Дія іонізуючого випромінення на організм людини

Міністерство аграрної політики України

Миколаївський державний аграрний університет

Реферат на тему:

«Дія іонізуючого випромінення на організм людини»

Виконала студентка

групи Т 3/2

Онуфрієнко Н.Є.

Перевірив: Нікора М.М.

Миколаїв - 2006

План

Вступ

1. Визначення та природа іонізуючого випромінювання

2. Основні характеристики радіоактивного випромінювання

3. Дія іонізуючого випромінювання на організм людини

4. Норми радіаційної безпеки

5. Захист від радіаційного випромінювання

Висновок

Література

Вступ

Іонізуюче випромінювання — цебудь-яке випромінювання, яке прямо або опосередковано викликає іоніза­цію навколишнього середовища (утворення позитивно та негатив­но заряджених іонів).

Іонізуюче випромінювання існує протягом всього періоду існу­вання Землі, воно розповсюджується в космічному просторі. Природними джерелами іонізуючих випромінювань є косміч­ні промені, а також радіоактивні речовини, які знаходяться в зем­ній корі.

Штучними джерелами іонізуючих випромінювань є ядерні ре­актори, прискорювачі заряджених частинок, рентгенівські установ­ки, штучні радіоактивні ізотопи, прилади засобів зв'язку високої напруги тощо. Як природні, так і штучні іонізуючі випромінюван­ня можуть бути електромагнітними (фотонними або квантовими) і корпускулярними.

1. Визначення та природа іонізуючого випромінювання

Термін "іонізуюче випромінювання" характеризує будь-яке випромінювання, яке прямо або опосередковано викликає іоніза­цію навколишнього середовища (утворення позитивно та негатив­но заряджених іонів).

Особливістю іонізуючих випромінювань є те, що всі вони відзна­чаються високою енергією і викликають зміни в біологічній струк­турі клітин, які можуть призвести до їх загибелі. На іонізуючі ви­промінювання не реагують органи чуття людини, що робить їх особливо небезпечними.

Іонізуюче випромінювання існує протягом всього періоду існу­вання Землі, воно розповсюджується в космічному просторі. Вплив іонізуючого випромінювання на організм людини почав досліджу­ватися після відкриття явища радіоактивності у 1896 р. французь­ким вченим Анрі Беккерелем, а потім досліджений Марією та П'єром Кюрі, які в 1898 році дійшли висновку, що випромінюван­ня радію є результатом його перетворення на інші елементи. Характерним прикладом такого перетворення є ланцюгова реакція перетворення урану-238 у стабільний нуклід свинцю-206.

Уран-238 → Терій - 234 → Протактиній - 234 → Уран - 234 → Свинець- 206

На кожному етапі такого перетворення вивільняється енергія, яка далі передається у вигляді випромінювань. Відкриттю Беккереля та дослідженню Кюрі передувало відкриття невідомих променів, які у 1895 році німецький фізик Вільгельм Рентген назвав Х-променями, а в подальшому в його честь названо рентгенівськими.

Перші ж дослідження радіоактивних випромінювань дали змо­гу встановити їх небезпечні властивості. Про це свідчить те, що понад 300 дослідників, які проводили експерименти з цими мате­ріалами, померли внаслідок опромінення.

Усі джерела іонізуючого випромінювання поділяються на при­родні та штучні (антропогенні).

Природними джерелами іонізуючих випромінювань є косміч­ні промені, а також радіоактивні речовини, які знаходяться в зем­ній корі.

Штучними джерелами іонізуючих випромінювань є ядерні ре­актори, прискорювачі заряджених частинок, рентгенівські установ­ки, штучні радіоактивні ізотопи, прилади засобів зв'язку високої напруги тощо. Як природні, так і штучні іонізуючі випромінюван­ня можуть бути електромагнітними (фотонними або квантовими) і корпускулярними. Класифікація іонізуючих випромінювань, яка враховує їх природу, наведена на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Класифікація іонізуючих випромінювань

Рентгенівське випромінювання виникає в результаті зміни стану енергії електронів, що знаходяться на внутрішніх оболонках атомів, і має довжину хвилі (1000 - 1) ∙ 10^{-12 м. Це випромінювання} є сукупністю гальмівного та характеристичного випромінювання, енергія фотонів котрих не перевищує 1 МеВ.

