Что вызывает ионизирующее излучение
Что вызывает ионизирующее излучение
Выделяют 2 разновидности излучения — ионизирующее и неионизирующее. При первом реализуется возможность физического нарушения целостности нейтрально заряженного атома за счет смещения электронов с их орбиталей с образованием ионной пары, представленной выбитым электроном и остальной частью атома.
Ионные пары химически активны и способны оказывать вредное повреждающее действие на клетку (примером могут служить свободные радикалы, образующиеся из воды). Второе, не приводящее к ионизации излучение, напротив, не вызывает перемещения электронов с орбитали на орбиталь и не нарушает физической целостности атома, на который было оказано воздействие.
Ионизирующее излучение:
— Острая лучевая болезнь
— Злокачественные опухоли вторичного генеза
— Чернобыль
— Диагностические лучевые методы исследования
— Излучение низкой интенсивности
— Аварии на атомных реакторах
— Лучевая терапия
— Радионуклиды
— Радон
— Коротковолновое электромагнитное излучение:
Гамма-лучи
Рентгеновские лучи
— Корпускулярные виды излучения:
Альфа-частицы
Бета-частицы
Нейтроны
Протоны
Неионизирующее излучение:
I. Электромагнитное поле:
— Микроволновое
— Радиочастотное
— Низкочастотное
II. Оптическое излучение:
— Ультрафиолетовое
— В видимом спектре
— Инфракрасное
III. Лазерное IV. ЯМР
V. Ультразвуковое
VI. Ультрафиолетовое
VII. Мониторы с электронно-лучевыми трубками
а) Источники ионизирующего излучения. Ионизирующее излучение — это естественный процесс, происходящий в окружающей человека среде. После открытия рентгеновских лучей и радиоактивности оно стало и составной частью производственной среды.
б) Радиационный фон:
1. Годовая доза фоновой радиации колеблется от 1 до 10 мГр (от 100 до 1000 мрад).
2. Максимальная допустимая доза облучения всего тела за год для общей популяции составляет 5 мГр (500 мрад). Для работающих с радиацией за год допускается доза, в 10 раз более высокая — около 50 мГр (5000 мрад).
3. Уровень воздействия на организм человека телевизоров, люминесцирующих циферблатов часов и реакторов на несколько порядков меньше, чем фоновое облучение.
в) Основные понятия. Уровни радиации измеряются и определяются следующим образом (единицы СИ приведены в качестве основных):
Соотношения между старыми и новыми единицами измерения радиоактивности отражены в таблице ниже.
г) Виды излучения. Различные виды ионизирующего излучения отличаются друг от друга по проникающей способности, а также по тому, насколько активно они вызывают образование ионов при прохождении через среду. Ионизирующая радиация происходит естественным путем в результате распада радиоактивных элементов или продуцируется искусственно с помощью специальных приборов, например рентгеновских аппаратов.
Радиоактивным следует считать такой элемент, который обладает свойством спонтанно переходить в состояние, характеризующееся меньшим запасом энергии, испуская при этом из своего ядра частицы или гамма-лучи. К разряду частиц относятся альфа- и бета-частицы. Рентгеновские лучи возникают, когда электроны, обладающие высокой энергией, бомбардируют ядра соответствующей мишени, например тагстена. Такие разогнанные электроны, контактируя с окружающим ядро электрическим полем, отклоняются от своей траектории и испускают мощное электромагнитное излучение — рентгеновские лучи.
Альфа-частицы обычно заряжены энергией, равной примерно 4—8 млн электрон-вольт (МэВ). В воздухе они способны распространиться лишь на несколько сантиметров, а в ткани проникают на глубину до 60 микрон. Большой запас энергии наряду с очень малой протяженностью траектории обусловливает то, что ионизирующий эффект на пути следования частицы в ткани оказывается чрезвычайно мощным. Кожный эпидермис выступает надежным барьером, предотвращающим внешнее (чрескожное) воздействие альфа-частиц на организм.
