Материал из учебно-методического пособия по сельскохозяйственной радиоэкологии (стр. 1 )

МАТЕРИАЛ ИЗ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОГО ПОСОБИЯ

ПО СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ РАДИОЭКОЛОГИИ

Часть I

БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И МЕХАНИЗМ БИОЛОГИЧЕСКОГО

ДЕЙСТВИЯ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ

СОДЕРЖАНИЕ

2. БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ	1
2.1	Доза излучения и его мощность
2.2	Радио-чувствительность различных биологических видов
2.3	Суммарная доза облучения человека, проживающего на территории, загрязненной радионуклидами
2.4	Характеристика основных радионуклидов – загрязнителей агроэкосистем
Вопросы
3. МЕХАНИЗМ БИОЛОГИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ	11
3.1	Теория «мишени»
3.2	Стохастическая теория
3.3	Теория свободных радикалов
3.4	Структурно-метаболическая теория радиационного поражения
3.5	Развитие радиобиологических эффектов во времени
3.6	Репарация повреждений
3.7	Мутации соматические и наследуемые
Вопросы
Список литературы	18

2. БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ

Механизм взаимодействия с веществом γ-излучения сильно отличается от механизма действия α- и β-радиации. Альфа - и бета - излучения, обладающие электрическим зарядом, и вызывающие ионизацию и возбуждение атомов окружающей среды относят к непосредственно ионизирующим излучениям. Гамма-фотоны не имеют заряда и не обладают непосредственным ионизирующим действием. Ионизацию вызывают вторичные электроны, которые возникают в среде поглощения (косвенно ионизирующее излучение).

Альфа-частица, имея большую массу (4 а. е.м.) и заряд (2+), обладает огромной ионизирующей способностью (удельная ионизация - до 3000 пар ионов на 1 мм пробега в воздухе) и, взаимодействуя с веществом, быстро теряет энергию. Ее проникающая способность очень мала. Длина пробега альфа-частиц в воздухе составляет несколько сантиметров, а лист бумаги является для большинства из них непреодолимой преградой (рис.7). Поэтому как источник внешнего облучения они опасности не представляют и при работе с закрытыми источниками альфа-излучения экранирования не требуется.

Бета-излучение обладает значительно меньшей ионизирующей способностью (удельная ионизация составляет несколько десятков - сотен пар ионов на 1 мм пробега в воздухе). Поэтому длина пробега бета-частиц в воздухе измеряется уже метрами и при работе с закрытыми источниками бета-излучения в определенных случаях требуется экранирование.

Итак, альфа-частица, имеющая массу и заряд больше, чем бета-частица, обладает более высокой ионизирующей способностью. Альфа - и бета - излучения наиболее опасны при попадании внутрь организма.

Проникающая способность гамма-излучения, которое распространяется со скоростью света очень велика: его может задержать лишь толстая свинцовая или бетонная плита. С учетом фактора геометрического рассеяния реальный радиус действия γ-лучей составляет – 200—300м от источника. С помощью летательных аппаратов, оснащенных чувствительной аппаратурой, можно достаточно надежно выявлять и наносить на карты уровни загрязнения земель по пролетам на высотах от 25—50 до 200—250м.

Рис. 7. Три вида излучений и их проникающая способность

В плотных средах γ-излучение проходит толщу в десятки и даже сотни сантиметров. Для надежного экранирования от γ-излучения требуются защитные материалы с высокой плотностью, например из свинца, толщиной до 5—20см.

2.1. Доза излучения и его мощность.

Биологическое действие рентгеновского и ядерных излучений на организм обусловлено ионизацией и возбуждением атомов и молекул биологической среды, на которые излучения расходуют свою энергию. Таким образом, в результате этого взаимодействия живому организму передается определенное количество энергии. Часть поступающего излучения пронизывает облучаемый объект (без поглощения) и действия на него не оказывает. Поэтому основная физическая величина, характеризующая действие излучения на организм, находится в прямой зависимости от количества поглощенной энергии. Для измерения количества поглощенной энергии введено понятие – доза излучения. Это величина энергии, поглощенной в единице объема (массы) облучаемого вещества.

Таким образом: доза ионизирующего излучения - это характеристика количества излучения и мера его воздействия на облучаемую среду или объекты окружающей среды. Обычно доза ионизирующих излучений обозначается буквой Д (в русском варианте) или D (в латинском варианте). Однако, если иметь в виду конкретный способ выражения дозы, более корректно придерживаться обозначений документа «Нормы радиационной безопасности» (НРБ-99).

