Влияние рентгеновских лучей на организм. Опасность нейтрона в радиоактивном излучении

Добавил пользователь Владимир З.
Обновлено: 05.11.2024

Пути воздействия радиоактивных излучений на организм. Органы накапливающие радиоактивные вещества

Особенностью внешнего облучения является то, что воздействие происходит только в период работы с источником лучей и при удалении от источника облучения прекращается, в то время как при поступлении в организм радиоактивных веществ их действие становится постоянным и не зависит от характера дальнейшей работы. Доза внутреннего облучения может уменьшиться только за счет выведения радиоактивного вещества из организма и за счет распада его.

Поступление радиоактивных веществ в организм возможно через органы дыхания, пищеварительный тракт и кожные покровы, особенно при нарушении целости последних (царапины, порезы и т. д.). Особую опасность представляют радиоактивные элементы при поступлении их через органы дыхания. Труднорастворимые соединения радиоактивных элементов длительно задерживаются в легких, печени и других органах (например, торий, радиорутений и др.) и могут вызывать развитие злокачественных новообразований.

Токсичность радиоактивных веществ при поступлении их внутрь организма обусловлена также видом излучения. Элементы, которые излучают а-частицы, токсичнее излучающих b-частицы, а последние более токсичны, чем у-излучающие. а-излучающие радиоактивные вещества представляют наибольшую опасность потому, что а-частицы вызывают высокую плотность ионизации — несколько тысяч пар ионов на 1 u пути, в то время как плотность ионизации b-лучей исчисляется несколькими десятками пар ионов. Период полураспада вещества, попавшего в организм, также имеет большое значение.

Вещества с коротким периодом полураспада относительно быстро распадаются и представляют меньшую опасность, чем элементы с большим периодом полураспада. Однако этот вопрос окончательного разрешения не получил и требует дальнейшего изучения ввиду того, что имеются наблюдения, когда элементы С меньшим периодом полураспада, например полоний (Т= 138 дней), торон (Т = 54,5 секунды), оказываются более токсичными, чем радий (Т = 1622 года), радон (Т = 3,82 дня), у которых период полураспада значительно больше.

При поступлении радиоактивных веществ внутрь распределение их в организме и выделение определяются их химическими и физическими свойствами, а также функциональным состоянием организма. Отдельные радиоактивные элементы обнаруживают преимущественное накопление в тех или иных тканях и органах, например радиоактивный йод (I131) в основном накапливается в щитовидной железе, радий (Ra226), стронций (Sr90, Sr89) и ряд других элементов — в костях.

Некоторые радиоактивные вещества более или менее равномерно распределяются в организме, например ниобий и др. Орган, в котором,откладывается наибольшая удельная концентрация радиоактивных веществ, часто называют критическим органом тела. Например, при отложении радиоактивного стронция (Sr90, Sr89) критическим органом являются кости, серы (S35) — кожа, натрия (Na24)—все тело.
Количество накопившегося радиоактивного вещества в том или ином органе само по себе еще не в полном объеме определяет развитие патологических изменений только в этом органе (Д. И. Закутинский).

Тем не менее преимущественное накопление радиоактивных веществ в том или ином органе определяет развитие в нем глубоких патологических процессов в виде злокачественных новообразований в отдаленные сроки и других изменений.

Современные данные показывают, что, несмотря на небольшое накопление в центральной нервной системе радиоактивных веществ, функциональное состояние ее в значительной степени изменяется. Изменение же функционального состояния центральной нервной системы оказывает существенное влияние на всасывание радиоактивных веществ, распределение их в организме и на течение заболевания.

Ионизирующее излучение, последствия для здоровья и защитные меры

Ионизирующее излучение — это вид энергии, высвобождаемой атомами в форме электромагнитных волн (гамма- или рентгеновское излучение) или частиц (нейтроны, бета или альфа). Спонтанный распад атомов называется радиоактивностью, а избыток возникающей при этом энергии является формой ионизирующего излучения. Нестабильные элементы, образующиеся при распаде и испускающие ионизирующее излучение, называются радионуклидами.

