Биологическое действие радиации на организм человека

Содержание

33. Биологическое действие радиации на организм человека

Биологическое действие радиации на организм человека

Как Вы уже узнали, ионизирующее излучение действует на клетки тела человека. Если не происходит репарации клеток, стойкий эффект лучевого поражения может быть отмечен в виде биологических изменений в тканях и органах.

Эти изменения могут выражаться в медицинских проявлениях, которые разделяют на детерминированные и стохастические эффекты.

Так же эти изменения представляют особенный интерес в случае воздействия на развивающийся плод.

3.1 Детерминированные эффекты

Наиболее выраженный результат лучевого поражения – это гибель клетки. Если поражены только несколько клеток, это обычно не проблема, так как в теле существует множество клеток и новые клетки могут заменить погибших. Однако, с ростом поглощенной радиации (т. е.

дозы) будет достигнуто значение, при котором погибнет достаточно большое количество клеток, что повлияет на функционирование органа.

Результатом этого будет потеря органом своих функций, которая будет становиться всё более серьезной по мере увеличения количества пострадавших клеток.

Различные типы лучевого поражения, результатом которого является потеря функций органа, называется детерминированные эффекты. Такие эффекты характеризуются наличием пороговой дозы (ниже которой эффект не наблюдается), а при превышении которой эффект проявляется, а степень тяжести эффекта возрастает с увеличением дозы излучения.

Примером детерминированного эффекта является эритема или покраснение кожи. Облучение низкими дозами ионизирующего излучения (ниже пороговой дозы) не вызовет покраснения кожи.

Если доза возрастает до уровня, большего пороговой дозы, кожа покраснеет, таким же образом, как и у светлокожих людей возникает умеренный солнечный ожог. При дальнейшем увеличении дозы образуются волдыри (как при тяжелом ожоге), а еще большие дозы вызовут отмирание кожи и изъязвление.

Другие детерминированные эффекты являются результатом облучения отдельных органов и включают стерильность (временную или постоянную) и катаракту.

Отметим, что эффект от дозы облучения отдельного человека зависит от биологических факторов (например, возраста и общего состояния здоровья), а также от химических факторов (например, содержание кислорода в биологических тканях).

Поэтому среди населения существует некоторый диапазон чувствительности к радиации. Следовательно, пороговая доза в заданной ткани будет достигаться при более низких дозах у более чувствительных особей.

По мере роста дозы у все большего количества людей будет проявляться эффект воздействия, вплоть до дозы, выше которой у всех облученных людей эффект проявится.

Детерминированные эффекты наиболее часто наблюдаются в случае высоких доз радиации, полученных в короткий период времени (то есть в случае острого облучения). Даже в случае контролируемого медицинского облучения, на рабочем месте высокие дозы не характерны. Следовательно, детерминированные эффекты имеют место только при аварийных ситуациях и не наблюдаются для облучений на рабочем месте.

Детерминированные эффекты обычно не встречаются на рабочем месте. Они являются результатом аварийных ситуаций.

В таблице 3 приведен перечень детерминированных эффектов характерных для определенных органов, возникающих при остром облучении.

Отметим, что дозы в таблице приведены в миллизивертах (мЗв). Вам не требуется сейчас понимание этих единиц, поскольку значения даны только для сравнения.

Фактическое определение этих дозовых единиц будет детально объяснено в Модуле 2.5 «Индивидуальная дозиметрия».

Таблица 3

Эффекты острого облучения отдельных органов

Доза (мЗв)ОрганЭффект
3 500ЯичкиПостоянная стерильность
3 500ГлазВ дальнейшем образование катаракты
3 000ЯичникиСтерильность
2 500+КожаПокраснение кожи (эритема) и возможно постоянная потеря волос
500Костный мозгСокращение формирования клеток крови
150+ЯичкиВременная стерильность
60ПлодВероятно минимальная доза вызовет эффект (возможное уродство)

Большинство эффектов, приведенных в Таблице 3, классифицируются как ранние эффекты облучения, так как они обычно наблюдаются в течении нескольких дней или недель после облучения.

Исключением является образование катаракты, вызываемой облучением глаза. Этот эффект развивается несколько лет и поэтому классифицируется как отдаленное последствие.

Но это все же детерминированный эффект, потому что существует пороговая доза, ниже которой катаракта не возникает.

Тяжесть детерминированных эффектов, упомянутых в Таблице 3, зависит от величины дозы и периода времени, в течение которого доза получена. В сущности, если доза получена в течении более, чем нескольких недель, а не единовременно, пороговая доза, при которой наблюдается эффект, значительно возрастает, обычно примерно на 100%.

Очень высокие дозы радиации на все тело могут нанести значительные повреждения органам тела, значительно повлияв на их функционирование, а это может в конечном счете привести к смерти.

Лучевая болезнь (тошнота, рвотная диарея) – это ранний детерминированный эффект, следующий за острой высокой дозой на все тело.

Другие эффекты, вызываемые острым облучением всего тела, приведены в Таблице 4.

Таблица 4

Эффекты острого облучения всего тела

Доза (мЗв)Эффект
50 000+Серьезное повреждение центральной нервной системы – быстрая смерть.
8 000 – 50 000Разрушение внутренней оболочки кишечника и белых клеток крови (лейкоцитов) – смерть в течение двух недель.
4 000Без лечения для половины облученных фатальный исход в течение 30 дней.
2 000 – 8 000Повреждение белых клеток крови и внутренней оболочки пищеварительного тракта. Смерть в результате вторичной инфекции, но во многих случаях можно избежать при специальном медицинском лечении.
1 000 – 2 000Возможна лучевая болезнь – тошнота, рвота, диарея – не смертельна.