Однако если элемент, испускающий альфа-частицы, попадает внутрь организма ингаляционно, через рот или открытую рану, то возникает опасность развития тяжелых нарушений, в том числе развития злокачественных новообразований. Имплантаты с радием (радий-226 и радий-222) являются примером излучателей альфа-частиц, которые используются в клинических условиях.
Бета-частицы намного слабее взаимодействуют со средой и поэтому способны проникать в живые ткани на глубину нескольких сантиметров и распространяться в воздухе на много метров. Внешнее облучение бета-частицами в определенной мере опасно, но гораздо больший вред причиняет воздействие излучения изнутри. Примерами источников бета-частиц являются такие изотопы, как углерод-14, золото-198, йод-131, радий-226, кобальт-60, селен-75 и хром-51.
Гамма-лучи представляют собой электромагнитное волновое излучение (как и рентгеновское), испускаемое ядром. В воздушной среде они проходят очень большие расстояния, распространяются на много метров и глубоко проникают в ткани, как и бета-частицы, биологически опасны и при внешнем, и при внутреннем облучении.
Медицинский персонал, занимающийся оказанием экстренной помощи, имеет наибольшую вероятность контакта с радиоактивностью в виде бета- и гамма-излучения. Альфа-излучатели — это главным образом трансурановые изотопы, и с ними, как правило, имеют дело только в лабораториях ядерной химии и на предприятиях, вырабатывающих изотопы. Примерами гамма-излучателей служат кобальт-60, цезий-137, иридий-192 и радий-226.
Однако следует иметь в виду, что при измерении радиоактивности и больного можно проконтролировать лишь уровень альфа-, бета- и гамма-излучения.
Протоны с энергетическим потенциалом в несколько МэВ образуются в мощных ускорителях и весьма активно ионизируют биологическую среду. Глубина распространения протонов в живых тканях немного больше, чем альфа-частиц с эквивалентной энергией.
Рентгеновские лучи характеризуются большей длиной волны, меньшими частотами и, следовательно, меньшей энергией, чем гамма-лучи. Биологические эффекты рентгеновского и гамма-излучения изучены лучше, чем других виды радиации. Воздействие рентгеновского изучения на организм возможно при работе с электроннолучевыми трубками и электронными микроскопами.
д) Применение. В клинической практике ионизирующее излучение применяется (а) в диагностических целях при рентгенологических исследованиях, флюороскопии, ангиографии, в стоматологической практике и компьютерной аксиальной томографии (КТ-сканировании); (б) в лучевой терапии; (в) дерматологии; (г) при радиологическом обследовании и лечебных вмешательствах; (д) в радиофармакологии. Опасность лучевого поражения существует там, где хранятся или утилизируются радиоактивные материалы.
Радиационная безопасность в отделениях радиологической диагностики и терапии обычно поддерживается на достаточно высоком уровне отвечающими за это сотрудниками. Неизбежно облучению подвергается персонал, проводящий рентгенологические исследования портативными рентгеновскими аппаратами (в операционных, приемных отделениях и блоках интенсивной терапии). При этом контроль на предмет радиационного воздействия зачастую недостаточен.
е) Предельно допустимые дозы. Рекомендации, касающиеся ионизирующего излучения для работающих на соответствующих производствах и населения в целом, кратко отражены в таблице ниже.
ж) Радиологические диагностические методы исследования. Данные по лучевой нагрузке представлены в таблицах ниже. Максимальный риск для здоровья при выполнении отдельных рентгенологических исследовании в зависимости от вида воздействия отражен в таблице ниже.
з) Беременность. Любое медицинское вмешательство нужно проводить таким образом, чтобы обследуемый получил минимальную дозу облучения. Всегда, когда речь идет о женщине детородного возраста, необходимо иметь в виду ее вероятную беременность. В течение 10 сут после менструации мала возможность зачатия и невелик риск. Он довольно мал и на протяжении остальной части цикла: в этот период также нет ограничений на диагностические исследования. Второй месяц беременности сопряжен с опасностью неправильной закладки отдельных органов.
