Единицы измерения радиоактивного излучения

Оценка действия радиации на живые организмы

Если живые ткани облучить разными видами радиации, имеющими одинаковую энергию, то последствия для живой ткани будут сильно отличаться в зависимости от вида радиоактивного излучения. Например, последствия от воздействия альфа излучения с энергией в 1 Дж на 1 кг вещества будут сильно отличаться от последствий воздействия энергии в 1 Дж на 1 кг вещества, но только гамма излучения. То есть при одинаковой поглощенной дозе радиации, но только от разных видов радиоактивного излучения, последствия будут разными. То есть для оценки влияния радиации на живой организм недостаточно просто понятия поглощенной или экспозиционной дозы радиации. Поэтому для живых тканей было введено понятие эквивалентной дозы.

Эквивалентная доза — это поглощённая живой тканью доза радиации, умноженная на коэффициент k, учитывающий степень опасности различных видов радиации. В системе СИ для измерения эквивалентной дозы используется — Зиверт (Зв).

Используемая внесистемная единица эквивалентной дозы — Бэр (бэр): 1 Зв = 100 бэр.

Чем выше «коэффициент k» тем опаснее действие определенного вида радиции для тканей живого организма.

Для более лучшего понимания, можно немного по-другому дать определение «эквивалентной дозы радиации»:

Эквивалентная доза радиации — это количество энергии поглощённое живой тканью (поглощенная доза в Грей, рад или Дж/кг) от радиоактивного излучения с учетом степени воздействия (наносимого вреда) этой энергии на живые ткани (коэффициент К).

Единицы измерения, применяемые в СМИ

Часто, при публичном объявлении информации о радиационном загрязнении, официальными структурами осознано применяются величины, которые не позволяет объективно оценить степень угрозы. Например, при освещении аварии АЭС Фукусима-1 в Японии, приводятся данные по плотности загрязнения

почвы или воды радиоизотопами в Беккерелях на единицу объема, или указываетсяактивность радиоизотопов в Кюри. Данные величины характеризуют лишь сам радиоактивный изотоп, указывая на количество распадов ядер элемента за единицу времени и не дают представления о его потенциальном воздействии на вещество или живые организмы.

Более объективной величиной, которая позволяет оценить степень опасности радиоактивного загрязнения, является указание эквивалентной дозы в Зивертах (Зв)

, мили Зивертах (мЗв) или микро Зивертах (мкЗв).

Это делается СМИ осознано, потому что, если было бы указано, что радиационный фон в Фукусиме составляет 100 мЗв/час (зарегистрированный факт), это равно 100 000 мкЗв/час, каждый может его сравнить с нормальным радиационным фоном для техногенных источников и понять, что радиационное загрязнение примерно в 1 000 000 раз

выше допустимого уровня, который в соответствии с нормативным документом НРБ-99/2009, должен составлять 0,11 мкЗв/час или что соответствует 1000 мкЗв/год или 1 мЗв/год. Это означает, что при нахождении в зоне действия радиации в течении 30 минут, человек получит единовременную дозу радиации, которую он мог получать в течении всей своей жизни. То есть организм подвергся огромному сконцентрированному по времени энергетическому воздействию, что с большой вероятностью может привести к онкологии.

Что такое злоупотребление алкоголем

Отказавшись от медицинских и специальных терминов алкогольную зависимость можно описать как бытовое пьянство. Проще говоря, это неконтролируемое и регулярное употребление спиртного в больших количествах, и любое жизненное событие (праздник, семейное застолье или торжественное мероприятие) человек рассматривает как повод выпить.

Конечно, злоупотребление алкоголем не проходит без последствий, больше всего страдает физическое и психическое состояние самого алкоголика. Полностью перестраивается система ценностей и жизненных приоритетов, семья и работа уходят на второй план и для человека имеет значение только эйфория от состояния опьянения.

В процессе принятия алкоголя человек теряет меру, а без спиртного его жизнь становится неполной и теряет краски. Стараясь уйти от действительности и снять с себя ответственность, алкоголик пьет запоями, в перерывах переживая периода раскаяния в сочетании с агрессией и депрессией, которые запивает очередной дозой.

