Биологическое действие ионизирующих излучений. Радиационный фон излучения. Регламентация облучения

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:

1. Механизм биологического действия ионизирующих излучений.

2. Этапы повреждающего действия ионизирующих излучений на биоструктуры.

3. Реакция клеток на облучение.

4. Действие ионизирующих излучений на отдельные органы и системы, радиочувствительность органов и тканей.

5. Прямое и косвенное действие ИИ, кислородный эффект.

6. Соматические эффекты действия ИИ.

7. Генетические эффекты действия ИИ.

8. Детерминированные эффекты.

9. Стохастические эффекты.

10.ОЛБ, периоды и формы ОЛБ.

11.Популяционные эффекты действия ИИ.

12.Естественный радиационный фон. Компоненты.

13.Космическая компонента ЕРФ, дозы облучения.

14.Террогенная компонента ЕРФ, дозы облучения.

15.Радон, источники радона в закрытых помещениях.

16.Дозовые нагрузки, обусловленные действием радона и дочерних продуктов его распада.

17.Искусственный радиационный фон, источники, дозовые нагрузки.

18.Мероприятия по ограничению облучения населения от природных источников.

19.Определение понятия «Радиационная безопасность».

20.Основные нормативные документы по регламентации облучения.

21.Принципы радиационной безопасности:

22.Категории облучаемых лиц:

23.Классы нормативов:

24.Регламентация облучения техногенными источниками в условиях нормальной эксплуатации ИИИ.

25.Регламентация облучения природными источниками в производственных условиях.

26.Регламентация облучения населения:

- ограничение облучения техногенными источниками;

- ограничение облучения природными источниками;

- ограничение медицинского облучения.

27.Регламентация облучения в условиях радиационной аварии.

Самостоятельная работа:

Измерить и оценить уровень естественного радиационного фона на территории, прилегающей к учебному корпусу, с использованием дозиметров ДБГ-01Н и ДБГ-06Т

МЕХАНИЗМ БИОЛОГИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ

Биологическое действие ионизирующего излучения условно можно подразделить на: 1) первичные физико-химические процессы, возникающие в молекулах живых клеток и окружающего их субстрата; 2) нарушения функций целого организма как следствие первичных процессов.

В результате облучения в живой ткани, как и в любой среде, поглощается энергия и возникают возбуждение и ионизация атомов облучаемого вещества. Поскольку у человека (и млекопитающих) основную часть массы тела составляет вода (около 75%), первичные процессы во многом определяются поглощением излучения водой клеток, ионизацией молекул воды с образованием высокоактивных в химическом отношении свободных радикалов типа ОН⁺ или Н⁺ и последующими цепными каталитическими реакциями (в основном окислением этими радикалами молекул белка). Это есть косвенное (непрямое) действие излучения через продукты радиолиза воды. Прямое действие ионизирующего излучения взывает деструкцию липидов, белков и других биомолекул, разрыв наименее прочных связей, отрыв радикалов и другие денатурационные изменения.

Необходимо заметить, что прямая ионизация и непосредственная передача энергии тканям тела не объясняют повреждающего действия излучения. Так, при абсолютно смертельной дозе, равной для человека 6 Гр на все тело, в 1 см³ ткани образуется 10¹⁵ ионов, что составляет одну ионизационную молекулу воды из 10 млн. молекул.

В дальнейшем под действием первичных процессов в клетках возникают функциональные изменения, подчиняющиеся уже биологическим законам жизни клеток.

Наиболее важные изменения в клетках: а) повреждение механизма митоза (деления) и хромосомного аппарата облученной клетки; б) блокирование процессов обновления и дифференцировки клеток; в) блокирование процессов пролиферации и последующей физиологической регенерации тканей.

Наиболее радиочувствительными являются клетки постоянно обновляющихся тканей и органов (костный мозг, половые железы, селезенка и т. п.). Изменения на клеточном уровне, гибель клеток приводят к таким нарушениям функций отдельных органов и межорганных взаимосвязанных процессов в организме, которые вызывают различные последствия для организма или гибель организма.

Таблица 1.

ОСНОВНЫЕ ПОСЛЕДСТВИЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ЧЕЛОВЕКА

Условия (время) облучения	Доза (накопленная) или мощность дозы	Эффект
Однократное острое; пролонгированное, дробное, хроническое – все виды	Любая доза, отличная от нуля	Увеличение риска отдаленных стохастических последствий – рака и генетических нарушений
Хроническое в течение ряда лет	0,1 Зв (10 бэр) в год и более	Снижение неспецифической резистентности организма, которое не выявляется у отдельных лиц, но может регистрироваться при эпидемиологических исследованиях
То же	0,5 Зв (50 бэр) в год и более	Специфические проявления лучевого воздействия, снижение иммунореактивности, катаракта (при дозе более 0,3 Зв в год)
Острое однократное	1 Зв (100 бэр) и более	Острая лучевая болезнь различной степени тяжести
То же	4,5 Зв (450 бэр) и более	Острая лучевая болезнь со смертельным исходом у 50% облученных
Различные виды	1 Зв (100 бэр) и более	Стохастические эффекты, реальное возрастание которых уже может быть выявлено при эпидемиологических исследованиях

РАДИАЦИОННЫЙ ФОН ИЗЛУЧЕНИЯ

Под радиационным фоном (РФ) понимают ионизирующие излучения от природных источников космического и земного происхождения, а также от искусственных радионуклидов, рассеянных в биосфере в результате деятельности человека.