Это доказано в экспериментах на животных, подвергаемых облучению. Воздействие радиации на передний мозг в сроки от 8 до 15 нед после оплодотворения чревато замедлением умственного развития в последующем, причем нет никаких подтверждений подобному эффекту в сроки до 8 нед. Риск возникновения злокачественных новообразований возрастает до уровня, сопоставимого с тем, что характерен для взрослых при лучевой нагрузке до нескольких десятков миллигрэй, или даже превышающего его. Яйцеклетка восприимчива к действию радиации в течение по крайней мере 7 нед до овуляции.
и) Практические рекомендации:
1. Относитесь к любой женщине детородного возраста, как к беременной, если нет оснований утверждать обратное. В последнем случае критериями исключения беременности можно считать следующие: начало менструации не позднее чем за 10 сут до исследования, прием пероральных контрацептивов, применение внутриматочных противозачаточных средств или перенесенная в прошлом хирургическая стерилизация.
2. Если не исключен факт, что женщина находится в I триместре беременности, то постарайтесь исключить облучение области таза.
3. Во время диагностических рентгенографических исследований по возможности всегда защищайте экраном область таза и живота женщины.
4. Если имеются серьезные медицинские показания для проведения обследования беременной женщины с использованием радиации, то они должны перевесить по значимости возможные отдаленные последствия как для самой больной, так и для плода. 5. Облучение области таза женщины относительно высокой дозой (от 5 до 15 рад) в I триместре беременности увеличивает риск врожденных аномалий у плода с 1 до 3 %. Такой риск может считаться основанием для искусственного прерывания беременности.
С другой стороны, если родители психологически имеют в себе силы смириться с небольшим увеличением риска возникновения врожденных недостатков у будущего ребенка, то можно рекомендовать сохранить беременность.
Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021
Что вызывает ионизирующее излучение
Радиоактивность – способность некоторых атомных ядер самопроизвольно превращаться в другие ядра, испуская при этом различные частицы.
Какая бывает радиация?
Различают несколько видов радиации.
Альфа-частицы: положительно заряженные тяжелые частицы, представляющие собой ядра гелия.
Бета-частицы: это просто электроны.
Гамма-излучение – фотонное излучение с дискретным спектром, возникающее при изменении энергетического состояния атомных ядер или при аннигиляции частиц.
Ультрафиолетовое излучение и излучение лазеров в нашем рассмотрении не являются радиацией.
С электрически заряженными частицами связано преобладающее число актов взаимодействия, в которых совершается передача энергии ионизирующим излучением. Например, если взять радий, который испускает альфа, бета и гамма излучение, то обычный лист бумаги поглощает альфа-частицы, для поглощения бета-частиц (электронов) требуется стекло толщиной
7мм, а гамма-излучение можно обнаружить и за свинцом толщиной 10 см.
Воздействие радиации на человека
Воздействие на человека ионизирующего излучения называют облучением. Основу этого воздействия составляет передача энергии радиации клеткам организма.
Облучение может вызвать нарушения обмена веществ, инфекционные осложнения, лейкоз и злокачественные опухоли, лучевое бесплодие, лучевую катаракту, лучевой ожог, лучевую болезнь.
Последствия облучения сильнее сказываются на делящихся клетках, и поэтому для детей облучение гораздо опаснее, чем для взрослых.
Что же касается часто упоминаемых генетических (т.е. передаваемых по наследству) мутаций как следствие облучения человека, то данная проблема мало изучена и известно, что генетические эффекты не имеют порога, а вероятность их линейно растет с увеличением дозы облучения.
Следует помнить, что гораздо больший ущерб здоровью людей приносят выбросы предприятий химической, сталелитейной и горнодобывающей промышленности, а также ТЭЦ и все виды транспорта.
Как радиация может попасть в организм?
Организм человека реагирует на радиацию, а не на ее источник.
Те источники радиации, которыми являются радиоактивные вещества, могут проникать в организм с пищей и водой (через кишечник), через легкие (при дыхании) и, в незначительной степени, через кожу, а также при медицинской радиоизотопной диагностике. В этом случае говорят о внутреннем обучении.
Кроме того, человек может подвергнуться внешнему облучению от источника радиации, который находится вне его тела.
Внутреннее облучение значительно опаснее внешнего.
