Ионизирующее излучение как фактор окружающей среды и

Ионизирующее излучение как фактор
окружающей среды и производственная
вредность. Проблема загрязнения
окружающей среды радионуклидами.
Гигиеническое нормирование ионизирующих
излучений как основа противорадиационной
защиты. Лучевые поражения организма и
условия их возникновения.
Доц. К.А. Пашко
План лекции:
• 1. Вступительная часть.
• 2. Ионизирующие излучения как фактор
окружающей среды, их источники:
природные, техногенно усиленные
природного происхождения, индустриальные.
• 3. Классификация ионизирующих излучений
по их природе и происхождению.
•
Качественные и количественные
характеристики ионизирующих излучений и
радионуклидов, их единицы.
• 4. Биологическое действие ионизирующих
излучений. Современные представления о его
механизмах, условия от которых оно зависит, его
особенности.
• Детерминистические и стохастические эффекты
облучения людей, условия их возникновения,
использование этих знаний в практической
деятельности врачей.
• 5. Радиационная безопасность населения в
местах
его
проживания,
факторы,
ее
определяющие.
• Закономерности
формирования
лучевой
нагрузки населения, её гигиеническая оценка и
пути снижения.
• 6. Биоэтические аспекты влияния радиационного
фактора на человека.
Радиационная гигиена - отрасль гигиенической науки и
санитарной практики, целью которой является обеспечение
безопасности для работающих с источниками ионизирующей
радиации и для населения Украины в целом.
• Задачи радиационной гигиены включают: - Санитарное
законодательство относительно радиационного фактора;
• - Предупредительный и текущий санитарный надзор за
объектами,
которые
используют
источники
ионизирующего излучения;
• - Гигиена и охрана труда персонала, работающего с
источниками ионизирующей радиации и персонала,
работающего в смежных помещениях и на территории
контролируемых зон;
• -Контроль
уровня
радиоактивности
объектов
окружающей среды (атмосферного воздуха, воздуха
рабочей зоны, воды водоемов, питьевой воды, пищевых
продуктов, почвы и др.);
• - контроль за сбором, хранением, удалением и
обезвреживанием радиоактивных отходов или их
погребением.
.
Особенности ионизирующего
излучения
• Оно имеет высокую энергию
• Вызывает изменения в биологической
структуре клеток, которые могут
привести к их гибели
• На него не реагируют органы чувств
человека, что делает их особенно
опасными
Природные и искусственные (антропогенные)
источники ионизирующего излучения.
На него не реагируют органы
чувств человека
Техногенно-усиленный источник
естественного происхождения (ТУИЕП)
• источник ионизирующего излучения
природного происхождения, который в
результате
хозяйственной
и
производственной
деятельности
человека
был
подвергнут
концентрированию или увеличилась его
доступность, вследствие чего возникло
дополнительное
(к
природному
радиационному фону) излучение.
(ТУИЕП)Газо- и
нефтетрубопроводы
• Индустриальный источник ионизирующего излучения
искусственного или природного происхождения,
который
целенаправленно
используется
в
производственной, научной, медицинской и других
сферах с целью получения материальной или иной
выгоды. Искусственными источниками ионизирующих
излучений являются объекты по производству
ядерного топлива, ядерные реакторы, ядерные
установки
для
производства
энергии,
исследовательские
реакторы,
ускорители
заряженных частиц, рентгеновские
установки,
искусственные радиоактивные изотопы, предприятия
и учреждения по обогащению ядерных материалов, а
также учреждения по переработке отработанного
ядерного топлива и хранилища отработанного
топлива,
приборы
средств
связи
высокого
напряжения, а также ядерные взрывы и др.
Завод по производству ядерного
топлива
Ядерные реакторы
Элемент с твердым ядерным топливом
для реакторов ВВЭР-1000
Завод по изготовлению искусственных
радиоактивных изотопов йода
Рентгеновские установки
Гамма-излучение (g) - это электромагнитное (фотонное)
излучение, которое возникает при возбуждении ядер атомов
или элементарных частиц. Длина волны 10-10 м.
Рентгеновское излучение
Корпускулярные (обобщенное название мелких частиц
материи-электронов, фотонов и др.) виды
ионизирующего излучения:
• Альфа (α)-излучение - ионизирующее излучение,
состоящее из α-частиц (ядер гелия-4), которые образуются
при ядерных превращениях (радиоактивном распаде) и
оставляют ядра радиоактивных изотопов, двигаясь со
скоростью близкой к 20000 км / с.