3.2                  Стохастические эффекты

Иногда эффект облучения не убивает клетку, а изменяет ее определенным образом. В большинстве случаев это изменение не влияет на клетку, и не наблюдается заметных эффектов.

Однако, существует вероятность, что повреждения могут затронуть систему управления клетки, вызывая затем более быстрое клеточное деление, чем обычно. Если поврежденная клетка начнет делиться таким образом, то будет образовываться все увеличивающееся количество ненормальных дочерних клеток.

Если эти ненормальные клетки поражают нормальную биологическую ткань, они называются раковыми клетками и  их не контролируемое деление вызывает рак.

Вид образовавшегося рака зависит от вида первичной клетки, которая была изменена.

Раки не появляются внезапно после облучения, а после латентного периода, в течение которого не наблюдается никаких видимых эффектов.

Латентный период зависит от вида рака, и может изменяться от двух лет для лейкемии до тридцати лет или возможно больше для некоторых солидных раков. Поэтому, рак классифицируется как отдаленный эффект.

В отличие от детерминированных эффектов, количество радиоактивного облучения не влияет на тяжесть рака, оно влияет на вероятность его возникновения.

Другими словами, облучение более высокими дозами может увеличить риск получения рака, но если рак проявился (безразлично была это высокая или низкая доза) тяжесть рака одинаковая. Это скорее похоже на лотерею, даже один билет может выиграть первый приз, но если Вы купите больше билетов, у Вас больше шансов выиграть.

Однако, ценность приза не изменится. Биологические эффекты действия ионизирующего излучения, имеющие вероятностный характер проявления, определяют как стохастические эффекты.

В целях радиационной защиты предполагается, что вероятность стохастического эффекта возрастает линейно с увеличением дозы и что не существует пороговой дозы (смотрите Рисунок 9). Если нет пороговой дозы, тогда предполагается, что даже малые дозы радиации могут вызвать рак.

Вероятность возникновения

Рисунок 9

Зависимость вероятности стохастического эффекта от дозы

Стохастические эффекты – это единственные эффекты, возможные при низких дозах. Риск стохастических эффектов – это основная причина ограничения доз для населения, и лиц работающих с источниками ионизирующего излучения.

Стохастические эффекты – это единственные эффекты, возможные при низких дозах и поэтому основной целью радиационной защиты является предотвратить детерминированные эффекты и снизить вероятность возникновения стохастических эффектов.

3.2.1     Наследственные эффекты

Если одна из половых клеток (сперматозоид или яйцеклетка) повреждена ионизирующим излучением, существует вероятность того, что это повреждение может повлиять непосредственно на ребенка или последующие поколения.

Поэтому этот вид эффектов называется наследственным эффектом. Наследственные эффекты имеют вероятностную природу и поэтому являются стохастическими.

Однако, риск наследственных эффектов намного ниже, чем риск возникновения онкологических заболеваний.

Экспериментальные исследования растений и животных показали, что наследственные эффекты могут быть вызваны облучением большими дозами радиации. Однако, у людей не было отмечено случаев, когда радиация привела к наследственным эффектам.

Наследственные эффекты облучения ионизирующим излучением не отмечены у людей.

3.2.2     Тканевые весовые множители (или взвешивающие коэффициенты)

Некоторые органы или ткани более чувствительны к радиации, чем другие, и имеют большую вероятность развития стохастических эффектов. Также некоторые раки более вероятно приведут к смерти или серьезным проблемам, чем другие.

Следовательно, для определения суммарного действия ионизирующего облучения на человека, применяется тканевый весовой множитель (или взвешивающий коэффициент) (wT).

В своей основе этот фактор принимает во внимание различие радиочувствительности органов и тканей и тяжесть возникшего онкологического заболевания.

Значения тканевых весовых множителей, приведенные в Таблице 5, рекомендованы на международном уровне. Чем выше значение тканевого весового множителя, тем больше вероятность проявления серьезных стохастических эффектов в результате определенного облучения.

Хотя различные люди реагируют на дозу облучения по-разному, тканевые весовые множители введены так, что они могут быть применимы к каждому.

Отметим, что сумма тканевых весовых множителей по всем тканям и органам тела человека соответствует фактору облучения всего тела, равного 1.

Таблица 5

Взвешивающие коэффициенты для тканей и органов тела человека

Ткань или органТканевый весовой множитель wT
Гонады0.20
Красный костный мозг0.12
Толстая кишка0.12
Легкие0.12
Желудок0.12
Мочевой пузырь0.05
Молочные железы0.05
Печень0.05
Пищевод0.05
Щитовидная железа0.05
Кожа0.01
Bone surfaceПоверхность кости0.01
Остальные органы и ткани0.05

Вышеприведенные значения показывают, что легкие почти в два с половиной раза более чувствительны к радиации, чем щитовидная железа (0.12 деленное на 0.05 равняется 2.4). В Модуле 2.5 «Индивидуальная дозиметрия», Вы рассмотрите, как тканевый весовой множитель может быть использован для пересчета дозы на орган в дозу на все тело.

Источник: http://rad-stop.ru/33-biologicheskoe-deystvie-radiatsii-na-organizm-cheloveka/

Разрушительное действие радиации на организм человека

Биологическое действие радиации на организм человека

Ученые, изучающие влияние радиации на живые организмы, серьезно обеспокоены ее широким распространением. Как сказал один из исследователей, современное человечество купается в океане радиации.

Невидимые глазу радиоактивные частицы обнаруживают в почве и воздухе, воде и пище, детских игрушках, нательных украшениях, строительных материалах, антикварных вещах.