Единицы радиоактивности
Мерой радиоактивности служит активность. Измеряется в Беккерелях (Бк), что соответствует 1 распаду в секунду. Содержание активности в веществе часто оценивают на единицу веса вещества (Бк/кг) или объема (Бк/м 3 ).
Мощность дозы, умноженная на время, называется дозой.
Для оценки воздействия на организм человека используются понятия эквивалентная доза и мощность эквивалентной дозы. Измеряются, соответственно, в Зивертах (Зв) и Зивертах/час. В быту можно считать, что 1 Зиверт = 100 Рентген. Необходимо указывать на какой орган, часть или все тело пришлась данная доза.
Период полураспада
Число радиоактивных ядер одного типа постоянно уменьшается во времени благодаря их распаду.
Для характеристики скорости радиоактивного распада пользуются величиной период полураспада. Он равен интервалу времени, в течении которого распадается половина первоначального количества ядер данного радионуклида.
У каждого радионуклида свой период полураспада, он может составлять как доли секунды, так и миллиарды лет. Важно, что период полураспада данного радионуклида постоянен, и изменить его невозможно.
Что вокруг нас радиоактивно?
Воздействие на человека тех или иных источников радиации поможет оценить следующая диаграмма (по данным А.Г.Зеленкова, 1990).
По происхождению радиоактивность делят на естественную (природную) и искусственную (техногенную).
Естественная радиоактивность существует миллиарды лет, она присутствует буквально повсюду. Это излучение состоящие из космического излучения, излучения естественных радиоактивных веществ, находящихся в земных породах, в воде, воздухе и излучения естественных радиоактивных элементов, содержащихся в растительном и животном мире и в организме человека. Любой человек слегка радиоактивен: в тканях человеческого тела одним из главных источников природной радиации являются калий-40 и рубидий-87, причем не существует способа от них избавиться.
Радон в 7,5 раз тяжелее воздуха. Как следствие, концентрация радона в верхних этажах многоэтажных домов обычно ниже, чем на первом этаже.
Основную часть дозы облучения от радона человек получает, находясь в закрытом, непроветриваемом помещении; регулярное проветривание может снизить концентрацию радона в несколько раз.
При длительном поступлении радона и его продуктов в организм человека многократно возрастает риск возникновения рака легких.
Является ли компьютер источником радиации?
Единственной частью компьютера, в отношении которой можно говорить о радиации, являются только мониторы на электронно-лучевых трубках (ЭЛТ); дисплеев других типов (жидкокристаллических, плазменных и т.п.) это не касается.
Нормы, действующие в России, изложены в документе «Гигиенические требования к персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы» (СанПиН СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03).
Как защититься от радиации? Помогает ли от радиации алкоголь?
Алкоголь, принятый незадолго до облучения, в некоторой степени способен ослабить последствия облучения. Однако его защитное действие уступает современным противорадиационным препаратам.
Когда думать о радиации?
В обыденной жизни крайне мала вероятность столкнуться с источником радиации, представляющим непосредственную угрозу для здоровья.
Специалисты нашего отдела всегда готовы проконсультировать Вас по телефону или e-mail по всем вопросам, связанным с радиацией и радиоактивностью, а также выполнить требуемый радиационный контроль.
Биологическое действие ионизирующего излучения.
Тема: Биологическое действие ионизирующего излучения.
Ионизирующее излучение было открыто в 1895 году Вильгельмом Конрадом Рентгеном в Германии, который зафиксировал неизвестные ранее лучи, которые проникали сквозь тело человека. Эти лучи, однако, не были связаны с естественной радиоактивностью. Рентген получил их в электронной лампе, разгоняя поток электронов от одного электрода к другому. Это открытие вдохновило других учёных искать таинственные лучи, и в 1896 году было сделано следующее открытие: французский физик Анри Беккерель изучал минеральный образец урана и обнаружил, что он испускал лучи того же самого типа, что и лучи Рентгена. Беккерель обнаружил явление естественной радиоактивности.
Теперь поиск химических элементов, испускающих радиацию, стал более целенаправленным. В 1898 году учёные Мария и Пьер Кюри выделили два радиоактивных элемента: полоний и радий. Радий, который является высоко радиоактивным химическим элементом, скоро оказался полезным в медицине. А в то время об опасности вредного воздействия излучения на организм не было известно.
