Влияние ионизирующих излучений на живые организмы

«При растворении радиоактивности в воде она увеличивается в тысячу раз» (журналист).

«Российский гражданин должен получать дозу излучений, равную нулю!» (политик).

«От лучевой болезни вследствие чернобыльской аварии погибли 300000 человек» (телеведущая).

Мы взяли наудачу несколько высказываний о «ядерных делах» из сотен публикаций на эту тему. Все они представляют собой античный бред. Беда не только в том, что этот бред забивает головы людям, - это было бы еще полбеды. Настоящая беда заключается в том, что он не встречает практически никакого информационного противодействия. С одной стороны, они просто выгодны, в самом осязаемом смысле, довольно многим. Однако главная причина такого «непротивления» - банальное отсутствие необходимого минимума знаний. Но такова участь человека XXI столетия – жить в сложном и весьма небезопасном мире, выбирая лишь одно из двух: или последовательно стоять на митро-фанушкиной позиции «извозчик довезет», становясь при этом марионеткой в руках корыстных людей, или, зная основы проблемы, довериться профессионалам в оценке конкретных явлений и событий и в принятии решений. Ядерной энергетике и технике до недавнего времени в некотором смысле прямо-таки фатально не везло. Находясь почти полвека в условиях тотальной сверхсекретности, она пугала нас своим наиболее угрожаю-щими проявлениями. Хиросима и Нагасаки, Урал и Чернобыль, Уиндскейл и Горяния.

В нашей работе мы хотели, не углубляясь в научные дебри, представить эту уникальную область человеческого знания и техноцивилизации такой, какая она и есть, - спасающей человечество и одновременно грозящей ему самоуничтожением, полезной в умелых и добрых руках и беспощадно жестокой в руках невежд, а главное – понятной и прогнозируемой.

Данная тема меня очень заинтересовала, так как в будущем собираюсь поступать в технический ВУЗ на факультет «Радиационная безопасность человека и окружающей среды»

Природные источники излучения

Природные, или естественные, источники ионизирующей радиации можно разделить на две группы: земного и космического происхождения.

Первая группа – это:

- три чрезвычайно долгоживущих актинидных радионуклида (торий-232, уран-238 и уран-235), периоды полураспада которых сравнимы с возрастом Земли;

-гораздо менее стабильные продукты их распада, которые в ходе взаимных превращений образуют так называемые радиоактивные семейства, или ряды. Количество членов рядов указанных трёх актинидов составляет соответственно 13, 20 и 17. Среди них, вероятно, наиболее известен радий-226 (ряд урана-238), а особое место в смысле радиационного воздействия занимает дочерний продукт его распада – радон-222. В природе радионуклиды этой группы находятся в равновесных количествах (сколько атомов в единицу времени возникает, только и распадается). При этом относительное равновесие количество ядер любого члена ряда пропорционально его периоду полураспада, а абсолютное равновесие количество целиком определяется количеством ядер «прародителя» - урана или тория;

- чрезвычайно долгоживущие радионуклиды середины таблицы Менделеева, из которых наибольшую роль играют калий-40 (период полураспада 1,28∙109 лет, содержание в естественном калии около 0,012%) и, в меньшей мере, рубидий-87 (4,8∙1010 лет; 27,8%). В частности, калий-40 почти полностью определяет собственную радиоактивность человеческого тела, а также естественную радиоактивность Мирового океана.

Это радионуклиды вызывают как внешнее, так и внутреннее облучение организма, причем доза от последнего почти в 4 раза больше.

Вторая группа – космическое облучение, обусловленное воздействием частиц очень больших энергий, в основном это протоны(92%) и α-частицы (6%), а также радиоактивные продукты активации этими частицами стабильных нуклидов в атмосфере (главную дозообразующую роль среди них играет долгоживущий углерод-14 с периодом полураспада 5630 лет). Космическая радиация также может быть источником как внешнего, так и внутреннего облучения. Однако, поскольку значимые концентрации этих продуктов наблюдается лишь в верхних слоях атмосферы, доза от внутренней компоненты космического излучения в среднем почти в 20 раз меньше.

