Внутреннее облучение и его особенности

Но наибольшую опасность представляют те, которые осаждаются в альвеолах легких (частицы размером менее 5 мкм), и особенно часть тонкодисперсных частиц (размер менее 1 мкм, до 70% задерживается в легких), которые могут проникать в общий кровоток, а затем избирательно отлагаются в различных тканях. Попадание радионуклидов в легкие в количествах значительно превышающих допустимые может сопровождаться различными изменениями в легочной ткани (например, пневмосклероз), а при длительном воздействии может возникнуть рак легких.

Инертные  радиоактивные газы (аргон, ксенон, криптон и др.) попадая через легкие в кровь, через некоторое время полностью удаляются из организма. Присутствие их в воздухе определяет радиационную опасность только внешнего облучения. Можно назвать такие источники аэрозольного загрязнения воздуха на АЭС: испарение радиоактивных веществ и конденсация их на неактивных частицах, загрязнение неактивной пыли при протечках теплоносителя, активация нерадиоактивных частиц потоками нейтронов, загрязнение воздуха при его движении под действием вентиляторов через помещения, где имеются загрязнения поверхности полов, стен, оборудования.

Мелкодисперсные радиоактивные вещества загрязняют не только воздух, а также спецодежду, кожные покровы и с них могут  попадать в желудочно-кишечный тракт. При всасывании из ЖКТ, также как и из легких, долю веществ поступающую в кровь характеризует коэффициент всасывания (табл. 1). Далее они, в соответствии с их химическими свойствами, накапливаются в отдельных органах, подвергая их облучению.

Например: радий, фосфор, стронций, барий накапливаются в костях; церий, прометий, америций, кюрий, лантан - в печени, плутоний - в легких, костях; йод - в щитовидной железе; уран - в легких, почках, костях; тритий, углерод, натрий, кобальт, цезий распределяются в организме равномерно. Наиболее опасными при попадании внутрь организма оказываются б-излучающие радионуклиды.

Пробег  б-частиц мал и их энергия полностью  поглощается вблизи места нахождения радионуклида. Степень опасности  радионуклида также характеризуется  скоростью его выведения из организма. Как правило, не задерживаются в организме те радионуклиды, которые одинаковы с элементами употребляемыми человеком с пищей (натрий, хлор, калий и др.). Они выводятся вместе с такими же веществами. Некоторые же элементы, попав в организм, трудно из него удаляются (уран, торий, плутоний).

Время, в течение которого количество данного  химического элемента в организме  уменьшается вдвое вследствие физиологического обмена, называется периодом биологического полувыведения Tб. Для радионуклида время нахождения в организме зависит также и от периода полураспада. Поэтому для радионуклидов введено понятие эффективного периода полувыведения.

Эффективным периодом полувыведения Тэфф называется время, в течение которого количество радионуклида (его активность) в организме уменьшается вдвое:

Тэфф = Т1/2Тб/(T1/2 + Tб), (1)

где Т1/2 - период полураспада радионуклида.

Из (1) следует, что если период полураспада мал, а период биологического полувыведения  велик, то Тэфф будет определяться Т1/2 и наоборот. В качестве примера в табл. 1 приведены значения эффективного периода полувыведения некоторых радионуклидов. Некоторые радионуклиды с течением времени достигают равновесного состояния в организме. 20 радионуклидов не достигают равновесия в организме за период жизни человека (50-70 лет) (в табл. 1 обозначены *).

1.2 Клинические  эффекты острых доз облучения

Радионуклиды  с большим периодом полураспада  производят постоянное облучение организма, даже после прекращения работы с  ними. Особенно опасны те из них, которые концентрируются вблизи костного мозга, в костях (стронций, плутоний).

Сочетание физических и химических свойств  данного радионуклида определяют степень  его радиотоксичности и, соответственно, величины дозовых пределов.

 Таблица  2. Клинические эффекты острых доз облучения

Диапазон   

Доклинич. диапазон 

0 -100 бэр   

Терапевтический диапазон 

100- 1000 бэр 

Летальный диапазон более 1000 бэр  

100-200  

200-600  

600-1000  

1000-5000  

более 5000   

случаи  рвоты  

нет  

100 бэр  - 5%; 

200 бэр  - 50%  

300 бэр 

100%  

100%  

100%   

острый  период  

-  

3 часа   

2 часа   

1 час   

30 минут    

критический орган  

нет  

красный костный мозг  

ЖКТ  

ЦНС   

характерный признак  

нет  

умеренная лейкемия  

сильная лейкемия, инфекция, пурпура, эпилепсия >300 Бэр  

понос, лихо-радка потеря электролитов  

конвульсия, дрожь, атаксия   

терапия  

утешение   

обследование  крови  

переливание крови, антибиотики  

возможна  пересадка костного мозга  

поддержание электролитов  

успокоительные  болеутоляющие   

Прогноз  

превосходный  

превосходный   

хороший  

сдержанный   

безнадежный   

Смертность   

нет  

нет  

О - 80%  

80 - 90%  

90 - 100%   
 
 

1.3 Контроль  внутреннего облучения

Несмотря  на герметизацию всего оборудования АЭС, содержащего радиоактивные  среды, а также максимальную изоляцию всех помещений с этим оборудованием, небольшая часть газообразных и летучих радиоактивных веществ проникает в рабочие помещения, а затем, в основном через органы дыхания, попадает внутрь организма. В этом отношении наиболее опасными являются периоды проведения ремонтных и перегрузочных работ на остановленном реакторе.

