3.6.2. Особливості взаємодії різних видів випромінювання з біологічними об'єктами
За останні десятиліття людина створила кілька сотень штучних радіонуклідів і навчилася використовувати енергію атома для самих різноманітних цілей: у медицині, для створення ядерної зброї, для виробництва електроенергії, виявлення пожеж, для пошуку корисних копалин, розвитку перспективних новітніх радіаційних технологій. Усе це приводить до збільшення дози опромінення як окремих людей, так і населення Землі в цілому.
У цьому зв'язку впливу іонізуючих випромінювань на живі організми присвячені численні дослідження, результати яких показані в численних статтях, працях симпозіумів, підручниках, методичних й навчальних посібниках.
Різні види випромінювань супроводжуються вивільненням різної кількості енергії і мають різну проникаючу здатність, тому вони здійснюють неоднакові впливи на тканини живого організму. Альфа -випромінювання, яке складається з нейтронів і протонів, практично не проникає через зовнішній шар шкіри, утворений відмерлими клітками. Тому воно не створює небезпеки доти, поки радіоактивні речовини, що випромінюють -частинки, не потрапляють всередину організму через відкриту рану, з їжею або з повітрям; тоді вони стають надзвичайно небезпечними.
Бета-випромінювання має більшу проникаючу здатність: воно проходить у тканини організму на глибину один - два сантиметри. Проникаюча здатність гамма-випромінювання, яке поширюється зі швидкістю світла, дуже велика: його може затримати лише товста свинцева або бетонна плита.
Ушкоджень, викликаних у живому організмі випроміню-ванням, буде тим більше, чим більше енергії воно передає тканинам: кількість переданої організму енергії називається дозою. Дозу випромінювання організм може одержати від будь-якого джерела випромінювання незалежно від того, знаходяться радіонукліди поза організмом або всередині його (у результаті попадання з їжею, водою або повітрям). У цьому зв'язку розрізняють зовнішнє і внутрішнє опромінення.
Кількість енергії випромінювання, одержувана одиницею маси тіла, яке опромінюється, (тканини організму), називається поглиненою дозою. Ця величина так само як і при опроміненні будь-якої речовини виміряється в системі СІ в Греях (1 Гр = 1 Дж/кг) і радах (1 рад = 0,01 Гр). Але ця величина не враховує того, що при однаковій поглиненій дозі α-випромінювання небезпечніше, ніж β- або γ-випромінювання.
Якщо взяти до уваги цей факт, то дозу варто помножити на зважуючий фактор, який відображує здатність випромінювання даного виду зашкодити тканинам організму. Біологічний ефект випромінювань при хронічному (професійному) опроміненні всього тіла враховує зважуючий фактор випромінювання W (табл. 3). Він показує, у скільки разів даний вид випромінювання створює більший біологічний ефект, ніж гама - випромінювання, при рівних дозах обох випромінювань.
Добуток поглиненої дози Д даного виду випромінювання на його зважуючий фактор W називається еквівалентною дозою:
. (3.6.2.1)
Одиниця еквівалентної дози в системі СІ, називається зівертом (Зв). Один зіверт відповідає поглинутій еквівалентній дозі 1 Дж/кг (для рентгенівського, - і -випромінювань). На практиці також використовується одиниця еквівалентної дози, яка називається біологічним еквівалентом рада "бер" (1 бер = 0,01 Зв).
Еквівалентну дозу випромінювання, віднесену до одиниці часу, називають потужністю еквівалентної дози. Якщо за інтервал часу від до середовище одержало еквівалентну дозу Д, то середня потужність еквівалентної дози буде дорівнювати
Зв/с (3.6.2.2)
Радіаційний зважуючий фактор - коефіцієнт, що враховує відносну біологічну ефективність різних видів іонізуючого випромінювання. Використовується винятково при розрахунку ефективної та еквівалентної доз.
Зважуючий фактор випромінювань (W) для деяких речовин показаний в таблиці 3 (НРБУ- 97).
Таблиця 3
Вид випромінювання | W | Вид випромінювань | W |
Рентгенівське і -випромінювання |
1 | Протони (Ер = 10 МеВ) Важкі ядра Теплові нейтрони < 10 кеВ | 5 20 5 |
Альфа – випромінювання (Еа = 10Мев) | 20 | Нейтрони з енергією: 5 кеВ 20 кеВ 100 кеВ 1 МеВ 10 МеВ > 2 МеВ |
5 10 20 20 10 5 |
Бета-випромінювання | 1 | . | . |
Біологічна дія випромінювання на організм людини залежить і від потужності дози. При однаковій дозі випромінювання біологічний ефект зростає зі зменшенням інтервалу часу . Тому в робочих приміщеннях ядерних установок контролюють не тільки дозу випромінювання, але й потужність дози випромінювання.
Для персоналу, який працює у полі випромінювання, встановлюються ліміти доз (ЛД). Ліміти доз беруться в рамках індивідуальної ефективної дози (в деяких випадках – еквівалентної) за календарний рік (ліміт річної ефективної дози) для осіб категорій А і Б та річної ефективної дози для критичних груп осіб категорії В (населення). Останнє означає, що значення річної дози опромінення осіб, які входять в критичну групу, не повинно перевищувати ліміту дози, встановленої для категорії В. Орієнтовні значення ЛД для різних категорій осіб А, Б, В наведені в НРБУ-97.
Потужність дози оцінюють шляхом ділення встановленого ЛД, наприклад 1,00 мЗв за робочий тиждень на тривалість робочого тижня
, (3.6.2.3)
де t - тривалість робочого тижня, год.