•
•
•
Бета-излучение (b-излучение) - корпускулярное электронное или позитронное
ионизирующее излучение, возникающее при преобразованиях ядер или
нестабильных частиц (например, нейтронов) или при бета - распаде
радиоактивных изотопов.
Электрон - химически активная составляющая атома, где она связана с
электроположительным ядром силами электростатического притяжения.
Масса покоя электрона равна 9,11 х10 - 28 г, то есть в 1837,14 раз меньше
массы атома водород. Время его жизни превышает 1026 .
Позитрон обозначается e+ и имеет одинаковые с электроном характеристики,
может образоваться при бета+ распаде ядра, при котором один из протонов
превращается в нейтрон. При столкновении две античастицы: позитрон и
электрон аннигилируют, порождая два гамма - кванты.
Нейтронное излучение - это потоки нейтронов и протонов,
возникающе при ядерных реакциях, их действие зависит от
энергии этих частиц
При нейтронном распаде атома высвобождаются электрон, протон и
антинейтрино (антинейтрино-символ ν, нейтральная элементарная частица с
нулевой массой, является античастицей по отношению к нейтрино), но
иногда излучается и фотон.
К качественным характеристикам ионизирующего излучения
относят: - энергию излучения (Дж, эВ) - проникающую
способность (м, см, мм) - ионизирующую способность.
• энергия излучения, которая в системе Si измеряется в джоулях
(Дж). (Джоуль от англ. Joule; обозначение: Дж, J, единица
измерения работы и энергии в системе СИ. Джоуль равен
работе, которая выполняется при перемещении материальной
точки, к которой приложена сила в 1 ньютон на расстояние 1
метр в направлении действия силы, Н м или м2 · кг/с2. Ньютон
определяется как сила, которая придает телу массой 1 кг
ускорение 1м/с ². 1Н=1кг.м/c2. Это энергия, необходимая для
поднятия температуры 1 дм3 дистиллированной воды на 1 °С).
Внесистемная практическая единица - электрон-вольт (эВ) - это
энергия, которую приобретает электрон в электростатическом
поле с разностью потенциалов 1В. Эта единица очень мала,
поэтому пользуются производными: килоэлектрон-вольт (кэВ) ,
мегаэлектрон - вольт(МэВ).
• 1 Дж=1 кг · м ² / с ²=1 Н · м=1 Вт · с . 1 Дж≈6,2415 × 1018 эВ.
Проникающая способность (длина пробега) расстояние, которое ионизирующее излучение
проходит в среде, с которым взаимодействует (в м, см,
мм, мкм).
бумага
алюминий
свинец
Проникающая способность всех видов ионизирующего излучения
зависит от их энергии
.
Ионизирующая способность-количество пар ионов,
которые образуются на всей длине пробега частицы или
кванта в единице объема, массы или длины трека.
• Ионизация - образование положительных и
отрицательных ионов и свободных электронов из
электрически нейтральных атомов и молекул. Может
осуществляться путем отрыва от атома, входящего в
состав молекулярной частицы одного или нескольких
электронов с образованием иона или за счет
перехода электрона (электронов) от одной частицы к
другой с приобретением ими зарядов.
• Ионизирующая
способность
радиоактивного
излучения зависит от его типа и энергии, а также от
свойства ионизирующего вещества и оценивается
удельной
ионизацией,
которая
измеряется
количеством ионов этого вещества, образуемых
излучением на длине пробега в 1 см.
Ионизирующие частицы
Количественные характеристики
ионизирующего излучения: - Экспозиционная
доза (характеризует ионизирующий эффект
рентген - и гамма-излучения)
-Поглощенная доза;
- Эквивалентная доза;
- Плотность потока частиц (для
корпускулярных излучений).
• Чтобы уяснить эти понятия надо
вернуться к природе радиоактивности.
• Атом состоит из атомного ядра и
электронного облака, окружающего его.
