Воздействие ионизирующих излучений на человека
Воздействие ионизирующего излучения на человека называют облучением ионизирующей радиацией или просто облучением. Облучение может быть внешним – от источников, находящихся вне тела человека, или внутренним – от источников, попавших внутрь организма. Облучения, возникающие вследствие радиационных аварий, подразделяются на облучения, осуществляемые по прямым путям воздействия, и облучения, осуществляемые по непрямым путям воздействия.
К облучениям при прямом воздействии относятся:
· внешнее облучение фотонами и b-частицами радионуклидов, содержащихся в воздухе окружающей среды;
· внешнее облучение фотонами и b-частицами радионуклидов, осевших на земную поверхность;
· внешнее контактное облучение, создаваемое радионуклидами, осевшими на кожные покровы организма;
· внутреннее облучение, создаваемое радионуклидами, поступившими в организм со вдыхаемым воздухом;
· внутреннее облучение, создаваемое радионуклидами, поступившими в организм с загрязнёнными продуктами питания и водой.
К облучению при непрямом воздействии относится внутреннее облучение от радионуклидов, попавших в организм человека в результате их миграций по пищевым цепочкам.
Газы и аэрозоли, поступившие в атмосферу вследствие радиационной аварии и образовавшие радиоактивное облако, опасны, прежде всего, как источники фотонного излучения. Доза облучения от радиоактивного облака определяется: активностью выброса, энергией фотонов, высотой точки выброса относительно поверхности земли, метеорологическими условиями в районе выброса, скоростью гравитационного оседания тяжелых примесей, скоростью вымывания примесей атмосферными осадками, продолжительностью воздействия ионизирующего излучения.
Опишем методику расчёта облучения поверхностного слоя тела человека, находящегося на открытой местности, от радиоактивных веществ, равномерно распределённых в окружающей воздушной среде. В этом случае мощность эквивалентной дозы, Зв/с, можно определить по следующей формуле:
,
где АV – объёмная активность радионуклидов в воздухе, Бк/м3; ВV – дозовый коэффициент внешнего облучения фотонами, Зв×м3/c/Бк.
Если источник ионизирующего излучения представить в форме полубесконечного пространства, то дозовый коэффициент, Зв×м3/c/Бк, определяется по формуле
,
где Еf – энергетический выход фотонов, определяемый видом радионуклида.
Объёмная активность, Бк/м3,
,
где GA – мощность выброса, т.е. мощность поступления активности в атмосферу, Бк/с; Ф – параметр метеорологического разбавления радиоактивной примеси, с/м3.
При кратковременном поступлении активности из точечного источника для уровня земной поверхности
,
где h – высота точки поступления радиоактивной примеси в атмосферу, м; sy, sz – коэффициенты дисперсии, м; F(x) – функция истощения облака при его перемещении на расстояние х.
Функция истощения определяется формулой
.
Общее содержание радиоактивной примеси по мере движения облака уменьшается в результате радиоактивного распада, сухого гравитационного оседания тяжелых частиц, вымывания осадками. Функция истощения при радиоактивном распаде
,
где l – постоянная распада; х – расстояние от точки выброса, м; u – скорость ветра, м/с.
Функция истощения в результате сухого гравитационного оседания тяжелых частиц
,
где h – высота выброса, м; sz – вертикальная дисперсия, м; ug – скорость оседания тяжелой частицы, м/с.
Для инертных радиоактивных газов F2(x)=1.
Функция истощения в результате вымывания осадками
.
Постоянная вымывания осадками
;
где I – интенсивность осадков, мм/час; kr – стандартная величина абсолютной вымывающей способности дождя при I=1 мм/час - kr = 10-5 ч/мм/с; ko – относительная вымывающая способность осадков, для дождя ko=1, для снега ko=3, для тумана ko=5.
Для инертных радиоактивных газов F3(x)=1.
Радиоактивные вещества, осевшие на поверхность земли, образуют загрязнённую территорию. Загрязнение подразделяют на поверхностное и глубинное. Поверхностное загрязнение характерно для начального периода времени после радиационной аварии. Глубинное загрязнение образуется через некоторое время от момента аварии в результате переработки приповерхностного земного слоя.
