§ 28. Дозиметри. Біологічна дія радіоактивного випромінювання

Для контролю за опроміненням використовують дозиметричні прилади. У приміщеннях для роботи з випромінюваннями встановлюють дозиметри — прилади для вимірювання доз випромінювання в даному місці приміщення, їх часто забезпечують пристроєм, який автоматично подає звуковий або світловий сигнал, якщо доза випромінювання перевищує допустиме значення. Кожна людина під час роботи з радіоактивними речовинами повинна мати при собі контрольні прилади, що показують дозу, яку вона одержала протягом робочого дня. Із цією метою у спеціальні касети вкладають шматочки фотоплівки і заряджену касету кладуть у кишеню. Наприкінці робочого дня (або тижня) плівки проявляють і за ступенем їхнього почорніння визначають одержану дозу. Як кишенькові дозиметри використовують також інтегрувальні йонізаційні камери, які за формою нагадують авторучку.

В Україні побутові дозиметричні прилади почали випускати лише після аварії на Чорнобильській АЕС. Дозиметричні прилади поділяють за призначенням на індикатори - прості прилади для встановлення наявності випромінювання й приблизної оцінки його інтенсивності («Рось», «СОЕКС» та ін.); рентгенометри - призначені для вимірювання дози γ-випромінювання («Стриж-Ц», «ДП» та ін.); радіометри - універсальні прилади, що можуть вимірювати дози основних видів випромінювання, активність зразків ґрунту та їжі, радіаційне забруднення поверхонь («ТЕРРА», «СТОРА», «Бета» та ін.).

Зазначимо, що лише радіометри зі свинцевими камерами (наприклад, радіометр «Бета») дають достовірні значення вимірювань. Робота дозиметричних приладів ґрунтується на фізичних методах реєстрації йонізуючого випромінювання.

На малюнку 254 показано дозиметри різних типів.

Мал. 254

Оскільки радіоактивне випромінювання шкідливо впливає на живі клітини, потрібно організовувати захист від нього. Потрібно мати конкретні відомості про дію радіоактивного випромінювання і радіоактивних опадів на людину і навколишнє середовище. Із цією метою Генеральна Асамблея ООН у грудні 1955 р. заснувала Науковий комітет з дії атомної радіації (НКДАР) для оцінки у світовому масштабі доз опромінення, їхнього ефекту і пов’язаного з ним ризику.

З урахуванням проведених досліджень установлено гранично допустимі дози опромінення. Для населення будь-якого віку незалежно від місця проживання гранично допустимою дозою опромінення є D = 0,05 Гр за рік. Доза загального опромінення людини D = 2 Гр призводить до променевої хвороби, D = 6 Гр і більше майже завжди смертельна.

Для зниження дози опромінення навколо джерел радіоактивного випромінювання розташовують біологічний захист з речовин, що добре поглинають випромінювання. Найпростішим методом захисту є віддалення від джерел випромінювання на достатню відстань. Якщо це неможливо, то для захисту використовують перешкоди з поглинальних матеріалів, оскільки α-частинки мають малі довжини пробігу. β-активні джерела, навіть малих активностей, потрібно екранувати, наприклад, шаром пластмаси або спеціального скла, що містить свинець.

Для захисту від γ-випромінювання потрібен масивніший захист, як правило, свинцеві контейнери. Роботи з радіаційними відходами проводяться за допомогою маніпуляторів у спеціальних камерах (мал. 255).

Мал. 255

Для захисту від особливо потужних джерел випромінювання (працюючі реактори, прискорювачі тощо) споруджують бетонні стіни відповідної товщини.

Радіоактивні речовини можуть потрапити в організм під час вдихання повітря, забрудненого радіоактивними елементами, із забрудненими харчовими продуктами або водою, крізь шкіру. Ймовірність потрапляння твердих частинок у дихальні органи залежить від їхніх розмірів. Частинки розмірами понад 5 мкм майже всі затримуються в носовій порожнині.

Якщо радіонукліди, що потрапляють в організм, однотипні з елементами, які вживає людина з їжею, то вони поділяються на такі, що засвоюються організмом, тобто стають його частиною, і такі, що довго не затримуються в організмі й виводяться природним шляхом.

Деякі радіоактивні речовини, потрапляючи в організм, розподіляються в ньому більш-менш рівномірно, інші - концентруються в певних внутрішніх органах. Елементи, хімічно зв’язані з тканинами організму, дуже повільно видаляються з нього.

Щоб деякою мірою захистити організм від радіації, застосовують речовини-оксиданти - радіопротектори, але їх потрібно вживати до опромінення. Постійний медичний контроль за населенням, додержання гігієни місць проживання та особистої гігієни значно сприяють можливості роботи та проживання без ризику для здоров’я людини.

Біологічну дію радіаційного випромінювання на організм людини можна оцінити за наслідками випробувань атомної зброї в атмосфері, а також радіаційних катастроф, що їх зазнало людство. Першою катастрофою став вибух двох атомних бомб над містами Хіросіма й Нагасакі в 1945 р. У Японії тих людей, які постраждали від атомних вибухів, називають хібакуся. Однією з катастроф став вибух 4-го енергетичного блока на Чорнобильській АЕС 26 квітня 1986 року.