Схематическое изображение планетарной модели
атома, предложенной Резерфордом
Електрон, володіючи властивостями хвилі, рухається по
всьому об‘єму, утворюючи електронну хмару, яка для
електронів, що знаходяться в одному атомі, може мати
різну форму, щільність цієї електронної хмари в тій або
іншій частині атомного об'єму неоднакова
Радионуклид - радиоактивный атом с
определенным массовым числом и зарядом
(атомным номером).
• Ядра с одинаковым числом протонов и разным
числом нейтронов, которые идентичны по
химическим свойствам, но различные по массе
атомов и некоторым физическим свойствам, по
предложению английского ученого Ф. Содди,
стали называть изотопами. Лишь небольшая часть
нуклидов стабильные. В большинстве случаев
ядерные
силы
являются
неспособными
обеспечить их постоянную целостность и ядра
рано или поздно распадаются. Это явление
получило название радиоактивность.
Радиоактивность радиоактивного вещества (А) спонтанное превращение атомных ядер одних
элементов в ядра других элементов за единицу
времени, сопровождается ионизирующим излучением.
• Она пропорциональна количеству радиоактивного
вещества и обратно пропорциональна периоду
полураспада
веществ,
т.е.
характеризует
интенсивность радиоактивного излучения источника
(степень опасности). Например, излучение радия
является результатом его превращения в другие
элементы в результате цепной реакции урана -238 в
стабильный нуклид свинца -206.
• Уран -238 → Торий - 234 → Протактиний - 234 →
Уран - 234 → Свинец -206
• На
каждом
этапе
такого
преобразования
высвобождается энергия, которая затем передается
в виде ионизирующего излучения. Известно четыре
типа радиоактивности: альфа - распад, бета-распад,
спонтанное деление атомных ядер, протонная
радиоактивность.
При преобразовании высвобождается энергия,
которая затем передается в виде ионизирующего
излучения.
Единицы радиоактивности
В системе СИ: Бекерель.1 Бк = 1 ядерному
распаду в секунду. В связи с тем, что
единица беккерель (Бк) очень мала,
пользуются производными - килобеккерель
(кБк), мегабеккерель (МБк).
Внесистемная единица - кюри (Ки) - это такое
количество радиоактивного вещества, в
которой осуществляется 37 млрд распадов
ядер атомов в секунду, т.е. 1 Ки = 3,7 · 1010
расп / сек. На практике для оценки
активности используют тысячные доли
кюри - милликюри (мКи), и миллионные
доли
кюри
микрокюри
(мкКи).
Степень воздействия ионизирующего излучения в любой
среде зависит от энергии излучения и оценивается дозой
ионизирующего излучения
• - Экспозиционная доза ( только для фотонного излучения с
энергией 1 кэВ - 3 МэВ ) характеризует ионизирующий эффект
для воздуха рентген - и гамма - излучения. Экспозиционной
дозой Х называют полный заряд dQ всех ионов одного знака,
образующихся в воздухе при полном торможении всех
вторичных электронов и позитронов, которые были образованы
фотонами в малом объеме воздуха массой dm и полностью
остановились, что разделен на массу воздуха dm в этом объеме
• Системная единица - кулон на 1 кг (Кл/кг) и внесистемная рентген (Р). Кл/кг-все электроны и позитроны, что
освобождены фотонами в объеме воздуха массой 1 кг, создают
ионы, несущие электрический заряд 1 Кл каждого заряда.
• 1 Кл / кг = 3876 Р , 1 Р = 2,57976 × 10-4 Кл / кг .
Доза ионизирующего излучения
Когда ионизирующее
излучение проходит
через вещество, то на
него оказывает
воздействие только
та часть энергии
излучения, которая
передается веществу
и поглощается им.
Порция энергии,
переданная
излучением
веществу,
называется
дозой.
-Поглощенная
доза
Количество
энергии
ионизирующего излучения, которая поглощается
единицей массы облучаемой среды.
• Единицей измерения поглощенной дозы в
системе СИ является грей (Гр). Грей поглощенная доза облучения, равная
энергии 1 джоуль, поглощенной в 1 кг
среды: 1 Грей = 1 Дж / кг.
• Внесистемная
(устаревшая)
единица
поглощенной дозы - рад (rad - radiation
absorbet dose). 1 рад = 0,01 Грей = 100 эрг
энергии на 1 г массы среды.
Поглощенная доза
Эквивалентная доза (Н) - доза любого вида ионизирующего
излучения, которая вызывает такой же биологический эффект, как
стандартное рентгеновское излучение с энергиею 200 КэВ.
