Действие радиации на организм человека. Способы защиты от нее

Введение

На рубеже XXI века человечество в полной мере ощутило глобальные экологический кризис, который однозначно указывает на антропогенную токсификацию нашей планеты. К наиболее опасным загрязнителям окружающей среды относят многие неорганические и органические веществ: радионуклиды, тяжелые металлы (такие как ртуть, кадмий, свинец, цинк), радиоактивные металлы, полихлорированные бифенилы, полиароматические углеводороды. Их постоянное воздействие вызывает серьёзные нарушения деятельности основных жизненных функций организма. Вероятно, человек перешел допустимые экологические пределы воздействия на все компоненты биосферы, что в конечном итоге поставило под угрозу существование современной цивилизации. Можно сказать, что человек подошел к пределу, который нельзя переступить ни при каких обстоятельствах. Один неосторожный шаг и человечество «сорвётся» в пропасть. Одно необдуманное движение, и человечество может исчезнуть с лика земли. Производство энергии, без чего невозможно обойтись, если мы хотим развиваться, оказывает воздействие на окружающую среду, вызывающее серьёзное беспокойство. Попытаюсь обрисовать некоторые перспективы, касающиеся проблемы энергия-окружающая среда. МАГАТЭ уполномочено содействовать развитию лишь одного источника энергии, а именно — ядерной энергетики. Ядерная энергетика-реалия нашего современного мира. Она используется главным образом для производства электроэнергии, это останется основным и будущем. На долю ядерной энергетики в настоящее время в мире приходится 16℅ производства электроэнергии. Влияние радиации на окружающую среду и человека по-прежнему остаётся актуальной, в связи с последними событиями в Японии и Чернобыле. Излучения радиоактивных веществ оказывают очень сильное воздействие на все живые организмы. Даже сравнительно слабое излучение, которое при полном поглощении повышает температуру тела лишь на 0,001. ͦС, нарушает жизнедеятельность клеток. Трагедия Чернобыля вызвала острую дискуссию о состоянии атомной энергетики в стране. Существуют крайние точки зрения. Одни утверждают, что необходимо закрывать все АЭС и не строить новые. Другие-в основном учёные и специалисты-свидетельствуют: без АЭС невозможно представить энергетику не только в стране, но и в мире, а потому надо строить больше атомных станций. Истина, как говорили наши предки, посередине. Да, без АЭС не обойтись, однако зачем их проектировать в густонаселённых районах или в сейсмических зонах? Почему качество строительства столь низкое и столько бракованного оборудования приходит на АЭС? И, наконец, откуда такой страх перед общественностью, которая по праву требует широкого обсуждения каждого проекта атомной станции?

Сущность и характерные черты радиации

Человек подвергается воздействию радиации с момента своего первого появления на Земле. Например, все мы подвергаемся воздействию солнечного излучения. Помимо видимого света, это включает невидимое излучение, известное как ультрафиолетовое и инфракрасное. Оба вида излучения являются электромагнитными волнами, так же как и радиоволны, рентгеновские лучи и гамма-излучение. Человечество также подвергается воздействию других форм невидимого излучения, исходящего от Солнца и из космоса [1]. Это известно как космическое излучение или космические лучи. Космическое излучение состоит из волн и частиц очень высоких энергий, способных проходить через толстые слои горных пород. Радиоактивные элементы, присутствующие в нашей окружающей среде, испускают альфа-, бета- и гамма-излучение (см. Буклет «Радиоактивность»). Гамма-лучи — это электромагнитные волны, а альфа- и бета-излучение состоит из частиц — одного ядра гелия и одного электрона соответственно. Активность радиоактивного элемента, то есть количество распадов в секунду при данной массе элемента, измеряется в беккерелях. Существует также форма излучения, целиком состоящая из нейтронов. Выше определенного уровня энергии излучение может передать достаточно энергии электрону, чтобы полностью выбить его из атома. Когда атом теряет электрон таким образом, он становится положительно заряженным. Смещенный электрон захватывается соседним атомом, который затем становится отрицательно заряженным. Атомы, несущие отрицательный или положительный заряд, называются ионами. Излучение, способное вызывать эти реакции, известно, как ионизирующее излучение. Типы ионизирующего излучения включают [2]:

• Космическое излучение.
• Электромагнитные волны высокой энергии, такие как рентгеновские лучи и гамма-излучение. Рентгеновские лучи могут образовываться при столкновении пучка электронов с металлической мишенью. Электроны в луче взаимодействуют с электронами в атомах металлов, изменяя их энергетические уровни и заставляя их испускать рентгеновские лучи. Гамма-лучи испускаются радиоактивными атомами при их распаде.
• Альфа, бета плюс и бета минус частицы (испускаемые радиоактивными атомами при их распаде).
• Свободные нейтроны. Этот тип излучения всегда присутствует в ядерных реакторах и испускается, например, при делении атомов урана-235 (см. Буклет Как работает ядерный реактор). Они косвенно ионизируются, поскольку их захват или взаимодействие с ядрами производит гамма-излучение и / или различные типы частиц. Нейтроны также присутствуют в атмосфере на высотах, используемых дальнемагистральными и дозвуковыми самолетами. На их долю приходится 30% от общей дозы, полученной экипажами.

Другие типы излучения известны как неионизирующее излучение, состоящее из низкоэнергетических электромагнитных волн [3]. Благодаря своей высокой энергии ионизирующее излучение проникает, то есть может проходить сквозь вещество. Однако разные виды излучения могут проникать в вещество на разную глубину. Это определяет толщину материала, необходимую для защиты. Позитоны (бета-излучение) немедленно эффективно поглощаются. Позитон аннигилирует, как только он встречает электрон, испуская два гамма-фотона. Тогда проблема становится гамма-излучением. Когда излучение проникает в вещество, они взаимодействуют, и энергия передается от излучения к веществу. Количество передаваемой энергии зависит от дозы, поглощенной веществом. Единицей измерения дозы, поглощенной веществом, является серый цвет (Гр). Один серый эквивалентен одному джоулю, поглощенному на килограмм вещества. Радиация определяется как энергия, которая проходит через пространство или материю в форме частицы или волны. Ее можно получить одним из двух способов: при радиоактивном распаде нестабильного атома (радионуклида) или при взаимодействии частицы с веществом. Некоторые признаки радиоактивного распада заключаются в том, что он является спонтанным и случайным, а тип испускаемого излучения зависит от конкретного радионуклида. С другой стороны, излучение в результате взаимодействия зависит как от входящей частицы, так и от материала, с которым она сталкивается, и теоретически предсказуемо, если известно достаточно информации (действительности невозможно получить достаточно информации, чтобы делать прогнозы относительно излучения от одной падающей частицы, но можно делать статистические прогнозы относительно большого числа частиц). Излучение описывается его типом и энергией. Типы излучения делятся на две основные категории: твердые частицы и электромагнитное излучение. Излучение твердых частиц состоит из частиц, которые имеют массу и энергию и могут иметь или не иметь электрический заряд. Примеры излучения твердых частиц включают альфа-частицы, протоны, бета-частицы и нейтроны. Электромагнитное излучение, с другой стороны, состоит из фотонов, которые имеют энергию, но не имеют массы или заряда. Фотон, как описано в квантовой теории, представляет собой «частицу» или «квант», который содержит дискретное количество электромагнитной энергии, которое движется со скоростью света, или 3 x 108 метров в секунду. Фотон иногда называют «световым пакетом» [4]. Видимый свет, ультрафиолетовый свет, рентгеновские лучи и гамма-лучи — все это фотоны.