Средневековые дозы (в мЗв), получаемые взрослым человеком от естественных источников ионизирующего излучения: космические лучи – в среднем 0,30 (в Областях с повышенным фоном до 2,0), наземное облучение – 0,34 (до 4,3), внутреннее облучение, без радона,- 0,16(до 1,6), радоновое излучение – 1,2 (до 10). Хотя интенсивность и физическая сущность естественных источников ионизирующей радиации как таковые не зависят от хозяйственной деятельности человека, условия их воздействия на организм, определяемые геологическими и топографическими характеристиками местности проживания, структурой систем жизнеобеспечения, типом жилища и т. д. , зависят от выбора, решений и действий человека очень сильно. Об одной из таких причин – расположении жилых зон вблизи околоповехностного залегания радиоактивных материалов – уже говорилось. Космическая компонента увеличивается с высотой: если на уровне моря средняя мощность дозы от космического излучения (в мкЗв/ч) составляет (без зашиты) около 0, 03, то на высоте 4 км (альпинизм) – 0,2, на высоте 10 км (дальний авиа-перелёт) – 5, на высоте 220 км (космонавтика) – 13. И большая часть всей среднегодовой дозы от естественных источников излучения обусловлена одним-единственным фактором – воздействием радона.

В каких еще случаях ограничивается природное облучение? НРБ-99 требует проведения защитных мероприятий во всех случаях, когда мощность эффективной дозы

γ-излучения в помещениях превышает мощность дозы на открытой местности более, чем на 0,2мкЗв/ч. Нормируется также естественная радиоактивность стройматериалов для жилищного и дорожного строительства, а также минеральных удобрений. Особо оговаривается объемная активность радона-222 в питьевой воде: не более 60 Бк/кг, а при возможности присутствия одного из шести радионуклидов, особо опасных при внутреннем облучении, определение их удельной активности является обязательным.

Понятие радиоактивности

Радиоактивность – особый тип загрязнения окружающей среды. Радиоактивность называют процесс самопроизвольного превращения неустойчивого изотопа одного химического элемента в изотоп другого элемента, сопровождающихся испусканием элементарных частиц или ядер. Радиоактивность изотопов элементов, встречающихся в природе, называют естественной радиоактивностью. Радиоизотопы (радионуклиды) могут быть получены и искусственно (например, радионуклид фосфора, которого не существовало в природе, P). Такие радионуклиды проявляют искусственную радиоактивность. Однако радиоактивность – неотъемлемая характеристика окружающей среды (так называемая фоновая радиация), которая существовала и до появления на Земле человека. Проблема радиоактивного загрязнения биосферы возникла из-за того, что человеческая деятельность привнесла в окружающую среду новые источники радиации, прежде всего ядерную энергетику. Долгое время на фоновую (природную) радиацию не обращали внимания как на существенную. В пользу последнего тезиса приводил обычно довод успешного развития жизни на Земле, несмотря на постоянное воздействие природных излучающих источников. Однако сейчас ученые считают, что даже, казалось бы, безвредная фоновая радиация недооценена по всей опасности для живых существ примерно в 100 – 1000 раз! Отсюда понятна тревога специалистов по поводу возрастающего уровня радиоактивных загрязнений, обусловленных деятельностью человека.

Источниками радиоактивного облучения человека, кроме фоновой радиации, могут быть:

- естественно встречающиеся радионуклиды чрезвычайно высокой концентрации;

- диагностические рентгеновские лучи и радиоизотопы;

- выпадающие радиоактивные осадки (как природного, так и антропогенного происхождения);

- выбросы и отходы ядерных реакторов;

- испытания ядерного оружия;

- предприятия по химической переработке ядерного топлива (например, урановых руд).

Прежде чем говорить о механизмах биологического воздействия радиации, нужно вспомнить виды радиоактивного излучения.

Существует пять типов ядерных излучений (в порядке убывания ионизирующей способности):

- альфа (α)-излучение – испускание ядер гелия 4He; возникает при распаде атомных ядер тяжелее свинца (урана, тория, радия, плутония и т. п. ), а также во многих ядерных реакциях; скорость α-частиц около 107 м/с, ионизирующая способность очень велика;

- бета (β)-излучение – испускание электронов и позитронов, движущихся с очень высокими (околосветными) скоростями; возникает в основном в результате радиоактивного распада ядер;

- протонное – поток протонов; возникает в результате ядерных реакций и приходящего на Землю космического излучения; ионизирующая способность – промежуточная между α- и β-излучениями; роль этого потока, как правило, невелика;

- рентгеновское и гамма (γ)-излучение – электромагнитное излучение очень малой длины волны и соответственно большей энергии кванта излучения (от 100 кэВ до нескольких МэВ); возникает при радиоактивном распаде, в ядерных реакциях и электродинамических процессах;

- нейтронное – поток нейтронов; возникает в основном в результате ядерных реакций, а также при распаде некоторых радионуклидов.