• Эквивалентная доза соответствует поглощенной дозе
в 1 Дж/​​кг (для рентгеновского, гамма - и бета излучения). Для расчета эквивалентной дозы
используют радиационный взвешивающий фактор
(WR) - коэффициен , учитывающий относительную
биологическую эффективность различных видов
ионизирующих излучений. Для биологической ткани
эквивалентная доза измеряется в системной единице зиверт (Зв) и в внесистемной - бэрах (бэр биологический эквивалент рада). Зиверт (Зв) - это
доза любого вида ионизирующего излучения,
создающая такой же биологический эффект, как один
грей стандартного рентгеновского излучения (с
энергией 200 кэВ). Производные единицы миллизиверт ( мЗв), микрозиверт (мкЗв)
Биологическое действие
ионизирующих излучений
• проявляется в виде первичных физикохимических процессов, которые возникают в
молекулах живых клеток и субстрата,
окружающего их, и в виде нарушения
функций целого организма как следствие
первичных процессов.
•
Первичные процессы, возникающие после
облучения биологической ткани, имеют
несколько
стадий
различной
продолжительности: физическую - 10-13 с,
физико-химическую - 10-15 с, химическую - 10
-6 с.
Побочное (косвенное) действие излучения через
продукты радиолиза воды (организм человека имеет до
65% воды, она составляет основную массу -до 90 %
вещества в клетках).
• Считают, что 50 % поглощенной дозы в клетке
приходится на воду, а остальные 50 % - на ее
органоиды и растворенные вещества, поэтому
первичные процессы во многом определяются
поглощением излучения водой клеток, которая под
действием ионизирующего излучения разлагается на
водород Н и гидроксильную группу ОН-. В
дальнейшем проходят цепные каталитические
реакции (в основном окисление этими радикалами
молекул белка). Непосредственно или через цепь
вторичных превращений образуются продукты с
высокой химической активностью - гидропероксид (
НО 2 ) и перекись водорода ( Н2О2). Эти соединения
вступают
во
взаимодействие
с
молекулами
органического
вещества
ткани,
окисляют
и
разрушают ее .
Прямое действие ионизирующего излучения может вызвать
расщепление молекул белка, разрыв наименее прочных
связей, отрыв радикалов и другие процессы.
Детерминистические эффекты
(все будущие события предопределены прошлыми и нынешними
воздействиями на организм ионизирующего излучения) - это
эффекты воздействия ионизирующего излучения, проявляющиеся
только при превышении определенного дозового порога, тяжесть
последствий их зависит от величины полученной дозы (острая
лучевая болезнь, лучевые ожоги и др.). Тяжесть поражения
организма определяется величиной дозы облучения.
Доза облучения 1-2 Грея - легкая (1) степень острой лучевой
болезни (ОЛБ), доза 2-4 Грея - средняя (II) степень, 4-6 Грея тяжелая (III) степень, 6-10 Грея - крайне тяжелая (IV) степень.
Прогноз от благоприятного до неблагоприятного. При дозах
облучения,
выше
10
Грей,
прогноз
ОЛБ
абсолютно
неблагоприятный, все больные погибают в различные сроки после
облучения. Большие дозы облучения, растянутые во времени,
вызывают существенно меньшие поражения, чем те же дозы, но
полученные за короткий срок. Различные виды облучения также
действуют в зависимости от их способности вызывать ионизацию.
Острая лучевая болезнь
Лучевой ожог
Стохастические эффекты
(последствия которых - события - есть недетерминироваными, их
результат
невозможно
предсказать.
Они
статистически
устойчивые).
Это
беспороговые
эффекты
воздействия
ионизирующего излучения, вероятность возникновения которых
существует при любых его дозах и возрастает с увеличением дозы,
тогда как относительная тяжесть их проявления от дозы не
зависит. До этих эффектов относятся злокачественные
новообразования (соматические стохастические эффекты) и
генетические
изменения,
которые
передаются
потомкам
(наследственные эффекты).
Это отдаленные последствия облучения. Злокачественные
опухоли появляются через годы или десятилетия после облучения,
а генетические эффекты - в последующих поколениях.
