Вопрос № 3. Ионизирующее излучение: действие на организм человека, гигиеническое нормирование и методы защиты

Ионизирующим называется излучение, которое, проходя через среду, вызывает ионизацию или возбуждение молекул среды. Ионизирующее излучение не воспринимается органами чувств человека. Поэтому оно особенно опасно, т. к. человек не знает, что он подвергается его воздействию. Ионизирующее излучение иначе называется радиацией.

Радиация – это поток частиц (альфа-, бета-частиц, нейтронов) или электромагнитной энергии очень высоких частот (гамма- или рентгеновские лучи).

Загрязнение производственной среды веществами, являющимися источниками ионизирующего излучения, называется радиоактивным загрязнением. Это форма физического (энергетического) загрязнения, связанного с превышением естественного уровня содержания радиоактивных веществ в среде в результате деятельности человека.

Действие на организм человека. Ионизирующее излучение вызывает в организме цепочку обратимых и необратимых изменений. Пусковым механизмом действия являются процессы ионизации и возбуждения молекул и атомов в тканях. Важную роль в формировании биологических эффектов играют свободные радикалы Н⁺ и ОН^-, образующиеся в процессе радиолиза воды (в организме содержится до 70 % воды). Они вступают в химические реакции с молекулами белка, ферментов и других элементов биологической ткани, вовлекая в реакции сотни и тысячи молекул, не затронутых излучением, что приводит к нарушению биохимических процессов в организме. Под воздействием радиации нарушаются обменные процессы, замедляется и прекращается рост тканей, возникают новые химические соединения, не свойственные организму (токсины). А это в свою очередь влияет на процессы жизнедеятельности отдельных органов и систем организма: нарушаются функции кроветворных органов, увеличивается проницаемость и хрупкость сосудов, происходит расстройство желудочно-кишечного тракта, ослабевает иммунитет человека, происходит истощение организма, перерождение нормальных клеток в злокачественные и др.

Ионизирующее излучение вызывает поломку хромосом, после чего происходит соединение разорванных концов в новые сочетания. Это приводит к изменению генного аппарата человека. Стойкие изменения хромосом приводят к мутациям, которые отрицательно влияют на потомство.

Перечисленные эффекты развиваются в различные временные промежутки: от секунд до многих часов, дней, лет. Это зависит от полученной дозы и времени воздействия.

Ионизирующая радиация при воздействии на организм человека может вызвать два вида эффектов, которые клинической медициной относятся к болезням: детерминированные пороговые эффекты (лучевая болезнь, лучевой ожог, лучевая катаракта, лучевое бесплодие, аномалии в развитии плода и др.) и стохастические (вероятностные) беспороговые эффекты (злокачественные опухоли, лейкозы, наследственные болезни).

Острые поражения развиваются при однократном равномерном гамма-облучении всего тела и поглощенной дозе выше 50 бэр. При дозе 25-50 бэр могут наблюдаться временные изменения крови, которые быстро нормализуются. В интервале дозы 50-100 бэр возникает чувство усталости, менее чем у 10 % облученных может наблюдаться рвота, умеренные изменения крови. При дозе 100-200 бэр наблюдается легкая форма острой лучевой болезни, которая проявляется продолжительной лимфопенией, в 30-50 % случаев – рвота в первые сутки после облучения. Смертельные исходы не регистрируются.

Лучевая болезнь средней тяжести возникает при дозе 200-400 бэр. Почти у всех больных в первые сутки наблюдается тошнота, рвота, резко снижается содержание лейкоцитов в крови, появляются подкожные кровоизлияния, в 20 % случаев возможен смертельный исход, смерть наступает через 2-6 недель после облучения. При дозе 400-600 бэр развивается тяжелая форма лучевой болезни, приводящая в 50 % случаев к смерти в течение первого месяца. При дозах, превышающих 600 бэр, развивается крайне тяжелая форма лучевой болезни, которая почти в 100 % случаев заканчивается смертью вследствие кровоизлияния или инфекционных заболеваний.

Острая лучевая болезнь может возникнуть у работников или населения при авариях на объектах ЯТЦ, других объектах, использующих ионизирующие излучения, а также при атомных взрывах.

Приведенные данные относятся к случаям, когда отсутствует лечение. В настоящее время имеется ряд противолучевых средств, которые при комплексном лечении позволяют исключить летальный исход при дозах около 1000 бэр.

Хроническая лучевая болезнь может развиться при непрерывном или повторяющемся облучении в дозах, существенно ниже тех, которые вызывают острую форму. Наиболее характерными признаками хронической лучевой болезни являются изменения в крови, ряд симптомов со стороны нервной системы, локальные поражения кожи, поражение хрусталика, пневмосклероз, снижение иммунореактивности организма.

Степень воздействия радиации зависит от того, является облучение внешним или внутренним (при попадании радиоактивного изотопа внутрь организма). Внутреннее облучение возможно при вдыхании, заглатывании радиоизотопов и проникновении их в организм через кожу. Некоторые вещества поглощаются и накапливаются в конкретных органах, что приводит к высоким локальным дозам радиации. Кальций, радий, стронций и др. накапливаются в костях, изотопы йода вызывают повреждение щитовидной железы, редкоземельные элементы – преимущественно опухоли печени. Равномерно распределяются изотопы цезия, рубидия, вызывая угнетение кроветворения, атрофию семенников, опухоли мягких тканей. При внутреннем облучении наиболее опасны альфа-излучающие изотопы полония и плутония, радия, радона, т. к. альфа-частица обладает из-за своей большой массы очень высокой ионизирующей способностью, хотя ее проникающая способность не велика.

Способность вызывать отдаленные последствия – лейкозы, злокачественные новообразования, раннее старение – одно из коварных свойств ионизирующего излучения.

Гигиеническое нормирование ионизирующего излучения осуществляется по СанПиН 2.6.1.2523-09 «Нормы радиационной безопасности (НРБ- 99/2009)». Основные дозовые пределы устанавливаются для следующих категорий облучаемых лиц:

· персонал – лица, работающие с источниками радиации (группа А) или находящиеся по условиям работы в сфере их воздействия (группа Б);

· все население, включая лиц из персонала, вне сферы и условий их производственной деятельности.

В таблице 2 приведены основные дозовые пределы облучения.

Таблица 2 – Основные дозовые пределы облучения

* Дозы облучения персонала группы Б не должны превышать ¼ значений для персонала группы А.

** Относится к дозе на глубине 300 мг/см²

*** Относится к среднему значению в покровном слое толщиной 5 мг/см². На ладонях толщина покровного слоя – 40 мг-см².

Основные пределы доз облучения не включают в себя дозы от природного и медицинского облучения, а также дозы вследствие радиационных аварий. На эти виды облучения устанавливаются специальные ограничения. Эффективная доза для персонала не должна превышать за период трудовой деятельности (50 лет) – 1000 мЗв, а для населения за период жизни (70 лет) – 7 мЗв. Для ряда категорий персонала устанавливаются дополнительные ограничения. Например, для женщин в возрасте до 45 лет эквивалентная доза, приходящаяся на нижнюю часть живота, не должна превышать 1 мЗв в месяц. При установлении беременности женщин из персонала работодатели обязаны переводить их на другую работу, не связанную с излучением. Для учащихся в возрасте до 21 года, проходящих обучение с источниками ионизирующего излучения, принимаются дозовые пределы, установленные для лиц из населения. В таблице 3 приведены значения допустимого радиоактивного загрязнения рабочих поверхностей, кожи, спецодежды, спецобуви, средств индивидуальной защиты персонала.

Таблица 3 – Допустимые уровни общего радиоактивного загрязнения рабочих поверхностей, частиц/(см² * мин).

Источники ионизирующего излучения. Кроме облучения от естественных источников радиации, которые были и есть всегда и везде, в ХХ веке появились и дополнительные источники излучения, связанные с деятельностью человека.

Прежде всего – это использование рентгеновского излучения и гамма-излучения в медицине при диагностике и лечении больных. Доза зависит от времени и органа обследования и может изменяться в широких пределах – от нескольких бэр (при снимке зуба) до десятков бэр (при обследовании желудочно-кишечного тракта и легких). При лечении злокачественных опухолей лучевой терапией дозы могут достигать 1000 бэр и более. Флюрографические снимки дают минимальную дозу. Средняя доза, получаемая людьми от медицинских исследований, составляет 0, 15 бэр в год.

Во второй половине ХХ века люди стали активно использовать радиацию в мирных целях. Различные радиоизотопы используют в научных исследованиях, при диагностике технических объектов, в контрольно-измерительной аппаратуре и т. д. Ядерные энергетические установки используют на атомных электрических станциях (АЭС), ледоколах, кораблях, подводных лодках. Для получения и переработки ядерного горючего создан целый комплекс предприятий, объединенных в ядерно-топливный цикл (ЯТЦ).

При нормальной работе АЭС выбросы в окружающую среду малы и оказывают небольшое воздействие на проживающее по близости население.

Наибольшую опасность с точки зрения радиационной безопасности представляют заводы по переработке отработанного ядерного горючего, которое обладает очень высокой активностью.

Очень сложна проблема борьбы с радиоактивными отходами, которые являются значимыми источниками радиоактивного загрязнения биосферы.

Сложные и дорогостоящие системы защиты на предприятиях ЯТЦ дают возможность обеспечить защиту человека и окружающей среды до очень малых величин, существенно меньших существующего техногенного фона.

Методы защиты. Для защиты от ионизирующих излучений применяют следующие методы и средства:

· снижение активности (количества) радиоизотопа, с которым работает человек;

· уменьшение времени пребывания в поле ионизирующего излучения;

· увеличение расстояния (удаление) от источника излучения;

· экранирование ионизирующего излучения: между источником излучения и защищаемым объектом (человеком) устанавливают защиту (экраны), выбор материала защитного экрана определяется видом и энергией излучения.

Альфа-частицы тяжелые, поэтому, хотя и обладают высокой ионизирующей способностью, быстро теряют свою энергию. Для защиты от них достаточно 10 см слоя воздуха. При близком расположении от альфа-источника применяют экраны из органического стекла. Распад альфа-нуклида может сопровождаться бета- и гамма-излучением, в этом случае должна устанавливаться защита от этих видов излучений.

Для защиты от бета-излучения используют материалы с малой атомной массой (алюминий, плексиглас, карболит), которые дают наименьшее тормозное гамма-излучение, сопровождающее поглощение бета-частиц. Для комплексной защиты от бета- и тормозного гамма-излучения применяют комбинированные двух- и многослойные экраны, у которых со стороны источника излучения устанавливают экран из материала с малой атомной массой, а за ним – с большой атомной массой (свинец, сталь и т. д.).

Для защиты от гамма- и рентгеновского излучений, обладающих очень высокой проникающей способностью, применяют материалы с большой атомной массой и плотностью (свинец, вольфрам и пр.), а также сталь, железо, бетон, чугун, кирпич. Чем меньше атомная масса вещества экрана и чем меньше плотность защитного материала, тем для требуемой кратности ослабления требуется большая толщина экрана.

Лучшими для защиты от нейтронного излучения являются водородосодержащие вещества (имеющие в своей химической формуле атомы водорода). Применяют воду, парафин, полиэтилен, а также бор, бериллий, кадмий, графит. Т. к. нейтронные излучения сопровождаются гамма-излучениями, необходимо применять многослойные экраны из различных материалов: свинец-полиэтилен, сталь-вода и т. д. Для одновременного поглощения нейтронного и гамма-излучений применяют водные растворы гидроокисей тяжелых металлов (Fe₂(OH)₃).

Конструкции защитных устройств могут выполняться в виде защитных боксов, сейфов для хранения радиоактивных препаратов, передвижных и стационарных экранов. При выделении радиоактивной пыли и газов боксы снабжаются вытяжной вентиляцией.

Помещения, предназначенные для работы с радиоактивными препаратами, должны быть отдельными, изолированными от других помещений и специально оборудованными. Стены, потолки и двери делают гладкими, не имеющими пор и трещин. Все углы помещения закругляют для облегчения уборки от радиоактивной пыли. Стены покрывают масляной краской на высоту 2 м, а при поступлении в воздушную среду помещения радиоактивных аэрозолей или паров стены и потолки покрывают масляной краской полностью. Помещения оборудуют хорошей приточно-вытяжной вентиляцией, проводят ежедневную влажную уборку.

· Применение средств индивидуальной защиты. Для защиты от внутреннего облучения при попадании радиоизотопов внутрь организма с вдыхаемым воздухом применяют респираторы (для защиты от радиоактивной пыли), противогазы (для защиты от радиоактивных газов). В качестве основной спецодежды применяют халаты, комбинезоны, полукомбинезоны и шапочки из неокрашенной хлопчатобумажной ткани.

При опасности значительного загрязнения помещения радиоактивными изотопами поверх хлопчатобумажной одежды надевают пленочную (нарукавники, брюки, фартук, халат, костюм), покрывающую все тело или места возможного наибольшего загрязнения. В качестве материалов для пленочной одежды применяют пластики, резину и другие материалы, которые легко очищаются от радиоактивных загрязнений. В конструкции пленочной одежды предусматривается принудительная подача воздуха под костюм и нарукавники. При работе с радиоактивными изотопами высокой активности используют перчатки из просвинцованной резины. При высоких уровнях радиоактивного загрязнения применяют пневмокостюмы из пластических материалов с принудительной подачей чистого воздуха под костюм. Для защиты глаз применяют очки закрытого типа со стеклами, содержащими фосфат вольфрама или свинец. При работе с альфа- и бета-препаратами для защиты лица и глаз используют защитные очки из оргстекла. На ноги надевают пленочные туфли или бахилы и чехлы, снимаемые при выходе из загрязненной зоны.