Объект Активность, Бк

Воздух на открытой местности 15 Бк/м3

Воздух в помещениях 50-1000 Бк/м3

Тело человека (70 кг) До 7500 Бк

Питьевая вода 0,5-5 Бк/л

Вода из минеральных источников (сразу после забора) До 40000 Бк/л

Продукты питания 40 Бк/л

Строительный фосфогипс 900 Бк/л

Выброс при аварии на ЧАЭС 2∙1018 Бк

Радиоактивные вещества и материалы на АЭС 1018-5∙1019 Бк

Радиоактивные вещества и материалы на крупном радиохимическом заводе 1019-1020 Бк

Общая активность Мирового океана 1023 Бк

Активность некоторых естественных и техногенных объектов

Техногенная радиоактивность внешней среды, ее структура

Даже в нормативных актах и документах дается разное определение этого понятия. Согласно одному подходу, под техногенной понимается радиоактивность, обусловленная лишь искусственными, изначально в природе не существовавшими, источниками излучения. Согласно другому, к указанным добавляются и естественные источники ионизирующей радиации дозообразующее воздействие которых, однако, может осуществляться лишь в условиях целенаправленного ситуационного и технологического воздействия человека. Пример: космическое излучение как таковое, несомненно, является естественным, но в качестве дозообразующего фактора оно начинает быть значимым лишь при цивилизационном освоении больших высот (авиация, космонавтика). Об этом следует помнить при очередной встрече с газетным «ужастиком» типа «техногенное излучение уже сейчас превышает естественное».

В таблице указаны средние годовые дозы облучения (мЗв/год) населения Земли в целом и отдельно населения промышленно развитых стран. Эти данные нуждаются в некоторых комментариях.

Средние годовые дозы, приходящиеся на взрослого человека, от постоянных источников облучения

Население промышленно развитых стран

Население Земли в целом (6 млрд чел. )(1 млрд чел. )

Источник облучения

Доза, мЗв Вклад, % Доза, мЗв Вклад, %

Естественный фон 0,8 33 0,8 22,6

Радон и продукты его распада 1,2 50 1,5 42,3

Ионизирующие излучения в медицине 0,4 16 1,2 33,8

Глобальные выпадения продуктов ядерных испытаний 0,015 0,5 0,023 0,63

Космические лучи (при высотных полетах) 0,001 0,04 0,002 0,05

Радиолюминесцентные товары 0,001 0,04 0,002 0,05

Общепромышленные выбросы 0,011 0,38 0,02 0,54

Предприятия атомной энергетики 0,001 0,04 0,001 0,03

Всего 2,4 100 3,6 100

Сравнительно высокая парциальная доза, вызванная использованием ионизирующих излучений в медицине, во многом, несомненно, обусловлена лишь несколькими лечебными процедурами. Так, например, местные поглощенные дозы, характерные для радиотерапевтического курса лечения опухолей, очень высоки (20-60 Гр. ). Однако даже обычное рентгенографическое обследование влечет за собой получение разовой дозы до 0,05 -300 мЗв. Наиболее высокие дозы характерны для гастроскопических и стоматологических исследований. Можно ли из всего этого сказанного сделать вывод об опасности профилактических рентгеновских исследований? Никоем образом, т. к. риск проявления негативных стохастических последствий в десятки и сотни тысяч раз меньше риска при отсутствии таких обследований («просмотр» злокачественной опухоли или туберкулёза на ранней стадии заболевания). С внедрением в широкую практику диагностических исследований компьютерной томографии процедурная доза резко (в 25-50 раз) снижается.

Обращает на себя внимание малое дозообразующее влияние атомной энергетики вообще и в сравнении с общепромышленными выбросами (радиоактивность которых в основном обусловлена выбросами угольной энергетики) в частности. Дело здесь не только в том, что угольная энергетика в настоящее время более распространена, чем атомная. Атомная энергетика даже относительно (на единицу произведенной электроэнергии) освобождает во внешнюю чреду радиоактивность в 2-4 раза меньше, чем угольная. Добавим к этому. Что АЭС лишены, что называется, по определению, всего «букета» не из пальца высосанных, а вполне реальных и очень значимых экологических угроз (таких, как токсичные газовые и пылевые выбросы, кислотные дожди, «серая листва» и «черный снег»). По данным ГНЦ « Институт биофизики Минздрава РФ», за все время развития атомной техники и энергетики в СССР/России произошло 385радиационных инцидентов, сопровождавшихся пострадавшими с диагнозом «ОЛБ», из них хотя бы с одним смертельным исходом – 2. Количество пострадавших в этих инцидентах составило 684 человек, из них умерли – 56 (случаи, когда причинно-следственная связь между сверхнормативными облучениями и заболеванием и/или преждевременной смертью была достоверно установлена).

Виды радиоактивного распада

К основным видам радиоактивного распада относятся α-распад, β-распад, электронный захват и спонтанное деление. Все эти виды радиоактивного часто сопровождаются испусканием γ-лучей, т. е. «жесткого» потока фотонов с малой длиной волны.