Соматические стохастические эффекты-лейкозы. На каждый рад
облучения всего тела сверх нормы следует ожидать 20 случаев
заболеваний лейкозом и 40 - другими злокачественными
новообразованиями на 1 млн населения. От каждой дозы
облучения в 1 Гр два человека с 1000 заболеют лейкозом.
Злокачественные опухоли кожи,
сосудов(ангиосаркома), внутренних органов
Лейкоз. Картина крови
Генетические нарушения
Вади розвитку
Депонирование радиоактивных веществ в организме
Противорадиационная защита
• это
совокупность
нормативно-правовых,
проектно-конструкторских,
медицинских,
технических и организационных мероприятий,
обеспечивающих радиационную безопасность.
• ПОСТАНОВЛЕНИЕМ Главного государственного
санитарного врача УКРАИНЫ-ПЕРВОГО ЗАМЕСТИТЕЛЯ
МИНИСТРА ЗДРАВООХРАНЕНИЯ УКРАИНЫ от 01.12.97
№62 введены в действие с 01.01.98 Государственные гигиенические нормативы "Нормы
радиационной безопасности Украины (НРБУ -97) "
Ответственность за виполнение
НРБУ-97 возлагается на
физических
и
юридических
лиц,
независимо от форм собственнности и
подчинённости, которые изготовляют,
перерабатывают,
используют,
сохраняют,
транспортируют,
захоранивают,
уничтожают
или
утилизируют источники ионизирующего
излучения, а также проектируют работы
с ним.
НРБУ-97
• Эти нормы включают систему
принципов, критериев, нормативов и
правил, выполнение которых
является обязательной нормой в
политике государства относительно
обеспечения противорадиационной
защиты человека и радиационной
безопасности.
Нормами радиационной безопасности
устанавливаются следующие категории
облучаемых:
Категория А
(персонал)
Категория Б (персонал) Категория В
лица,
которые все
лица,
постоянно или непосредственно не заняты населен
работой
с
источниками
временно
ионизирующих излучений, но в ие.
работают
непосредствен
но
с
источниками
ионизирующих
излучения
ний
связи с расположения рабочих
мест в помещениях и на
промышленных
площадках
объектов
с
радиационноядерным технологиями могут
получать
дополнительное
облучение.
Медицинское облучение
• - Это облучение - пациентов, вследствие
медицинских обследований или лечения
добровольцев.
• Медицинское облучение направлено только
на достижение очевидной пользы для
конкретного
человека
(пациента)
или
общества в виде получения необходимой
диагностической или научной информации,
или терапевтического эффекта.
Рентгенография
Флюорография
Компьютерная 3D рентгенография зубов
В структуре рентгенографических
исследований
• главное место занимают исследования
органов грудной клетки и дентальная
рентгенография. Часть их составляет,
соответственно, 60 і 51,2 исследование
на 1000 человек и поступается только
флюорографическим
исследованиям
органов грудной клетки.
• При проведении профилактического
обследования
населения
годовая
еффективная
доза
не
должна
превишать 1 мЗв.
Дентальная рентгенография
Доза
индивидуального
персонала объєктов
облучения
• Не должна превишать 20 милизивертов
еффективной дозы облучения в год,
допускается её увеличение до 50
милизивертов
при
условии,
что
среднегодовая доза облучения на
протяженнии 5 лет подряд не превысит
20 милизивертов
• (1милизиверт=0,1 бэра)
Радиационная безопасность
обслуживающего медицинского
персонала
Радиационная безопасность
обслуживающего персонала радиационных
объектов
Годовые лимиты дозы
Годовые
лимиты дозы
облучения, мЗв
Эффективное
Категории облучаемых
А(а,б)
Б(а)
В(а)
20(в)
2
1
Эквивалентное
внешнего
облучения
Для
кристаллика
глаза
150
15
15
Кожи
500
500
50
50
50
-
Кистей и стоп
Биоэтические аспекты влияния
радиационного фактора на человека
•
Закон Украины «Про защиту человека от
влияния ионизирующего излучения» (1998
г.) ст. 17. «Обеспечение защиты человека
во
время
лечения
и
проведения
медицинской
диагностики»
от
медицинских работников требуется, что
использование в медицинской практике
любых
источников
ионизирующего
иэлучения
должно
производится
с
объязательным использованием средств
индивидуальной защиты и контроля доз
облучения пациентов.
Спасибо за внимание!