Многие из первопроходцев в области медицины и научных исследований были облучены, и в течение первых десятилетий прошлого столетия некоторые из них погибли от лучевой болезни.
В 1928 году на Международном Конгрессе по радиологии в Стокгольме была основана международная организация – сегодня известная, как Международная Комиссия по Радиационной Защите (МКРЗ). МКРЗ собирает информацию о воздействии радиации на здоровье и выпускает рекомендации по радиационной защите.
Воздействие ионизирующего излучения на вещество.
Любое вещество, поглощая энергию солнечного излучения, нагревается. Воздействие солнечного излучения на биологическую ткань приводит к биологическим эффектам (например, загар на теле человека). Так же и ионизирующее излучение воздействует различным образом на живую и неживую материю.
Тело человека поглощает энергию и находится под биологическим воздействием ионизирующего излучения. Чтобы понять, как ионизирующее излучение воздействует на нашу биологическую ткань, исследуем процесс на уровне элементов, составляющих ткань, то есть на уровне клетки.
Клетка и молекула ДНК живого организма.
Генетический материал человека состоит из 46 хромосом, составляющих 23 пары. Внутри хромосом находится молекула ДНК, которая является сложнейшей макро-молекулой. Молекула ДНК состоит их двух цепочек в форме двойной спирали, растянув которые можно получить нить длинной около 1,5 метра
Четыре базы, названные А, С, G, Т, связывают обе спирали вместе очень оригинальным способом. А в одной спирали всегда соединяется с Т в другой спирали, С всегда соединяется с G. В случае, если одна спираль повреждена, другая служит моделью для восстановления.
Деление клетки в организме.
Клетки могут разрушиться или быть повреждены вследствие каких-либо причин. Чтобы позволить тканям тела и органам поддерживать свои функции, клетка делится с образованием двух нормальных, здоровых дочерних клеток, идентичной материнской клетке, которые заменяют повреждённую клетку.
Когда клетка делится, обе цепочки каждой молекулы ДНК разделяются, каждая затем становится частью новой спирали ДНК и в результате – мы имеем две новые клетки.
Полный процесс деления занимает от двух минут до двух часов – это очень чувствительный период в жизни клетки. Повреждение ДНК во время этого процесса может привести к различным последствиям. Однако, способность клетки к восстановлению исправит большинство дефектов прежде, чем закончится образование новой клетки.
Повреждение ДНК происходит случайно, или в результате воздействия на неё ядовитых веществ, вирусов, ультрафиолетового или ионизирующего излучения.
Воздействии ионизирующего излучения на ДНК.
Некоторые клетки являются наиболее чувствительными к ионизирующему излучению, но все они чувствительны в период деления. Это означает, что растущая ткань или ткань, которая имеет высокую скорость деления клеток, более чувствительна к ионизирующему излучению, чем другие ткани. Вот почему дети, а особенно плод беременной женщины более чувствительны к излучению, чем взрослые. По той же причине клетки раковой опухоли более чувствительны к излучению, чем здоровая ткань, так как раковая опухоль растёт очень быстро за счёт частого деления раковых клеток. Эта особенность опухоли используется для лечения рака при помощи облучения раковых клеток.
Прямые и косвенные эффекты облучения.
Ионизирующее излучение может воздействовать на ДНК непосредственно или косвенно. Наши клетки состоят на 65-75% из воды. Поэтому, наиболее вероятная молекула, которая подвергается воздействию ионизирующего излучения молекула воды. Излучение ионизирует молекулы воды, приводя к образованию различных химических активных веществ. Эти вещества, которые называются свободными радикалами, могут воздействовать на молекулу ДНК. Прямое воздействие имеет менее важное значение, поскольку оно менее вероятно. Чтобы вызвать прямой эффект, ионизирующее излучение должно разрушить молекулу ДНК.