При α-распаде радионуклиды испускают ядра атомов гелия He, β-распад сопровож-дается испусканием обычных электронов. При электронном захвате ядро атома поглощает один из электронов атомной оболочки; взаимодействие этого электрона с протоном ядра приводит к образованию нейтрона, а сам элемент при этом превращается в другой с уменьшением заряда ядра на единицу: e− + p→n0

Спонтанное деление – это самопроизвольный распад ядер тяжелых элементов на два и более ядер атомов элементов, находящихся в середине периодической таблицы Менделеева; при этом распадающееся ядро испускает несколько нейтронов. В процессах ядерных распадов могут также образовываться и другие частицы (протоны, позитроны, короткоживущие мезоны и т. д. ).

Из волновых излучений наибольшую опасность представляют два типа. Рентгеновское излучение ( λ=5∙10-8 — 5∙10-12 м), подобное обычному свету, но с более короткой длиной волны (а значит, и с большей энергией фотонов), было открыто немецким ученым В. Рентгеном в 1895 г.

Гамма-излучение еще более коротковолновое (λ =5∙10-11 — 5∙10-13 м), с высокой проникающей способностью. Этот тип излучения характерен для радиоактивных веществ, например радия или естественного радиоактивного изотопа калия-40, по которому определяют радиоактивность человеческого тела. Последний изотоп может также служишь причиной определенного уровня радиоактивности у калийных удобрений.

Все перечисленные виды радиации (и корпускулярные, и волновые) в конце поглощаются биологическими системами с одинаковыми последствиями: электронные оболочки атомов в клетках деформируются и атомы ионизируются. В итоге биологическое повреждение клеток производят быстродвижущиеся электроны, выбитые из атомов – независимо от типа первоначальной радиации!

Однако по «силе разрушения» в клетке, по плотности выделения энергии на единицу расстояния, пройденного волной или частицей, все перечисленные виды радиации сильно отличаются друг от друга. Так, тяжелые частицы (α-частицы) создают зону чрезвычайно высокой плотности ионизации, легкие же частицы (электроны или электроны, выбитые рентгеновскими и/или γ-лучами) создают зону низкой плотности ионизации, вызывая другие биологические эффекты.

Два типа биологических повреждений, вызываемых радиацией

Степень выносливости различных организмов, а также клеток и тканей к действию ионизирующих излучений называют радиочувствительностью. Мерой ее служит значение дозы облучения, вызывающей гибель 50% организмов или клеток, — ЛД50, которая измеряется в радах (рад). Один рад – внесистемная единицы поглощенной дозы ионизирующих излучений, равная энергии излучения 100 эгр, поглощенной массой в 1 г (1рад = 0,01 Дж/кг).

Биологический объект ЛД50, рад

Клетки млекопитающих 200 – 350

Бактерии 10 000 – 45 000

Дрожжи 30 000

Инфузории и амебы 300000 – 500 000

Взрослые насекомые 30000 – 50 000

Мыши и человек 350 – 700

Семена некоторых растений 100 000

Радиационная чувствительность различных биологических объектов сильно отличается

Выделяют два типа биологических повреждений, вызываемых радиацией (ионизирующими излучениями).

Физический, или «пулеобразный» (I тип). В этом случае выбитые электроны разрушают молекулярные связи непосредственно в структуре, где они были выбиты. Такое прямое воздействие, протекающее очень быстро, служит главной причиной повреждения ДНК в ядрах клеток при облучении, приводя к генетическим мутациям и нарушениям.

Химический, или косвенный (I тип). Здесь ущерб биологической структуре наносят реакционные частицы, которые образовались вдали от этой структуры, но приблизились к ней в результате блужданий. Например, содержащийся в клетке кислород, захватывая выбитые электроны, превращается в ион-радикал О2 ∙. Этот ион-радикал токсичен, так как способен активно окислять фосфолипиды мембран, нарушая их целостность и функционирование.

При первом типе биологического повреждения тяжелая ионизирующая частица (например, α-частица), проходя через ядро клетки, разорвет обе нити ДНК с большей вероятностью, чем легкая частица (β-частица), производящая слабую ионизацию.

Однако для второго, косвенного типа воздействия картина представляется обратной. Легкие частицы, создавая при прохождении через клетку низкую локальную концентрацию свободных ион-радикалов или радикалов, более опасны, чем тяжелые частицы. Дело здесь в том, что, чем меньше концентрация радикалов на определенном участке пути, пройденном ионизирующей частицей, тем меньше между радикалами происходит реакция рекомбинаций и более длинен путь блужданий самого радикала, а значит, тем вероятнее радикал поразит важную клеточную структуру (например, ДНК или мембрану).