Учет вида излучения

Все органы или ткани проявляют различную биологическую реакцию на действие излучений в зависимости от их вида. Для учета этих различий вводится взвешивающий коэффициент излучения w_R. Эквивалентная доза в органе, или ткани, определяется как произведение

H_T = w_R x D_T,

где D_T — средняя поглощенная доза в данном органе или ткани, созданная данным видом излучения, а w_R — взвешивающий коэффициент для данного вида излучения.

Учет радиочувствительности ткани

Органы и ткани человека отличаются разной чувствительностью к облучению. Для учета этих различий вводится величина, называемая эффективной дозой, которая равна сумме по всем органам и тканям человека эквивалентных доз в каждого органа или ткани, умноженных на взвешивающий коэффициент данного органа или ткани w_T:

Е = Σ_Т (w_T x H_T).

Значения взвешивающих коэффициентов w_R и w_T, определенные в 103 Публикации Международной Комиссии по Радиологической Защите (МКРЗ) являются консервативными и служат решению задач обеспечения радиационной безопасности.

Для  улучшенной консервативной оценки эквивалентной дозы, в целях индивидуальной дозиметрии профессионально облучаемых работников и мониторинга рабочих мест вводят модельную, т.н. рабочую величину,  именуемую амбиентным эквивалентом дозы. Она определяется по правилам, установленным Международной Комиссией по Радиационным Единицам и Измерениям (МКРЕ), которые  учитываются в моделях обработки данных измерений, применяемых в современных дозиметрах.

В соответствии со 103 Публикацией Международной Комиссии по Радиологической Защите от 2007 года, утверждены следующие предельно допустимые годовые дозы облучения (от техногенных источников дополнительно к естественному фону):

Допустимые и смертельные дозы для человека

Миллизиверт (мЗв) часто используется как мера дозы при медицинских диагностических процедурах (рентгеноскопия, рентгеновская компьютерная томография и т. п.).

Согласно постановлению главного государственного санитарного врача России за № 11 от 21 апреля 2006 г. «Об ограничении облучения населения при проведении рентгенорадиологических медицинских исследований», п. 3.2, необходимо «обеспечить соблюдение годовой эффективной дозы 1 мЗв при проведении профилактических медицинских рентгенологических исследований, в том числе при проведении диспансеризации».

Среднемировая доза облучения от рентгенологических исследований, накопленная на душу населения за год, равна 0,4 мЗв, однако в странах с высоким уровнем доступа к медобслуживанию (более одного врача на 1000 человек населения) этот показатель растёт до 1,2 мЗв.

Облучение от других техногенных источников значительно меньше:

• 0,005 мЗв от радионуклидов, оставшихся от атмосферных ядерных испытаний,
• 0,002 мЗв от аварии на Чернобыльской АЭС,
• 0,001 мЗв от аварии на АЭС Фукусима
• 0,0002 мЗв от ядерной энергетики.

Среднемировая доза облучения от естественных источников, накопленная на душу населения за год, равна 2,4 мЗв, с разбросом от 1 до 10 мЗв. Основные компоненты:

• 0,4 мЗв от космических лучей (от 0,3 до 1,0 мЗв, в зависимости от высоты над уровнем моря);
• 0,5 мЗв от внешнего гамма-излучения (от 0,3 до 0,6 мЗв, в зависимости от радионуклидного состава окружения — почвы, стройматериалов и т. п.);
• 1,2 мЗв внутреннего облучения от ингалируемых атмосферных радионуклидов, главным образом радона (от 0,2 до 10 мЗв, в зависимости от местной концентрации радона в воздухе);
• 0,3 мЗв внутреннего облучения от инкорпорированных радионуклидов (от 0,2 до 0,8 мЗв, в зависимости от радионуклидного состава пищевых продуктов и воды).