Самый безобидный на первый взгляд предмет может оказаться опасным для здоровья.

Наш организм также можно назвать в небольшой степени радиоактивным. В его тканях всегда содержатся необходимые ему химические элементы – калий, рубидий и их изотопы. В это сложно поверить, но каждую секунду в нас происходят тысячи радиоактивных распадов!

В чем суть радиации?

Атомное ядро состоит из протонов и нейтронов. Их компоновка у некоторых элементов может быть, упрощенно говоря, не совсем удачной, из-за чего они становятся нестабильными. У таких ядер есть лишняя энергия, от которой они стремятся избавиться. Сделать это можно такими способами:

  • Выбрасываются маленькие «кусочки» из двух протонов и двух нейтронов (альфа-распад).
  • В ядре протон превращается в нейтрон, и наоборот. При этом выбрасываются бета-частицы, которые представляют собой электроны или их двойники с противоположным знаком – антиэлектроны.
  • Происходит выброс излишней энергии из ядра в виде электромагнитной волны (гамма-распад).

Кроме этого, ядро может излучать протоны, нейтроны и полностью разваливаться на куски. Таким образом, несмотря на тип и происхождение, любые виды радиации представляют собой высокоэнергетический поток частиц с огромной скоростью (десятки и сотни тысяч километров в секунду). Он очень пагубно действует на организм.

Последствия действия радиации на организм человека

В нашем организме непрерывно продолжаются два противоположных процесса – гибель и регенерация клеток.

В нормальных условиях радиоактивные частицы повреждают в молекулах ДНК до 8 тысяч различных соединений за час, которые организм потом самостоятельно восстанавливает.

Поэтому медики считают, что малые дозы радиации активизируют систему биологической защиты организма. Но большие – разрушают и убивают.

Так, лучевая болезнь начинается уже при получении 1-2 Зв, когда врачи фиксируют ее 1-ую степень. В этом случае необходимы наблюдения, регулярные последующие обследования на предмет онкологических заболеваний.

Доза 2-4 Зв означает уже 2-ую степень лучевой болезни, при которой требуется лечение. Если помощь поступает вовремя, летального исхода не будет.

Смертельной считается доза от 6 Зв, когда даже после пересадки костного мозга удается спасти лишь 10-ую часть больных.

Без дозиметра человек никогда не поймет, что подвергается воздействию опасного излучения. Поначалу тело никак на это не реагирует. Лишь через время может появиться тошнота, начинаются головные боли, слабость, поднимается температура.

При высоких дозах облучения радиация в первую очередь воздействует на кроветворную систему. В ней почти не остается лимфоцитов, от количества которых зависит уровень иммунитета. Вместе с этим растет число хромосомных поломок (дицентриков) в клетках.

В среднем, организм человека не должен подвергаться облучению, доза которого более 1 млЗв в год. При облучении в 17 Зв вероятность развития неизлечимого рака приближается к максимальному значению.

Подробнее о том, как радиация влияет на организм человека

Повреждение атомов клеток. Процесс воздействия радиации на организм называется облучением. Это крайне разрушительная сила, которая трансформирует клетки, деформирует их ДНК, приводит к мутациям и генетическим повреждениям. Деструктивный процесс может запустить всего одна частица радиации.

Действие ионизирующего излучения специалисты сравнивают со снежным комом. Начинается все с малого, затем процесс нарастает до тех пор, пока не наступят необратимые изменения. На атомарном уровне это происходит так.

Радиоактивные частицы летят с огромной скоростью, выбивая при этом электроны из атомов. В результате последние приобретают положительный заряд. «Черное» дело радиации заключается только в этом.

Но последствия таких преобразований бывают катастрофическими.

Свободный электрон и ионизированный атом вступают в сложные реакции, в результате которых образуются свободные радикалы. Например, вода (H2O), составляющая 80 % массы человека, под воздействием радиации распадается на два радикала – H и OH.

Эти патологически активные частицы вступают в реакции с важными биологическими соединениями – молекулами ДНК, белков, ферментов, жиров. В результате в организме растет число поврежденных молекул и токсинов, страдает клеточный обмен.

Через некоторое время пораженные клетки погибают или их функции серьезно нарушаются.

Что происходит с облученным организмом. Из-за повреждения ДНК и мутации генов клетка не может нормально делиться. Это самое опасное последствие радиационного облучения. При получении большой дозы количество пострадавших клеток настолько велико, что могут отказывать органы и системы. Тяжелее всего воспринимают радиацию ткани, в которых происходит активное деление клеток:

  • костный мозг;
  • легкие,
  • слизистая желудка,
  • кишечник,
  • половые органы.

Причем даже слаборадиоактивный предмет при длительном контакте наносит вред организму человека. Так, миной замедленного действия могут стать для вас любимый кулон или объектив фотоаппарата.

Огромная опасность влияния радиации на живые организмы состоит в том, что долгое время она никак себя не проявляет. «Враг» проникает через легкие, ЖКТ, кожу, а человек даже не подозревает об этом.

В зависимости от степени и характера облучения его результатом становятся:

  • острая лучевая болезнь;
  • нарушения работы ЦНС;
  • местные лучевые поражения (ожоги);
  • злокачественные новообразования;
  • лейкозы;
  • иммунные заболевания;
  • бесплодие;
  • мутации.

К сожалению, природа не предусмотрела для человека органов чувств, которые могли бы подавать ему сигналы об опасности при приближении к радиоактивному источнику. Защититься от такой «диверсии» без всегда присутствующего под рукой бытового дозиметра невозможно.

Как обезопасить себя от излишних доз радиации?