При одинаковой поглощенной энергии и дозе излучения α-частицы в 10-30 раз более опасны по биологическому действию, чем β-, γ- или рентгеновские лучи. Международной комиссией по радиологической защите (МКРЗ) α-излучающие радионуклиды ( уран, радий, торий) признаны наиболее токсичными из всех радиоактивных элементов.

При испытании ядерного оружия, обработке радиоактивных руд, а также при выбросах или авариях на атомных электростанциях (АЭС) в биосферу попадают осколки от деления ядер урана и плутония – радиоактивные изотопы иода 131I, бария 140Ba, цензия 137Cs, стронция 90Sr. О последних двух мы уже упоминали.

Громадную опасность представляет радионуклид 131I, который концентрируется в щитовидной железе и излучает мощные β-лучи. Пораженная железа получает дозу, примерно в 100 раз превышающую дозу облучения от γ-лучей иода, содержащегося в теле человека или почве.

С радиоактивным загрязнением биосферы связывают возросшее за последнее время число заболеваний лейкемией, отклонения и уродства на ранних этапах развития младенцев, а также сокращение сроков продолжительности жизни. Существует мнение, что на первых стадиях развития многоклеточных организмов каждый радиоактивный атом приблизительно в 10-100 млн. раз(!) токсичнее чем молекула печально известного тератогенного соединения талидомида.

Ядерные взрывы в атмосфере в 50-х гг. привели к тому, что существенное количество радионуклида 90Sr, поглощенное растениями из воздуха, по пищевой цепи дошло до человека и отложилось в костях. Изотоп 90Sr вызывает острую лейкемию, излучая β-частицы, которые нарушают процесс образования эритроцитов.

Следует напомнить, сто радиологическую обстановку в районах, пострадавших от последствий аварии на Чернобыльской АЭС, определяли в основном 4 элемента: иод (изотоп 131I), цезий (изотопы 134Cs и 137Cs), стронций (главным образом изотоп 90Sr) и плутоний ( изотопы 239Pu и 240Pu).

Разработка эксплуатации безопасных ядерных источников энергии необычайно сложна. Число радиоактивных осколочных изотопов ( а среди них, кроме названных, есть еще из газообразных элементов 85Kr, 133Xe, тритий 3H и из твердых 147Pm, 106Ru, 95Zr, периоды полураспада которых составляют от нескольких дней до 30 лет) увеличивается вместе с развитием атомной энергетики. Захоронение их, обезвреживание осколочных изотопов – проблема исключительной трудности. Многие страны в настоящее время вообще отказываются от строительства новых АЭС и перепрофилируют старые.

Вместе с тем существуют заключения компетентных комиссий (например, МАГАТЭ), доказывающие, что в настоящее время ядерной энергетике нет альтернатив. Приводятся расчеты вероятностного риска, показывающие, например, что суммарное число вероятных смертей от выхода захороненных под землей радиоактивных отходов в биосферу меньше 0,001 от числа смертей, вызванных загрязнителями, образующимися при сжигании угля (при получении равного количества энергии). Канцерогены – соединения бериллия, кадмия, никеля и хрома, образующиеся при сгорании традицион-ного топлива, - будут вызывать в 1000 раз больше смертельных исходов, чем ядерные захороненные остатки. Как бы то ни было, положение чаш весов – использование/безопасность - может определять только разумный, знающий и ответственный человек.

Доза излучения. Единицы дозы

Доза излучения характеризует меру воздействия ионизирующего излучения и его возможные последствия. Однако физическая интерпретация этого понятия, его терминология и в особенности единицы несут на себе отголоски многолетней терминологической и метрологической неопределенностей, царившие в радиационной физике вплоть до последнего времени. По НБР-99 вводятся следующие основные понятия, относящиеся к термину «доза»:

- Поглощенная доза – энергия, передаваемая единице массы вещества при воздействии на него ионизирующим излучением. Единицей является грей: 1Гр – доза соответствующая поглощению 1Дж энергии в 1 кг вещества. Внесистемная единица поглощенной дозы рад (1 рад = 0,01 Гр) НБР-99 не признается.

- Эквивалентная доза – поглощенная в органе или ткани доза, умноженная на взвешивающий для данного вида коэффициент эквивалентной дозы, который учитывает относительную биологическую эффективность этого вида: 1 для γ-квантов и электронов, 5 – 20 для нейтронов различных энергий, 20 для α-частиц при внутреннем облучении и т. д. Единица эквивалентной дозы – зиверт (Зв).

