в НРБ, составляют современные международные научные рекомендации, опыт стран, достигших высокого уровня радиационной защиты населения, и отечественный опыт. Данные мировой науки показывают, что соблюдение Международных основных норм безопасности, которые легли в основу НРБ, надежно гарантирует безопасность работающих с источниками излучения и всего населения. Ионизирующая радиация при воздействии на организм человека может вызвать два вида эффектов, которые клинической медициной относятся к болезням: детерминированные пороговые эффекты (лучевая болезнь, лучевой дерматит, лучевая катаракта, лучевое бесплодие, аномалии в развитии плода и др.) и стохастические (вероятностные) беспороговые эффекты (злокачественные опухоли, лейкозы, наследственные болезни). Нормы радиационной безопасности относятся только к ионизирующему излучению. В НРБ учтено, что ионизирующее излучение является одним из множества источников риска для здоровья человека, и что риски, связанные с воздействием излучения, не должны соотноситься только с выгодами от его использования, но их следует сопоставлять и с рисками нерадиационного происхождения. Для обеспечения радиационной безопасности при нормальной эксплуатации источников излучения необходимо руководствоваться следующими основными принципами: - не превышение допустимых пределов индивидуальных доз облучения граждан от всех источников излучения (принцип нормирования); 78 - запрещение всех видов деятельности по использованию источников излучения, при которых полученная для человека и общества польза не превышает риск возможного вреда, причиненного дополнительным облучением (принцип обоснования); - поддержание на возможно низком и достижимом уровне с учетом экономических и социальных факторов индивидуальных доз облучения и числа облучаемых лиц при использовании любого источника излучения (принцип оптимизации). Для обоснования расходов на радиационную защиту при реализации принципа оптимизации принимается, что облучение в коллективной эффективной дозе в 1 чел.-Зв приводит к потенциальному ущербу, равному потере 1 чел.-года жизни населения. Величина денежного эквивалента потери 1 чел.-года жизни населения устанавливается методическими указаниями федерального органа госсанэпиднадзора в размере не менее 1 годового душевого национального дохода. Индивидуальный и коллективный пожизненный риск возникновения стохастических эффектов определяется соответственно: , где r, R - индивидуальный и коллективный пожизненный риск соответственно; Е - индивидуальная эффективная доза; pi(Е)dE, - вероятность для i-го индивидуума получить годовую эффективную дозу от Е до E+dE; rЕ - коэффициент пожизненного риска сокращения длительности периода полноценной жизни в среднем на 15 лет на один стохастический эффект (от смертельного рака, серьезных наследственных эффектов и не смертельного рака, приведенного по вреду к последствиям от смертельного рака), равный – таблица 5. Для целей радиационной безопасности при облучении в течение года индивидуальный риск сокращения длительности периода полноценной жизни в результате возникновения тяжелых последствий от детерминированных эффектов консервативно принимается равным: ri,Д = Pi[D > Д], 79 Таблица 5 - Коэффициент пожизненного риска сокращения длительности периода полноценной жизни в среднем на 15 лет на один стохастический эффект для персонала и общего населения Облучаемая группа Коэффициент пожизненного риска -2 При производственном rE = 5,6× 1/чел.-Зв при Е < 200 облучении: мЗв/год; rE = 1,1× 10-1 1/чел.-Зв при Е ≥200 мЗв/год; При населения: облучении rE = 7,3 × мЗв/год; rE = 1,5 × -2 -1 1/чел.-Зв при Е < 200 1/чел.-Зв при Е ≥200 мЗв/год. где Pi[D>Д], - вероятность для i-го индивидуума быть облученным с дозой больше Д при обращении с источником в течение года; Д - пороговая доза для детерминированного эффекта. Потенциальное облучение коллектива из N индивидуумов считается оправданным, если: , где Oc - среднее сокращение длительности периода полноценной жизни в результате возникновения стохастических эффектов, равное 15 лет; Oд - среднее сокращение длительности периода полноценной жизни в результате возникновения тяжелых последствий от детерминированных эффектов, равное 45 лет; ст - денежный эквивалент потери 1 чел.-года жизни населения; V - доход от производства; Р - затраты на основное производство, кроме ущерба от защиты; Y - ущерб от защиты. Снижение риска до возможно низкого уровня (оптимизацию) следует осуществлять с учетом двух обстоятельств: - предел риска регламентирует потенциальное облучение от всех возможных источников излучения. Поэтому для каждого источника излучения при оптимизации устанавливается граница риска; 80 - при снижении риска потенциального облучения существует минимальный уровень риска, ниже которого риск считается пренебрежимо низким и дальнейшее снижение риска нецелесообразно. Предел индивидуального пожизненного риска в условиях нормальной эксплуатации для техногенного облучения в течение года персонала принимается округленно 1,0 10-3, а для населения - 5,0 10-5. Уровень пренебрежимого риска разделяет область оптимизации риска и область безусловно приемлемого риска и составляет 10-6. Основные пределы доз для работников предприятий, связянных с добычей, переработкой, транспортировкой, использованием