От внешних источников защититься проще. Альфа-частицы задержит обычный картонный лист. Бета-излучение не проникает сквозь стекло. «Прикрыть» от гамма-лучей сможет толстый свинцовый лист или бетонная стена.

Хуже всего обстоит дело с внутренним облучением, при котором источник находится внутри организма, попав туда, к примеру, после вдыхания радиоактивной пыли или ужина с «приправленными» цезием грибочками. В этом случае последствия облучения намного более серьезные.

Самая лучшая защита от бытового ионизирующего излучения – своевременное обнаружение его источников. В этом вам помогут бытовые дозиметры RADEX. С такими приборами под рукой жить гораздо спокойнее: в любой момент вы исследуете на радиационное загрязнение все что угодно.

Контролируйте индикатором радиоактивности свою пищу, проверяйте воду и воздух, которым дышите, и вы создадите надежную преграду для проникновения внутрь микроскопических вредоносных частиц.

Источник: https://www.quarta-rad.ru/useful/vse-o-radiacii/deystvie-radiacii-na-organizm/

Биологическое действие радиации

Биологическое действие радиации на организм человека

При­ме­не­ние и ис­поль­зо­ва­ние тех­но­ло­гии мир­но­го атома тре­бу­ет край­ней осто­рож­но­сти.

Об этом на­по­ми­на­ет из­вест­ная всем жи­те­лям нашей пла­не­ты, круп­ней­шая в ис­то­рии тех­но­ген­ная ка­та­стро­фа, свя­зан­ная с ис­поль­зо­ва­ни­ем ядер­ных тех­но­ло­гий, ко­то­рая про­изо­шла 26 ап­ре­ля 1986 года в укра­ин­ском го­ро­де Чер­но­быль.

В ре­зуль­та­те ава­рии на чет­вёр­том энер­го­бло­ке ЧАЭС про­изо­шёл пожар и вы­брос ра­дио­ак­тив­ных ве­ществ (см. Рис. 1). Город был пол­но­стью эва­ку­и­ро­ван и по сей день яв­ля­ет­ся непри­год­ным для про­жи­ва­ния людей.

В ре­зуль­та­те лик­ви­да­ции ава­рии и из-за её по­след­ствий по­гиб­ло мно­же­ство людей, а эко­си­сте­ма рай­о­на пре­тер­пе­ла зна­чи­тель­ные из­ме­не­ния. Не толь­ко Укра­и­на, но и жи­те­ли со­сед­них го­су­дарств ощу­ти­ли на себе па­губ­ное воз­дей­ствие ра­ди­а­ции.

Рис. 1. Раз­ру­шен­ный чет­вёр­тый энер­го­блок на ЧАЭС

 Ионизация

Ра­ди­а­ция ока­зы­ва­ет на живые су­ще­ства па­губ­ное вли­я­ние. Аль­фа-, бета-, гам­ма-из­лу­че­ние при про­хож­де­нии через ве­ще­ство может его иони­зи­ро­вать, то есть вы­би­вать из его ато­мов и мо­ле­кул элек­тро­ны.

Иони­за­ция – про­цесс об­ра­зо­ва­ния ионов из ней­траль­ных ато­мов и мо­ле­кул.

Иони­за­ция живых тка­ней на­ру­ша­ет их пра­виль­ную ра­бо­ту, что при­во­дит к раз­ру­ши­тель­но­му воз­дей­ствию на живые клет­ки.

 Характеристики ионизирующего излучения

В любой точке зем­но­го шара че­ло­век все­гда на­хо­дит­ся под воз­дей­стви­ем ра­ди­а­ции, такое воз­дей­ствие на­зы­ва­ют ра­ди­а­ци­он­ным фоном.

Ра­ди­а­ци­он­ный фон – иони­зи­ру­ю­щее из­лу­че­ние зем­но­го и кос­ми­че­ско­го про­ис­хож­де­ния.

Сте­пень воз­дей­ствия ра­ди­а­ции на ор­га­низм за­ви­сит от несколь­ких фак­то­ров:

– по­гло­щён­ная энер­гия из­лу­че­ния;

– масса жи­во­го ор­га­низ­ма и ко­ли­че­ство энер­гии, при­хо­дя­ще­е­ся на один ки­ло­грамм его веса.

По­гло­щён­ная доза из­лу­че­ния (D) – энер­гия иони­зи­ру­ю­ще­го из­лу­че­ния, по­гло­щён­ная об­лу­ча­е­мым ве­ще­ством и рас­счи­тан­ная на еди­ни­цу массы.

,

где E – энер­гия по­гло­щён­но­го из­лу­че­ния, m – масса тела.

 – еди­ни­ца из­ме­ре­ния, на­зван­ная в честь ан­глий­ско­го фи­зи­ка Лью­и­са Грэя.

Для из­ме­ре­ния воз­дей­ствия несиль­ных из­лу­че­ний ис­поль­зу­ют вне­си­стем­ную еди­ни­цу из­ме­ре­ния – рент­ген. Сто рент­ген равны од­но­му грею:

При оди­на­ко­вой по­гло­щен­ной дозе из­лу­че­ния её воз­дей­ствие на живые ор­га­низ­мы за­ви­сит от типа из­лу­че­ния и от ор­га­на, ко­то­рый под­вер­га­ет­ся дан­но­му из­лу­че­нию.

При­ня­то срав­ни­вать воз­дей­ствие от раз­лич­ных из­лу­че­ний с рент­ге­нов­ским из­лу­че­ни­ем либо с гам­ма-из­лу­че­ни­ем. Для аль­фа-из­лу­че­ния эф­фек­тив­ность воз­дей­ствия в 20 раз пре­вы­ша­ет гам­ма-из­лу­че­ние.