Дозы получаемые персоналом в промышленности

• 5-10 мЗв/год — средняя доза получаемая персоналом на АЭС с реакторами ВВЭР-1000, работающие с источниками ионизирующих излучений.
• 20 мЗв/год — допустимая доза ежегодного облучения персонала Российских АЭС не нарушающая требования НРБ-99
• 50 мЗв/ год — допустимая доза ежегодного облучения персонала АЭС в СССР, США и Японии.
• 200 мЗв — разовая доза которую можно получить при выполнении радиационно опасных работ с последующим отстранением работника от работы с ионизирующим излучениями.
• 266 мЗв/год — доза получаемая космонавтами на борту МКС.
• 511 мЗв/год — доза которую будут получать космонавты на поверхности Луны.

Смертельные и опасные дозы

При однократном равномерном облучении всего тела и неоказании специализированной медицинской помощи смерть в результате острой лучевой болезни наступает в 50 % случаев:

• при дозе порядка 3—5 Гр из-за повреждения костного мозга в течение 30—60 суток;
• 10 ± 5 Гр из-за повреждения желудочно-кишечного тракта и лёгких в течение 10—20 суток;
• > 15 Гр из-за повреждения нервной системы в течение 1—5 суток.

Допустимая доза и измерение радиации

Практически
каждому взрослому человеку известно, что радиация – явление опасное, способное
приводить к серьезным и даже трагическим последствиям для организма, зачастую
проявляемым лишь спустя некоторое время. При определенном уровне радиоактивного
облучения наступает смерть – не от самого облучения, а от его последствий.
Очень многие люди ассоциируют радиацию с неизбежной и мучительной смертью,
поэтому не случайно, услышав о том, что где-то обнаружена радиация, люди
начинают паниковать.

Радиация
была, есть и будет всегда нашим окружением – как генерируемая самой планетой,
так и поступающая из космоса. Это факт, который доказан научно и неоспорим.
Однако до определенного уровня радиация не способна причинить никакого вреда
человеку. Этот уровень – допустимая радиация, рассчитываемая для:

• отдельных временных интервалов;
• отдельных специальностей;
• отдельных видов работ;
• отдельных медицинских процедур;
• отдельных групп людей;
• совокупностей ряда критериев.

К сожалению,
человеку не дано напрямую чувствовать радиационное воздействие и, тем более,
оценивать его уровень. Измерить радиацию и определить ее различные
характеристики можно только посредством специальных приборов – дозиметров.

Дозиметры в
тех или иных разновидностях представляют собой большую группу приборов,
ориентированных на разные условия применения, имеющих разные показатели
точности и другие характеристики.

Обзор

Из всех лучевых методов диагностики только три: рентген (в том числе, флюорография), сцинтиграфия и компьютерная томография, потенциально связаны с опасной радиацией — ионизирующим излучением. Рентгеновские лучи способны расщеплять молекулы на составные части, поэтому под их действием возможно разрушение оболочек живых клеток, а также повреждение нуклеиновых кислот ДНК и РНК. Таким образом, вредное воздействие жесткой рентгеновской радиации связано с разрушением клеток и их гибелью, а также повреждением генетического кода и мутациями. В обычных клетках мутации со временем могут стать причиной ракового перерождения, а в половых клетках — повышают вероятность уродств у будущего поколения.

Вредное действие таких видов диагностики как МРТ и УЗИ не доказано. Магнитно-резонансная томография основана на излучении электромагнитных волн, а ультразвуковые исследования — на испускании механических колебаний. Ни то ни другое не связано с ионизирующей радиацией.

Ионизирующее облучение особенно опасно для тканей организма, которые интенсивно обновляются или растут. Поэтому в первую очередь от радиации страдают:

• костный мозг, где происходит образование клеток иммунитета и крови,
• кожа и слизистые оболочки, в том числе, желудочно-кишечного тракта,
• ткани плода у беременной женщины.

Особенно чувствительны к облучению дети всех возрастов, так как уровень обмена веществ и скорость клеточного деления у них гораздо выше, чем у взрослых. Дети постоянно растут, что делает их уязвимыми перед радиацией.