радиационных источников приведены в таблице 6 в графе персонал (группа А населения), остальное население, не связанное с работой на радиационноопасных объектах отнесены к группе Б и В, дозовые пределы для этих групп населения устанавливаются в десять раз ниже, чем для персонала. Основные пределы доз облучения не включают в себя дозы от природного и медицинского облучения, а также дозы вследствие радиационных аварий. На эти виды облучения устанавливаются специальные ограничения. Исключение составляют пределы доз для персонала, которые включают в себя дозы от природного облучения в производственных условиях. Эффективная доза для персонала не должна превышать за период трудовой деятельности (50 лет) - 1000 мЗв, а для населения за период жизни (70 лет) - 70 мЗв. Методика расчета допустимых уровней облучения приведена в приложении Б. 10.1 Радиационная гигиена Радиационная гигиена (греч. hygienos- полезный для здоровья) раздел гигиены, изучающий влияние ионизирующего излучения на здоровье человека с целью разработки мер радиационной защиты. Радиационная гигиена использует методы гигиены, ядерной физики, радиобиологии, радиотоксикологии, математики и других дисциплин. Успехи теоретических, экспериментальных и прикладных исследований в области радиационной гигиены играют определяющую роль в формировании концепций и принципов регламентации допустимых уровней облучения и разработки радиологических прогнозов развития атомной энергетики. 81 Изучение факторов, определяющих уровни накопления, прочность фиксации радионуклидов в объектах окружающей среды, включая пищевые продукты животного и растительного происхождения, в сочетании с данными об особенностях их миграции по пищевыми цепям позволяет целенаправленно изыскивать методы и способы ограничения поступления этих агентов в организм человека. Для снижения поступления радионуклидов в продукцию растениеводства являются следующие приемы: изменение специализации сельскохозяйственного производства на основе подбора культур с разными коэффициентами накопления радионуклидов в растениеводческой продукции; - применение специальных приемов агротехники, направленных на снижение накопления радионуклидов в урожае и уменьшении эрозии почв: - известкование кислых почв; - применение удобрений; - применение средств защиты растений от вредителей, болезней и сорняков; - регулирование водного режима почвы. Снижение загрязнения продукции животноводства - молока, мяса цезием-137 и строницием-90 обеспечивается соблюдением норм (параметров) допустимых уровней содержания радионуклидов в сельскохозяйственном сырье и кормах. Для снижения поступления радионуклидов в организм человека с продуктами питания рекомендуется выполнять следующие санитарно-гигиенические требования в районах с возможным содержанием радионуклидов в окружающей среде: - тщательно мыть овощи и фрукты; - снимать с них кожуру или верхние листья; - овощи предварительно замачивать в воде несколько часов; - вымачивать мясо в течение 2-4 часов в 10% ном растворе поваренной соли; - не использовать в пищу: кости, внутренности, головы птицы, рыбы; - исключать из меню мясокостные бульоны или употреблять «вторичные» бульоны; - употреблять в пищу достаточные количества минеральных веществ - конкурентов радионуклидов цезия-137 и строниция-90: калия, фосфора и кальция (калийсодержащие - картофель, горох, фасоль, томаты, капуста, черная смородина, редька, овсяная и 82 пшенная крупы; кальций и фосфорсодержащие - молочные продукты, гречневая крупа, хлеб ржаной и др.); - перерабатывать молочные продукты на творог, масло, кисломолочные продукты, что позволяет снизить содержание радионуклидов на 50-80%; - использование засолки и маринования грибов с предварительным их вымачиванием в нескольких водах. Кроме мероприятий санитарно-гигиенического порядка, возможно осуществление биологической и фармакохимической защиты. Противолучевая химическая защита - введение веществ, обладающих радиозащитным эффектом (радиопротекторов) в организм человека незадолго до облучения. Химический метод защиты от радиации основан на том, что некоторые химические соединения «вмешиваются» в ту последовательность реакций, происходящих в облученном организме, ослабляя или прерывая их. Биологическая противолучевая защита заключается в повышении радиорезистентности с помощью лекарственных средств, усиливающих общую сопротивляемость организма. В отличие от радиопротекторов, они оказывают защитное действие в том случае, когда вводятся многократно. К числу наиболее эффективных относятся препараты из группы адаптогенов (экстракты и настойки элеутерококка, женьшения. лимонника и др.), витамины, гормоны, витаминно-аминокислотные комплексы, некоторые микроэлементы и минеральные вещества. Особая роль отводится веществамантиокислителям, участвующим в обезвреживании «свободных радикалов», таким как витамины А, С, Е, препараты, содержащие селен. В случае внутреннего облучения применяются вещества, сорбирующие радионуклиды (пектинсодержащие препараты), образующие с ними выводимые комплексы биофлавоноиды) или позволяющие заместить собой радионуклид(йодид калия вместо йода131). Правильно сбалансированное питание, регулярное насыщение организма витаминами и минералами, а также здоровый образ жизни является одним из первостепенных и надежных методов повышения радиозащитных свойств организма. 