Все радионуклиды уникальным образом идентифицируются по виду испускаемого ими излучения, энергии излучения и периоду полураспада.

Активность, используемая в качестве показателя количества присутствующего радионуклида, выражается в единицах, называемых беккерелями (Бк): один беккерель — это один акт распада в секунду. Период полураспада — это время, необходимое для того, чтобы активность радионуклида в результате распада уменьшилась наполовину от его первоначальной величины. Период полураспада радиоактивного элемента — это время, в течение которого происходит распад половины его атомов. Оно может находиться в диапазоне от долей секунды до миллионов лет (например, период полураспада йода-131 составляет 8 дней, а период полураспада углерода-14 — 5730 лет).

Источники излучения

Люди каждый день подвергаются воздействию естественного и искусственного излучения. Естественное излучение происходит из многочисленных источников, включая более 60 естественным образом возникающих радиоактивных веществ в почве, воде и воздухе. Радон, естественным образом возникающий газ, образуется из горных пород, почвы и является главным источником естественного излучения. Ежедневно люди вдыхают и поглощают радионуклиды из воздуха, пищи и воды.

Люди подвергаются также воздействию естественного излучения из космических лучей, особенно на большой высоте. В среднем 80% ежегодной дозы, которую человек получает от фонового излучения, это естественно возникающие наземные и космические источники излучения. Уровни такого излучения варьируются в разных реогрфических зонах, и в некоторых районах уровень может быть в 200 раз выше, чем глобальная средняя величина.

На человека воздействует также излучение из искусственных источников — от производства ядерной энергии до медицинского использования радиационной диагностики или лечения. Сегодня самыми распространенными искусственными источниками ионизирующего излучения являются медицинские аппараты, как рентгеновские аппараты, и другие медицинские устройства.

Воздействие ионизирующего излучения

Воздействие излучения может быть внутренним или внешним и может происходить различными путями.

Внутренне воздействие ионизирующего излучения происходит, когда радионуклиды вдыхаются, поглощаются или иным образом попадают в кровообращение (например, в результате инъекции, ранения). Внутреннее воздействие прекращается, когда радионуклид выводится из организма либо самопроизвольно (с экскрементами), либо в результате лечения.

Внешнее радиоактивное заражение может возникнуть, когда радиоактивный материал в воздухе (пыль, жидкость, аэрозоли) оседает на кожу или одежду. Такой радиоактивный материал часто можно удалить с тела простым мытьем.

Воздействие ионизирующего излучения может также произойти в результате внешнего излучения из соответствующего внешнего источника (например, такое как воздействие радиации, излучаемой медицинским рентгеновским оборудованием). Внешнее облучение прекращается в том случае, когда источник излучения закрыт, или когда человек выходит за пределы поля излучения.

Люди могут подвергаться воздействию ионизирующего излучения в различных обстоятельствах: дома или в общественных местах (облучение в общественных местах), на своих рабочих местах (облучение на рабочем месте) или в медицинских учреждениях (пациенты, лица, осуществляющие уход, и добровольцы).

Воздействие ионизирующего излучения можно классифицировать по трем случаям воздействия.

Первый случай — это запланированное воздействие, которое обусловлено преднамеренным использованием и работой источников излучения в конкретных целях, например, в случае медицинского использования излучения для диагностики или лечения пациентов, или использование излучения в промышленности или в целях научных исследований.

Второй случай — это существующие источники воздействия, когда воздействие излучения уже существует и в случае которого необходимо принять соответствующие меры контроля, например, воздействие радона в жилых домах или на рабочих местах или воздействие фонового естественного излучения в условиях окружающей среды.

Последний случай — это воздействие в чрезвычайных ситуациях, обусловленных неожиданными событиями, предполагающими принятие оперативных мер, например, в случае ядерных происшествий или злоумышленных действий.

На медицинское использование излучения приходится 98% всей дозы облучения из всех искусственных источников; оно составляет 20% от общего воздействия на население. Ежегодно в мире проводится 3 600 миллионов радиологических обследований в целях диагностики, 37 миллионов процедур с использованием ядерных материалов и 7,5 миллиона процедур радиотерапии в лечебных целях.

