книги из ГПНТБ / Рачинский, В. В. Курс основ атомной техники в сельском хозяйстве учебное пособие

пользуют теорию мишеней, предполагая, что основным эффек­ том, обусловливающим генетическое действие радиации, явля­ ется прямое попадание ионизирующей частицы в молекулы

ДНК хромосом.

Зависимость генетического действия излучения от дозы излучения имеет иной характер, чем зависимость физиологи­ ческого действия. А. С. Серебровский и Н. П. Дубинин (1930 г.)

установили, что число мутаций пропорционально дозе из­ лучения.

Однако экспериментального материала еще недостаточно, чтобы рассматривать этот результат как общую закономерность для генетического действия радиации. В настоящее время предполагается, что нижний дозный порог мутагенного дейст­ вия ионизирующих излучений вообще отсутствует. Мутации возникают при любых дозах излучения, при которых еще воз­ можна жизнедеятельность клетки или индивида.

Если мутации возникали бы только в результате прямого действия излучения, то не наблюдалось бы значительного влия­ ния внешних условий, при которых происходит облучение. Число радиомутаций, как показали исследователи, зависит от условий среды. Предполагается, что теории мишеней (прямое действие радиации) подчиняются лишь точечные радиомутации, а аберрационные мутации обусловлены главным образом кос­ венным действием радиации и поэтому зависят от условий среды. Есть однако данные, что и точечные мутации также за­ висят от условий среды.

Именно благодаря этой зависимости радиомутагенное дей­ ствие радиации можно усиливать или подавлять, т. е. в из­ вестной мере управлять этим сложным радиобиологическим явлением.

Мутагенное действие радиации усиливается в присутствии кислорода. Например, при облучении дрозофилы в кислороде число мутаций при заданной дозе увеличивается. Однако сте­ пень влияния кислорода на мутабильность зависит от стадии развития половых клеток. Например, действие кислорода про­ является в меньшей степени для зрелых спермиев. Обнаружена зависимость кислородного эффекта от дозы. Например, с уве­ личением дозы от 1000 до 2000 рад влияние кислорода на число летальных мутаций у дрозофилы уменьшается. Радиационная генетика объясняет влияние кислорода на радиомутагенез на основе общих представлений о влиянии кислорода на радиа­

ционнохимические процессы в клетках, о которых говорилось выше.

Роль радиационнохимических, радиолитических процессов проявляется также в эффекте влияния влажности семян ■или пыльцы на частоту радиомутаций у растений. Этот эффект

установлен Каплан при облучении пыльцы львиного зева и се­ мян ячменя.

130

Проводятся исследования по изучению влияния различных химических соединений на частоту радиомутаций как для сни­ жения, так и для увеличения радиомутагенного действия. На­ пример, установлено, что введение в организм колхицина уве­ личивает число радиомутаций.

Известно, что с понижением температуры число радиомута­ ций увеличивается. Это явление связывают с влиянием темпе­ ратуры на кислородный режим клетки, а следовательно, и на проявление кислородного эффекта.

Как уже отмечалось, одна и та же доза может быть поразному дана облучаемому объекту. Заданную дозу можно дать концентрированно за относительно короткий интервал вре­ мени, увеличив мощность дозы, и, наоборот, «растянуть» ее на длительное время, уменьшив мощность дозы (протрагирование дозы). Наконец, заданную дозу можно распределить во време­ ни дробно, чередуя перерывы между облучениями (фракциони­ рование дозы). Влияние указанных способов облучения на число радиомутаций изучено еще недостаточно, и имеющиеся данные иногда противоречивы. Однако, как правило, протрагирование и фракционирование дозы ведут к уменьшению числа мутаций. В этом проявляется способность генетических структур восста­ навливать возникающие радиационные нарушения, если для этого имеется достаточно времени.

Рассмотрим зависимость мутагенного действия радиации от вида и энергии излучения.

