Жорина Л.В., Змиевской Г.Н. Основы взаимодействия физических полей с биологическими объектами (2006) (1095846), страница 8
Текст из файла (страница 8)
При воздействии радиоактивного излучения в камере возникает ионизационный ток, в результате чего заряд дозиметра уменьшается пропорционально полученной дозе облучения и нить движется по шкале, указывая полученную дозу. Дозиметр во время работы носят в кармане одежды в вертикальном положении (как авторучку), Периодически наблюдая в окуляр дозиметра за положением нити на шкале, определяют дозу облучения, полученную во время работы на зараженной местности. Отсчет проводится при вертикальном положении нити. 1.4. ДЕЙСТВИЕ РАЗЛИЧНЫХ ИСТОЧНИКОВ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА НАСЕЛЕНИЕ Степень облучения населения зависит от источника излучения, Рассмотрим различные виды источников [6, 1О, 13, 15, 23, 24].
!. Космическое излучение. Суммарно-эффективная эквива- лентная доза составляет 0,3 мЗв; ионизирующий компонент дает 0,28 мГр/год; нейтронный компонент дает 3,5 10 3 мГр/год. 2. Естественные радионуклиды, Типичный диапазон мощности поглощенной дозы по всему миру 14...90 нГр/ч, для К— 238 232 120 мкЗв/год, для рядов [1 и Т[з — 230 мкЗв/год. Внутреннее облучение организма происходит за счет собственных радионуклидов, попавших внутрь вместе с пищей, водой, в результатс курения и т. д. ( — 1О Зв/год). Внутри помещений мощность поглощенной дозы на 1-м этаже деревянного дома составляет приблизительно 75 % мощности дозы вне помещения, на 2-м этаже мощность дозы падает еше на 10...20 %.
Мощность дозы на всех этажах каменного здания примерно одинакова, т. е. излучение практически полностью поглощается в стенах этого здания. Ожидаемые дозы от радионуклидов, образовавшихся при ядерных взрывах в атмосфере, проведенных по 1980 г. включительно, составляют для северного полушария (мкГр): 1 500 — гонады (детородные органы); 2 700 — костный мозг; 3 900 — костные поверхности; 2 600 — легкие.
Ожидаемые коллективные дозы на единицу производимой электроэнергии вследствие выбросов в атмосферу работающих на угле электростанций (1О З чел. Гр на ГВт год) составляют; 140— ингаляционное поступление во время прохождения шлейфа; 90— внешнее и внутреннее облучение в результате отложения радионуклида на Земле. 3. Естественный радиационный фон (все источники радиации) равен приблизительно 0,2 бэр/год (2 мЗв/год). Радиационный фон меняется в зависимости от местоположения, времени года, наличия промышленной зоны и др.
В городах мощность дозы фонового излучения составляет около 20 мкР/ч. 4. Атомная энергетика — 10 мЗв/год. 5. Ядерная энергетика — 10 мЗв/год. 6. Перелет самолетом на расстояние 2400 км — около 10 мЗв. — 2 7. Ежедневный трехчасовой просмотр телепередач в течение года — 5 ! 0 мЗв. 8. Медицина — в среднем 1,45 мЗвlгод. В табл. 1.1 приведены дозы облучения при проведении некоторых рентгенографических исследований. Примером отрицательных последствий медицин- Таблица 1.! Еяропейскис страны, (мзв) [91 Россия после 200! г.
до !99! г. [!5) Объект облучения мзя Поясиично-крестцовый отдел позвоночника Шейный отдел позвоночника Грудной отдел лозао ночника Позвоночник Грудная клетка Легкие Молочная железа Кости таза Пальцы руки Предплечье Бедро Череп Зубы Желудочно-кишечный акт 9,2 0,1 9,1 — 68,4 76,4 — 222,3 0,5 — 2,3 1 1,4 8-17! 0,7 0,8-6,0 6,7 — 19,5 0,04 — 0,2 1 2,0 — 15,0 0,06 0,3 0,4 1 ,5 1,0 О,! О,! 6,6 1 2 — 10 0 3,0-5,0 — 57 68,4 0,58 — 6,0 Данные авторов Псресчеты авторов по приближсиию ! Р = ! 1,4 мзв.
ского облучения является маммография: значительная доза облучения (около 1 рад) уже сама по себе может вызвать развитие злокачественной опухоли. Такое облучение увеличивает риск развития рака на 1 %, а при ежегодной маммографии 1 миллиона женщин возможно получить до 6 700 случаев рака, вызванных исключительно самим обследованием.
Риск, связанный с использованием ИИ, можно разделить на риск получения генетических и соматических изменений в организме, которые должны рассматриваться по отдельности. Соматические эффекты проявляются в индивидууме, непосредственно подвергшемся облучению. Наиболее существенным соматическим воздействием излучения на организм человека является возникновение разного рода опухолей. Генетически значимая доза (доза облучения, наносящая генетический ущерб) от рентгеноскопии (РС), рензтенографии (РГ) и флюорографии (ФГ) составляет 77, 149 и 1 мкГр/год соответственно. 47 Поглощенная доза в гонадах человека при одном сеансе рентгенографии составляет, мГр: от 10 до 20 в среднем по органам; — 4 172 (уретроцистография) максимальная у мужчин; 67 (сальпинография) максимальная у женщин.