Поглощенная доза (D) – энергия ионизирующего излучения, поглощенная облучаемым телом (тканями организма), в пересчете на единицу массы: D = dE/dm, где Е – энергия излучения, m – масса объекта.

В Международной системе единиц (СИ) поглощенная доза выражается в джоулях на килограмм массы - Дж/кг (табл.1 Приложения). Эта величина получила название грей (Гр). При облучении человека доза 1 грей - крупная величина. Достаточно указать, что LD50 (доза, при которой погибают 50% опытных животных) при экстраполяции на человека составляет около 4Гр. Поэтому иногда используют другую, внесистемную единицу измерения поглощенной дозы - рад, причем 1рад =10-2 Гр. Рад - это поглощенная доза, при которой количество поглощенной энергии в 1 грамме вещества составляет 100 эрг независимо от вида и уровня энергии излучения (табл. 1 Приложения).

Различают дозу в воздухе, на поверхности (кожная доза) и в глубине облучаемого объекта (глубинная доза), очаговую и интегральную (общую поглощенную) дозы.

Экспозиционная доза. Измерить ионизацию непосредственно в глубине тканей живого организма трудно. В связи с этим для количественной характеристики рентгеновского и гамма-излучений, действующих на объект, определяют так называемую экспозиционную дозу D0, которая характеризует ионизирующую способность этих излучений в воздухе. От экспозиционной дозы с помощью соответствующих коэффициентов переходят к дозе, поглощенной в объекте.

Установленная в СИ единица измерения экспозиционной дозы - кулон, отнесенный к килограмму (Кл • кг-1). На практике и в научной литературе распространена другая, внесистемная, единица экспозиционной дозы - рентген (Р). Один рентген - это доза фотонного излучения, при которой в I см3 сухого воздуха в процессе ионизации образуется 2,079 • 109 пар ионов каждого знака (или 1,61 • 1015 пар ионов в 1 кг воздуха).

Соотношения между единицами экспозиционной дозы (табл.3 Приложения): 1Р (1 рентген) = 2,58 • 10-4Кл • кг-1; 1Кл • кг-1 (1 кулон) = 3,88 • 103Р. Экспозиционная доза - специфическая величина в дозиметрии и используется только для оценки внешнего рентгеновского или γ-излучения.

Энергетический эквивалент экспозиционной дозы составляет: для воздуха 1Р = 0,84рад, для воды и биологических тканей 1Р = 0,93 - 0,96рад в зависимости от энергии γ-фотонов. Это означает, что если живой объект находится в некотором пространстве, в котором экспозиционная доза за определенное время оценивается значением 1Р (рентген), поглощенную дозу, полученную этим объектом, следует приблизительно оценить в 1 рад.

Экспозиционная доза корректна только для воздуха - объекта с практической точки зрения менее интересного и значимого, чем биологические объекты (органы, ткани, организмы). Кроме того, интерпретация экспозиционной дозы на биологические объекты носит лишь приблизительный характер. В связи с этим экспозиционной дозой в современной дозиметрии рекомендуется не пользоваться и в последнем варианте НРБ-99 этот вид дозы и ее мощность не упоминаются. С другой стороны, в силу многолетней традиции в радиологии, биологии и медицине этим видом дозы ионизирующего излучения и ее внесистемной единицей «рентген» пользуются достаточно широко. К примеру, фоновый уровень мощности дозы на той или иной территории Российской Федерации в СМИ до настоящего времени приводится в мкР/час.

Эквивалентная доза. Установлено, что биологическое действие одинаковых доз различного вида излучений на организм неодинаково. Биологический эффект облучения при прочих равных условиях различен для разных видов излучения прежде всего потому, что он определяется не только величиной поглощенной энергии, но и характером распределения этой энергии в облучаемом объекте.

Разные виды излучений создают ионы с неодинаковым пространственным распределением. Например, ά-частица, обладая значительными величинами размера, массы, заряда и энергии, по сравнению с β-частицей характеризуется большими значениями линейной плотности ионизации (ЛПИ) и создает на единице пути в ткани гораздо больше ионов. При одной и той же поглощенной энергии (поглощенной дозе) биологический эффект будет несоизмеримо больше при более высокой плотности ионизации.

Для сравнения биологических воздействий, вызванных различными видами излучения, используется понятие относительной биологической эффективности (ОБЭ), которое показывает, во сколько раз радиобиологический эффект данного вида излучения больше радиобиологического эффекта образцового излучения при одной и той же поглощенной дозе:

ή = D/Dобр, где

ή - относительная биологическая активность,