Курсовая работа: Радиация как естественный фактор и ее влияние на живой организм

Курсовая работа

Радиация как естественный фактор и ее влияние на живой организм

Введение

Явление радиоактивности было открыто в 1896 году французским ученым Анри Беккерелем. В настоящее время оно широко используется в науке, технике, медицине, промышленности. Способность ядер атомов к самопроизвольному или индуцированному распаду и синтезу, при которых происходит выделение энергии, открывает перед человечеством огромные перспективы для решения вопроса об энергоресурсах, обеспечивающих быстрый рост научно-технического процесса.

Радиоактивные элементы естественного происхождения присутствуют повсюду в окружающей человека среде. Попадая в окружающую среду, они оказывают воздействия на живые организмы, в чем и заключается их опасность.

Большое значение для решения радиоэкологических проблем имеет прогресс в области изучения механизма влияния радиационного облучения на живые организмы.

Отметим, что и зарождение жизни на Земле и ее последующая эволюция протекали в условиях постоянного воздействия радиации.

Хорошее знание свойств радиации и ее воздействия позволяет свести к минимуму связанный с ее использованием риск и по достоинству оценить те огромные блага.

1. Радиация. Суть явления

ионизирующий излучение радиация

Ионизирующее излучение (радиация) - это невидимые глазом излучения, испускаемые некоторыми химическими элементами в результате их радиоактивного распада, т.е. самопроизвольного превращения ядер атомов одного радиоактивного элемента в ядра другого.

Радиация - обобщенное понятие. Оно включает различные виды излучений, часть которых встречается природе, другие получаются искусственным путем.

Прежде всего, следует различать корпускулярное излучение, состоящее из частиц с массой отличной от нуля, и электромагнитное излучение. Корпускулярное излучение может состоять из заряженных и нейтральных частиц.

Альфа-излучение - представляет собой ядра гелия, которые испускаются при радиоактивном распаде элементов тяжелее свинца или образуются в ядерных реакциях.

Бета-излучение - это электроны или позитроны, которые образуются при бета-распаде различных элементов от самых легких (нейтрон) до самых тяжелых.

Космическое излучение приходит на Землю из космоса. В его состав входят преимущественно протоны и ядра гелия. Более тяжелые элементы составляют менее 1%. Проникая вглубь атмосферы, космическое излучение взаимодействует с ядрами, входящими состав атмосферы, и образует потоки вторичных частиц (мезоны, гамма-кванты, нейтроны и др.).

Корпускулярные излучения обладают высокой энергией, часто большой проникающей способностью, активно взаимодействуют с атомами и молекулами живых организмов, вызывая ионизацию, образование высокореактивных свободных радикалов, ядерные реакции.

Электромагнитное излучение имеет широкий спектр энергий и различные источники: гамма-излучение атомных ядер и тормозное излучение ускоренных электронов, радиоволны (табл. 1).

Гамма-излучение - это электромагнитное излучение высокой энергии, которое обладает большой проникающей способностью, изменяющейся в широких пределах. Ионизирующая способность гамма-излучения значительно меньше, чем у альфа- и бета - частиц.

Рентгеновское излучение - аналогично гамма-излучению, испускаемому ядрами, но оно получается искусственно в рентгеновской трубке, которая сама по себе не радиоактивна.

Таблица 1. Характеристики электромагнитных излучений.

Ввиду сходства воздействия на вещество корпускулярных и таких электромагнитных излучений, как рентгеновские и г-лучи, их часто объединяют в группу ионизирующей радиации.

1.1 Дозы и измерение ионизирующего излучения

Действие ионизирующих излучений представляет собой сложный процесс. Эффект облучения зависит от величины поглощенной дозы, ее мощности, вида излучения, объема облучения тканей и органов. Для его количественной оценки введены специальные единицы, которые делятся на внесистемные и единицы в системе СИ. Сейчас используются преимущественно единицы системы СИ. Ниже в таблице 2 дан перечень единиц измерения радиологических величин и проведено сравнение единиц системы СИ и внесистемных единиц.

Таблица 2. Основные радиологические величины и единицы. (Гусев, 1986)

Для описания влияния ионизирующих излучений на вещество используются следующие понятия и единицы измерения.

1) Активность радионуклида в источнике (А) равна отношению числа самопроизвольных ядерных превращений в этом источнике за малый интервал времени (dN) к величине этого интервала (dt). Единица активности в системе СИ - Беккерель (Бк). Внесистемная единица - Кюри (Ки).

2) Экспозиционная доза (X) - мера ионизационного действия фотонного излучения, определяемая по ионизации воздуха в условиях электронного равновесия. В качестве количественной меры рентгеновского излучения принято использовать во внесистемных единицах экспозиционную дозу, определяемую зарядом вторичных частиц (dQ), образующихся в массе вещества (dm) при полном торможении всех заряженных частиц.

В СИ единицей экспозиционной дозы является один кулон на килограмм (Кл/кг). Внесистемной единицей является рентген (Р). Рентген - это экспозиционная доза рентгеновского излучения, создающая в 1 куб.см воздуха при температуре О°С и давлении 760 мм рт. ст. суммарный заряд ионов одного знака в одну электростатическую единицу количества электричества.