Характеристичним називають фотонне випромінювання з дис­кретним спектром, що виникає при зміні енергетичного стану атома.

Гальмівне випромінювання - це фотонне випромінювання з неперервним спектром, котре виникає при зміні кінетичної енергії заряджених частинок.

Рентгенівські промені проходять тканини людини наскрізь.

Гамма (γ)-випромінювання виникають при збудженні ядер атомів або елементарних частинок. Довжина хвилі (1000 - 1) ∙10^{-10 м.}

Джерелом γ -випромінювання є ядерні вибухи, розпад ядер радіо­активних речовин, вони утворюються також при проходженні швидких заряджених частинок крізь речовину. Завдяки значній енергії, що знаходиться в межах від 0,001 до 5 МеВ у природних радіоактивних речовин та до 70 МеВ при штучних ядерних реак­ціях, це випромінювання може іонізувати різні речовини, а також характеризується великою проникаючою здатністю, у-випро­мінювання проникає крізь великі товщі речовини. Поширюється воно зі швидкістю світла і використовується в медицині для сте­рилізації приміщень, апаратури, продуктів харчування.

Альфа (а)-випромінювання - іонізуюче випромінювання, що складається з а-частинок (ядер гелію), які утворюються при ядер­них перетвореннях і рухаються зі швидкістю близько до 20 000 км/с. Енергія а-частинок - 2-8 МеВ. Вони затримуються аркушем па­перу, практично нездатні проникати крізь шкіряний покрив. Тому а-частинки не несуть серйозної небезпеки доти, доки вони не по­траплять всередину організму через відкриту рану або через киш­ково-шлунковий тракт разом із їжею, а-частинки проникають у повітря на 10-11 см від джерела, а в біологічних тканинах на 30-40 мкм.

Бета (β) -випромінювання - це електронне та позитронне іоні­зуюче випромінювання з безперервним енергетичним спектром, що виникає при ядерних перетвореннях. Швидкість (3-частинок близька до швидкості світла. Вони мають меншу іонізуючу і більшу проникаючу здатність у порівнянні з а-частинками. (3-частинки проникають у тканини організму на глибину до 1-2 см, а в повітрі - на декілька метрів. Вони повністю затримуються шаром ґрунту тов­щиною 3 см.

Потоки нейтронів та протонів виникають при ядерних реакціях, їх дія залежить від енергії цих частинок.

Контакт з іонізуючим випромінюванням являє собою сер­йозну небезпеку для життя та здоров 'я людини.

Однак при виконанні певних технічних та організаційних за­ходів цей вплив можна звести до безпечного.

Енергію частинок іонізуючого випромінювання вимірюють у поза­системних одиницях електрон-вольтах, еВ. 1 еВ = 1,6-10 джоуля (Дж).

2. Основні характеристики радіоактивного випромінювання

Серед різноманітних видів іонізуючих випромінювань надзви­чайно важливими при вивченні питання небезпеки для здоров'я і життя людини є випромінювання, що виникають в результаті роз­паду ядер радіоактивних елементів, тобто радіоактивне ви­промінювання.

Однією з основних характеристик джерела радіоактивного ви­промінювання є його активність, що виражається кількістю радіо­активних перетворень за одиницю часу.

Активність А радіонуклідного джерела - міра радіоактивності, яка дорівнює співвідношенню кількості dN самовиникаючих ядер­них перетворень у цьому джерелі за невеликий інтервал часу dt до цього інтервалу часу:

Одиниця активності - кюрі (Кі), 1 Кі = 3,7-10¹⁰ ядерних перетво­рень за 1 секунду. В системі СІ одиниця активності - бекерель (Бк). 1 Бк дорівнює 1 ядерному перетворенню за 1 секунду або 0,027 нКі.