Различают природный (естественный) радиационный фон и искусственный радиационный фон.

ЕСТЕСТВЕННЫЙ РАДИАЦИОННЫЙ ФОН (ЕРФ) обусловлен ионизирующим излучением от природных источников космического и земного происхождения. Космические лучи представляют собой поток частиц (протонов, альфа-частиц, тяжелых ядер) и жесткого гамма-излучения (это т.н. первичное космическое излучение). При взаимодействии его с атомами и молекулами атмосферы возникает вторичное космическое излучение, состоящее из мезонов и электронов.

Естественные радиоактивные элементы земли условно могут быть разделены на 3 группы:

1. Элементы радиоактивных семейств урана, тория и актиноурана.

2. Не связанные с первой группой радиоактивные элементы - калий-40, кальций-48, рубидий-87 и др.

3. Радиоактивные изотопы, возникающие под воздействием космического излучения - углерод-14 и тритий.

Большая часть естественных радиоактивных элементов содержится в горных породах, образующих толщу земной коры. Среднее содержание в них калия, тория, урана и радия представлено в таблице 2.

Таблица 2.

СРЕДНЕЕ СОДЕРЖАНИЕ КАЛИЯ, ТОРИЯ, УРАНА И РАДИЯ В ЗЕМНЫХ ПОРОДАХ, %

Породы	Радионуклид
40K	Th×10-4	U×10-4	Ra×-10
Магматические (в среднем)	2,6		4,0	1,3
Осадочные:
песчаные	1,1		1,2	1,5
глины	2,3		4,5	1,3
известняки	0,3	1,3	1,3	0,5

Количество радионуклидов, содержащихся в почве, в значительной мере определяется концентрацией радионуклидов в материнской породе. В почвах, возникших из продуктов разрушения кислых магматических пород, больше урана, радия, тория, калия, чем в почвах, образованных из ультраосновных и основных пород. Глинистые почвы за счет высокого содержания коллоидных фракций, хорошо сорбирующих и удерживающих радионуклиды, всегда богаче радиоактивными элементами, чем песчаные.

В современных условиях достаточно высокую дозовую нагрузку на население оказывают ионизирующие излучения от природных источников, претерпевших определенные изменения в результате деятельности человека: извлечение из недр полезных ископаемых, внесение минеральных удобрений, строительные материалы (особенно гипс, бетон), воздействие радона (подвалы, первые этажи жилых зданий), сжигание топлива, авиаперелеты и т.д.

ИСКУССТВЕННЫЙ РАДИАЦИОННЫЙ ФОН (ИРФ) обусловлен излучением от рассеянных в биосфере искусственных радионуклидов (цезий-137, стронций-90 и др.), за счет глобальных выпадений и радиационных аварий.

Фоновое облучение человека, обусловленное природными источниками, составляет около 3,5 мЗв/год и складывается из 1 мЗв/год за счет внешнего облучения (в т.ч. облучения за счет космического излучения - 0,3 мЗв/год и естественных радионуклидов - 0,7 мЗв/год), примерно 2,2 мЗв/год за счет радона и 0,3 мЗв за счет пищи и воды (средние значения по РФ в 2003 году).

Относительную степень радиационной безопасности населения характеризуют следующие значения эффективных доз от природных источников излучения:

- менее 2 мЗв/год - облучение не превышает средних значений доз для населения страны от природных источников излучения;

- от 2 до 5 мЗв/год - повышенное облучение;

- более 5 мЗв/год - высокое облучение.

Усредненный естественный радиационный фон местности складывается из космического излучения и излучения от естественных радионуклидов земли и составляет около 0,12 мкЗв/час или 12 мкр/час.

Оценивая радиационный фон местности, измеряют мощность дозы в воздухе на высоте 110 см от поверхности земли. Проводят 3-5 измерений с выведением среднего показателя.

РАДИАЦИОННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ

Общие положения обеспечения радиационной безопасности

Радиационная безопасность персонала, населения и окружающей природной среды считается обеспеченной, если соблюдаются основные принципы радиационной безопасности (обоснование, оптимизация, нормирование) и требования радиационной защиты, установленные Федеральным законом «О радиационной безопасности населения», НРБ-99 и действующими санитарными правилами.