Эф­фек­тив­ность воз­дей­ствия быст­рых ней­тро­нов в 10 раз пре­вы­ша­ет гам­ма-из­лу­че­ние.

Для опи­са­ния ха­рак­те­ри­сти­ки воз­дей­ствия вве­де­на ве­ли­чи­на, ко­то­рая на­зы­ва­ет­ся ко­эф­фи­ци­ен­том ка­че­ства (для аль­фа-из­лу­че­ния он равен 20, для быст­рых ней­тро­нов – 10).

Ко­эф­фи­ци­ент ка­че­ства (K) по­ка­зы­ва­ет, во сколь­ко раз ра­ди­а­ци­он­ная опас­ность от воз­дей­ствия на живой ор­га­низм дан­но­го вида из­лу­че­ния боль­ше, чем от воз­дей­ствия гам­ма-из­лу­че­ния (γ-из­лу­че­ния) при оди­на­ко­вых по­гло­щён­ных дозах.

Для того чтобы учесть ко­эф­фи­ци­ент ка­че­ства, вве­де­но по­ня­тие – эк­ви­ва­лент­ная доза из­лу­че­ния (H), ко­то­рая равна про­из­ве­де­нию по­гло­щён­ной дозы и ко­эф­фи­ци­ен­та ка­че­ства.

 – еди­ни­ца из­ме­ре­ния, на­зван­ная в честь швед­ско­го учё­но­го Роль­фа Мак­си­ми­ли­а­на Зи­вер­та.

Раз­лич­ные ор­га­ны живых ор­га­низ­мов имеют раз­ную чув­стви­тель­ность к иони­зи­ру­ю­ще­му из­лу­че­нию. Для оцен­ки дан­но­го па­ра­мет­ра вве­де­на ве­ли­чи­на – ко­эф­фи­ци­ент ра­ди­а­ци­он­но­го риска.

При оцен­ке воз­дей­ствия ра­ди­а­ци­он­но­го из­лу­че­ния на живые ор­га­низ­мы важно учи­ты­вать время его дей­ствия.

В про­цес­се ра­дио­ак­тив­но­го рас­па­да ко­ли­че­ство ра­дио­ак­тив­ных ато­мов в ве­ще­стве умень­ша­ет­ся, сле­до­ва­тель­но, умень­ша­ет­ся ин­тен­сив­ность об­лу­че­ния.

Для воз­мож­но­сти оцен­ки ко­ли­че­ства остав­ших­ся ра­дио­ак­тив­ных ато­мов в ве­ще­стве ис­поль­зу­ет­ся ве­ли­чи­на, ко­то­рая на­зы­ва­ет­ся пе­ри­од по­лу­рас­па­да.

Пе­ри­од по­лу­рас­па­да (T) – это про­ме­жу­ток вре­ме­ни, в те­че­ние ко­то­ро­го ис­ход­ное число ра­дио­ак­тив­ных ядер в сред­нем умень­ша­ет­ся вдвое.

С ис­поль­зо­ва­ни­ем пе­ри­о­да по­лу­рас­па­да вво­дит­ся закон ра­дио­ак­тив­но­го рас­па­да (закон по­лу­рас­па­да), ко­то­рый по­ка­зы­ва­ет, сколь­ко ато­мов ра­дио­ак­тив­но­го ве­ще­ства оста­нет­ся через опре­де­лён­ное время рас­па­да.

,

где  – ко­ли­че­ство нерас­пав­ших­ся ато­мов;

 – на­чаль­ное ко­ли­че­ство ато­мов;

t – про­шед­шее время;

T – пе­ри­од по­лу­рас­па­да.

Зна­че­ния пе­ри­о­дов по­лу­рас­па­да для раз­лич­ных ве­ществ яв­ля­ют­ся уже вы­чис­лен­ны­ми и из­вест­ны­ми таб­лич­ны­ми ве­ли­чи­на­ми.

 Задача на поглощённую дозу излучения

Вы­чис­ли­те по­гло­щён­ную двумя лит­ра­ми воды дозу из­лу­че­ния, если вслед­ствие по­гло­ще­ния этой дозы вода на­гре­лась на .

Дано: ,  – удель­ная теп­ло­ём­кость воды (таб­лич­ное зна­че­ние).

Найти и:D – доза из­лу­че­ния.

Ре­ше­ние

Из­лу­че­ние на­гре­ло воду, то есть его по­гло­щён­ная энер­гия пе­ре­ш­ла во внут­рен­нюю энер­гию воды. За­пи­шем это как пе­ре­да­чу опре­де­лён­но­го ко­ли­че­ства теп­ло­ты.

Фор­му­ла ко­ли­че­ства теп­ло­ты, ко­то­рое пе­ре­да­лось воде при на­гре­ве:

Энер­гию из­лу­че­ния, ко­то­рая пре­об­ра­зо­ва­лась в дан­ное ко­ли­че­ство теп­ло­ты, вы­ра­зим из фор­му­лы по­гло­щён­ной дозы из­лу­че­ния:

При­рав­ня­ем эти два вы­ра­же­ния (энер­гию и ко­ли­че­ство теп­ло­ты):

От­сю­да по­лу­ча­ем ис­ко­мую фор­му­лу для вы­чис­ле­ния дозы из­лу­че­ния:

Ответ: 

 Задача на эквивалентную дозу излучения

Без­опас­ной эк­ви­ва­лент­ной дозой иони­зи­ру­ю­ще­го об­лу­че­ния яв­ля­ет­ся 15 мЗв/год. Какой мощ­но­сти по­гло­щён­ной дозы для γ-из­лу­че­ния это со­от­вет­ству­ет?