Изучение влияния качества излучения на выход радиому­ таций представляет большие экспериментальные трудности. Влияние качества излучения на биологическое действие вообще не поддается точной количественной оценке. Можно осущест­ влять лишь грубые, приближенные сравнения. Одна из труд­ ностей заключается в том, что практически невозможно выделить или получить однородный биологический материал. Ионизирую­ щие частицы действуют, как правило, на онтогенетически неод­ нородные клетки. Разные клетки и ткани вообще обладают различной радиочувствительностью. Другая трудность состоит в оценке истинных поглощенных доз для различных видов излу­ чений. Большие трудности вызывает учет мутаций и их форм. Имеющиеся данные о влиянии качества излучения на число му­ таций и проявление их различных качественных форм сравни­ тельно немногочисленны. Например, установлено, что какихлибо специфических различий в действии у- и (5-излучений раз­ личных энергий не имеется. Этот результат объясняется тем, что мутации при прохождении у-излучеыий через клетки возни­ кают в результате ионизирующего действия главным образом вторичных электронов (фотоэлектронов, комптон-электронов, пары электрон — позитрон). Природа ионизирующего действия вторичных электронов от у-излучения и электронов (5-излучения (включая электроны отдачи) подобна.

5* 131

ТЕХНИКА РАДИАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

§ 1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Безопасность работы с радиоактивными веществами и иони­ зирующими излучениями — серьезный вопрос, с которым прихо­ дится сталкиваться при внедрении атомной техники в народное хозяйство. Поэтому для всех тех, кто приступает к работе с радиоактивными веществами и источниками ионизирующих из­ лучений необходима полная, четкая ясность в этом вопросе.

Основная опасность для здоровья человека связана с биоло­ гическим действием ионизирующих излучений. Именно поэтому основная задача техники радиационной безопасности заключа­ ется в устранении радиационной опасности, в защите человека. Правила техники радиационной безопасности разрабатывает специальная наука — радиационная гигиена. Это одна из обла­ стей медицинской радиобиологии.

В атомной технике разработка рациональных правил техни­ ки радиационной безопасности оказалось нелегким делом. Это обусловлено прежде всего спецификой биологического действия ионизирующих излучений на организм человека. У человека нет органов чувств, которые бы воспринимали, ощущали ионизирую­ щие излучения. Кроме того, действие ионизирующих излучений на человека проявляется не сразу, а по истечении некоторого времени, а генетическое, мутационное действие может проя­ виться только в последующих поколениях.

На основе многолетнего опыта работы и результатов научных исследований разработаны рациональные правила техники радиационной безопасности.

Точное соблюдение правил техники радиационной безопас­ ности полностью гарантирует работающим с радиоактивными веществами и источниками ионизирующих излучений сохране­ ние здоровья и отсутствие каких-либо последствий облучения.

Пренебрежение этими правилами, несоблюдение их грозит опасностью лучевого поражения и возможностью генетических ненормальностей в потомстве.

Однако неразумно впадать и в другую крайность — бояться работать с радиоактивными веществами и источниками ионизи­

133

рующих излучений. Как и в любой отрасли, так и в атомной соблюдение правил безопасности обеспечивает нормальные, бе­ зопасные для здоровья человека условия труда. И бояться надо не радиоактивных веществ и источников ионизирующих излуче­ ний, а нарушения правил радиационной безопасности.

Все живое на Земле непрерывно подвергается воздействию излучения естественных радиоактивных элементов, рассеянных в биогеосферё, а также воздействию космического излучения. Уровень облучения от естественных радиоактивных элементов в различных географических местах неравномерен. Существуют районы, где концентрация их повышенна и соответственно по­ вышен уровень радиации. Распределение космической радиации также неодинаково на разных географических широтах и зави­ сит от высоты над уровнем моря. В моменты повышения сол­ нечной активности, сопровождающейся излучением ионизирую­ щих частиц, повышается и уровень космической радиации на Земле.

Испытания атомного оружия сопровождаются загрязнением биогеосферы продуктами ядерных реакций. В связи с этим к естественным источникам излучения прибавились искус­ ственные в виде глобальных и локальных радиоактивных за­ грязнений. Кроме того, развитие атомной промышленности, использование атомной энергии в мирных целях также приво­ дит к некоторому загрязнению биогеосферы радиоактивными веществами.