Последствия ионизирующего излучения для здоровья

Радиационное повреждение тканей и/или органов зависит от полученной дозы облучения или поглощенной дозы, которая выражается в грэях (Гр).

Эффективная доза используется для измерения ионизирующего излучения с точки зрения его потенциала причинить вред. Зиверт (Зв) — единица эффективной дозы, в которой учитывается вид излучения и чувствительность ткани и органов. Она дает возможность измерить ионизирующее излучение с точки зрения потенциала нанесения вреда. Зв учитывает вид радиации и чувствительность органов и тканей.

Зв является очень большой единицей, поэтому более практично использовать меньшие единицы, такие как миллизиверт (мЗв) или микрозиверт (мкЗв). В одном мЗв содержится тысяча мкЗв, а тысяча мЗв составляют один Зв. Помимо количества радиации (дозы), часто полезно показать скорость выделения этой дозы, например мкЗв/час или мЗв/год.

Выше определенных пороговых значений облучение может нарушить функционирование тканей и/или органов и может вызвать острые реакции, такие как покраснение кожи, выпадение волос, радиационные ожоги или острый лучевой синдром. Эти реакции являются более сильными при более высоких дозах и более высокой мощности дозы. Например, пороговая доза острого лучевого синдрома составляет приблизительно 1 Зв (1000 мЗв).

Если доза является низкой и/или воздействует длительный период времени (низкая мощность дозы), обусловленный этим риск существенно снижается, поскольку в этом случае увеличивается вероятность восстановления поврежденных тканей. Тем не менее риск долгосрочных последствий, таких как рак, который может проявиться через годы и даже десятилетия, существует. Воздействия этого типа проявляются не всегда, однако их вероятность пропорциональна дозе облучения. Этот риск выше в случае детей и подростков, так как они намного более чувствительны к воздействию радиации, чем взрослые.

Эпидемиологические исследования в группах населения, подвергшихся облучению, например людей, выживших после взрыва атомной бомбы, или пациентов радиотерапии, показали значительное увеличение вероятности рака при дозах выше 100 мЗв. В ряде случаев более поздние эпидемиологические исследования на людях, которые подвергались воздействию в детском возрасте в медицинских целях (КТ в детском возрасте), позволяют сделать вывод о том, что вероятность рака может повышаться даже при более низких дозах (в диапазоне 50-100 мЗв).

Дородовое воздействие ионизирующего излучения может вызвать повреждение мозга плода при сильной дозе, превышающей 100 мЗв между 8 и 15 неделей беременности и 200 мЗв между 16 и 25 неделей беременности. Исследования на людях показали, что до 8 недели или после 25 недели беременности связанный с облучением риск для развития мозга плода отсутствует. Эпидемиологические исследования свидетельствуют о том, что риск развития рака у плода после воздействия облучения аналогичен риску после воздействия облучения в раннем детском возрасте.

Деятельность ВОЗ

ВОЗ разработала радиационную программу защиты пациентов, работников и общественности от опасности воздействия радиации на здоровье в планируемых, существующих и чрезвычайных случаях воздействия. Эта программа, которая сосредоточена на аспектах общественного здравоохранения, охватывает деятельность, связанную с оценкой риска облучения, его устранением и информированием о нем.

В соответствии с основной функцией, касающейся "установления норм и стандартов, содействия в их соблюдении и соответствующего контроля" ВОЗ сотрудничает с 7 другими международными организациями в целях пересмотра и обновления международных стандартов базовой безопасности, связанной с радиацией (СББ). ВОЗ приняла новые международные СББ в 2012 году и в настоящее время проводит работу по оказанию поддержки в осуществлении СББ в своих государствах-членах.

Влияние рентгеновских лучей на организм. Опасность нейтрона в радиоактивном излучении

Рентгеновы лучи. В 1895 г. физик Рентген, работая с высоковольтными разрядными трубками, открыл новое проникающее излучение, названное впоследствии его именем — рентгеновыми лучами. Последние сходны с у-лучами, но отличаются от них более низкими частотами с большими длинами волн. Основным источником рентгеновых лучей является рентгеновская трубка.