Ожидаемую эквивалентную дозу, Зв, на всё тело человека от фотонного излучения веществ, загрязнивших земную поверхность, можно определить по следующей формуле:
,
где t – время облучения, с; АS – поверхностная активность радионуклида, загрязнившего земную поверхность в момент оседания примеси, Бк/м2,
,
где А – активность радионуклида, Бк; F – площадь, загрязнённая радионуклидом, м2; lЭФ – эффективная постоянная распада, 1/с;
,
где l – постоянная распада; lВ – постоянная выведения нуклида из поверхностных слоёв вследствие биосферных процессов, по закону 4 % – lВ=1, 27×10-9 1/с; ВS – дозовый коэффициент внешнего облучения от радиоактивных веществ, осевших на земную поверхность.
Если источник представлен бесконечной поверхностью с косинусоидальным распределением излучения, то дозовый коэффициент, Зв×м2/c/Бк, определяется по формуле
,
где r=1,09; k=1 Зв/Гр; kг – безразмерный коэффициент, учитывающий глубину и характер распределения радионуклидов в приповерхностном слое, для поверхностного загрязнения kг =1; Гd – керма-постоянная, Гр×м2/c/Бк.
Керма-постоянная радионуклида характеризует мощность кермы в воздухе при стандартных условиях, содержание которых следующее: источник излучения – точечный изотропный; активность в источнике – 1 Бк; расстояние от источника до точки детектирования 1 м. В табл. 8 приведены значения кермы-постоянной для некоторых нуклидов.
Таблица 2.4.1. Керма-постоянная некоторых нуклидов
| № | Нуклид | Период полураспада | Керма-постоянная, аГр×м2/c/Бк |
| 2,062 года | 57,14 | |
 )*
| 30, 14 года | 21,24 | |
| 371, 6 суток | 7,55 | |
| 285,8 суток | 1,782 | |
| 63,98 суток | 27,12 |
)* - запись означает, что распад цезия-137 сопровождается образованием и распадом бария-137 (в других случаях аналогично).
Радионуклиды, попавшие внутрь организма, способны избирательно накапливаться в отдельных, называемых критическими, органах тела и отдавать энергию излучения веществу тканей. Например, йод депонируется в щитовидной железе, углерод в костях, калий в селезёнке, кобальт в печени и т.д. Скорость выведения радиоактивного вещества из организма характеризуется эффективной постоянной выведения:
,
где l = 0,693/T1/2 – постоянная распада; lБ = 0,693/TБ – постоянная биологического выведения нуклида из организма человека.
Для углерода – T1/2 = 2×106 суток, ТБ = 40 суток.
Биологические эффекты воздействия ионизирующей радиации подразделяют на эффекты детерминированные и эффекты стохастические. Детерминированные эффекты – биологические эффекты ионизирующего излучения, в отношении которых предполагается существование порога, выше которого тяжесть эффекта зависит от дозы. Стохастические эффекты – биологические эффекты ионизирующего излучения, не имеющие дозового порога. Предполагается, что вероятность возникновения этих эффектов пропорциональна дозе, а тяжесть их проявления от дозы не зависит.
Детерминированные эффекты проявляются лишь при больших дозах облучения, а стохастические и при малых. К непосредственным детерминированным эффектам относится острая лучевая болезнь. К отдалённым детерминированным эффектам относятся: хроническая лучевая болезнь, локальные повреждения кожи, повреждения хрусталика глаза, нарушения кроветворения костного мозга и т.п. При дозе в 100 Гр смерть наступает через несколько часов из-за повреждений центральной нервной системы. При дозе в 3-5 Гр половина облучённых умирает в течение 1-2 месяцев из-за поражения клеток костного мозга. К стохастическим эффектам относятся раковые заболевания и генетические повреждения. Раковые заболевания проявляются через 10-20 лет после облучения, генетические повреждения – в более отдалённые периоды жизни и в последующих поколениях.