Небезпека, викликана дією радіоактивного випромінювання на організм людини, буде тим більшою, чим більше енергії передасть тканинам це випромінювання. Кількість такої енергії, переданої організму, або поглинутої ним, називається дозою.

Розрізняють експозиційну, поглинуту та еквівалентну дозу іонізуючого випромінювання.

Ступінь іонізації повітря оцінюється за експозиційною дозою рентгенівського або гамма-випромінювання.

Експозиційною дозою (X) називається повний заряд dQ іонів одного знака, що виникають у малому об'ємі повітря при повному гальмуванні всіх вторинних електронів, утворених фотонами до маси повітря dт в цьому об'ємі:

Одиницею вимірювання експозиційної дози є кулон на 1 кг (Кл/кг). Позасистемна одиниця - рентген (Р); 1 Р = 2,58-10^-4 Кл/кг.

Експозиційна доза характеризує потенційні можливості іонізу­ючого випромінювання.

Біологічна дія іонізуючих випромінювань на організм людини, в першу чергу, залежить від поглинутої енергії випромінювання.

де Е - енергія (Дж);

т - маса речовини (кг).

Одиниця вимірювання поглинутої зони - грей (Гр.); 1 Гр = ІДж/кг.

Застосовується також позасистемна одиниця - рад. 1 рад = 0,01 Гр.

Однак поглинута доза не враховує того, що вплив однієї і тієї са­мої дози різних видів випромінювань на окремі органи і тканини, як і на організм в цілому, неоднаковий. Наприклад, а-випромінювання спричиняє ефект іонізації майже у 20 разів більший, ніж (3- тау-випромінювання. Для порівняння біологічної дії різних видів випро­мінювань при вирішенні задач, пов'язаних із радіаційним захистом, НРБУ-97 введено поняття еквівалентної дози в органі або тканині (Н_Т), величина якої визначається як добуток поглинутої дози в окре­мому органі або тканині (Д_т) на радіаційний зважуючий фактор W_R, величина якого залежить від відносної біологічної ефективності іонізуючого випромінювання, тобто

Н_Т=Д_Т ∙W_R.

Одиниця еквівалентної дози в системі СІ - зіверт (Зв). Поза­системна одиниця еквівалентної дози - бер - біологічний еквіва­лент рада. 1 Зв = 100 бер.

Для оцінки можливих наслідків опромінення організму люди­ни з урахуванням радіаційної чутливості окремих органів і тканин тіла людини НРБУ-97 введено поняття ефективної дози (Е), яка визначається як сума добутків еквівалентних доз у тканинах і орга­нах (H_т) на відповідні тканинні зважуючі фактори W_T, тобто

Для органів тіла людини W_Tзнаходиться в межах від 0,20 (гона­ди) до 0,01 (шкіра).

3. Дія іонізуючого випромінювання на організм людини

У результаті дії іонізуючого випромінювання на організм люди­ни в тканинах можуть виникати складні фізичні, хімічні та біологічні процеси. При цьому порушується нормальне протікання біохімічних реакцій та обмін речовин в організмі.

В залежності від поглинутої дози випромінювання та індивідуаль­них особливостей організму викликані зміни можуть носити зворот­ний або незворотний характер. При незначних дозах опромінення ура­жені тканини відновлюються. Тривалий вплив доз, які перевищують гранично допустимі межі, може викликати незворотні зміни в окре­мих органах або у всьому організмі й виразитися в хронічній формі променевої хвороби. Віддаленими наслідками променевого уражен­ня можуть бути променеві катаракти, злоякісні пухлини.