Существует еще один источник рентгеновых лучей — вторичный эффект радиоактивного распада и прохождение радиоактивных излучений через вещество. Важнейшим свойством рентгеновского излучения является его большая проникающая способность. Рентгеновы лучи высокой энергии, полученные от современных бетатронов, могут проникать даже через десятки сантиметров свинца. Поглощение рентгеновых лучей происходит теми же способами, что и поглощение у-лучей.

Рентгеновы лучи при прохождении через слой вещества оказывают непосредственно небольшое ионизирующее излучение. Однако ионизирующее действие их весьма значительно и обусловлено главным образом вторичным действием образованных ими фотоэлектронов и электронов отдачи. Рентгеновы лучи представляют опасность только при внешнем облучении. Характер защиты подобен тому, как и при у-облучении.

Нейтроны. Нейтральные частицы — нейтроны (n) являются составными элементами всех ядер, кроме ядра водорода. Нейтроны — это частицы, не обладающие зарядами. Впервые они были обнаружены в 1930 г. Нейтронное излучение обладает чрезвычайно большой проникающей способностью и легко проходит через свинец, сталь. Лучше задерживаются водородосодержащими веществами (вода, парафин и др.).
Нейтроны разделяются на две основные группы: быстрые с энергией от 0,5 до 20 MeV и более медленные (или тепловые) с энергией 0,05 MeV.

Во время взаимодействия быстрых нейтронов с водородосодержащими веществами (парафин, вода, ткань) нейтроны теряют 90% энергии на соударение с ядрами водорода. Поток быстрых нейтронов (число нейтронов, проходящих через 1 см2 поверхности в 1 секунду), попадая в ткани организма, уменьшается в 2 раза на глубине 4—6 см. На этой глубине примерно половина быстрых нейтронов превращается в медленные.

При этом образуются изотопы стабильные или радиоактивные. При облучении вещества нейтронами может возникать радиоактивность его, которую называют наведенной активностью. Так, например, во время облучения человека нейтронами многие изотопы, входящие в состав ткани (фосфор, сера и др.), могут превратиться в радиоактивные и быть обнаружены в выделениях.

При работе на ускорительных установках элементарных частиц (бетатрон, циклотрон и др.), различного рода реакторах, при изготовлении радий-бериллиевых и полоний-бериллиевых источников и при работе с ними возможно воздействие на работающих проникающего нейтронного излучения. Учитывая особые свойства нейтронного излучения, в рабочих помещениях необходимо разрабатывать такую защиту, чтобы было обеспечено полное поглощение нейтронов, например, оборудование необходимой толщины экранов из воды, парафина, бора, кадмия, специального бетона и др.

Действие ионизирующей радиации на организм. Коэффициент относительной биологической активности

Все виды ионизирующих излучений, прямо или косвенно попадая в организм или проходя через него, вызывают ионизацию, однако плотность последней может быть различной. Плотность ионизации зависит от энергии ионизирующей частицы и ряда других условий. Ионизация ведет к биологическим изменениям в тканях организма.

Первичные механизмы биологического действия различных видов проникающих излучений весьма близки и в ряде случаев идентичны. Различия в характере действия определяются степенью проникновения, способностью к ионизации, дозой облучения, временем действия, а также состоянием облучаемой ткани. Ионизация возникает либо непосредственно при действии а- и р-частиц, либо через посредство вторичных ионизирующих частиц при поглощении рентгеновых и у-лучей или нейтронов.

Для всех видов проникающего излучения, которые могут вызывать лучевые повреждения живых организмов, наиболее характерна их способность выбивать электроны из атомов или молекул облучаемых веществ и тем самым вызывать их ионизацию. Схематически этот процесс изображают в таком виде: А —> е + А+; е + В —> В-, т. е. молекула А, теряя электроны, становится положительно заряженным ионом (А+); выбитый электрон, присоединяясь к молекуле В, превращает ее в отрицательно заряженный ион (В-).