- Эффективная доза – величина, используемая как мера риска возникновения отдаленных негативных последствий облучения с учетом индивидуальной радиочувствительности различных органов и тканей тела. Это сумма произведений эквивалентной дозы в органах и тканях на взвешивающие коэффициенты эффективной дозы, которые изменяются от 0,20 (половые железы) до 0,01 (кожа, клетки костных поверхностей). Единица эффективной дозы – зиверт. Сумма взвешивающих коэффициентов эффективной дозы равна единице. Легко понять, что это соответствует важнейшему частному случаю, когда обширное внешнее ионизирующее излучение достаточной проникающей способности, как, например нейтронное и/или γ, воздействует сразу на все тело. Значение эффективной дозы весьма важно для практической аппаратурной дозиметрии.

- Эффективная коллективная доза – мера коллективного риска возникновения отдаленных эффектов облучения, равная сумме индивидуальных эквивалентных (эффективных) доз для рассматриваемой группы населения или персонала. Единица – человеко-зиверт (чел. ∙Зв).

- Мощность дозы – доза, отнесенная ко времени воздействия излучения, выражается в Греях (или зивертах) в секунду, минуту или час. Мощность дозы – это не только количественный, но и важнейший качественный показатель, в большой мере характеризующий вероятные последствия облучения организма. Любители солнечных ванн хорошо знают, что загорать по полчаса в течение двадцати дней отпуска или десять часов в течение первого дня – далеко не одно и то же, хотя доза солнечного ультрафиолета одна и та же. При одинаковой дозе всегда опаснее большая однократная мощность дозы, поскольку организм обладает до некоторых пределов способностью к постепенной самореабилитации, но при больших разовых лучевых поражениях эти пределы оказываются превзойденными.

- Эффективная (эквивалентная) годовая доза – сумма эффективной (эквивалентной) дозы внешнего облучения, полученной за календарный год, и ожидаемой эффективной (эквивалентной) дозы внутреннего облучения, обусловленной поступлением в организм радионуклидов за этот же год. Единица годовой эффективной дозы – зиверт. Это введенное НБР-99 понятие является одним из важнейших при нормировании дозовых нагрузок.

Введение иных понятий и величин имеет сейчас ничуть ни больше оснований, чем использование единиц типа аршина, размера ячменного зерна или толщины волоска с ослиной морды.

Способы получения повышенной дозы облучения

Таких способа два. Если источник ионизирующей радиации находится вне организма, то речь идет о внешнем облучении. В этом случае реальную опасность представляют мощные источники нейтронов и γ-излучения. Внешнее β-излучение при неблагоприятных условиях может лишь привести к лучевому ожогу кожи (за исключением воздействия на хрусталик глаза, когда последствия – лучевая катаракта – могут быть значительно серьезнее, что особо и учитывается НБР-99). Внешнее α-излучение безопасно, т. к. поглощается уже тонким слоем воздуха и наружным слоем кожи. Защита от внешнего излучения всегда есть комбинация трех факторов: времени, расстояния, материала: а) чем меньше находишься в поле ионизирующего излучения, тем лучше; б) чем дальше – тем лучше (плотность потока ионизирующего излучения точечного источника убывает пропорционально квадрату расстояния от него); в) для защиты: от β-излучения обычно хватает сантиметрового слоя органического стекла или еще более тонкого слоя алюминия, от γ-излучения эффективны слои металла возможно более высокой плотности (железо, свинец), от нейтронов – комбинация легких сред (вода, полиэтилен, парафин, лучше всего поглощающие сами нейтроны) и внешних металлических экранов (для поглощения β- и γ-излучений, возникающих в легком поглотителе вследствие ядерных реакций, инициируемых нейтронами). Основной биологической защиты ядерно-технических установок (реакторов, ускорителей и др. ) являются толстые стенки из бетона (хотя он и физически менее эффективен, чем железо и свинец, но экономически и конструктивно намного предпочтительней).

Другой способ «поймать дозу» - допустить попадание радионуклидов в усваиваемой форме внутрь организма с воздухом, пищей и водой. Тогда, накапливаясь в критических органах, радионуклиды начинают облучать организм изнутри, превращаясь в радиотоксины. Это – внутреннее облучение, при этом наиболее опасны α-излучатели. Защита от внутреннего облучения только одна – не допускать попадания радионуклидов в организм, для чего следует пользоваться индивидуальными средствами защиты органов дыхания (фильтрующими респираторами, противогазами с аэрозольной коробкой и т. д. ), и контролировать содержание радионуклидов в питьевой воде и продуктах питания.