Аналіз наслідків цих катастроф показав, що радіаційне випромінювання впливає на функції, які супроводжуються активним поділом клітин. Пошкоджуються також імунна, кровотворна системи, епітелії кишкового тракту, бронхів, легенів.

У Японії різко зростала захворюваність на лейкемію, рак шлунка, молочної залози. Такі захворювання були й у пожежників і ліквідаторів аварії на ЧАЕС. У 1986 р. найхарактернішим наслідком аварії був рак щитоподібної залози (понад 600 надфонових захворювань).

У Японії через 25-30 років після бомбардування почала збільшуватися кількість серцево-судинних захворювань. Це явище спостерігається також і в Україні. У хібакуся середня тривалість життя становить 82-83 роки, тобто вони є довгожителями, незважаючи на радіаційне опромінення.

Період піврозпаду Йоду-131 становить 8,04 доби. Через 8 днів після аварії на ЧАЕС залишилася половина від його попередньої кількості, ще через 8 днів - 1/4, потім - 1/8, 1/16 і т. д. Тобто за 2 місяці активність йоду знизилася майже до нуля. Його ж біологічна дія на організм людини виявилася лише через 3 роки.

Унаслідок ядерного перетворення виник радіоактивний цезій. Він має більший період піврозпаду, ніж йод, тому потужність випромінювання є меншою.

Особливо небезпечні для людини і тварин ізотопи Стронцію і Цезію. Хімічні властивості Sr-90 і Cs-137 подібні до властивостей кальцію і калію, що входять до складу кісток та м’язів людини і тварин. Уміст калію у масі м’язів становить 0,3 %, а кальцію - 14,7 % від маси кісток.

Якщо людина споживає забруднені цезієм і стронцієм харчові продукти, а в її раціоні бракує калію (багаті на калій - квасоля, горох, боби, картопля, помідори, шпинат, абрикоси, ізюм, яблука) або кальцію (багаті на кальцій - капуста, горіхи, горох, сир, яйця, риба, морква, вівсяна крупа), то в організмі людини атоми Цезію в м’язах заміняють атоми Калію, а атоми Стронцію - у кістках заміняють атоми Кальцію.

Період піврозпаду Sr-90 становить 28 років, а період, протягом якого з організму людини вивільняється половина Стронцію, становить 50 років (фізіологічний період напіввиведення ізотопу з організму). Практично стронцій, що потрапив у кістки людини чи тварин, з них уже не вивільняється.

Про віддалені наслідки дії радіоактивного випромінювання в малих дозах на живі організми можна зробити певні висновки, спостерігаючи за рослинами. Відхилення в розвитку рослин стають помітними через кілька поколінь після їхнього опромінення. Дослідники брали пшеницю, що виросла поблизу реактора. У перший рік висіву не відбувалося жодних змін. Чорнобильські «гени» проявилися, починаючи з третього покоління. З кожним висівом кількість мутантів зростає.

Радіоактивне випромінювання може уражати людський організм трьома способами:

1) зовнішньою дією - ураження високою дозою радіації великої кількості клітин організму. У цьому разі тяжкі пошкодження живої тканини й ознаки променевої хвороби виявляються протягом кількох днів. Якщо організм зазнав надто великих уражень, то людина помирає. Ступінь хвороби залежить від рівня радіації та спроможності організму протидіяти радіації;

2) внутрішньою дією - через органи травлення, якщо туди потрапляють радіоактивно «забруднені» їжа і вода. Ураження має тривалий характер і настає внаслідок пошкодження окремої клітини. Ця клітина може вижити і залишатися в «сонному» стані багато років, однак вона цілковито змінена. Згодом починають розвиватися генетичні мутації, що призводять до тяжких хвороб;

3) внутрішньою дією через легені, якщо людина вдихає радіоактивний пил.

У результаті дії йонізуючого випромінювання в організмі людини відбуваються складні фізичні, хімічні та біологічні процеси, які призводять до змін у функціональній діяльності різних органів та систем організму в цілому. Уплив різних доз опромінення на організм людини представлено в таблиці 3.

Таблиця 3

Дози опромінення	Причина та наслідки впливу
(0,7-2,0) • 10^-3 Гр	Доза від природних джерел за рік
5 • 10^-3 Гр	Допустиме опромінення населення в нормальних умовах за рік
0,03 Гр	Опромінення під час рентгенографії зубів
0,05 Гр	Допустиме опромінення персоналу АЕС у нормальних умовах за рік
0,1 Гр	Рівень подвоєння ймовірності генних мутацій
0,25 Гр	Однократна доза виправданого ризику за надзвичайних обставин
0,3 Гр	Опромінення під час рентгеноскопії шлунка (місцеве)
0,75 Гр	Короткочасні незначні зміни складу крові, порушення функції нервової системи
1,0 Гр	Доза виникнення гострої променевої хвороби
3-5 Гр	Без лікування 50 % опромінених помирає протягом 1-2 місяців унаслідок порушення діяльності клітин мозку
10-50 Гр	Смерть настає через 1-2 тижні внаслідок внутрішньої кровотечі, головним чином шлунково-кишкового тракту
100 Гр	Смерть настає через кілька годин або днів унаслідок ушкодження центральної нервової системи