83 Таблица 6 - Основные пределы доз для работников (персонал) связяных с источниками радиации и общего населения Нормируемые величины1 Эффективная доза Пределы доз Персонал (группа А)2 Общее население 20 мЗв в год в среднем 1 мЗв в год в среднем за любые за любые последовательные 5 последовательные 5 лет, но не более 50 лет, но не более 5 мЗв мЗв в год в год Эквивалентная доза за год в хрусталике глаза3 150 мЗв 15 мЗв Коже4 500 мЗв 50 мЗв кистях и стопах 500 мЗв 50 мЗв Примечания: 1 Допускается одновременное облучение до указанных пределов по всем нормируемым величинам. 2 Основные пределы доз, как и все остальные допустимые уровни облучения персонала группы Б равны 1/4 значений для персонала группы А. Далее в тексте все нормативные значения для категории персонал приводятся только для группы А. 3 Относится к дозе на глубине 300 мг/см2. 4 Относится к среднему по площади в 1 см2 значению в базальном слое кожи толщиной 5 мг/см2 под покровным слоем толщиной 5 мг/см2 . На ладонях толщина покровного слоя - 40 мг/см2. Указанным пределом допускается облучение всей кожи человека при условии, что в пределах усредненного облучения любого 1 см2 площади кожи этот предел не будет превышен. Предел дозы при облучении кожи лица обеспечивает не превышение предела дозы на хрусталик от бетачастиц. 84 Заключение Радиационные явления пронизывают всю биосферу, Землю, Космос. В любом организме, содержатся радиоактивные вещества и, вероятно, они оказывают определенное влияние на жизненные процессы. Пристальное внимание радиационному влиянию на живые организмы было уделено в связи с созданием ядерного оружия и многочисленными случаями облучения, особенно после применения ядерных боезапасов в Японии. Основные закономерности радиационных процессов исследованы, однако и в этой области имеются белые пятна. При проведении экологического мониторинга обязательны радиационные исследования, так как ионизирующее излучение, особенно после глобального техногенного загрязнения, является величиной непостоянной и, в то же время, оказывающей воздействие на живые объекты в незначительных количествах. Ориентиром безопасных уровней ионизирующих излучений служат пределы доз установленные нормами радиационной безопасности, соблюдение которых обеспечивает безвредность радиационных источников для здоровья человека. 85 Литература Основная 1 Пивоваров Ю.П., Михалев В.П. Радиационная экология. — М. : Академия, 2004. — 437 с. 2 Радиация: Дозы, эффект, риск. — М. : Мир, 1988. — 79 с. 3 Экология и безопасность жизнедеятельности. — М. : ЮНИТИ-ДАНА. 2002. — 447 с. Дополнительная 4 Бодровский В.А., Бурсиан Э.В. Общая физика. — М. : Владос, 2001. — 295 с. 5 Войткевич Г.В. Радиоактивность в истории Земли. — М. : Наука, 1970. — 168 с. 6 Ильин Л.А., Кириллов В. Ф., Коренков И. П. Радиационная гигиена. — М. : Медицина, 1999. — 364 с. 7 Кузин А.М. Природный радиоактивный фон и его значение для биосферы Земли. М. : Наука, 1991. — 376 с. 8 Максимов М.Т., Оджагов Г.О. Радиоактивные загрязнения и их измерение. — М. : Энергоатомиздат, 1989. — 304 с. 9 Моисеев А.А., Иванов В.И. Справочник по дозиметрии и радиационной гигиене. — М. : Энергоатомиздат, 1990. — 252 с. 10 Николайкин Н. И. и др. Экология. — М. : Дрофа, 2003. — 624 с. 11 Платонов А.П., Платонов В.А. Основы общей и инженерной экологии. — Ростов-на-Дону: Феникс, 2002. — 350 с. 12 Сивинцев Ю.В. Насколько опасно облучение. — М. : ИздАТ, 1991. — 89 с. 13 Сивухин Д. В. Атомная и ядерная физика. — М. : 2002. — 782 с. 14 Черных Н.А. Экологический мониторинг токсикантов в биосфере. — М. : РУДН, 2003. — 432 с. 86 Приложение А (информационное) Характерные значения дозы облучения населения В приложении приведены некоторые характерные величины доз, получаемых человеком. Значения приведены в зивертах, в скобках даны значения в бэрах, напомним, что 1Зв=100бэр, 1 мЗв одна тысячная доля зиверта, а 1 мбэр – одна тысячная доля бэр; 20 мЗв (2,0 бэр) – доза космического облучения пассажира гражданского самолета, которую он получает за время перелета в одну сторону из Астаны в Москву; 10 мбэр – одно медицинское обследование грудной клетки с использованием современного флюорографического оборудования; 10 - 40 мбэр – средняя доза, полученная среднестатистическим жителем, проживающем в зоне влияния ПО «Маяк» от всех факторов внешнего и внутреннего техногенного облучения за 1995 год. 30 мбэр – среднегодовая доза облучения, обусловленная космическим излучением на равнинной части территории; 60-80 мбэр – среднегодовая доза облучения, обусловленная космическим излучением для людей, живущих в горной местности; 80 мбэр – средняя годовая доза для граждан США от искусственных источников радиоактивного излучения; 160 мбэр – средняя годовая доза, получаемая экипажами гражданских самолетов от космического излучения; 300 мбэр – средняя годовая доза населения от всех источников естественного радиоактивного облучения; 500 мбэр – предельно допустимая годовая доза облучения для ограниченной части населения; 5000 мбэр – предельно допустимая годовая доза облучения для персонала работников атомной промышленности. 