Может ли ионизирующая радиация быть полезной

Известно очень много веществ и воздействий, благоприятно влияющих на организм в малых количествах, и неблагоприятно, вплоть до нанесения поражений, в больших. Например совершенно необходимый для жизни в малых количествах витамин А в больших количествах является сильным ядом. В результате пребывания на солнце в коже человека синтезируется витамин D, также необходимый для жизни, но солнечные ожоги могут вызвать рак. Таких примеров много. Эффекты, оказывающие положительное влияние на организм лишь при низких уровнях воздействия, называются гермезисными.

Существует немало данных, свидетельствующих о наличии радиационного гермезиса. Так, исследование зависимости уровня смертности от рака легких от концентрации естественного радиоактивного газа радона в жилых помещениях в США обнаружило, к изумлению врачей, устойчивую обратную зависимость. К таким же выводам пришли немецкие исследователи, изучавшие состояние здоровья и уровень смертности населения в локальном регионе Германии с повышенным радиационным фоном, и французские гигиенисты, проводившие исследования на интереснейшем материале по почти неизменному контингенту населения – жителям одного из островов Тихого океана, уровень здоровья которых практически по всем показателям (рождаемость, смертность, заболеваемость, антропометрические данные и др. ) с очевидностью превосходил таковой для близлежащих островов, хотя этот остров отличался только одним – повышенным радиационным фоном! Можно ли считать на основании этих фактов радиационный гермезис доказанным? Нет, нельзя. Это лишь одна из гипотез. Абсолютизация ее недопустима, как, впрочем, и абсолютизация противоположной по смыслу ЛБГ. Спор решит, возможно, лишь будущее.

Влияние лазерного излучения на семена растений

Для исследования были выбраны семена пшеницы (однодольные растения) и гороха (двудольные растения). Каждая партия содержала по 12 штук семян. Одна партия семян использовалась для контроля. Источником лазерного излучения был медицинский аппарат «ИЗЕЛЬ».

Семена подвергались различной дозе облучения в зависимости от продолжительности действия лазера. Были выбраны дозы облучения: 1 минута, 3 минуты, и 5 минут. Результаты опыта представлены в таблицах и графиках:

1минута воздействия лазера на семена растений

Пшеница Длина корешка проростка (мм)

10 Длина стебелька проростка (мм)

Горох Длина корешка проростка (мм)

- Длина стебелька проростка (мм)

Семена пшеницы

Данные графика свидетельствуют о том, что даже кратковременное воздействие лазерного излучения на семена однодольных растений замедляет развитие корешков и стебельков проростков.

Семена гороха

Данные графика свидетельствуют о том, что кратковременное воздействие лазерного излучения на семена двудольных растений замедляет развитие корешков проростков и частично их стебельков.

3 минуты воздействия лазера на семена растений

Пшеница Длина корешка проростка (мм)

15 Длина стебелька проростка (мм)

Горох Длина корешка проростка (мм)

10 Длина стебелька проростка (мм)

7 Семена пшеницы

Анализируя графические данные можно сделать вывод о том, что воздействие лазера на семена однодольных растений в течение 3-х минут влияет на физиологические процессы в растительном организме, что приводит к замедлению роста клеток.

Семена гороха

Анализируя графические данные можно сделать вывод о том, что воздействие лазера на семена двудольных растений в течение 3-х минут влияет на физиологические процессы в растительном организме, что приводит к замедлению роста клеток и лишь частично влияет на рост и формирование стебелька проростка.

5 минут воздействия лазера на семена растений

Пшеница Длина корешка проростка (мм)

20 Длина стебелька проростка (мм)

Горох Длина корешка проростка (мм)

7 Длина стебелька проростка (мм)

Контроль

Пшеница Длина корешка проростка (мм)

45 Длина стебелька проростка (мм)

Горох Длина корешка проростка (мм)

25 Длина стебелька проростка (мм)

Семена пшеницы

Длительное воздействие лазерного излучения оказывает пагубное влияние на клетки однодольных растений, и развитие проростков значительно замедляется.

Семена гороха

Длительное воздействие лазерного излучения оказывает пагубное влияние на клетки двудольных растений, и развитие проростков значительно замедляется.

Влияние ультрафиолетового излучения на семена растений

Для исследования были выбраны семена пшеницы (однодольные растения) и гороха (двудольные растения). Каждая партия содержала по 12 штук семян. Одна партия семян использовалась для контроля. Источником УФ-излучения была медицинская ультрафиолетовая лампа ДРТ-400.