По совокупности все перечисленные источники ионизирую­ щих излучений создают естественный радиационный фон. Доля излучения, создаваемого радиоактивными загрязнениями в об­ щем естественном радиационном фоне пока незначительна и не представляет опасности для людей. Благодаря настойчивой ми­ ролюбивой политике Советского Союза и заключению договора о запрещении испытаний атомного оружия в трех средах проис­ ходит уменьшение количества радиоактивных загрязнений в биогеосфере. Кроме того, во всех странах, где проводятся ра­ боты по применению атомной энергии в мирных целях соблюда­ ются определенные правила радиационной безопасности, исклю­ чающие радиоактивное загрязнение окружающей среды выше допустимого уровня.

При работе с радиоактивными веществами и источниками ионизирующих излучений невозможно полностью защититься от искусственного загрязнения. Поэтому техника радиационной безопасности не ставит такую нереальную задачу полной за­ щиты от излучения.

В основе техники радиационной безопасности лежит единст­ венный основной принцип: обеспечить такие условия работы с радиоактивными веществами и источниками ионизирующих из­ лучений, при которых облучение персонала и населения было бы сведено до допустимых уровней сверх естественного радиа­

134

ционного фона и уровней радиации, получаемых пациентами при медицинских обследованиях и лечении.

Выполнение этого основного принципа обеспечивается ис­ пользованием специальных средств и методов радиационной защиты, которые гарантируют снижение внешнего облучения (источники излучения находятся вне человека) и внутреннего облучения (при попадании радиоактивных веществ внутрь ор­ ганизма) до предельно допустимой дозы (ПДД) и не допуска­ ют загрязнения окружающей среды радиоактивными вещества­ ми выше допустимых концентраций.

Все работы с радиоактивными веществами и источниками ионизирующих излучений регламентируются Нормами радиа­ ционной безопасности и Основными санитарными правилами, имеющими силу государственного закона.

Эти правила и нормы должны соблюдаться строжайшим образом. Их нарушение влечет за собой различные меры адми­ нистративного взыскания, а в особых случаях — и меры уго­ ловной ответственности.

Перед началом работы с радиоактивными веществами и источниками ионизирующих излучений в зависимости от харак­ тера выполняемых работ каждый сотрудник должен пройти специальное обучение и инструктаж по технике радиационной безопасности.

При организации работ с радиоактивными веществами су­ щественное значение с точки зрения радиационной безопас­ ности имеет, в каком виде находятся радиоактивные вещест­ ва — в закрытом или открытом. Если радиоактивные вещества находятся в закрытом виде (в герметических ампулах или дру­ гой таре) и опасность нарушения герметичности отсутствует, то в этом случае опасность представляет только внешнее облуче­ ние. Если радиоактивные вещества находятся в открытом виде, то существует опасность их рассеяния в окружающей среде и попадания их внутрь организма человека. Если вследствие ка­ ких-либо причин радиоактивные вещества попадают внутрь ор­ ганизма, то возникает опасность внутреннего облучения орга­ низма.

При работе с закрытыми источниками ионизирующих излуче­ ний возникает необходимость защиты только от внешнего об­ лучения. При работе с радиоактивными веществами в открытом виде необходимо осуществлять защиту и от внешего и от внут­ реннего облучения. Защита от внутреннего облучения сводится к созданию таких методов и такого защитного оборудования и приспособлений, которые не допускали бы попадания радиоак­ тивных изотопов внутрь организма человека сверх предельно допустимого содержания (ПДС) и предельно допустимого по­ ступления (ПДП), регламентируемых нормами радиационной безопасности для каждого нуклида.

135

Работа с радиоактивными веществами в открытом виде про­ изводится в специально оборудованных радиоизотопных лабо­ раториях. Правила радиационной безопасности для работ с закрытыми источниками излучений и открытыми радиоактив­ ными веществами специфичны. К работе с радиоактивными ве­ ществами и источниками ионизирующих излучений допускаются только те лица, которые прошли специальное медицинское об­ следование и по результатам этого обследования были приз­ наны пригодными к указанной работе. Беременные женщины

ионизирующих излучений допускаются лица в возрасте не мо­ ложе 18 лет. Работа с радиоактивными веществами и ионизи­ рующими излучениями проводится под контролем санитарных органов здравоохранения, руководителей предприятий и спе­ циальной местной службы радиационной безопасности. Основ­ ная задача местной службы радиационной безопасности — кон­ троль за соблюдением правил и норм радиационной безопас­ ности и дозиметрический контроль условий работы.

Дозиметрический контроль — важнейший элемент техники радиационной безопасности. Поэтому на основах дозиметрии ионизирующих излучений следует остановиться подробнее, тем более, что дозиметрия излучений имеет также важное значение для теоретической и прикладной радиобиологии, в том числе и для сельскохозяйственной.■

§2. ДОЗИМЕТРИЯ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИИ

Предметом дозиметрии ионизирующих излучений являются расчет и измерение дозы излучения.

В § 1 гл. 1 было дано определение понятия «доза излучения». Напомним, что дозой излучения называется величина, которая измеряется энергией излучения, поглощаемой единицей массы среды.

Таким образом, доза излучения определяет тот энергетиче­ ский эффект (поглощенная энергия излучения), который обу­ словлен взаимодействием излучения со средой.

В качестве меры дозы можно было бы взять и другие эффек­ ты, являющиеся результатом взаимодействия излучения с веще­ ством и доступные для непосредственного измерения. Однако энергетическая характеристика дозы излучения является наи­ более общей, хотя измерение поглощенной энергии сопряжено с определенными экспериментальными трудностями.

Дозу, измеряемую поглощенной энергией излучения в рас­ чете на единицу массы среды, принято называть поглощенной.

136

Задолго до введения единицы поглощенной дозы излучения 1 рад в дозиметрии ионизирующих излучений пользовались дру­

нормальных условиях. Таким образом, при измерении дозы из­ лучения в рентгенах в качестве регистрируемого эффекта взаимодействия излучения со средой взят ионизационный эффект, в качестве стандартной среды— воздух при нормальных условиях и в качестве излучения—-рентгеновское или у-излу- чение с энергией не более 3 Мэе. Преимуществом выражения дозы излучения в рентгенах является доступность прямого из­ мерения: регистрируется ионизационный эффект в воздухе. Недостаток этого способа — его неуниверсальность: измеряется ионизационный эффект в определенной среде (воздухе) и только для рентгеновского или у-излучения.

В дальнейшем, когда было введено более общее представле­

1р — единица экспозиционной дозы излучения. Можно установить и другие эквиваленты рентгена.

Рассчитаем число пар ионов, образующихся в 1 кг воздуха при дозе в 1 р. Предположим, что каждый положительный или отрицательный ион переносит элементарный электрический за­ ряд, равный заряду электрона: 4,8-10~10 CGSE = 1,6-10-19 к. Тогда придозе в 1 р образуется 2,58-10-4/ 1,6-10-19= 1,61 •1015 пар ионов/кг воздуха. Полученную величину следует рассматривать в качестве ионизационного эквивалента 1 р.

137

= 0,84-10-2 дж/кг воздуха. Таким образом энергетический экви­ валент 1 р составляет 0,84 -10-2 дж/кг воздуха, или 1 р экви­ валентен 0,84 рад.

Выпишем теперь весь ряд полученных эквивалентов рентгена:

= 0,84-10~2 дж/кг воздуха = 0,84 рад. В грубом приближении 1 р эквивалентен 1 рад. Однако нельзя забывать, что рад — универ­ сальная единица дозы излучения, а рентген —■единица дозы, предназначенная для характеристики рентгеновского или у-излучения в воздухе. Поэтому в принципе дозу других видов излучения и для других сред нельзя измерять в рентгенах.