Поглощение энергии ионизирующего излучения является первичным процессом, дающим начало последовательности физико-химических преобразований в облученной ткани, приводящей к наблюдаемому радиационному эффекту. Поэтому естественно сопоставить наблюдаемый эффект с количеством поглощенной энергии или поглощенной дозы.

3) Поглощенная доза (D) - основная дозиметрическая величина, определяющая степень радиационного воздействия. Она равна отношению средней энергии dE, переданной ионизирующим излучением веществу в элементарном объеме, к массе dm вещества в этом объеме. Единицей поглощенной дозы является Грей (Гр).

Мощность поглощенной дозы - приращение в единицу времени. Она характеризуется скоростью накопления дозы во времени. Ее единица в системе СИ - грей в секунду. Это такая мощность поглощенной дозы излучения, при которой за 1 с в веществе создается доза излучения в Гр.

На практике для оценки поглощенной дозы излучения широко используют внесистемную единицу мощности поглощенной дозы - рад в час (рад/ч) или рад в секунду (рад/с). Внесистемная единица Рад определялась как поглощенная доза любого ионизирующего излучения, равная 100 эрг на 1 грамм облученного вещества.

4) Для оценки возможного ущерба здоровью человека в условиях хронического облучения в области радиационной безопасности введено понятие эквивалентной дозы Н, равной произведению поглощенной дозы Dr, созданной облучением - r и усредненной по анализируемому органу или по всему организму, на весовой множитель wr (называемый еще - коэффициент качества излучения).

Единицей измерения эквивалентной дозы является Джоуль на килограмм. Она имеет специальное наименование Зиверт (Зв). Зиверт равен одному грею, деленному на коэффициент качества 1 Зв = 100 бэр.

Бэр (биологический эквивалент рентгена) - это внесистемная единица эквивалентной дозы, такая поглощенная доза любого излучения, которая вызывает тот же биологический эффект, что и 1 рентген гамма-излучения.

1.2 Предельно допустимые дозы облучения

«По отношению к облучению население делится на 3 категории:

· Категория А облучаемых лиц или персонал (профессиональные работники) - лица, которые постоянно или временно работают непосредственно с источниками ионизирующих излучений.

· Категория Б облучаемых лиц или ограниченная часть населения - лица, которые не работают непосредственно с источниками ионизирующего излучения, но по условиям проживания или размещения рабочих мест могут подвергаться воздействию ионизирующих излучений.

· Категория В облучаемых лиц или население - население страны, республики, края.

Для категории А вводятся предельно допустимые дозы - наибольшие значения индивидуальной эквивалентной дозы за календарный год, при которой равномерное облучение в течение 50 лет не может вызвать в состоянии здоровья неблагоприятных изменений, обнаруживаемых современными методами. Для категории Б определяется предел дозы.

Устанавливается три группы критических органов:

1. все тело, гонады и красный костный мозг;

2. мышцы, щитовидная железа, жировая ткань, печень, почки, селезенка, желудочно-кишечный тракт, легкие, хрусталики глаз и другие органы, за исключением тех, которые относятся к 1 и 3 группам;

3. кожный покров, костная ткань, кисти, предплечья, голени и стопы.» («Методические указания по обеспечению требований радиационной безопасности при добыче и переработке минерального сырья на предприятиях горнорудной и нерудной промышленности, отнесенных к радиационно опасным производствам. РД 03-151-97» утв. Приказом Госгортехнадзора РФ от 14.10.1997 №35)

Дозовые пределы облучения для разных категорий лиц даны в таблице 3.

Таблица 3. Дозовые пределы внешнего и внутреннего облучения (бэр/год)

Помимо основных дозовых пределов для оценки влияния излучения используют производные нормативы и контрольные уровни. Нормативы рассчитаны с учетом непревышения дозовых пределов ПДД и ПД. Расчет допустимого содержания радионуклида в организме проводят с учетом его радиотоксичности и непревышения ПДД в критическом органе. Контрольные уровни должны обеспечивать такие низкие уровни облучения, какие можно достичь при соблюдении основных дозовых пределов.

Численные значения допустимых уровней содержатся в «Нормах радиационной безопасности - 99».

2. Естественные источники радиации

Избежать облучения ионизирующим излучением невозможно. Жизнь на Земле возникла и продолжает развиваться в условиях постоянного облучения. В настоящее время основную дозу радиации население Земли получает за счет естественных источников. К ним относятся излучения, приходящие к нам из космоса и излучения радионуклидов, находящихся в окружающей среде. Естественный радиационный фон Земли складывается из 2 компонентов:

1. космическое излучение;

2. излучение от рассеянных в земной коре, воздухе и других объектах внешней среды природных радионуклидов;

Облучение по критерию месторасположения источников излучения делится на внешнее и внутреннее. Внешнее облучение обусловлено источниками, расположенными вне тела человека. Источниками внешнего облучения являются космическое излучение и наземные источники. Источником внутреннего облучения являются радионуклиды, находящиеся в организме человека.