Бета- и гамма-излучения вызывают низкую плотность ионизации, поэтому вероятность повреждения обеих цепочек спирали ДНК относительно небольшая. Обычно ущерб наносится только одной цепочке или одной базе, и это повреждение может быть восстановлено относительно эффективными функциями восстановления организма. Альфа-излучение вызывает высокую плотность ионизации. При этом возникает большая вероятность разрушения обеих цепочек ДНК. Поскольку генетическая модель клетки, таким образом, разрушается, вероятна ошибка в процессе восстановления клетки, что может даже привести к гибели клетки.
Действие радиации на организм человека.
Существуют различия между последствиями радиационного воздействия, которые возникают вскоре после облучения – острые последствия – и последствиями, которые будут наблюдаться намного позже – хронические последствия.
Острые последствия облучения.
Острые последствия обусловлены большой дозой облучения тела или органа человека за короткий срок, и в большинстве случаев приводят к гибели клеток организма. При превышении порогового значения повреждения неизбежны, и они увеличиваются с увеличением дозы. Индивидуальное пороговое значение может быть разным, и это может изменить степень повреждения каждого индивидуума. Острая лучевая болезнь и повреждение плода у беременных – примеры острых повреждений организма в результате воздействия ионизирующего излучения.
Острая лучевая болезнь.
Клетки, которые являются наиболее чувствительными к воздействию радиации – клетки с высокой частотой деления. Поэтому в первую очередь ионизирующее излучение будет воздействовать на кроветворные органы (красный костный мозг), особенно чувствительные к ионизирующему излучению. Кратковременная доза облучения на всё тело более, чем 1000 мЗв (100 бэр) приведёт к острой лучевой болезни. Множество клеток и, следовательно, большие части живой ткани будут повреждены или погибнут. Функции облучённого органа будут нарушены. Последствия интенсивного облучения организма в дозах, превышающих пороговое значение, иногда проявляются уже через час или два: человек начнёт чувствовать слабость и начнётся рвота. Эти признаки обычно уменьшаются после двух дней, и в течение двух-трёх недель – самочувствие человека улучшается. Однако, за это время число белых кровяных клеток существенно уменьшится, уменьшится и сопротивление организма заразным болезням. Это может привести к воспалительным болезням с высокой температурой, диарее и кровотечениям. Если человек поправляется от острого облучения, то останется риск хронических последствий облучения.
Незамедлительное и целенаправленное квалифицированное лечение увеличивает процент выживания.
Генетические нарушения в организме.
Различают следующие виды воздействия на клетки организма вследствие облучения в зависимости от поглощённой дозы облучения и радиоустойчивости клетки:
— Без изменений – облучение не влияет на клетку
— Клетка восстанавливает молекулу ДНК
Молекула ДНК получает ложную информацию, ведущую к мутации клетки. Мутации не обязательно отрицательные, но они могут также привести к генетическим нарушениям и раковым заболеваниям.
Хронические последствия облучения.
Рак и наследственные болезни расцениваются как хронические последствия действия радиационного облучения.
Пороговое значение дозы облучения для хронических последствий отсутствует. Чем больше доза облучения, тем выше вероятность заболевания.
Клетка, у которой генетический код был изменён, может развиться в раковую клетку. Рак – болезнь, вызванная бесконтрольным делением мутирующих клеток. Примерно 20% всех смертных случаев в мире – от раковых болезней. Признаки лейкемии, вызванной ионизирующим излучением, обнаруживаются через 3-7 лет после облучения. Другие виды раковых болезней развиваются более длительное время.
Наследственные изменения в потомстве.
ДНК в половых клетках, также могут быть повреждены ионизирующим излучением. Эти повреждения могут быть переданы следующему поколению. Но для того, чтобы это случилось, дефект клеток должен быть унаследован от обоих родителей. Необходимые условия передачи генетических изменений следующему поколению:
— Хромосома в половой клетке повреждена.
— Повреждены одинаковые хромосомы в клетках отца и матери.
— Эмбрион должен развиться. Шансы эмбриона выжить уменьшаются, если клетки повреждены.
Эти условия объясняют, почему наследственные последствия нанесения вреда организму настолько трудно оценить. Вероятность каждого условия мала. Вероятность того, что все три условия выполняются одновременно – чрезвычайно мала.