Нормы радиационной безопасности (НРБ-99)

Нормы радиационной безопасности НРБ-99 применяются для обеспечения безопасности человека во всех условиях воздействия на него ионизирующего излучения искусственного или природного происхождения.

НРБ-99 распространяются на следующие виды воздействия ионизирующего излучения на человека:

· облучение персонала и населения в условиях нормальной эксплуатации техногенных источников ионизирующего излучения;

· облучение персонала и населения в условиях радиационной аварии;

· облучение работников промышленных предприятий и населения природными источниками ионизирующего излучения;

· медицинское облучение населения.

Требования Норм радиационной безопасности не распространяется на источники ионизирующего излучения, создающие годовую эффективную дозу не более 10 мкЗв и коллективную дозу не более 1 чел-Зв при любых условиях их использования, а также на космическое излучение на поверхности Земли и облучение, создаваемое содержащимся в организме человека калием-40, на которые практически невозможно влиять. Автоматически освобождаются от регламентации генераторы излучений, при условии, что при нормальной эксплуатации мощность эквивалентной дозы в любой точке на расстоянии 0,1м от любой доступной поверхности аппаратуры не превышает 1,0 мкЗв/ч.

Главной целью радиационной безопасности является охрана здоровья людей от вредного воздействия ионизирующего излучения путем соблюдения основных принципов и норм радиационной безопасности без необоснованных ограничений полезной деятельности при использовании излучения в различных областях хозяйства, науке и медицине.

Нормы радиационной безопасности НРБ-99 относятся только к проблеме защиты человека.

Нормы радиационной безопасности НРБ-99 относятся только к ионизирующему излучению.

Для обеспечения радиационной безопасности при нормальной эксплуатации необходимо руководствоваться следующими основными принципами:

n непревышение допустимых пределов индивидуальных доз облучения граждан от всех источников ионизирующего излучения (принцип нормирования);

n запрещение всех видов деятельности по использованию источников ионизирующего излучения, при которых полученная для человека и общества польза не превышает риск возможного вреда, причиненного дополнительным к естественному радиационному фону облучением (принцип обоснования);

n поддержание на возможно низком и достижимом уровне с учетом экономических и социальных факторов индивидуальных доз облучения и числа облучаемых лиц при использовании любого источника ионизирующего излучения (принцип оптимизации).

Принцип обоснования относится к тем видам деятельности, которые сопровождаются или могут сопровождаться облучением людей. К таким видам деятельности относятся атомная энергетика, использование источников ионизирующего излучения для диагностики различных заболеваний и многие другие. Обоснованность таких видов деятельности (превышение пользы над суммарным ущербом от этой деятельности) решается, как правило, на государственном уровне.

Принцип обоснования должен применяться на стадии принятия решения уполномоченными органами при проектировании новых источников излучения и радиационных объектов, выдаче лицензий и утверждении нормативно-технической документации на использование источников излучения, а также при изменении условий их эксплуатации.

В условиях радиационной аварии принцип обоснования относится не к источникам излучения и условиям облучения, а к защитному мероприятию. При этом в качестве величины пользы следует оценивать предотвращенную данным мероприятием дозу. Однако мероприятия, направленные на восстановление контроля над источниками излучения, должны проводиться в обязательном порядке.

Принцип оптимизации предусматривает поддержание на возможно низком и достижимом уровне как индивидуальных (ниже пределов, установленных НРБ-99), так и коллективных доз облучения, с учетом социальных и экономических факторов.

В условиях радиационной аварии, когда вместо пределов доз действуют более высокие уровни вмешательства, принцип оптимизации должен применяться к защитному мероприятию с учетом предотвращаемой дозы облучения и ущерба, связанного с вмешательством.

Принцип нормирования, требующий непревышения установленных Федеральным законом «О радиационной безопасности населения» и НРБ-99 индивидуальных пределов доз и других нормативов радиационной безопасности, должен соблюдаться всеми организациями и лицами, от которых зависит уровень облучения людей.

Наибольшее значение для практики имеют принципы нормирования и оптимизации. Понятие норматива является традиционным для различных областей гигиены, токсикологии и экологии. Обычно норматив рассматривается как граница между «опасным» и «безопасным» уровнем воздействия данного фактора. Такая трактовка норматива является естественной, если предполагается пороговый характер воздействия фактора и норматив установлен несколько ниже порога.

В отличие от этого практически все радиационные нормативы, приведенные в НРБ-99, установлены на уровнях значительно ниже порогов детерминированных эффектов. В этой области доз единственным последствием облучения людей является риск возникновения стохастических эффектов дополнительно к спонтанному уровню. Вероятность последствий облучения пропорциональна значению эффективной дозы у людей. Линейная беспороговая зависимость «доза-эффект» означает, что не существует абсолютно безопасного уровня облучения людей. Последствия облучения отсутствуют только при нулевом значении эффективной дозы, что практически недостижимо. С другой стороны, превышение любого значения в этой области доз не приводит к резкому увеличению последствий облучения.