При вивченні дії на організм людини іонізуючого випромінюван­ня були виявлені такі особливості:

- висока руйнівна ефективність поглинутої енергії іонізуючо­го випромінювання, навіть дуже мала його кількість може спричи­нити глибокі біологічні зміни в організмі;

- присутність прихованого періоду негативних змін в організ­мі, він може бути досить довгим при опроміненнях у малих дозах;

- малі дози можуть підсумовуватися чи накопичуватися;

- випромінювання може впливати не тільки на даний живий
організм, а й на його нащадків (генетичний ефект);

- різні органи живого організму мають певну чутливість до опромінення. Найбільш чутливими є: кришталик ока, червоний кістковий мозок, щитовидна залоза, внутрішні (особливо крово­творні) органи, молочні залози, статеві органи;

- різні організми мають істотні відмінні особливості реакції на
дози опромінення;

-ефект опромінення залежить від частоти впливу іонізуючо­го випромінювання. Одноразове опромінення у великій дозі спри­чиняє більш важкі наслідки, ніж розподілене у часі.

При одноразовому опроміненні всього тіла людини можливі такі біологічні порушення в залежності від сумарної поглинутої дози випромінювання:

До 0,25 Гр (25 рад)- видимих порушень немає;

0,25 ... 0,5 Гр (25 ... 50 рад) - можливі зміни в складі крові;

0,5 ... 1,0 Гр (50 ... 100 рад) - зміни в складі крові, нормальний стан

працездатності порушується;

1,0 ... 2,0 Гр (100 ... 200 рад) - порушується нормальний

стан, можлива втрата праце­здатності;

2,0 ... 4,0 Гр (200 ... 400 рад) - втрата працездатності, можливі

смертельні наслідки;

4,0 ... 5,0 Гр (400 ... 500 рад) - смертельні наслідки складають 50% від

загальної кількості потерпілих;

6 Гр і більше (понад 600 рад) - смертельні випадки до­сягають 100%

загальної кількості потерпілих;

10 ... 50 Гр (1000 ... 5000 рад) - опромінена людина помирає

через 1-2 тижні від крововиливу в

шлунково-кишковий тракт.

Доза 60 Гр (6000 рад) призводить до того, що смерть, як прави­ло, настає протягом декількох годин або діб. Якщо доза опромі­нення перевищує 60 Гр, людина може загинути під час опромінен­ня ("смерть під променем").

Репродуктивні органи та очі мають особливо високу чутливість до опромінення. Одноразове опромінення сім'яників при дозі лише 0,1 Гр (10 рад) призводить до тимчасової стерильності чоловіків, доза понад 2 Гр (200 рад) може призвести до сталої стерильності (чи на довгі роки). Яєчники менш чутливі, але дози понад 3 Гр (300 рад) можуть призвести до безпліддя. Для цих органів сумарна доза,

отримана за кілька разів, більш небезпечна, ніж одноразова, на відміну від інших органів людини.

Очі людини уражаються при дозах 2...5 Гр (200...500 рад). Вста­новлено, що професійне опромінення із сумарною дозою 0,5...2 Гр (50...200 рад), отримане протягом 10-20 років, призводить до по­мутніння кришталика.

Небезпека радіоактивних елементів для людини визначається здатністю організму поглинати та накопичувати ці елементи. Тому при потраплянні радіоактивних речовин усередину організму ура­жаються ті органи та тканини, у яких відкладаються ті чи інші ізо­топи: йод - у щитовидній залозі; стронцій - у кістках; уран і плу­тоній - у нирках, товстому кишечнику, печінці; цезій - у м'язовій тканині; натрій поширюється по всьому організму. Ступінь небез­пеки залежить від швидкості виведення радіоактивних речовин з організму людини. Більша частина людських органів є мало чутли­вою до дії радіації. Так, нирки витримують сумарну дозу приблизно 23 Гр (2300 рад), отриману протягом п'яти тижнів, сечовий міхур -55 Гр (5500 рад) за один місяць, печінка - 40 Гр (4000 рад) за місяць.

Ймовірність захворіти на рак знаходиться в прямій залежності від дози опромінення. Перше місце серед онкологічних захворю­вань займають лейкози. їх дія, що веде до загибелі людей, вияв­ляється приблизно через 10 років після опромінення.