Далее следует пояснить еще ряд важных моментов. Источник ионизирующего излучения создает в воздушном

пространстве определенное дозное поле, т. е. пространственновременное распределение дозы излучени'я. Это значит, что каж­ дая точка пространства в данный момент времени характери­ зуется определенной мощностью дозы излучения. Допустим, что имеется стационарное поле рентгеновского или у-излучения в воздушном пространстве. Детектор дозиметрического прибора, измеряющий дозу в рентгенах (рентгенметр), должен быть таким, чтобы он не искажал этого дозного поля. При этом детек­ тор, занимая определенный объем пространства, измеряет сред­ нюю дозу для заданного объема воздушного пространства. Если в область пространства, занимаемую детектором поместить какую-либо другую среду, также не искажающую дозного поля, и определить поглощенную дозу в радах для этой среды, то можно установить соответствие между результатами измерений

щий физический смысл энергетического эквивалента рентгена. Кэкв зависит от плотности и химического состава вещества, от энергии и спектра излучения. Для разных сред этот коэффи­ циент имеет разные значения. Для воздуха энергетический экви­ валент рентгена КЭкв= 0,84 рад/р, для клеток и тканей живых организмов Кэкв=0,9— 1,0 рад/р. Таким образом, для живых организмов с большей точностью можно осуществлять переход от результатов измерений в единицах экспозиционной дозы — рентгенах — к единицам поглощенной дозы — радам. Иначе го­ воря, если живой объект помещен в область дозного поля излу­ чения, где средняя экспозиционная доза за данное время равна 1 р, то за то же время он получит поглощенную дозу, прибли­

138

зительно равную 1 рад. Для более точного определения погло­ щенной дозы в радах по результатам измерений экспозицион­ ной дозы в рентгенах следует пользоваться таблицей коэффи­

циентов /СэквДля ионизирующих излучений других видов термины «экс­

позиционная доза» и «рентген» неприменимы. В этих случаях либо непосредственно измеряют поглощенную дозу в радах (если располагают соответствующим дозиметром), либо изме­ ряют поток частиц-— число частиц, проходящих через единицу площади сечения элементарной сферы, — и определяют погло­ щенную дозу по соотношению

рактеристическая величина для данной среды, для данного вида излучения и его энергии.

В радиобиологии часто возникает задача осуществить, пере­ ход от физической дозиметрии к биологической, так как в конеч­ ном итоге необходимо контролировать биологическое действие излучения на человека или живые организмы. Следует сразу отметить, что эта задача очень сложная и до конца не разре-; шенная. Сложность ее заключается в том, что на разные клетки, ткани, органы, физиологические функции различные виды и дозы излучений действуют неодинаково. Количество радиобиологи­ ческих эффектов составляет бесконечное множество, а сами радиобиологические эффекты являются сложными функциями количества (дозы) и качества (вида и энергии) излучения. Привести все это бесконечное разнообразие зависимостей к какому-либо стандартному радиобиологическому эффекту практически невозможно. Поэтому в настоящее время прибе­ гают к довольно грубому и условному способу стандартизации количественной оценки биологического действия излучений.

Прежде всего предполагается, что главным физическим фак­ тором, предопределяющим величину любого радиобиологиче­ ского эффекта, является величина линейной передачи энергии (см. § 2 гл. 1) ионизирующих частиц. Чем больше эта величина, тем больше ожидаемый радиобиологический эффект.

Далее вводится понятие образцового излучения. В качестве образцового взято рентгеновское излучение с граничной энер­ гией 200 кэв, создающего вторичные электроны со средней линейной передачей энергии (ЛПЭ) в воде 3,5 кэв/мкм. При этом предполагается, что именно вода, которая составляет основ­ ную массу клеток живых организмов, может имитировать веще­ ство клетки при поглощении энергии излучения.

Другие виды излучения с различной энергией имеют другие значения средней ЛПЭ.

Предполагается, что радиобиологическая разнокачественность излучений может быть приближенно сведена к различиям

139