Краткая формулировка принципа оптимизации это – снижение доз облучения людей до разумно низкого уровня с учетом экономических и социальных факторов.

Для контроля за эффективными и эквивалентными дозами облучения, регламентированными НРБ-99, вводится система дополнительных производных нормативов от пределов доз в виде допустимых уровней. Критериями, по которым контролируется внешнее облучение, являются уровни мощности доз, плотность потока частиц. Критерии внутреннего облучения – предел годового поступления, объемная активность радионуклидов в воздухе, уровень радиоактивного загрязнения и т.д.

Поскольку производные нормативы при техногенном облучении рассчитаны для однофакторного воздействия и каждый из них исчерпывает весь предел дозы, то их использование должно быть основано на условии непревышения единицы суммой отношений всех контролируемых величин к их допустимым значениям.

Для предупреждения использования установленного для населения предела дозы только на один техногенный источник излучения или на ограниченное их количество должны применяться квоты на основные техногенные источники облучения.

Ответственность за соблюдение Норм согласно закону РФ о радиационной безопасности населения несут юридические лица, получившие разрешение (лицензию) на использование источников ионизирующего излучения.

Ответственность за соблюдение требований по ограничению облучения населения природными источниками ионизирующего излучения несет администрация территорий и субъектов Российской Федерации.

Требования к ограничению техногенного облучения в контролируемых условиях (нормальные условия эксплуатации источников ионизирующего излучения)

Устанавливаются следующие категории облучаемых лиц:

n персонал (группы А и Б)

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

Персонал (профессиональные работники) - лица, которые постоянно или временно непосредственно работают с техногенными источниками ионизирующих излучений (группа А) или находящиеся по условиям работы в сфере их воздействия (группа Б).

Население - все лица, включая персонал вне работы с источниками излучения, по условиям проживания, профессиональной деятельности или размещения рабочих мест могут подвергаться воздействию радиоактивных веществ и других источников излучения, применяемых в учреждениях и/или удаляемых во внешнюю среду с отходами.

Для категорий облучаемых лиц устанавливаются три класса нормативов:

n основные пределы доз (ПД), приведенные в табл.3;

n допустимые уровни монофакторного (для одного радионуклида или одного вида внешнего излучения, пути поступления) воздействия, являющиеся производными от основных дозовых пределов: пределы годового поступления, допустимые среднегодовые объемные активности (ДОА) и удельные активности (ДУА) и т.д.

n контрольные уровни (дозы, уровни, активности, плотности потоков и др.). Их значения должны учитывать достигнутый в организации уровень радиационной безопасности и обеспечивать условия, при которых радиационное воздействие будет ниже допустимого.

Таблица 3.

ОСНОВНЫЕ ПРЕДЕЛЫ ДОЗ

Нормируемые величины*	Пределы доз
Персонал (группа А)**	Население
Эффективная доза	20 мЗв в год в среднем за любые последовательные 5 лет, но не более 50 мЗв в год	1 мЗв в год в среднем за любые последовательные 5 лет, но не более 5 мЗв в год
Эквивалентная доза за год: в хрусталике глаза коже кистях и стопах	150 мЗв 500 мЗв 500 мЗв	15 мЗв 50 мЗв 50 мЗв

Примечания.

* Допускается одновременное облучение до указанных пределов по всем нормируемым величинам

** Основные пределы доз, как и все остальные допустимые уровни облучения персонала группы Б, равны 1/4 значений для персонала группы А.

· Основные дозовые пределы облучения лиц из персонала и населения не включают в себя дозы от природных, медицинских источников ионизирующего излучения и дозу 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) - 70 мЗв. Начало периодов вводится с 1 января 2000 года.

· При одновременном воздействии на человека источников внешнего и внутреннего облучения годовая эффективная доза не должна превышать пределов доз, установленных в табл. 4.

Приведенные здесь нормативы и критерии для различных ситуаций значительно различаются между собой. Минимально значимое облучение людей соответствует эффективной дозе, равной 0,01 мЗв/год. Дозовый предел профессионального облучения для персонала группы А равен 20 мЗв/год, для персонала группы Б и облучения природными источниками в производственных условиях – 5 мЗв/год.

В стандартных условиях монофакторного поступления радионуклидов, годовое поступление их через органы дыхания и среднегодовая объемная активность во вдыхаемом воздухе не должны превышать числовых значений ПГП (предела годового поступления) и ДОА (допустимой объемной активности), при которых пределы доз равны 20 мЗв в год для персонала и 1 мЗв в год для населения.