Вместе с тем, рентгеновские методы диагностики: флюорография, рентгенография, рентгеноскопия, сцинтиграфия и компьютерная томография широко используются в медицине

Некоторые из нас подставляются под лучи рентгеновского аппарата по собственной инициативе: дабы не пропустить что-то важное и обнаружить незримую болезнь на самой ранней стадии. Но чаще всего на лучевую диагностику посылает врач

Например, вы приходите в поликлинику, чтобы получить направление на оздоровительный массаж или справку в бассейн, а терапевт отправляет вас на флюорографию. Спрашивается, к чему этот риск? Можно ли как-то измерить «вредность» при рентгене и сопоставить её с необходимостью такого исследования?

Коэффициент радиационного риска

Как уже упоминалось,
любой организм постоянно находится под радиационным воздействием, при этом
далеко не любой его уровень опасен. Допустимым считается фон 0,08-0,3 мкЗв/ч.

Виды радиационного излучения

Радиация может быть нескольких различных видов, каждый из которых характеризуется собственными поражающими факторами. Радиационный фон, который присутствует на Земле, подразделяется на естественный (имеющий природное происхождение) и искусственный (имеющий техногенное происхождение). Так, любой человек постоянно находится в поле того или иного источника радиации.

Реакция ядерного распада широко применяется для получения энергии. На её основе построены все АЭС. Ядерное топливо обладает поразительной эффективностью и энергоёмкостью. Так, чтобы нагреть 100 тонн воды, потребуется радиоактивный изотоп массой всего лишь 1 г.

Радиационные волны подразделяются на:

• альфа-волны;
• бета-волны;
• гамма-волны;
• нейтронное излучение.

Альфа-излучение возникает при ядерном распаде тяжёлых химических элементов, среди которых уран, радий, торий и прочие. Их зона поражения ограничена небольшим расстоянием, считаемым от места возникновения: в воздухе — примерно 8−10 см, в биологических средах — всего лишь 0,01−0,05 мм.

Альфа-волны не могут проникнуть даже сквозь лист обыкновенной бумаги и клетки ороговевшего эпителия. Однако если частицы всё же попадут в человеческих организм, например, посредством участков кожи с нарушенной целостностью покровов или через ротовую полость, то, проникнув в кровяное русло, они разнесутся по всему организму и осядут преимущественно в эндокринных железах и лимфатических узлах, что приведёт к внутреннему отравлению, тяжесть которого будет зависеть от полученной дозы.

Бета-излучение представляет собой поток электронов при ядерном распаде радиоактивных элементов. Бета-частицы способны проникать в человеческих организм на расстояние до 20 см. Бета-излучение нашло широкое применение в лучевой терапии при лечении онкологических заболеваний.

Нейтронное излучение — поток электрически нейтральных частиц. Для него характерны наибольшая сила и глубина проникновения. Данные волны применяются в качестве ускорителя других частиц в научных целях на промышленных предприятиях, а также в различных лабораторных исследованиях.

Гамма-излучение также обладает достаточно высокой проникающей способностью. Оно не несёт в себе заряженных частиц и, следовательно, не попадает под действие магнитных и электрических полей. Применяется в следующих областях:

1. Медицина: лучевая терапия.
2. Пищевая промышленность: консервирование.
3. Отрасль космической промышленности.
4. Геофизические исследования.

Гамма-частицы способны вызывать острую лучевую болезнь (ОЛБ) при единичных больших дозах облучения, и хроническую — при длительном воздействии ионизирующего фактора.

Как уменьшить вред воздействия ионизирующего облучения?

Если пациенту показана КТ, и никакое другое обследование (МРТ, УЗИ) не может заменить этот метод, то:

Перед процедурой и во время нее:

1.Уточните, на каком КТ аппарате проводится обследование. Предпочтение следует отдать мультиспиральным томографам нового образца (32 среза и более).

2.Уточните, сколько будет длиться сканирование. Чем меньше оно длится, тем лучше. Современным КТ-аппаратам достаточно менее 1 минуты, чтобы сделать серию сканов.

3.Заранее уточните, какая лучевая нагрузка в мЗв будет получена при вашем исследовании (в среднем).

4.Не нарушайте технику проведения процедуры и внимательно слушайте рентген-лаборанта. В противном случае исследование нужно будет повторить.

После КТ

Если лучевая нагрузка была высокой, уменьшить вред можно следующими способами:

1.Усильте естественную защиту организма. Это можно сделать, добавив в рацион продукты, обогащенные антиоксидантами: свеклу, чернику, виноград, брокколи, гречку, чернослив, красный перец. Витамины А, Е, С препятствуют клеточным повреждениям.

2.Не пренебрегайте физическими нагрузками. Полезна даже ежедневная ходьба (3-5 км).

3.Не подвергайте свой организм психологическому стрессу и высыпайтесь.

1.6. Мощность дозы и единицы ее измерения

В биологическом отношении важно знать не только дозу излучения, которую получил облучаемый объект, а дозу, полученную в единицу времени. Суммарная доза, значительно превышающая летальную, но полученная в течение длительного периода времени, не приводит к гибели животного, а доза, меньше смертельной, но полученная в короткий период времени, может вызвать лучевую болезнь различной степени тяжести

Мощность дозы (P) – это доза излучения (D) отнесенная к единице времени t:  P = D / t.

Мощность экспозиционной дозы  в системе СИ измеряется в ампер на килограмм (А\кг), внесистемная единица – в рентген в час (Р/ч) или в других дольных и кратных величинах:

1 А/кг = 3876 Р/с, 1 Р/с = 2,58×10-4 А/кг.

Мощность поглощенной дозы облучения в системе СИ измеряется в Вт/кг, Гр/с или в других кратных и дольных величинах. Внесистемной единицей поглощенной дозы является рад/с, а так же другие кратные и дольные величины. Для измерения мощности дозы излучения используются рентгенметры типа ДП-5, УСИТ, ДРГЗ, СРП 68-01 и др.

Под радиационным фоном понимают именно мощность экспозиционной дозы ионизирующих излучений в воздухе, уровень его для средней полосы России составляет 4-40 мкР/ч (микрорентген в час ).

Согласно рекомендациям  Международной комиссии по радиационной защите (МКЗР) и Всемирного общества здравоохранения (ВОЗ) радиационный уровень, соответствующий естественному фону 0,1-0,2 мкЗв/ч (10-20 мкР/ч), признано считать нормальным уровнем, уровень 0,2-0,6 мкЗв/ч (20-60 мкР/ч) считается допустимым, а уровень свыше 0,6-1,2 мкЗв/ч (60-120 мкР/ч) с учетом эффекта экранирования считается повышенным.

Если говорить о границе жизненно необходимой радиации, проведенные в последнее время эксперименты с растениями и животными показали, что изоляция организма от естественной радиации вызывает в нем замедление самых фундаментальных жизненных процессов, в том числе – деление клеток и межклеточного информационного объема.

Ионизирующее излучение не только вызывает ионизацию, но и возбуждение, энергия возбуждения от одной молекулы передается другой молекуле  в виде вторичного биогенного излучения в области УФО. Это излучение обладает удивительными свойствами – вдвое увеличивается всхожесть семян, распускаются пребывающие в спячке почки деревьев, стимулируется развитие зародышей в яйцах и т.д.

Имеются и иные исследования. Считают, что наследственные нарушения, вызванные малыми дозами радиации, не подчиняются линейной зависимости «доза-эффект». Нобелевский выдвиженец, канадский ученый Петкау А.  в  своих исследованиях показал, что облучение при низкой мощности дозы может вызывать такой же разрушительный эффект в мембранах живой клетки, какой возникает при интенсивном облучении дозой в десятки и сотни раз более высокой.

Определение границы жизненно необходимой радиации является предметом дополнительных исследований по радиационной биологии.

Ионизирующее излучение

Всё это- не фрагмент бреда сумасшедшего, взятый из истории его болезни и не краткий синопсис очередного голливудского боевика. Это окружающая нас реальность, которая называется радиоактивное или ионизирующее излучение, если коротко — радиация.

Явление радиоактивности в общих чертах было сформулировано французским физиком А. Беккерелем в 1896 году. Конкретизировал это явление и более подробно описал Э. Резерфорд в 1899 году. Именно он смог установить, что радиоактивное излучение неоднородно по своей природе и состоит, как минимум, из трёх видов лучей. Эти лучи по-разному отклонялись в магнитном поле и поэтому получили разное название. Проникающая способность альфа, бета и гамма-излучения различна.

Альфа-лучи

В магнитном поле они отклоняются так же, как и и положительно заряженные частицы. В дальнейшем было выяснено что это тяжёлые, положительно заряженные ядра атомов гелия. Возникают при распаде более сложных атомных ядер, например, урана, радия или тория. Обладают большой массой и относительно низкой скоростью излучения. Это обуславливает их невысокую проникающую способность. Они не могут проникнуть даже сквозь лист бумаги.

Но при этом альфа-частицы обладают очень большой ионизирующей энергией, что является причиной их способности наносить очень серьёзные повреждения на клеточном уровне. Из всех видов лучей именно альфа характеризуются самыми тяжёлыми последствиями в случае их воздействия на организм.

Это разрушающее влияние случается только в случае непосредственного контакта с предметами, излучающими альфа-лучи. На практике это происходит в результате попадания радиоактивных элементов внутрь организма через желудочно-кишечный тракт при приёме пищи или воды, а также при вдыхании воздуха, насыщенного радиоактивной пылью. Кроме того альфа-частицы могут легко проникнуть в организм через повреждения кожных покровов. Разносясь с током крови по всему организму, они обладают способностью накапливаться, оказывая сильнейшее разрушающее воздействие в течение многих лет.

Необходимо иметь в виду, что попадающие в организм радиоактивные вещества, не выводятся из него самостоятельно. Человеческий организм практически никак не защищён от подобного рода проникновений. Он не может нейтрализовать, переработать, усвоить или вывести самостоятельно радиоактивный изотоп, попавший внутрь.

Бета-лучи

Отклоняются в ту же сторону что и отрицательно заряженные частицы. Источником бета-излучения являются внутриядерные процессы, связанные с превращением протона в нейтрон и наоборот- нейтрона в протон. При этом происходит излучение электрона или позитрона. Скорость распространения довольно высокая и приближается к скорости света. Бета-излучение обладает гораздо большей проникающей способностью, чем альфа-излучение, но ионизирующее воздействие выражено гораздо слабее.

Бета-излучение легко проникает сквозь одежду, но тонкий лист металла или средней толщины деревянный брусок полностью останавливают его. В отличие от альфа-излучения, бета-лучи способны наносить дистанционное поражение на расстоянии нескольких десятков метров от источника радиации.

Гамма- лучи

Эти лучи оказались нейтрально заряженными и никак не отклонялись в магнитном поле. Гамма-излучение представляет собою электромагнитную энергию, излучаемую в виде фотонов. Эта энергия освобождается в момент изменения энергетического состояния ядра атома.

Данный вид излучения характеризуется высокой скоростью, равной скорости света и крайне высокой проникающей способностью. Чтобы остановить гамма-излучение необходимы толстые бетонные стены. Парадокс состоит в том, что данный вид лучей менее всего способен оказывать разрушающее действие на организм. Их ионизирующее воздействие в сотни раз слабее бета-излучения и в десятки тысяч раз слабее альфа-излучения. Но способность преодолевать значительные расстояния и высокие проникающие свойства делают эти лучи потенциально наиболее опасными для человека. Поэтому остановимся на этом виде излучения более подробно.

Радиация в медицине

Радиацию используют в медицине и пищевой промышленности. С ее помощью уничтожают ДНК и клетки бактерий, вирусов, а также раковые клетки.

Кроме описанной выше локализованной лучевой терапии, радиацию используют для стерилизации медицинских инструментов и помещений. Их подвергают облучению, чтобы уничтожить бактерии и вирусы. Обычно инструменты упаковывают в герметичные пакеты, чтобы они оставались стерильными и после стерилизации. Слишком большие дозы радиации разрушают материалы, даже метал, поэтому дозы радиации строго ограничены.

Облученная птица. Международный знак «радура».