4. Норми радіаційної безпеки

Основними документами, якими регламентується радіаційна без­пека в Україні, є: Норми радіаційної безпеки України (НРБУ-97) та Основні санітарні правила України (ОСПУ).

У НРБУ-97 виділяють три категорії осіб щодо ризику іонізую­чого опромінення:

- категорія А - персонал, який безпосередньо працює з радіо­
активними речовинами;

- категорія Б - персонал, що безпосередньо не працює із радіо­
активними речовинами, але за умови розміщення їх на робочих місцях
або місцях проживання може потрапити під дію опромінення;

- категорія В - все населення країни.

Для осіб категорій А і Б НРБУ-97 встановлюють ліміти ефек­тивної й еквівалентної доз за календарний рік. Обмеження опромі­нення категорії В (населення) здійснюється введенням лімітів річної ефективної та еквівалентної доз для критичних груп осіб категорії Б. Остання означає, що значення річної дози опромінен­ня осіб, що входять до критичної групи, не повинно перевищувати ліміту дози, встановленого для категорії В (див. табл. 4.1).

Таблиця 4.1

Ліміти доз сумарного внутрішнього і зовнішнього опромінення

Чисельні значення наведених в табл. 4.1 основних дозових лімітів НРБУ-97 встановлюють на рівнях, що виключають можли­вість виникнення детерміністичних ефектів опромінення і одно­часно гарантують настільки низьку ймовірність виникнення стохастичних ефектів опромінення, що вона є прийнятною як для окремих осіб, так і для суспільства в цілому.

Крім лімітів ефективної й еквівалентної річних доз, НРБУ-97 вста­новлюють допустимі рівні надходження радіонуклідів в організм людини за календарний рік, потужності еквівалентної дози, концен­трації радіонуклідів у повітрі, питній воді та раціоні, щільності пото­ку частинок, забруднення шкіри, спецодягу, робочих поверхонь тощо. Значення окремого допустимого рівня розраховується за умови, що створена ним річна доза не повинна перевищувати ліміту відповід­ної дози. При багатократному радіаційному опроміненні допустимі рівні визначаються за умови, щоб річна сумарна доза від усіх дже­рел випромінювання не перевищувала відповідного ліміту дози.

5. Захист від радіаційного випромінювання

Питання захисту людини від впливу радіаційних випромінювань постали одночасно з їх відкриттям. Це пояснюється, по-перше, тим, що радіаційне випромінювання швидко почало застосовуватися в науці та на практиці, і, по-друге, комплексом виявлених їхніх нега­тивних впливів на організм людини.

У нашій країні захист працюючих від впливу радіаційного випро­мінювання забезпечується системою загальнодержавних заходів. Вони складаються з комплексу організаційних і технічних заходів. Ці заходи залежать від конкретних умов роботи з джерелами іоні­зуючого випромінювання та від типу джерела випромінювання.

Для захисту від зовнішнього опромінювання, яке має місце при роботі із закритими джерелами випромінювання, основні зусилля необхідно направити на попередження переопромінення персона­лу шляхом:

- збільшення відстані між джерелом випромінювання і люди­ною (захист відстанню);

- скорочення тривалості роботи в зоні випромінювання (за­хист часом);

- екранування джерела випромінювання (захист екранами).

Під закритими джерелами радіаційного випромінювання розу­міють такі, які виключають можливість потрапляння радіоактивних речовин в навколишнє середовище. У виробничих і лабораторних умовах необхідно якомога швидше застосовувати дистанційне управління роботою обладнання, яке дає можливість виконувати операції з радіоактивними речовинами на відстані.

Захист від внутрішнього опромінення вимагає виключення без­посереднього контакту з радіоактивними речовинами у відкритому ви­гляді та попередження потрапляння їх у повітря робочого простору.