Дано:; ;  – ко­эф­фи­ци­ент ка­че­ства γ-из­лу­че­ния.

Найти:  – мощ­ность по­гло­щён­ной дозы.

Ре­ше­ние

Пе­ре­во­дим дан­ные в СИ:

Вы­ра­зим из фор­му­лы эк­ви­ва­лент­ной дозы по­гло­щён­ную дозу:

Под­ста­вим по­лу­чив­ше­е­ся вы­ра­же­ние в вы­ра­же­ние мощ­но­сти по­гло­щён­ной дозы:

Ответ: .

 Задача на период полураспада

Име­лось неко­то­рое ко­ли­че­ство ра­дио­ак­тив­но­го изо­то­па се­реб­ра. Масса ра­дио­ак­тив­но­го се­реб­ра умень­ши­лась в 8 раз за 810 суток. Опре­де­ли­те пе­ри­од по­лу­рас­па­да ра­дио­ак­тив­но­го се­реб­ра.

Дано:   – от­но­ше­ние на­чаль­ной массы к остав­шей­ся; суток.

Найти: T.

Ре­ше­ние

За­пи­шем закон по­лу­рас­па­да:

От­но­ше­ние на­чаль­ной и ко­неч­ной массы будет равно от­но­ше­нию на­чаль­но­го и ко­неч­но­го ко­ли­че­ства ато­мов се­реб­ра:

Решим по­лу­чен­ное урав­не­ние:

  суток

Ответ:  суток.

 Методы защиты от ионизирующего радиационного излучения

Как ми­ни­мум, при ис­сле­до­ва­нии нель­зя брать в руки ра­ди­а­ци­он­ные об­раз­цы, для этого ис­поль­зу­ют­ся спе­ци­аль­ные дер­жа­те­ли.

При опас­но­сти по­па­да­ния в зону из­лу­че­ния необ­хо­ди­мо поль­зо­вать­ся сред­ства­ми за­щи­ты ды­ха­тель­ных путей: мас­ка­ми и про­ти­во­га­за­ми, а также спе­ци­аль­ны­ми ко­стю­ма­ми (см. Рис. 2).

Рис. 2. За­щит­ные сред­ства

Воз­дей­ствие аль­фа-из­лу­че­ний хоть и опас­но, но за­дер­жи­ва­ет­ся даже ли­стом бу­ма­ги (см. Рис. 3). Для за­щи­ты от дан­но­го из­лу­че­ния до­ста­точ­но одеж­ды, ко­то­рая по­кры­ва­ет все участ­ки тела, глав­ное не до­пу­стить по­па­да­ние α-ча­стиц в лёг­кие с ра­дио­ак­тив­ной пылью.

Рис. 3. Воз­дей­ствие α-из­лу­че­ния

Бе­та-из­лу­че­ние имеет го­раз­до боль­шую про­ни­ка­ю­щую спо­соб­ность (про­ни­ка­ет в ткани ор­га­низ­ма на 1–2 см.). За­щи­та от этого из­лу­че­ния за­труд­не­на. Для изо­ля­ции от β-из­лу­че­ния по­тре­бу­ет­ся, на­при­мер, пла­стин­ка из алю­ми­ния тол­щи­ной несколь­ко мил­ли­мет­ров или пла­стин­ка из стек­ла (рис. 4).

Рис. 4. Воз­дей­ствие β-из­лу­че­ния

Наи­боль­шей про­ни­ка­ю­щей спо­соб­но­стью об­ла­да­ет гам­ма-из­лу­че­ние. Его за­дер­жи­ва­ют тол­стым слоем свин­ца или бе­тон­ны­ми сте­на­ми тол­щи­ной в несколь­ко мет­ров, по­это­му ин­ди­ви­ду­аль­ные сред­ства за­щи­ты для че­ло­ве­ка от та­ко­го из­лу­че­ния не преду­смот­ре­ны (рис. 5).

Рис. 5. Воз­дей­ствие γ-из­лу­че­ния

Источник: https://100ballov.kz/mod/page/view.php?id=2630

Биологическое действие радиоактивных излучений

Биологическое действие радиации на организм человека

Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.

Цель: формирование представления о биологическом действии радиации.

Задачи:

  • Сформировать у учащихся знания о радиоактивности. Оценить положительные и отрицательные проявления этого открытия в современном обществе, расширить кругозор учащихся.
  • Сформировать мировоззренческие идеи, связанные с использованием радиоактивности, воспитывать умение выслушивать товарища, уважать чужую точку зрения, критически оценивать явления общественной жизни страны.
  • Развивать компьютерную грамотность и коммуникативную компетентность (публичное выступление);

Оборудование: компьютер, мультимедийный проектор, экран.

I. Приветствие учащихся. Организационный момент.

Слайд 1 – сообщается тема урока.

Слайд 2 – озвучиваются цели урока.

II. Повторение ранее изученного материала.

Актуализация опорных знаний “Элементарные сведения о радиации”.

Что собой представляет радиоактивное излучение, краткая характеристика видов излучения.

Задание 1. Слайды 3-9

Повторить основные понятия по теме «Открытие радиоактивности»:

  • радиоактивность;
  • состав радиоактивного излучения;
  • α-излучение;
  • β-излучение;
  • γ-излучение.

Назвать имена ученых, которые имеют отношение к теме урока (и почему?).

III. “Биологическое действие радиации” – источники, дозы, эффекты, риск.

Сообщение учащихся 1

Пути проникновения радиоактивного излучения, негативное и полезное воздействие радиации.