Главными  способами контроля внутреннего  облучения персонала являются методы биофизического контроля (радиометрия  проб крови и выделений из организма) и прямые измерения содержания или поступления радиоактивных веществ в организм, осуществляемые при помощи счетчиков или спектрометров излучения человека (СИЧ).

Биологический анализ. Термин биологический анализ относится к некоторой процедуре  определения природы и активности внутреннего загрязнения, присутствующего в организме путем исследования продуктов выделения. Предполагается, что концентрация радиоактивности в продуктах жизнедеятельности организма пропорциональна активности, находящейся в теле. Если известны особенности распределения активности в теле то может быть определено содержание в конкретном органе.

Существует  множество продуктов выделения  человека которые могут использоваться в процедуре биологического анализа: выдыхаемый воздух, обрезки ногтей, носовая слизь, моча, пот, слюна, волосы, фекалии. В программах биологического анализа почти исключительно в качестве образца используют урину. Это связано с, простотой сбора и эстетическими причинами. Мазки из носовой полости и образцы выдыхаемого воздуха (отбираемого в специальный баллон) также применяются в определенных отраслях атомной промышленности, где существует существенная вероятность ингаляционного поступления. Отбор мазков из носа обычно производится и после радиационных аварий.

1.4 Классификация  внутренних загрязнений

Радиоактивные загрязнения, которые попадают в  организм, часто разбиваются на две  категории "растворимые" и "нерастворимые", где растворимость рассматривается  по отношению к жидкостям организма. Перед проведением анализов определяют также путь поступления загрязнения в организм, который может быть:

ингаляционным - через нос;

пищевым - через рот;

перкутанным - через кожу;

травматическим - через повреждения в коже.

Первые  два из перечисленных путей поступления  являются преобладающими. Перкутанный  путь соответствует поглощению радионуклидов непосредственно через поверхность кожи. Этим путем обычно поступает в организм тритий (H), так как размер его молекул очень мал. Нерастворимые загрязнители обычно представляют более сложную проблему для измерения содержания нуклидов в организме. В случае пищевого поступления, из-за того, что радиоизотоп нерастворим, он проходит относительно невредимым прямо через ЖКТ. Если нуклид не испускает излучение, которое может быть зарегистрировано снаружи тела, то осуществляется анализ кала для измерения его содержания. В случае ингаляционного поступления нерастворимых радионуклидов, скорость очищения организма будет зависеть от скорости легочной вентиляции (объем и частота дыхания), и размера частиц (который определяет где частицы будут улавливаться в респираторном дереве). Так как загрязнения не растворимы, то они, в конце концов, выводятся из органов дыхания с помощью волосообразных ресничек, расположенных в дыхательных путях и достигают надгортанника, где попадают в ЖКТ и выносятся наружу.

Рис. 1. Классификация внутренних загрязнений

Загрязнения, которые растворяются в жидкостях  организма, в свою очередь делятся  на три подкатегории:

загрязнители, которые растворяются в воде находящейся  в теле;

откладывающиеся в определенном органе (наподобие йода, который откладывается в щитовидной железе);

* обладающие  способностью откладываться в  костях скелетной системы.

Первый  случай - растворимые в воде тела загрязнения - наиболее прост в обработке. Обычно предполагается, что эти загрязнения  равномерно распределяются по всем жидкостям тела. Так как моча является одной из этих жидкостей, то концентрация растворимых радионуклидов в моче принимается равной их концентрации в остальной воде тела. В целях радиационной защиты анатомические значения, используемые для вычислений в дозиметрии внутреннего облучения, берутся из публикации №23 МКРЗ, в которой даются исчерпывающие данные о массах, размерах и строении человеческих органов и тел от рождения до зрелости.

У "среднего мужчины" и "средней женщины" общий вес воды в организме равен 42 и 29 кг соответственно. Полное содержание вещества в теле находят путем умножения концентрации этого вещества в моче на вес воды в теле. Очищение или выведение радионуклидов, равномерно распределенных в воде тела, происходит простым поглощением в результате фильтрации в почках. Это приводит к тому, что концентрация растворимого радионуклида убывает экспоненциально со временем. Если эту зависимость построить в полулогарифмическом масштабе, то график будет изображаться прямой линией.

Обычно  подобный график в полулогарифмическом  масштабе строится после аварийного поступления существенного количества радионуклидов. Отбирается и исследуется  ряд анализов мочи, строится график и подгоняется наиболее подходящей к данным прямой линией. По этому графику легко получить период полувыведения - время, за которое выводится половина радионуклида. Для примера скажем, что период полувыведения трития человеческим организмом равен 10 дней.

Второй  случай из трех - это растворимые  загрязняющие вещества, поглощаемые каким-либо органом. Многие различные химические элементы или соединения концентрируются в определенных органах тела при нормальной активности обменных процессов. Йод, возможно, наиболее известный пример. Этот элемент необходим щитовидной железе для производства гормонов. При прохождении крови через железу йод выделяется и накапливается. В нормальном возрасте от 25 до 30% йода, оказавшегося в крови в результате однократного поступления, будет выделяться и накапливаться в ткани щитовидной железы.