87 Приложение Б (обязательное) Методика расчета допустимых уровней облучения Допустимые уровни облучения - уровни воздействия ионизирующих излучений на человека, при которых исключено возникновение не стохастических (ближайших) последствий облучения организма, а риск отдаленных сомато - стохастических (злокачественных новообразований) и генетических последствий минимален. Допустимые пределы воздействия ионизирующих излучении на человека в СССР были регламентированы «Нормами радиационной безопасности 69» (НРБ - 69), затем (НРБ - 76) и (НРБ 76/87) и НРБ – 96. В настоящее время действует документ НРБ – 99. Нормы радиационной безопасности и основные санитарные правила являются основными документами, определяющими условия работы с радиоактивными веществами и источниками ионизирующих излучении, определяющими дозовые нагрузки как на обслуживающий персонал, так и на население. В основу отечественной системы радиационно-гигиенического нормирования положены следующие основные принципы; не превышение установленного дозового предела; исключение всякого необоснованного облучения; снижение дозы излучения до возможно низкого уровня. Установлены три категории облучаемых лиц. Категория А - персонал; к ней относятся лица, которые постоянно или временно непосредственно работают с источниками ионизирующих излучений. Категория Б - ограниченная часть населения, непосредственно не работающего с источниками ионизирующих излучений, но по условиям проживания или размещения рабочих мест могущего подвергаться воздействию радиоактивных веществ и других источников ионизирующих излучений, применяемых в учреждении и (или) удаляемых в окружающую среду. Категория В - население страны или области. В реальных условиях различные органы или ткани человека облучаются неодинаково. Особенно это проявляется при попадании радиоактивных веществ внутрь организма, поскольку различные радионуклиды по-разному распределяются по органам и тканям человека. Учитывая эти обстоятельства, а также неодинаковую радиочувствительность различных органов и тканей человека, нормирование радиационного фактора ведется для трех групп критических органов. Критический орган - ткань или часть тела, 88 облучение которого в данных условиях неравномерного облучения может причинить наибольший ущерб здоровью данного лица или потомства. К I группе критических органов относятся гонады и красный костный мозг; ко II группе - мышцы, легкие, щитовидная железа, желудочно-кишечный тракт, хрусталик глаза и другие органы, за исключением относящихся к I и III группам. Ill группа — кожный покрой, костная ткань, кисти рук, предплечья, голени и стопы. В зависимости от группы критических органов в качестве основных дозовых пределов регламентирована предельно допустимая доза (ПДД). Это максимальное значение индивидуальной эквивалентной дозы за календарный год, которая при воздействии в течение 50 лет не вызывает в состоянии здоровья человека неблагоприятных изменений, обнаруживаемых современными методами. При облучении всего тела и для I группы критических органов установлено значение ПДД 50 мЗв (5 бэр) в год. Для II и III групп критических органов ПДД равна 150 и 300 мЗв (15 и 30 бэр) в год соответственно. Поскольку при хроническом облучении в малых дозах биологический эффект обусловлен только суммарной дозой, полученной за много лет, в нормах радиационной безопасности регламентируется только годовая ПДД, т.е. не ограничивается уровень облучения за рабочий день, неделю, квартал. Ограничивается лишь облучение в течение календарного года женщин в возрасте до 40 лет в целях уменьшения вероятности выхода генетических последствий. Облучение области таза и нижней части живота не должно превышать 10 мЗв (1 бэр) за любые 2 мес. Более чем 30-летняя международная практика полностью подтвердила безопасность установления ПДД. При ликвидации последствий радиационного инцидента или аварии допускается однократное облучение за календарный год отдельных работников не превышающее 2 ПДД. Однако такое повышенное облучение должно быть скомпенсировано так, чтобы в течение последующих 5 лет накопленная доза не превышала значение, определенное по формуле: Hi = ПДДiТ. (1) где Hi — максимальная эквивалентная доза, накопленная в i-м критическом органе за время Т (лет) с начала профессиональной деятельности. В исключительных случаях допускается однократное облучение в дозе 5 ПДД. Такое пятикратное превышение ПДД является предельным и допускается 1 раз за всю трудовую деятельность. Это переоблучение должно быть скомпенсировано так, 89 чтобы через 10 лет накопленная доза не превысила значения регламентируемого формулой (1). Для лиц категории Б, к которым относятся не только взрослые, но и дети, а также беременные женщины, установленный предел дозы (ПД) в 10 раз меньше ПДД для категории А и равен 5 мЗв (0,5 бэр) в год при облучении всего тела и I группы критических органов и 15 и 30 мЗв (1,5 и 30 бэр) в год для критических органов II и Ill группы соответственно. Регламентированный уровень облучения для лиц категории Б связан с очень малой степенью риска. Он всего в 5 раз выше среднего естественного радиационного фона излучения 1 мЗв (100 мбэр) в год и даже в 2—3 раза ниже наблюдаемого на земле максимального значения естественного радиационного фона. Облучение всего населения, т.