Під внутрішнім опроміненням розуміють вплив на організм людини випромінювань ра­діоактивних речовин, що потрапляють всере­дину організму. На дверях приміщень, у яких проводиться робота з відкритими джерелами радіоактивного випромінювання, повинен знаходитися знак радіаційної небезпеки - на жовтому фоні три червоних пелюстки (рис. 14.2). Особливе значення при роботі з відкритими джерелами радіоактив­ного випромінювання має особиста гігієна та засоби індивідуального

захисту працюючого. В залежності від виду виконуваних робіт і не­безпечності цих робіт застосовують спецодяг (комбінезони або костю­ми), спецбілизну, шкарпетки, спецвзуття, рукавиці, респіратори.

Радіоактивні речовини повинні знаходитися в спеціальних при­міщеннях. По кожному з них необхідно вести суворий облік над­ходжень і витрат, щоб виключити можливість їх безконтрольного використання. Порядок транспортування радіоактивних речовин регламентується спеціальними правилами. Радіоактивні речови­ни перевозять у спеціальних контейнерах і спеціально обладнаним транспортом. До організацій і установ, у яких постійно виконують­ся роботи з радіоактивними речовинами, підвищені вимоги з охо­рони праці. Керівництво цих організацій зобов'язане розробити де­тальні інструкції, в яких викладено порядок проведення робіт, облік збереження та використання джерел випромінювання, збір та знешкодження відходів, порядок проведення дозиметричного контролю. Оцінка радіаційного стану здійснюється за допомогою приладів, принцип дії яких базується на таких методах:

- іонізуючих (вимірювання рівня іонізації випромінювання);

- сцинтиляційних (вимірювання інтенсивності світлових спа­лахів, які виникають у речовинах, що люмінесціюють при проход­женні крізь них іонізуючих випромінювань);

- фотографічних (вимірювання густини почорніння фотопла­стинки під дією іонізуючого випромінювання).

Результати усіх видів радіаційного контролю повинні реєстру­ватися і зберігатися протягом 30-ти років. При індивідуальному контролі ведуть облік річної дози опромінення, а також сумарної дози за весь період професійної діяльності людини.

Висновок

При вивченні дії на організм людини іонізуючого випромінюван­ня були виявлені такі особливості:

- висока руйнівна ефективність поглинутої енергії іонізуючо­го випромінювання, навіть дуже мала його кількість може спричи­нити глибокі біологічні зміни в організмі;

- присутність прихованого періоду негативних змін в організ­мі, він може бути досить довгим при опроміненнях у малих дозах;

- малі дози можуть підсумовуватися чи накопичуватися;

- випромінювання може впливати не тільки на даний живий
організм, а й на його нащадків (генетичний ефект);

- різні органи живого організму мають певну чутливість до опромінення. Найбільш чутливими є: кришталик ока, червоний кістковий мозок, щитовидна залоза, внутрішні (особливо крово­творні) органи, молочні залози, статеві органи;

- різні організми мають істотні відмінні особливості реакції на
дози опромінення;

-ефект опромінення залежить від частоти впливу іонізуючо­го випромінювання. Одноразове опромінення у великій дозі спри­чиняє більш важкі наслідки, ніж розподілене у часі.

Іонізуюче випромінювання дуже згубно діє на організм людини, і тому треба подалі триматися джерел його випромінювання.

Література:

1. Джигирей В.С., Житецький В.Ц. Безпека життєдіяльності. Навч. посібник-вид. 3-є, доповнене – Львів: Афіша, 2000. — 256 с.

2. Желібо Є. П., Заверуха Н.М., Зацарний В.В. Безпека життєдіяльності: навч. посібник для студ. ВНЗ, 3-тє вид./ за ред. Є. П. Желібо.-К.: Каравела, 2004. — 328 с.

3. Яремко З.М. Безпека життєдіяльності: навч. посібник – Київ: Центр навчальної літератури, 2005. — 320 с.

4. Гандзюк М. П. Желібо Є. П. Безпека життєдіяльності