Количественную оценку воздействия ИИ в конкретной ситуации можно получить из следующих соображений: ° средняя вероятность возникновения необратимых злокачественных новообразований в тканях человека, который получил дозу 10 мЗв, составляет порядка 10 ° суммарный риск, связанный с получением тканями эмбриона или плода на ранних стадиях развития дозы 1О мЗв, лежит в пределах от 0 до 1 000 случаев для всех видов последствий, включая возникновение как серьезных отклонений, так и рака. Поэтому в процессе облучения должен быть обеспечен минимальный уровень дозы (принцип минимального воздействия) [161. Таким образом, доза облучения тела человека ИИ составляет, %: Естестественные источники .................................... Искусственные источники: Медицина. Выбросы от ядерного оружия ......,..................,.......
Телевизоры, авиация, светящиеся циферблаты..... Промышленное производство.........,.....................,. Выбросы АЭС. ..... 78,0 ...... 2 О, 7 0,4 0,4 0,4 О,! Известно, что в условиях естественного радиоактивного фона, равного 2 мЗв!год, человечество жило и живет, постоянно развиваясь и прогрессируя, поэтому можно утверждать, что доза естественного фонового облучения безопасна. 1.5. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ С ВЕЩЕСТВОМ Регистрация и использование РИ, а также воздействие его на биологические объекты определяются первичными процессами взаимодействия рентгеновских фотонов с электронами атомов и молекул вещества.
Различают три стадии взаимодействия РИ с веществом: 1) физический процесс — возбуждение; 2) химические процессы; 3) физиологические процессы. При этом существует три канала перераспределения энергии: 1) излучательный канал — вторичное излучение с изменением частоты; 2) безызлучательный канал — частицы успели столкнуться и передать энергию (теплота, акустика); 3) фотохимические процессы — ионизация, фотохимическая реакция и т. д. Соответственно доля поглощенной энергии состоит из трех частей: Абп Абизл + Абб!изл + Абфх Чизл + Чбхизл + Чфх, где Ч вЂ” квантовый выход канала, который показывает, какая часть поглощенных квантов преобразуется в энергию того или иного канала, Ч вЂ” з ~г)1(А и) Канал перераспределения энергии зависит от кинетики этих процессов, т.
е. времени их протекания (тлхл тб~язл, тфх).В зависимости от соотношения этого времени доминирует тот или иной процесс. Например, если тбхлзл ~ (т„зл, тфх), то безызлучательный процесс будет преобладать. Рассмотрим физическую стадию взаимодействия РИ с веществом. Преобразование энергии электромагнитного излучения в веществе происходит в элементарных актах взаимодействия фотонов с атомами и электронами среды.
В зависимости от соотношения энергии фотона Ьз и энергии ионнзации А„можно выделить сле- дующие основные первичные процессы. 1. Классическое рассеяние. Это рассеяние длинноволнового РИ без изменения длины волны, поэтому оно называется когерентным. Классическое рассеяние отмечается, если энергия фотона меньше работы по ионизации молекул: )зз < А„. В поле электромагнитной волны возникают вынужденные колебания электронов с последующим переизлучением кванта той же частоты. Поэтому классическое рассеяние не несет биологического действия, однако его следует учитывать при дозиметрии, поскольку в конечном ито- 49 ге квант может поглотиться веществом, что будет приводить к накоплению дозы.
Этот вид взаимодействия имеет значение при ренттеноструктурном анализе (см. далее 2.2). 2. Фотоэффект. Энергия фотонов Ьч=!...500 кэВ. Эффект усиливается с ростом энергии кванта и преобладает при Ьч > А„. Согласно уравнению Эйнштейна, Ьм = А„+ Ек„„. При фотоэффекте часть энергии первичных фотонов преобразуется в кинетическую энергию Екн„электронов, вылетевших из атомов при поглощении первичного фотона. Благодаря достаточно большой энергии первичного кванта происходит вырывание электрона с глубоких орбиталей.
Оставшаяся часть энергии преобразуется в энергию характеристического излучения, которое выделяется при занятии места вылетевшего электрона менее связанным электроном с внешних орбиталей. В дозиметрии роль характеристического излучения незначительна. 3. Эффект Комптона наблюдается, если Ь~ » А„.Эффект преобладает при Ьч — 1МэВ. Это рассеяние фотона атомными электронами. В результате фотон отклоняется от первоначального направления с потерей энергии.
При потере энергии, намного большей энергии связи электронов в атоме, фотоны рассеиваются на «покоящихся» электронах (см. В2). Энергия фотона преобразуется в кинетическую энергию электронов и энергию рассеянных фотонов: Позитрон, замедлившись, взаимодействует с одним из электронов среды. В результате образуются два (реже три) фотона аннигиляционного излучения с суммарной энергией 2т,с: е +е — > 2у.
Таким образом, энергия первичных фотонов преобразуется в кинетическую энергию ионизированных частиц е и е и в энергию аннигиляционного излучения. Из приведенного выше можно сделать вывод, что в первичных актах взаимодействия излучения с веществом часть энергии преобразуется в кинетическую энергию образующихся частиц, часть— в энергию вторичного излучения, т.
е. первичные процессы взаимодействия приводят к последующим вторичным процессам, например, ионизированные атомы могут излучать характеристический спектр, возбужденные атомы могут стать источниками видимого света (рентгенолюминесценция) и т. п. Для дозиметрии особенно существенна та часть энергии фотонов, которая преобразуется в кинетическую энергию заряженных частиц. Рентгенолюминесценция возникает при облучении люминофоров рентгеновскими или у-лучами. Это явление используют при создании специальных экранов для визуального наблюдения РИ, для усиления действия РИ на фотопластинку. В результате взаимодействия с веществом плотность потока фотонов первичного моноэнергетического излучения (интенсивность) ослабляется и составляет на глубине х ослабляющей среды где ) и — — Ь!тс =0,0024 нм — длина волны Комптона; 0 — угол между падающим излучением и рассеянным электроном.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