е. лиц категории В не регламентируется. Ограничение облучения населения осуществляется путем нормирования или контроля радиоактивности объектов окружающей среды (воды, воздуха, пищевых продуктов и т. д.). выбросов радиоактивных продуктов с АЭС и объектов атомной промышленности, уровня облучения, обусловленного медицинскими процедурами и техногенным радиационным фоном, а также установленными дозовыми пределами для лиц категорий А и Б. В случае повышенного облучения отдельных контингентов населения в результате радиационной аварии Министерство здравоохранения СССР устанавливает временные допустимые уровни облучения для данного региона и участвует в разработке необходимых организационных мероприятий по обеспеченно безопасности. Отказ от регламентации облучения для категорий В обусловлен тем, что в настоящее время уровни облучения населения крайне низки. Так, средняя и индивидуальная доза на все тело от всех видов используемой атомной энергии составляет менее 1% дозы, обусловленной естественным радиационным фоном. Для оперативного решения практических задач обеспечения радиационной безопасности, осуществления контроля радиационной обстановки, проектирования систем противолучевой защиты устанавливаются следующие допустимые уровни внешнего и внутреннего облучения, которые являются производными от основных дозовых пределов величинами. Для лиц категории А допустимая мощность дозы излучения ДМДА, допустимая плотность потока частиц ДППА, допустимое содержание радионуклида в критическом органе ДСА, предельно допустимое годовое поступление радионуклида через органы дыхания ППП, допустимая концентрация радионуклида в воздухе рабочих помещений ДКА, допустимое 90 загрязнение кожных покровов, спецодежды и рабочих поверхностей ДЗА. Для категории Б - допустимая мощность дозы излучения ДМДБ, допустимая плотность потока частиц ДППБ, предел годового поступления радионуклида через органы дыхания и пищеварения ПГП, допустимая концентрация радионуклида в атмосферном воздухе и в воде ДКБ, допустимое загрязнение кожных покровов, одежды и поверхности ДЗБ. При расчете допустимых уровней внешнего облучения ДМД А и ДППА стандартное время облучения (средняя продолжительность рабочего года) принимается равной 1700 ч. Таким образом, для помещений постоянного пребывания персонала ДМДА равна 29 мкЗв/ч (2,9 мбэр/ч). Это значит, что если в течение всего года мощность дозы на рабочем месте будет равна 29 мкЗв/ч (2,9 мбэр/ч), то индивидуальная годовая доза облучения не превысит ПДД — 50 мЗв (5 бэр). Для лиц категории Б при нахождении в служебных помещениях, на территории учреждения и в пределах санитарнозащитной зоны стандартное время облучения за календарный год принимается равным 2000 ч, поскольку в отличие от лиц категории А у них нет сокращенного дня и дополнительного отпуска. В этом случае ДМДБ равна 2,4 мкЗв/ч (0,24 мбэр/ч) и при нахождении в таких условиях весь рабочий день в течение года не будет превышен ПД 5 мЗв (0,5 бэр). Для населения, проживающего в зоне наблюдения, стандартная продолжительность облучения составляет 8800 ч в год. Соответственно ДМДБ для этих лиц, относящихся к категории Б, равна 0,6 мкЗв/ч (0,06 мбэр/ч). В ряде случаев время пребывания людей в помещениях учреждения или на территории санитарно-защитной зоны может отличаться от стандартного. В этом случае ДМД (мбэр/ч) или (мкЗв/ч) для внешнего облучения всего тела рассчитывается по формулам: (2 и 3) ДМДА = ПДД/t (2) ДМДБ = ПД/t (3), где t - время облучения в течение года в часах. Допустимые уровни внутреннего облучения, к которым относятся ДСА, ПДП и ПГП регламентируют содержание или поступление радионуклидов в организм, при которых доза излучения, создаваемая в критическом органе, не превысит ПДД и ПД для лиц категории А или Б соответственно. ДСА - среднегодовое содержание 91 радионуклида в критическом органе, при котором создаваемая доза облучения составит ПДД - 50 мЗв (5 бэр) в год. Очевидно, что для категории Б допустимое содержание ДСБ в 10 раз меньше. Выведение радионуклида из критического органа происходит в результате минерального обмена и радиоактивного распада. ПДП или ПГП рассчитывают таким образом, чтобы при поступлении радионуклида в организм его среднегодовое содержание в критическом органе не превышало ДСА или ДСБ соответственно. В НРБ регламентировано значение ПДП только через органы дыхания, поскольку в производственных условиях доминирующим является ингаляционный путь поступления радиоактивных веществ. Значения ПГП установлены не только для ингаляционного, но и для перорального пути поступления, поскольку для лиц категории Б возможно попадание радиоактивных веществ в организм не только через органы дыхания, т.