Для основной массы населения самые опасные источники радиации – это вовсе не те, о которых больше всего говорят. Наибольшую дозу человек получает от естественных источников радиации.

Радиация, связанная с развитием атомной энергетики, составляет лишь малую долю радиации, порождаемой деятельностью человека; значительно большие дозы мы получаем от других, вызывающих гораздо меньше нареканий, форм этой деятельности, например от применения рентгеновских лучей в медицине.

Кроме того, такие формы повседневной деятельности, как сжигание угля и использование воздушного транспорта, в особенности же постоянное пребывание в хорошо герметизированных помещениях могут привести к значительному увеличению уровня облучения за счет естественной радиации.

Источники радиации: (слайд 10 – диаграмма)

  • в медицине – 0,4мЗв
  • радиоактивные осадки – 0,02мЗв
  • атомная энергетика – 0,001мЗв
  • естественные – 2мЗв: земного происхождения, внутреннее облучение – 1,325
  • земного происхождения, внешнее облучение – 0,35
  • космические, внутреннее облучение – 0,3
  • космические, внешнее облучение – 0,015

Излучения радиоактивных веществ оказывают очень сильное воздействие на все живые организмы. Даже сравнительно слабое излучение, которое при полном поглощении повышает температуру тела лишь на 0,001 °С, нарушает жизнедеятельность клеток.

Сообщение учащихся 2

Живая клетка – это сложный механизм, не способный продолжать нормальную деятельность даже при малых повреждениях отдельных его участков.

Между тем даже слабые излучения способны нанести клеткам существенные повреждения и вызвать опасные заболевания (лучевая болезнь). При большой интенсивности излучения живые организмы погибают.

Опасность излучений усугубляется тем„ что они не вызывают никаких болевых ощущений даже при смертельных дозах. слайды 11-12

Механизм поражающего биологические объекты действия излучения еще недостаточно изучен. Но ясно, что оно сводится к ионизации атомов и молекул и это приводит к изменению их химической активности. слайды 13-14

Сильное влияние оказывает облучение на наследственность, поражая гены в хромосомах. В большинстве случаев это влияние является неблагоприятным[1]. слайды 15-17

Сообщение учащихся 3

Облучение живых организмов может оказывать и определенную пользу. Быстроразмножающиеся клетки в злокачественных (раковых) опухолях более чувствительны к облучению, чем нормальные.

На этом основано подавление раковой опухоли Y-лучами радиоактивных препаратов, которые для этой цели более эффективны, чем рентгеновские лучи. Лечение злокачественных опухолей производится изотопами кобальта-60.

Для лечения болезней крови применяется изотоп фосфора-32, для лечения кожных и глазных заболеваний изотопы фосфора-32 и стронция-90 и т.п. слайды 18-20

Лишь недавно ученые поняли, что наиболее весомым из всех естественных источников радиации является невидимый, не имеющий вкуса и запаха тяжелый газ (в 7,5 раза тяжелее воздуха) радон Согласно текущей оценке НКДАР ООН, радон вместе со своими дочерними продуктами радиоактивного распада ответствен примерно за 3/4 годовой индивидуальной эффективной эквивалентной дозы облучения, получаемой населением от земных источников радиации, и примерно за половину этой дозы от всех естественных источников радиации. слайд 10

Доза излучения. Слайд 21. Слово учителя.

Воздействие излучений на живые организмы характеризуется дозой излучения. Поглощенной дозой излучения называется отношение поглощенной энергии Е ионизирующего излучения к массе т облучаемого вещества:

D=Е/m

В СИ поглощенную дозу излучения выражают в грэях (сокращенно: Гр). 1 Гр равен поглощенной дозе излучения, при которой облученному веществу массой 1 кг передается энергия ионизирующего излучения 1 Дж. (Методом флюорографии доза облучения составляет 0,0076 Гр. Выкуривающий за день 20 сигарет получает такое же облучение, как будто ему сделали 200 рентгеновских снимков, т.е. 1,52 Гр.)

Естественный фон радиации (космические лучи, радиоактивность окружающей среды и человеческого тела) составляет за год дозу излучения около 2-10-3 Гр на человека.

Международная комиссия по радиационной защите установила для лиц, работающих с излучением, предельно допустимую за год дозу 0,05 Гр. Доза излучения в 3-10 Гр, полученная за короткое время, смертельна.

(А – 100 Гр Смерть наступает через несколько часов или дней вследствие повреждения центральной нервной системы [1].

Чувствительность отдельных органов к радиоактивному излучению … гиперссылка на 21 слайд

Б – 10-50 Гр Смерть наступает через одну-две недели вследствие внутренних кровоизлияний (главным образом в желудочно-кишечном тракте).

В – 3-5 Гр 50% облученных умирает в течение одного-двух месяцев вследствие поражения клеток костного мозга)

В силу того, что при радиоактивном облучении биологическая поражаемость органов тела человека или отдельных систем организма неодинакова, их делят на группы….. слайд 22

Рентген. На практике широко используется внесистемная единица экспозиционной дозы излучения — рентген (сокращенно: Р). Эта единица является мерой ионизирующей способности рентгеновского и гамма-излучений.

Доза излучения равна одному рентгену (1 Р), если в 1 см3 сухого воздуха при температуре 0°С и давлении 760 мм рт. ст. образуется столько ионов, что их суммарный заряд каждого знака в отдельности равен 3·10-10 Кл. При этом получается примерно 2·109 пар ионов. Число образующихся ионов связано с поглощаемой веществом энергией.