Семена подвергались различной дозе облучения в зависимости от продолжительности действия УФ-излучения. Были выбраны дозы облучения: 1 минута, 5 минут и 10 минут. Результаты опыта представлены в таблицах и графиках:

Пшеница Длина проростка (мм) 70 70 75 63 75 65 75 75 55 85 65 60 Горох Длина проростка (мм) 45 50 15 30 40 50 50 30 50 60 30 40

1 минута воздействия ультрафиолетового излучения на семена растений

Семена пшеницы и гороха

Анализируя данные, полученные в результате эксперимента воздействия ультрафиолетового излучения на семена пшеницы и гороха, можно сделать вывод о том, что:

- время воздействия (1 минута) УФ-излучения является оптимальными, способствует активному делению и росту клеток как однодльных, так и двудольных растений

- УФ-излучение обладает бактерицидным действием, поэтому наблюдается активный рост проростков по сравнению с контрольным вариантом.

5 минут воздействия ультрафиолетового излучения на семена растений

Пшеница Длина проростка (мм) 65 65 70 60 75 67 55 60 60 75 65 65 Горох Длина проростка (мм) 10 20 40 40 25 30 40 20 30 25 25 50

Семена пшеницы и гороха

Влияние УФ-излучения на семена растений в течение 5 минут оказывает отрицательное воздействие на физиологические процессы растительного организма, о чем свидетельствует замедление роста проростков семян.

10 минут воздействия ультрафиолетового излучения на семена растений

Пшеница Длина проростка (мм) 65 65 50 50 65 50 65 70 65 55 65 50 Горох Длина проростка (мм) - 30 25 35 30 30 35 40 40 20 50 40

Семена пшеницы и гороха

Длительное воздействие лазерного излучения оказывает пагубное влияние на клетки как двудольных, так и однодольных растений, и развитие проростков значительно замедляется.

Контроль

Пшеница Длина проростка (мм) 70 65 65 60 70 60 65 70 45 60 70 70 Горох Длина проростка (мм) 45 45 10 25 40 45 45 50 45 55 25 40

В заключение своей работы мы сделали следующие выводы и хотим дать простые рекомендации:

1. Помните что, многие химические элементы вообще и радионуклиды в частности при попадании в организм извне распределятся в нем не равномерно, а сосредотачиваются в отдельных органах вследствие предопределенных генетикой биохимических процессов. Например, в щитовидной железе накапливается йод, в печени – кобальт, цезий и плутоний, в яичниках калий, кобальт и цезий, в легких – полоний, радон и плутоний, в почках – цезий, в костной ткани – стронций и радий. К сожалению, организм не только «не отличает» стабильные нуклиды от радиоактивных, запуская их все по «привычным» биохимическим цепочкам, но и «путает» химически сходные элементы. Например, в костной ткани осаждается не только необходимые для жизни стабильный кальций, но и крайне радиотоксичные изотопы стронция-90, радий-226 и плутоний-139, что ведет к неминуемому переоблучению одной из более радиочувствительных биосубстанций – красного косного мозга. Такие органы и называют критическими по тому или иному избирательно поглощаемому радионуклиду. Есть радионуклиды, которые распределятся в организме более или менее равномерно (калий-10, цезий-137)

2. Применяйте йодную профилактику, используйте таблетки, содержащие йодный калий, например «Йод-актив», «Йодомарин». Помните, что это позволяет снизить парциальную дозу от йода-131 в десять раз.

3. Помните, что образ жизни человека непосредственно влияет на получаемую им дозу ионизирующего облучения. Курильщики получают дополнительную дозу облучения по сравнению с некурящими. Концентрация в легочных тканях курильщика одного из токсичных естественных радионуклидов – полония-210 – почти в 3 раза (в среднем) выше, чем у некурящего. Соответственно выше и доза. Кроме того, курильщики получают большую при прочих равных условиях дозу за счет облучения радоном и продуктами его распада из-за повышенной адсорбции радона смолистыми отложениями в дыхательных путях и легких. Так что курение – привычка вредная.

4. Проведенные нами опыты на семенах растений показали, что в небольших дозах ионизирующая радиация может быть полезной. Семена, подвергнувшиеся небольшой дозе ультрафиолетовых облучений, имели большую всхожесть и более сильные побеги. А более длительное воздействие УФ-излучения замедляет физиологические процессы в растительном организме. Лазерное излучение в большинстве случаев оказывает отрицательное воздействие на проростки семян однодольных и двудольных растений. Чем длительнее действие лазера на семена растений, тем степень воздействия больше.

5. Помните, что хотя внешнее α-излучение вполне безопасно, так как поглощается наружным слоем кожи, но чем меньше находишься в поле прямых солнечных лучей, тем лучше. Защита от данного излучения есть комбинация 2-х факторов: времени и расстояния.

Работа над данной темой была для меня очень интересной. Она позволила собрать много разнообразного материала по теме. Мы попытались изложить материал таким образом, чтобы его можно было использовать в школьной программе и при проведении внеклассных мероприятий. Если нам это удалось, то свою цель мы можем считать достигнутой.