к. кроме атмосферного воздуха может произойти загрязнение радиоактивными веществами водоемов, почвы и растительности. Регламентированные ПГП служат основой для установления зон разрывов и допустимых выбросов радиоактивных газов и аэрозолей из труб АЭС и атомных предприятий, а также для установления возможности и масштабов использования загрязненной радионуклидами воды и продуктов питания в случае возникновения такой необходимости. Очевидно, что уровень поступления радиоактивных веществ в организм в первую очередь зависит от их концентрации в воздухе рабочих помещений и объектах окружающей среды, измерить которую значительно проще, чем уровень поступления или содержание их в организме. Поэтому для осуществления оперативного радиационного контроля внутреннего облучения установлена среднегодовая допустимая концентрация радионуклидов в воздухе рабочих помещений ДКА (категория А) и допустимая концентрация ДКБ радионуклидов в атмосферном воздухе и в воде открытых водоемов для ограниченной части населения (категория Б). ПДП = 106ДКА Q, (4) где Q — объем вдыхаемого воздуха (л) за время пребывания в рабочих помещениях. Аналогичным образом связаны между собой ДКБ и ПГП. Среднегодовые значения ДКА и ДКБ рассчитываются для стандартных условий. Принимается, что объем вдыхаемого воздуха персоналом за календарный год (1700 ч) Q = 2,5×106 л. Для категории 92 Б Q = 7,3×106 л в год; исходят из продолжительности возможного облучения 8800 ч в год. Потребляемое взрослым человеком количество воды (включая входящее в пищевые продукты) равно 800 л в год (2,2 л в сутки). ДКБ в воздухе и воде установлены при условии поступления данного радионуклида в организм только с вдыхаемым воздухом и питьевой водой, не учитывая накопление радионуклида на местности, его миграцию по биологическим цепочкам и последующее поступление в организм человека с пищей. В связи с разнообразием районов в различных регионах страны в нормах радиационной безопасности не установлены единые допустимые концентрации радионуклидов ДКБ в пищевых продуктах. В случае необходимости поступление радионуклидов через органы пищеварения регламентируется таким образом, чтобы их суммарное количество, поступающее в организм с питьевой водой, вдыхаемым воздухом и пищевыми продуктами, не превышало ПГП. 93 Приложение В (информационное) Глоссарий Адсорбент - искусственное или природное тело с развитой поверхностью, которая хорошо поглощает (адсорбирует) вещества из газов и растворов, окружающих его. Бэр (rem) – биологический эквивалент рентгена. В литературе встречается: биологический эквивалент рада и биологический эквивалент радиоактивного излучения. ЕРФ – естественный радиационный фон. Гипоксия (от гипо... и лат. oxygenium - кислород) - кислородное голодание, кислородная недостаточность, понижение содержания кислорода в тканях. Гонады (от греч. Gone - порождающее, gonáo - порождаю) половые железы, органы, образующие половые продукты (яйца и сперматозоиды) у животных и человека. Гормезис - положительный эффект хронического облучения в малых дозах. Гуминовые кислоты (от лат. humus - земля, почва) высокомолекулярные аморфные темноокрашенные органические вещества, строение которых окончательно не установлено. Гуминовые кислоты содержатся в торфах (до 50% ), в землистых бурых углях (до 60% ); в плотных бурых и переходных углях содержание их меньше, а в выветрившихся бурых и каменных углях колеблется от нуля до 100% органические массы в зависимости от степени выветривания. В почвах максимальное количество Гуминовые кислоты содержится в чернозёме (до 10%). Образуются при бактериальном разложении отмерших растительных остатков, а также при длительном воздействии кислорода атмосферы или пластовых вод на органические вещества. Диссоциация (от лат. dissociatio - разделение, разъединение) процесс, заключающийся в распаде молекул на несколько более простых частиц - молекул, атомов, радикалов или ионов. Загрязнение радиоактивное - присутствие радиоактивных веществ на поверхности, внутри материала, в воздухе, в теле человека или в другом месте, в количестве, превышающем уровни, установленные нормами радиационной безопасности и основными санитарными правилами. 94 Импактный мониторинг - мониторинг региональных и локальных антропогенных воздействий на окружающую среду в особо опасных зонах и местах. Интоксикация (от лат. in - в, внутрь и греч toxikón - яд) отравление организма образовавшимися в нём самом или поступившим извне токсическими веществами. К поступившим извне (экзогенным) токсинам относятся яды животного, растительного происхождения (бактериальные токсины, змеиный яд и др.) промышленные яды (мышьяк, свинец, бензол и др.), лекарства (при приёме без контроля врача или при индивидуальной непереносимости), боевые отравляющие вещества. К образующимся в самом организме (эндогенным) токсическим продуктам относятся вещества возникающие при тяжёлых заболеваниях печени, почек, нарушении обмена веществ, деятельности желез внутренней секреции; микробные токсины (при инфекционных заболеваниях), а также продукты распада тканей (при злокачественных опухолях, обширных ожогах и др.). Источник радионуклидный закрытый - источник излучения, устройство которого исключает поступление содержащихся в нем радионуклидов в окружающую среду в условиях применения и износа, на которые он рассчитан. Источник радионуклидный открытый - источник излучения, при использовании которого возможно поступление содержащихся в нем радионуклидов в окружающую среду. Лейкопения (от лейко... и греч. penia - бедность) лейкоцитопения, уменьшение абсолютного содержания лейкоцитов в периферической крови. Лимфопения (lymphopenia; лимфо- + греч. penia бедность, недостаток) — пониженное содержание лимфоцитов в крови. Лучевое поражение, радиационное поражение - повреждение от воздействия ионизирующих излучений и некоторых видов неионизирующего электромагнитного излучения (инфракрасного, ультрафиолетового и других), строго локализованное в каком-либо органе, ткани, системе организма. Чаще под лучевым поражением