В практической дозиметрии можно считать 1Р приблизительно эквивалентным поглощенной дозе излучения 0,01 Гр.[1]

IV. “Способы защиты от радиации”.

Сообщение учащихся 4

При работе с любым источником радиации (радиоактивные изотопы, реакторы и др.) необходимо принимать меры по радиационной защите всех людей, могущих попасть в зону действия излучения.

При работе с любым источником радиации необходимо принимать меры по радиационной защиты всех людей, могущих попасть в зону действия излучения. Человек с помощью органов чувств не способен обнаружить любые дозы радиоактивного излучения. Для обнаружения ионизирующих излучений, измерения их энергии и других свойств, применяются

дозиметры. Слайд 23

Самый простой метод защиты — это удаление персонала от источника излучения на достаточно большое расстояние. Даже без учета поглощения в воздухе интенсивность радиации убывает обратно пропорционально квадрату расстояния от источника.

Поэтому ампулы с радиоактивными препаратами не следует брать руками. Надо пользоваться специальными щипцами с длинной ручкой.

В тех случаях, когда удаление от источника излучения на достаточно большое расстояние невозможно, используют для защиты от излучения преграды из поглощающих материалов[1]. Слайд 24

Сообщение учащихся 5

Радиоактивные отходы, их классификация. Слайды 25-26

Наиболее сложна защита от Y-лучей и нейтронов из-за их большой проникающей способности. Лучшим поглотителем Y-лучей является свинец. Медленные нейтроны хорошо поглощаются бором и кадмием. Быстрые нейтроны предварительно замедляются с помощью графита.

Сообщение учащихся 6

После аварии на Чернобыльской АЭС Международным агентством по атомной энергии (МАГАТЭ) по предложению нашей страны приняты рекомендации по дополнительным мерам безопасности энергетических реакторов.

Эти дополнительные меры приведут к некоторому повышению расходов на получение одного киловатт-часа электроэнергии. Установлены более строгие регламенты работ персонала АЭС.

Слайд 27

Авария на Чернобыльской АЭС показала огромную опасность радиоактивных излучений.

Все люди должны иметь представление об этой опасности и мерах защиты. Слайд 28

Последствия аварии на Чернобыльской АЭС. Слайд 29

Какой будет жизнь будущих поколений зависит от наших решений сейчас! Слайд 30

Слово учителя.

Диалектика жизни такова: наши успехи всегда являются одновременно и нашими поражениями.

Изучение последствий ядерных взрывов позволило ученным сделать выводы:

Разрушения производимые ядерным взрывом в 1МТ
Расстояние от эпицентра взрыва, кмРазрушенияСкорость ветра, км/чИзбыточное давление, кПа
1,6-3,2Сильные разрушения или уничтожение всех наземных сооружений.483200
3,2-4,8Сильные разрушения зданий из железобетона. Умеренные разрушения автодорожных и железнодорожных сооружений.
4,8-6,427235
6,4-8Сильные повреждения кирпичных строений. Ожоги 3-й степени.
8-9,6Сильные повреждения строений с деревянным каркасом. Ожоги 2-й степени.17628
9,6-11,2Возгорание бумаги и тканей. Повал 30% деревьев. Ожоги 1-й степени.
11,2-12,811214
17,6-19,2Возгорание сухой листвы.648,4

При взрыве 10000Мт ядерных зарядов озоновый слой разрушится над Северным полушарием на и на 40% над Южным. Эти разрушения озонового слоя повлекут губительные последствия для всего живого: люди получат обширные ожоги и даже раковые заболевания кожи; некоторые растения и мелкие организмы погибнут мгновенно; многие люди и живот потеряют способность ориентироваться.

В результате крупномасштабной ядерной войны произойдет климатическая катастрофа. Загорятся города и леса, облака из радиоактивной пыли окутают Землю непроницаемым слоем, что неминуемо приведет к резкому падению температуры у земной поверхности. После ядерных взрывов суммарной силой 10 000 Мт в центральных районах континентов Северного полушария температура понизится до минус 31°С.

Температура вод мирового океана останется выше 0°С, но из-за большой температуры воздуха возникнут жестокие штормы. Затем, спустя несколько месяцев, к Земле прорвется свет, но, по-видимому, богатый ультрафиолетом из-за разрушения озонового слоя. Как следствие этого произойдут гибель посевов, лесов, животных и голодный мор людей.

Трудно ожидать, что уцелеет хоть какое-то человеческое сообщество.

Исследования 1983 года, проведенные советскими и американскими учеными, показали необходимость коренного пересмотра исходных принципов взаимоотношения людей на планете, методов и средств разрешения конфликтных ситуации. Слайд 31

Вопросы для закрепления:

(Вопросы после параграфа)

  • Что такое доза излучения?
  • Чему равен естественный фон радиации?
  • Чему равна предельно допустимая за год доза излучения для лиц, работающих с радиоактивными препаратами?
  • Что поражается радиоактивными излучениями в первую очередь?
  • Где мы получаем радиоактивные излучения?

Д/З: параграф 113, стр.327. (Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев,В.М.Чаругин «Физика-11»)

Литература:

  1. Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, В.М. Чаругин «Физика-11» М., 2009.
  2. Арбатов А.Г. и др. Космическое оружие: дилемма безопасности. М., 1986.
  3. Ядерный век и война. М., 1964.
  4. Н. Моисеев Экология человечества глазами математика. – М.: Мол. Гвардия, 1988.
  5. Радиации, дозы, эффекты, риск. Перевод с английского Ю.А. Банников. – М.: “Мир”,1990.

20.03.2011

Источник: https://urok.1sept.ru/%D1%81%D1%82%D0%B0%D1%82%D1%8C%D0%B8/600046/

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.