Якщо t=36 год., то = 2,8 мбер/год. Варто враховувати також, що одні частини тіла (органи, тканини) більш чутливі, ніж інші: наприклад, при однаковій еквівалентній дозі опромінення виникнення пухлини в легенях більш імовірне, ніж у щитовидній залозі, а опромінення полових залоз особливо небезпечне через ризик генетичних ушкоджень. Тому дози опромінення органів і тканин також варто враховувати з різними коефіцієнтами. Коефіцієнти радіоактивного ризику:
• червоний кістковий мозок – 0,12;
• кісткова тканина – 0,03;
• щитовидна залоза – 0,05;
• легені – 0,12;
• яєчники і насінники – 0,20;
• молочна залоза – 0,05;
• шкіра – 0,01;
• інші тканини – 0,05;
• стравохід – 0,05;
• організм у цілому – 1,00.
Помноживши еквівалентні дози на відповідні коефіцієнти і просумувавши по всіх органах і тканинах, одержимо ефективну еквівалентну дозу, яка відображує сумарний ефект опромінення для організму: вона також виміряється в зівертах і берах.
- Передмова
- 3.1.2. Будова ядра. Нуклони, їх характеристики і взаємоперетворення. Нейтрино
- 3.1.3. Енергія зв'язку нуклонів у ядрі. Дефект маси. Ядерні сили і їх природа. Мезони
- 3.1.4. Феноменологічні моделі будови атомного ядра
- 3.2. Радіоактивність
- Радіоактивність. Закон радіоактивного розпаду.
- Закономірності альфа і бета розпаду. Механізм альфа-розпаду.
- Гама-випромінювання. Взаємодії гама-променів з речо-виною.
- 3.2.1. Радіоактивність. Закон радіоактивного розпаду
- 3.2.2. Закономірності альфа- і бета-розпаду
- 3.2.3. Гама-випромінювання. Взаємодії -променів з речовиною
- 3.3. Ядерні реакції
- 3.3.1. Природа ядерних реакцій Поріг і механізм ядерних реакцій
- 3.3.2. Реакції ділення. Ланцюгова реакція. Використання ядерної енергії
- 3.3.3. Термоядерні реакції. Енергія зірок. Керований термоядерний синтез
- 3.3.4. Ядерна зброя
- Розділ 2
- 3.4. Радіаційна екологія
- Фізичні основи радіаційної безпеки.
- Джерела опромінення. Природна й штучна радіоактив-ність.
- Потік і інтенсивність іонізуючих випромінювань.
- 3.4.1. Фізичні основи радіаційної безпеки
- 3.4.2. Джерела опромінення. Природна й штучна радіоактивність
- 3.4.3. Потік і інтенсивність іонізуючих випромінювань
- 3.5. Взаємодія елементарних частинок з речовиною
- 3.5.1. Взаємодія важких заряджених частинок з речовиною
- 3.5.2. Вільний пробіг важких заряджених частинок у речовині
- 3.5.3. Взаємодія бета-частинок з речовиною
- 3.5.4. Взаємодія нейтронів з речовиною
- 3.6. Елементи дозиметрії
- Поглинена й експозиційна дози. Одиниці вимірюван-ня дози випромінювання.
- Особливості взаємодії різних видів випромінювання з біологічними об'єктами.
- Дія іонізуючого випромінювання на організм людини
- 3.6.1. Поглинена й експозиційна дози. Одиниці вимірювання дози випромінювання
- 3.6.2. Особливості взаємодії різних видів випромінювання з біологічними об'єктами
- 3.6.3. Дія іонізуючого випромінювання на організм людини
- 3.6.4. Вплив іонізуючого випромінювання на біологічні об'єкти при загальному опроміненні
- 3.7. Біологічна дія іонізуючого випромінювання
- 3.7.1. Основи біологічної дії іонізуючих випромінювань
- 3.7.2. Первинні процеси дії іонізуючих випромінювань
- 3.7.3. Деякі міри захисту від зовнішнього і внутрішнього опромінення
- 3.7.4. Розрахунок захисту і захисні матеріали
- Максимальний пробіг -частинок різної енергії в речовині
- Товщина захисних екранів, см ( для різних енергій)
- Іонізаційні -сталі й -еквіваленти для деяких радіоактивних речовин
- Додатки
- Орієнтовані норми радіаційної безпеки людей
- Перевідні коефіцієнти одиниць вимірювання радіоактивності:
- Середнє опромінення людини на землі, мЗв/рік
- Середня величина опромінення населення колишнього срср (1991р.) мЗв/рік
- Потужності експозиційної дози іонізуючого випромінювання в салоні пасажирського літака
- Радіоізотопний склад чорнобильського викиду
- Розподіл і в різних районах земної кулі після аварії на чаес
- Тимчасові допустимі рівні вмісту і в харчових продуктах і питній воді, установлені після аварії на Чор6нобильській аес (1991 р.)
- Граничні допустимі дози опромінення, схвалені комісією ядерного регулювання сша (мЗв/рік)
- Закон україни Про охорону навколишнього природного середовища
- Розділ і загальні положення
- Розділ II екологічні права й обов'язки громадян
- Розділ III повноваження рад в області охорони навколишнього природного середовища
- Розділ IV повноваження органів керування в області охорони навколишнього природного середовища
- Розділ VI екологічна експертиза
- Розділ VII стандартизація і нормування в області охорони навколишнього природного середовища
- Розділ VIII контроль і нагляд в області охорони навколишнього природного середовища
- Використана література
- С.Г. Авдєєв, п.В. Гель, т.І. Бабюк лекції з фізики (ядерна фізика і радіаційна екологія)