понимают местные повреждения, обусловленные биологическим действием ионизирующих излучений. Распространенние лучевого поражения от ионизирующих излучений, сопровождающееся общими нарушениями организма, определяет развитие лучевой болезни. Канцерогенные вещества (от лат. cancer - рак и греч. genes рождающий, рожденный), бластомогенные вещества, канцерогены, карциногены - химические вещества, способные при воздействии на 95 организм вызывать рак и др. злокачественные опухоли, а также доброкачественные новообразования. Клеточные культуры, культуры тканей - метод длительного сохранения в живом состоянии клеток, тканей, небольших органов или их частей, выделенных из организма человека, животных или растений. Клоногенные клетки – клетки, родоначальники клонов. Клон (от греч. klon — ветвь, побег, отпрыск) - ряд следующих друг за другом поколений наследственно однородных организмом (или отдельных клеток в культурах), образующихся в результате бесполого или вегетативного размножения от одного общего предка. Лизоцим (от греч. lýsis - растворение, распад и zýme - закваска), мурамидаза - фермент класса гидролаз; разрушает стенку бактериальной клетки, в результате чего происходит её растворение (лизис). Митоз (от греч. mítos - нить) - кариокинез, непрямое деление клетки - наиболее распространённый способ воспроизведения (репродукции) клеток, обеспечивающий тождественное распределение генетического материала между дочерними клетками и преемственность хромосом в ряду клеточных поколений. Биологическое значение митоза определяется сочетанием в нём удвоения хромосом путём продольного расщепления их и равномерного распределения между дочерними клетками. МКРЗ – международная комиссия по радиационной защите. Мониторинг (Monitoring, от лат.Monitor) – предостерегающий, в широком смысле - специально организованное, систематическое наблюдение за состоянием объектов, явлений, процессов с целью их оценки, контроля или прогноза. Нейротропный (neurotropic) - растущий в направлении нервной ткани или имеющий сродство к ней. Некробиоз (от греч. nekrós - мёртвый и bíosis - жизнь, образ жизни) - изменения в клетке, предшествующие её смерти. Некробиоз сопряжён с нарушениями обмена веществ, что может приводить к жировому или др. перерождениям клетки. Нефросклероз (от греч. nephrós — почка и склероз) - поражение почек с разрастанием соединительной ткани. НКДАР – научный комитет ООН по действию атомной радиации. Облучение - воздействие на человека ионизирующего излучения. 96 Объект радиационный - организация, где осуществляется обращение с техногенными источниками ионизирующего излучения. Пикноз ядра - сморщивание клеточного ядра; один из этапов некробиоза. Поглощенная доза (D) – отношение средней энергии dW, переданной ионизирующим излучением веществу в элементарном объеме, к массе dm вещества в этом объеме: D = dW/dm. Предел дозы (ПД) - величина годовой эффективной или эквивалентной дозы техногенного облучения, которая не должна превышаться в условиях нормальной работы. Соблюдение предела годовой дозы предотвращает возникновение детерминированных эффектов, а вероятность стохастических эффектов сохраняется при этом на приемлемом уровне. Предел годового поступления (ПГП) - допустимый уровень поступления данного радионуклида в организм в течение года, который при монофакторном воздействии приводит к облучению условного человека ожидаемой дозой, равной соответствующему пределу годовой дозы. Рад – несистемная единица поглощенной дозы. От «radiation absorbed dose». Радиационная безопасность населения состояние защищенности настоящего и будущих поколений людей от вредного для их здоровья воздействия ионизирующего излучения. Pадиоpезистентность (от радио...и лат. resisto - противостою, сопротивляюсь) - устойчивость биологических объектов к ионизирующим излучениям. Регенерация (от позднелат. regeneratio - возрождение, возобновление) - восстановление организмом утраченных или поврежденных органов и тканей, а также восстановление целого организма из его части. Регенерация наблюдается в естественных условиях, а также может быть вызвана экспериментально Риск радиационный - вероятность возникновения у человека или его потомства какого-либо вредного эффекта в результате облучения. Свободный радикал - кинетически независимые частицы, характеризующиеся наличием не спаренных электронов. Симптоматические средства – средства, применяемые для лечения проявлений болезни (симптомов) без целенаправленного воздействия на основную причину и механизмы её развития. Сорбция (от лат. sorbeo - поглощаю) - поглощение твёрдым телом или жидкостью вещества из окружающей среды. 