Воздействие радиации на организм человека

Эффекты ультрафиолетового излучения (на солнце) хорошо известны. Хотя низкие дозы могут показаться безвредными, высокие дозы могут быть опасными. Например, длительное пребывание на солнце может привести к солнечному удару и ожогам из-за присутствия ультрафиолетового излучения. Длительное воздействие может даже вызвать рак. Ионизирующее излучение ионизирует молекулы, присутствующие в живых организмах. Вредное воздействие на здоровье зависит от полученной дозы и типа радиации. Для изучения различных биологических эффектов были приняты два подхода; эпидемиология и эксперименты с молекулами и клетками живых организмов. Эпидемиология — это изучение воздействия на население, подвергшееся воздействию естественной или антропогенной радиации. К ним относятся жители Хиросимы и Нагасаки, а также первые радиологи и рабочие на урановых рудниках. Исследователи также наблюдали экспериментально повреждения и мутации, вызванные ионизирующим излучением ДНК. ДНК представляет собой очень длинную молекулу, содержащую генетическую информацию, присутствующую в клетках живых организмов. Это позволило им изучить различные механизмы восстановления, задействованные клетками при повреждении их молекул ДНК [5]. Сильное воздействие ионизирующего излучения оказывает немедленное воздействие на живые организмы, включая легкие или серьезные ожоги. Поглощенная доза (в серых тонах) используется для характеристики ранних эффектов высокого радиационного облучения либо в результате аварии, либо в терапевтических целях для уничтожения раковых клеток. Например, радиотерапевты используют поглощенную дозу для количественной оценки энергии, переданной опухолям, подвергающимся лечению облучением. Воздействие относительно высоких доз радиации может иметь долгосрочные последствия, включая рак и лейкемию. Эти эффекты возникают случайным образом, и невозможно предсказать результат для какого-либо одного человека. Крупные частицы в альфа-излучении (ядра гелия) быстро замедляются, когда попадают в живую ткань или другие материалы, и большая часть их энергии рассеивается локально. Они вызывают больший ущерб для данной дозы, чем гамма-излучение или рентгеновские лучи, поскольку последние проникают глубже в материал, и их энергия распространяется по большему объему. Чтобы компенсировать разную вредную способность различных форм излучения, для каждого из них был определен «коэффициент качества». Биологический эффект (или эквивалентная доза) получается путем умножения фактической поглощенной дозы (в серых тонах) на этот коэффициент. Единицей эквивалентной дозы, используемой для измерения воздействия радиации на живую ткань, является зиверт (Зв). Однако биологический риск не одинаков для всех органов тела. Риск зависит от радиочувствительности соответствующего органа. Поэтому специалисты определили эффективную дозу (также выраженную в зивертах), которая учитывает чувствительность различных органов и определяет риск возникновения рака в любом месте тела в долгосрочной перспективе. В зависимости от того, как излучение достигает тела, можно определить два различных типа воздействия. Это внешнее и внутреннее облучение [6].

• Внешнее облучение происходит, когда тело подвергается воздействию внешнего источника излучения. Источник излучения находится вне тела (радиоактивные вещества в виде облака или на земле, радиоактивные источники, используемые в промышленности или медицине и т.д.). Внешнее облучение может повлиять на все тело или только на его часть. Воздействие прекращается, когда тело больше не находится на пути излучения (например, в случае рентгеновского снимка грудной клетки).
• Внутреннее облучение (или внутреннее заражение) происходит, когда в организме обнаруживаются радиоактивные вещества. Эти материалы создают внутреннее излучение. Источник может попасть в организм при вдыхании, проглатывании или через рану на коже. Попав внутрь, заражение распространяется по всему телу. Тогда этот процесс известен как внутреннее загрязнение. Облучение заканчивается только тогда, когда все радиоактивные вещества покидают организм в результате естественного выделения, радиоактивного распада или после лечения.

Не все радиоэлементы выводятся естественным путем (например, с мочой) с одинаковой скоростью. Некоторые накапливаются в определенных органах (костях, печени и т.д.), прежде чем удаляются из организма. В дополнение к физическому периоду полураспада каждый радиоактивный элемент имеет период биологического полураспада. Это определяется как время, необходимое для естественного выведения половины активности радиоактивного вещества из организма. Чтобы оценить истинный уровень риска, связанного с воздействием ионизирующего излучения, мы сначала должны оценить уровень естественного излучения, которому всегда подвергалось человечество. Все живые организмы адаптировались к естественной радиации и, похоже, все в той или иной степени способны восстанавливать радиационные повреждения. Годовое воздействие ионизирующего излучения составляет около двух миллизивертов. Помимо этой естественной радиоактивности, мы также подвергаемся радиации от искусственных источников. Это излучение идентично тому, которое происходит в природе, и воздействие аналогичных доз на живую ткань также идентично. Большая часть облучения происходит от медицинских или стоматологических рентгеновских лучей. Только 1,5% от общего количества вызвано другими источниками, такими как выпадение осадков в результате испытаний оружия или аварии на Чернобыльской АЭС. Наше воздействие естественной радиации происходит из ряда источников, разделенных на три основные группы [7]:

• Космическое излучение. Это излучение приходит из космоса и, в частности, от Солнца. В Европе средняя доза, полученная на уровне моря, составляет около 0,30 миллизиверта в год. Воздействие больше на больших высотах.
• Радиоактивные элементы в земле. Наиболее распространены уран, торий и калий. Средняя доза, полученная в стране из этих источников, составляет около 0,35 миллизиверта в год. В некоторых регионах страны и во всем мире присутствие гранита приводит к получению более высоких доз.
• Естественные радиоактивные элементы, которые мы поглощаем из воздуха, которым дышим, или из пищи, которую мы едим. Газы от распада урана в земле, такие как радон, и калий, абсорбированный с пищей и хранящийся в организме, добавляют дополнительную среднюю дозу 1,55 миллизиверта в год. Основным источником естественного излучения является природный радиоактивный газ радон-222. Это составляет около трети всей полученной радиации, и больше всего на гранитных участках.

Каждый человек в стране получает среднегодовую дозу в 1 миллизиверт от антропогенных источников. Основные источники [8]:

• Медицинский рентген и лучевая терапия. Основным источником являются медицинские и стоматологические рентгеновские лучи, в результате которых в стране облучение в среднем составляет почти 1 миллизиверт.
• Неядерная промышленность. Сжигание угля, использование фосфорных удобрений, телевидение и световые часы приводят в среднем к воздействию 0,01 миллизиверта в год.
• Атомная промышленность. Атомные электростанции, заводы по переработке, выпадение осадков от бывших испытаний ядерного оружия, Чернобыля и т. Д. Приводят к тому, что каждый человек получает среднюю дозу 0,002 миллизиверта в год.

Способы защиты человека от радиации

Радиационная защита — это общий термин, обозначающий совокупность мер, принимаемых для защиты здоровья рабочих и населения в целом. При работе с источниками излучения необходимо соблюдать три основных правила [9]:

• Держитесь как можно дальше от источника излучения, поскольку интенсивность излучения уменьшается с увеличением расстояния.
• Установите один или несколько экранов между источником излучения и персоналом. Например, в атомной промышленности для защиты рабочих используются несколько экранов. К ним относятся бетонные стены, свинцовые барьеры и специальные виды стекла с высоким содержанием свинца.
• Сократите время воздействия радиации до минимума.

Эти меры радиационной защиты аналогичны тем, которые используются для защиты от ультрафиолетовых лучей, включая использование солнцезащитного крема в качестве экрана и ограничение времени пребывания на солнце. В случае радиоактивных источников, излучающих излучение, есть еще две рекомендации:

• По возможности подождите, пока радиоактивные элементы не распадутся естественным путем.
• По возможности разбавляйте радиоактивные газы. Например, ядерные объекты не разбираются сразу после остановки. Это дает время для снижения радиоактивности определенных участков. В подземных урановых рудниках используются высокоэффективные системы вентиляции, чтобы минимизировать концентрацию радона в воздухе, которым дышат шахтеры.

Работники, которые могут подвергаться воздействию ионизирующего излучения в ходе своей работы (атомная промышленность, врачи, радиологи и т.д.), носят пленочные значки или «дозиметры», которые измеряют количество облученного излучения. Они гарантируют, что соответствующее лицо не получило дозу, превышающую допустимую. пределы, или используются для измерения полученной дозы, если пределы были превышены. Как только была признана потенциальная опасность чрезмерного воздействия ионизирующего излучения, правительства приняли меры, чтобы установить нормативные стандарты, определяющие пределы доз. Эти пределы соответствуют очень небольшому дополнительному риску сверх того, что связано с естественным излучением, и поэтому риск можно считать приемлемым. Научный комитет ООН по действию атомной радиации (НКДАР ООН) состоит из ученых из 21 страны. Он был учрежден ООН в 1955 году с целью сбора как можно большего количества данных об уровнях воздействия различных источников ионизирующего излучения и их биологических, медицинских и экологических последствиях. Данные регулярно обновляются, и Комитет также производит оценки эффектов на основе экспериментальных результатов, расчетных доз и данных. На европейском уровне Европейский Союз учитывает этот совет в своих собственных стандартах и ​​директивах. Нормы правовой радиологической защиты определяют [10]:

• Максимальная эффективная доза составляет 1 мЗв / год для населения в целом и 20 мЗв / год, усредненная за пять лет непосредственно для рабочих. Дозиметр используется для измерения количества радиации, которому подвергся рабочий. связаны с ионизирующим излучением (атомная промышленность, медицинская радиология и т. д.).
• Максимальная доза, эквивалентная органу, составляет 150 мЗв для хрусталика глаза и 500 мЗв для кожи и рук. Максимально допустимая доза для населения в целом установлена ​​в 20 раз ниже, чем для рабочих, поскольку в состав населения входят лица всех возрастов и любого состояния здоровья, и они не подлежат медицинскому наблюдению.

Заключение

Во введении указывался тот факт, что одним из серьезнейших упущений сегодня является отсутствие объективной информации. Тем не менее, уже проделана огромная работа по оценке радиационного загрязнения, и результаты исследований время от времени публикуются как в специальной литературе, так и в прессе. Но для понимания проблемы необходимо располагать не обрывочными данными, а ясно представлять целостную картину. А она такова. Мы не имеем права и возможности уничтожить основной источник радиационного излучения, а именно природу, а также не можем и не должны отказываться от тех преимуществ, которые нам дает наше знание законов природы и умение ими воспользоваться. Человек- кузнец своего счастья, и поэтому, если он хочет жить и выживать, то он должен научиться безопасно использовать этого “джина из бутылки” под названием радиация. Человек еще молод для осознания дара, данного природой ему. Если он научится управлять им без вреда для себя и всего окружающего мира, то он достигнет небывалого рассвета цивилизации. А пока нам необходимо прожить первые робкие шаги, в изучении радиации и остаться в живых, сохранив накопленные знания для следующих поколений.

Список используемых источников

1. Ардашников, С.Н. Защита от радиоактивных излучений / С.Н. Ардашников, С.М. Гольдин, А.В. Николаев. — М.: Юрайт, 2017. — 939 c.
2. Шубик, В. М. Жизнь с радиацией. Книга 1. Мирный атом: польза — вред / В.М. Шубик. — М.: НИИ РГ, 2011. — 212 c.
3. Маньков, В.Д. Безопасность общества и человека в современном мире : [учебное пособие для технических вузов] / В.Д. Маньков. — Санкт-Петербург : Политехника, Санкт-Петербург : Политехника, 2005. — 551 с.
4. Егоров, А. П. Кроветворение и ионизирующая радиация / А.П. Егоров, В.В. Бочкарев. — М.: Государственное издательство медицинской литературы, 2003. — 256 c.
5. Василенко, И. Я. Кинетика обмена и биологическое действие радиоактивного углерода / И.Я. Василенко, В.А. Осипов. — М.: Медицина, 2002. — 128 c.
6. Шляхов, В. Исследование баланса длинноволновой радиации в тропосфере: моногр. / В. Шляхов. — М.: Гидрометеорологическое издательство, 2015. — 911 c.
7. Левданская, В.А. Основы экологии [электронный ресурс] : учебное пособие для студентов технических специальностей БНТУ / В.А. Левданская, Г.В. Бельская, кол. авт. Белорусский национальный технический университет, кафедра «Экология». — Электрон. дан.. — Минск : БНТУ, 2012.
8. Яблоков, А.В. Чернобыль: последствия катастрофы для человека и природы / А.В Яблоков, В.Б. Нестеренко., А.В. Нестеренко. — Санкт-Петербург : Наука, 2007. — 375 с.
9. Гринин, А.С. Экологическая безопасность: Защита территории и населения при чрезвычайных ситуациях : [учебное пособие] / А.С. Гринин, В.Н. Новиков. — Москва : ФАИР-ПРЕСС, 2000. — 327 с.
10. Актуальные проблемы экологии / коллект. автор, гл. ред. В.Н. Бурдь. — Гродно : ГрГУ им. Я. Купалы. — 2014.- Ч.1. — 171 с.