Действие рентгеновых и у-лучей связано с появлением вторичных электронов, образующихся при поглощении или рассеянии рентгеновых или у-квантов (фотонов). При действии быстрых нейтронов ионизация проявляется за счет протонов отдачи, образующихся при столкновении нейтронов с ядрами атомов водорода. Эффект действия медленных нейтронов обусловливается ионизирующим действием частиц, появляющихся при ядерных реакциях, вызываемых медленными нейтронами (Г. М. Франк).

После акта ионизации, т. с. образования положительно заряженной частицы - иона, и после присоединения свободного электрона к нейтральной молекуле с образованием отрицательного иона возникают последующие процессы, в которых участвуют образованные ионы. В живых организмах, состоящих почти на 75°/о из воды, значительная часть энергии излучения поглощается молекулами воды.

По мнению многих ученых, решающее значение приобретает действие, возникающее благодаря ионизации молекул воды. При взаимодействии ионизирующего излучения с молекулами воды образуются свободные радикалы: Н, ОН и Н02, которые могут реагировать с любым веществом, способным окисляться или восстанавливаться. Наряду с этим возможны и другие пути их взаимодействия или рекомбинации, приводящие к образованию перекиси водорода, атомарного кислорода и т. д..
Из этого следует, что и после рекомбинации радикалов в водной среде могут оставаться вещества пероксидного характера, которые обладают выраженными окислительными свойствами и высокой токсичностью по отношению к тканям.

Б. Н. Тарусов считает, что при реакциях взаимодействия активных радикалов с молекулами живого вещества образуются активные биологические продукты, принимающие участие в возникновении самоускоряющейся реакции, протекающей по цепному типу. По его мнению, эта цепная реакция идет через ряд промежуточных продуктов и приводит к накоплению токсинов. П. Д. Горизонтов указывает, что понимание особенностей биологического действия различных излучений вытекает из характера распределения их поглощаемой энергии в организме.

При одном и том же количестве поглощенной энергии а-лучи вызывают в 10, нейтроны тепловые в 5 и быстрые нейтроны различной энергии в 10—20 раз более интенсивный биологический эффект, чем рентгеновы и у-лучи. Биологическое действие большинства радиоактивных веществ связано также с их химическими свойствами.

Действие рентгеновского излучения на человека

Рентгеновское излучение – это электромагнитные волны, длина которых колеблется в интервале от 0,0001 до 50 нанометров. Излучение было открыто в ноябре в 1895 году физиком из Германии Вильгельмом Конрадом Рентгеном, работавшим в Вюрцбургском университете. Он охарактеризовал свойства лучей, обнаружив их способность проникания через мягкие непрозрачные ткани.

Применение и свойства рентгеновского излучения

Излучение делится два типа:

Лучи характеристического типа получаются при перестройке атомов анода рентгеновской трубки. Волны различаются длиной, на них воздействуют номера химических элементов, которые используются при получении трубки.

Тормозные лучи появляются из-за торможения электронов, которые испаряются из вольфрамовой спирали.

У электромагнитных волн существует ряд характеристик, объясняющихся их природой. Электромагнитные волны при перпендикулярном падении на плоскость не отражаются.

Это интересно! При перечне соблюдённых условий алмаз отразит их.

Электромагнитные волны пробиваются через непроницаемые предметы: бумага, металл, дерево, живые ткани. Чем поверхность материала плотнее и толще, тем лучи поглощаются интенсивнее и больше.

Рентгеновское излучение вызывает свечение некоторых элементов. Он останавливается после прекращения воздействия электромагнитных волн. Электромагнитные волны засвечивают фотоплёнку.

Излучение рентгена

При прохождении лучей в воздухе происходит его ионизация. В итоге воздух способен проводить ток. Облучение повреждает клетки, это связано с ионизацией биологических структур.

Благодаря рентгеновскому излучению можно просветить тело человека, чтобы получить снимок его костей. При современных технологиях также возможно выявление внутренних органов. С помощью обычных приборов получают двумерную проекцию, а благодаря компьютерным томографам возможно сделать объёмное изображение человеческих органов.