97 Стохастический процесс (вероятностный или случайный) процесс (т. е. изменение во времени состояния некоторой системы), течение которого может быть различным в зависимости от случая и для которого определена вероятность того или иного его течения. Тератогенное - вызывающая нарушение развития. Фагоцитоз - процесс активного захватывания и поглощения живых и неживых частиц одноклеточными организмами или особыми клетками (фагоцитами) многоклеточных животных организмов. Фибробласты (от лат. fibra - волокно и греч. blastós - зародыш, росток) - основная клеточная форма соединительной ткани организма позвоночных животных и человека. Фибробласты вырабатывают волокна и основное и основное вещество соединительной ткани. Фульвокислоты – высокомолекулярные водорастворимые азотсодержащие органические кислоты. Светлоокрашенная часть гумусовых кислот. Цирроз (от греч. kirrós - рыжий, лимонно-жёлтый) - рубцовое сморщивание и деформация органа в связи с инфекционными заболеваниями, интоксикациями, нарушениями обмена веществ и др. причинами. Циррозу подвержены главным образом паренхиматозные органы - печень, которая приобретает при этом желтоватый оттенок (отсюда название), почки (нефроцирроз), лёгкие (пневмоцирроз) и др. Эквивалентная доза (Н) – произведение поглощенной дозы D на средний коэффициент качества ионизирующего излучения k, в данном объеме биологической ткани стандартного состава: Н = kD. Единица эквивалентной дозы в СИ – зиверт (Зв). Зиверт – единица эквивалентной дозы в биологической ткани, которая создает такой биологический эффект, как и поглощенная доза в 1 Гр рентгеновского или гамма-излучения. Экспозиционная доза (Х) – качественная характеристика фотонного излучения, которая основана на его ионизирующем действии в сухом атмосферном воздухе и представляет собой отношение суммарного заряда dQ всех ионов одного знака, созданных в воздухе, когда все электроны и позитроны, освобождаемые фотонами в элементарном объеме воздуха с массой dm, полностью остановились в воздухе, к массе воздуха в указанном объеме: X = dQ/dm. Единица экспозиционной дозы в СИ – кулон на килограмм (Кл/кг). Экспозиционную дозу облучения используют для оценки радиационной обстановки на местности, в рабочем или жилом помещении, обусловленной воздействием рентгеновского или гаммаизлучения. 98 Эффективная доза (Е) - величина, используемая как мера риска возникновения отдаленных последствий облучения всего тела человека и отдельных его органов и тканей с учетом их радиочувствительности. Она представляет сумму произведений эквивалентной дозы в органах и тканях на соответствующие взвешивающие коэффициенты где HT - эквивалентная доза в органе или ткани T, а WT взвешивающий коэффициент для органа или ткани T. Единица эффективной дозы - зиверт (Зв). Эндотелий (от эндо и греч. thele - сосок) - специализированные клетки животных и человека, выстилающие внутреннюю поверхность кровеносных и лимфатических сосудов, а также полостей сердца. Эффекты излучения детерминированные - клинически выявляемые вредные биологические эффекты, вызванные ионизирующим излучением, в отношении которых предполагается существование порога, ниже которого эффект отсутствует, а выше тяжесть эффекта зависит от дозы. Эффекты излучения стохастические - вредные биологические эффекты, вызванные ионизирующим излучением, не имеющие дозового порога возникновения, вероятность возникновения которых пропорциональна дозе и для которых тяжесть проявления не зависит от дозы. In vitro – в переживающей системе. NPK – азот, фосфор, калий – основные удобрения в агрономии. 99 Содержание 1 1.1 1.2 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 3 3.1 3.2 4 5 5.1 5.2 6 7 8 8.1 8.2 9 9.1 10 Введение.................................................................................... 3 Ионизирующее действие радиационных излучений… …..3 Ионизация в газе и жидкости.................................................. 5 Ионизация в твёрдом теле ....................................................... 7 Действие ионизирующих излучений на живые объекты ..... 8 Действие ионизирующих излучений на микроорганизмы 14 Действие ионизирующих излучений на растения .............. 16 Действие ионизирующих излучений на беспозвоночных . 17 Действие ионизирующих излучений на позвоночных....... 18 Действие ионизирующих излучений на человека .............. 19 Сравнительные величины радиочувствительности ........... 25 Действие ионизирующих излучений в зависимости от дозы и мощности дозы ......................................................... 32 Действие малых доз ионизирующих излучений ............... 33 Действие больших доз ионизирующих излучений .......... 38 Защита от ионизирующего воздействия ............................. 39 Радиоактивное излучение в природе .................................. 42 Естественный радиационный фон ....................................... 43 Антропогенные источники ионизирующего излучения .. 48 Радиационное действие на экосистемы ............................. 50 Радиоактивное загрязнение биосферы .............................. 56 Радиационный мониторинг ................................................. 58 Радиационная разведка ........................................................ 65 Биотестирование радиоактивных загрязнений ................. 66 Радиационная безопасность ................................................ 71 Принципы, методы и средства защиты от радиации .... 73 Нормы радиационной безопасности .................................. 77 Заключение ........................................................................... 85 Литература ............................................................................ 86 Приложение А ..................................................................... 87 Приложение Б ...................................................................... 88 Приложение В ..................................................................... 94 100