В этом промежутке времени существует такое понятие как рентгеновская дефектоскопия. С помощью неё выявляют повреждения в различных изделиях, к примеру, в варочных швах и в рельсах.

Во многих науках рентгеновское излучение применяется для выявления строения элементов на уровне атомов при помощи дифракционного рассеяния рентгеновского излучения. Это называется рентгеноструктурным анализом. В качестве примера можно привести выявление структуры ДНК.

Химический состав элементов также выявляется благодаря электромагнитным волнам. Вещество, по которому осуществляется анализ, облучается электронами, в процессе происходит ионизация атомов. Такой метод называется рентгено-флюоресцентным.

На сегодняшний момент применение рентгеновского излучения осуществляется в разных отраслях. В целях безопасности создаются переносные и стационарные приборы для выявления запрещённых или опасных для жизни предметов в таможнях, аэропортах и местах, где часто происходят столпотворения людей.

Благодаря специальным телескопам возможно наблюдение за космическими телами и различными явлениями. При помощи электромагнитных волн разрабатывается лазерное оружие.

Виды рентгеновского излучения

Оно бывает нескольких видов и различается по проникающей способности и по протяжённости волны:

Жёсткое;
Мягкое (проникающая способность значительно ниже, но сами волны длиннее).

Действует подразделение по признакам спектра и механизмам действия:

Любые типы складываются благодаря рентгеновской трубке. Этот термин значит электровакуумный прибор, который предназначен для генерации электромагнитных волн. Основой работы служит термоэлектронная эмиссия.

Тормозное излучение образуется при помощи торможения электронов полем атомарных электронов. Его диапазон — непрерывный, определяется границами волн.

Влияние рентгеновского излучения на человека

После их открытия Вильгельмом Рентгеном, который опубликовал статью, назвав их х-лучами, выяснилось, что такое излучение влияет на организм человека.

Рентгеновское излучение в повышенных дозах провоцирует изменения в кожных покровах, которые похожи на ожог от солнечных лучей. Только при облучении происходит более глубокое и серьёзное повреждение верхнего слоя кожи. Появившиеся на коже язвы требуют затяжного по времени лечения.

Со временем исследователи выявили, что такого пагубного действия реально избежать, если уменьшить дозировку или время. При этом применяется дистанционное управление процедурой.

Вред от получаемых волн иногда проявляется не сразу, а только спустя промежуток времени, постепенно: случаются непрерывные или временные преобразования в структуре эритроцитов, повышается риск развития лейкемии. Возможно характерное образование последствия в виде преждевременного старения и утери эластичности кожи.

Применение рентгена

Влияние рентгеновского излучения зависит от того, какой внутренний орган подвержен излучению. Воздействие электромагнитных волн зависит от дозы лучей. При облучении половых органов у человека развивается бесплодие, при кроветворных органах – болезни крови.

Регулярное облучение даже в самых маленьких количествах и при коротких промежутках, приводит к изменениям на генетическом фоне. Они редко обратимы.

Электромагнитные волны проникают через ткани человеческого тела, при этом осуществляется ионизация в клетках, изменяется структура. Результатами таких воздействий становятся соматические осложнения или болезни в будущем поколении. Так проявляются генетические заболевания.

У людей, подвергшихся излучению, выявляются патологии крови. После маленьких доз возникают изменения её состава, которые ещё обратимы. Распадаются эритроциты и гемоглобин вследствие гемолитических изменений. Возможна тромбоцитопения.

При облучении нередки травмы хрусталика глаза, он мутнеет, и наступает катаракта.

Однократное облучение медицинской аппаратурой не влечёт за собой сильных перемен, т.к. содержит небольшую дозировку. При чувстве пациентом повышенной тревоги он вправе попросить у медика специальный защитный фартук. После выключения аппарата вредоносное действие тут же прекращается. Частое же влияние пагубно сказывается на человеческом организме.

Исследование последствий вредного облучения позволило создать международные стандарты, в которых указаны разрешённые минимальные дозы.

Читайте также: