Воздействие ионизирующего излучения на человека может происходить в результате внешнего и внутреннего облучения. Внешнее облучение вызывают источники рентгеновского и гамма-излучения (g-излучения), потоки протонов и нейтронов. Внутреннее облучение вызывают альфа- и гамма-частицы (a- и g-частицы), которые попадают в организм человека через органы дыхания и пищеварительный тракт.

Ионизирующими называют излучения, взаимодействие которых со средой приводит к образованию электрических разрядов различных знаков.

Источники этих излучений широко используются в технике, медицине, сельском хозяйстве и других областях, например, при изменении плотности почв, обнаружении течей в газопроводах, измерении толщины листов, труб и стержней, антистатической обработке тканей, полимеризации пластмасс, радиационной терапии злокачественных опухолей и др.

Следует помнить, что источники ионизирующего излучения представляют существенную угрозу здоровью и жизни использующих их людей.

Существуют два вида ионизирующих излучений:

ü корпускулярное, состоящее из частиц с массой покоя, отличной от нуля (альфа- и бета-излучение и нейтронное излучение);

ü электромагнитное (гамма-излучение и рентгеновское) с очень малой длиной волны.

Альфа-излучение представляет собой поток ядер гелия, обладающих большой скоростью. Энергия альфа-частиц не превышает нескольких мегаэлектрон-вольт (МэВ)[1]. Излучаемые a-частицы движутся практически прямолинейно со скоростью примерно 20 000 км/с.

Бета-излучение представляет собой поток электронов (b^--излучение, или, чаще всего, просто b-излучение) или позитронов (b⁺-излучение), возникающих при радиоактивном распаде.

Нейтронное излучение представляет собой поток ядерных частиц, не имеющих заряда. Оно обладает высокой проникающей способностью и представляет для челове

---

[1] МэВ – единица энергии (мегаэлектрон-вольт), применяемая в атомной и ядерной физике.

1 МэВ = 10⁶ эВ (электрон-вольт). Для перевода значений энергии излучения в систему СИ пользуются следующими соотношениями: 1 эВ = 1,60206·10^-19 Дж; 1 МэВ = 1,60206·10^-13 Дж.

ка наибольшую опасность из всех видов корпускулярного излучения. Мощность нейтронного потока измеряется плотностью потока нейтронов (нейтр./см²·с).

Гамма-излучение представляет собой электромагнитное излучение с высокой энергией и с малой длиной волны. Оно испускается при ядерных превращениях или взаимодействии частиц.

Рентгеновское излучение может быть получено в специальных рентгеновских трубах, в ускорителях электронов, в среде, окружающей источник бета-излучения, и др. Его энергия не превышает 1 МэВ.

Энергия g-излучения определяется по формуле:

,

где h – постоянная Планка (); v – частота кванта электромагнитной энергии, Гц; с – скорость света ( м/с);  – длина волны, м.

Рентгеновское излучение, как и гамма-излучение, обладает малой ионизирующей способностью и большой глубиной проникновения.

Для характеристики воздействия ионизирующего излучения на вещество введено понятие дозы излучения. Дозой излучения называется часть энергии, переданная излучением веществу и поглощенная им. Количественной характеристикой взаимодействия ионизирующего излучения и вещества является поглощенная доза излучения (Д), равная отношению средней энергии (), переданной ионизирующим излучением веществу в элементарном объеме, к массе облученного вещества в этом объеме ():

.

Поглощенная доза является основной дозиметрической величиной. В системе СИ в качестве единицы поглощенной дозы принят грей (Гр). Один грей соответствует поглощению в среднем 1 Дж энергии ионизирующего излучения в массе вещества, равной 1 кг, т.е.

1 Гр = 1 Дж/кг[1].

До недавнего времени за количественную и качественную характеристику только рентгеновского и гамма-излучения, основанную на их ионизирующем действии, принималась экспозиционная доза (Х) – отношение полного электрического заряда () ионов одного знака, возникающих в малом объеме сухого воздуха, к массе воздуха () в этом объеме, т.е.:

.

Единицей экспозиционной дозы в СИ является кулон на килограмм (Кл/кг)[2].

Для оценки возможного ущерба здоровья при хроническом воздействии ионизирующего излучения произвольного состава введено понятие эквивалентной дозы (Н).

Эта величина определяется как произведение поглощенной дозы Д на средний (безразмерный) коэффициент качества излучения () в данной точке ткани человеческого тела, т.е.:

---

[1] Ранее в качестве единицы поглощенной дозы использовался рад (рд). Он соответствовал поглощению в среднем 100 эрг.

[2] Внесистемной единицей дозы рентгеновского и гамма-излучения является рентген (р) – доза излучения, при которой суммарный заряд положительных или отрицательных ионов, образующихся в 1,293·10^-6 кг воздуха равен 0,33·10^-9 кулонов. Это соответствует образованию 2,08·10⁹ пар одновалентных ионов в 1 см³ воздуха при нормальных условиях (Т = 273 К, Р = 1,01325· 10⁵ Па) и связано с затратой энергии около 87·10^-7 Дж/кг; 1Р = 2,58·10^-4 Кл/кг = 0,88 рад .

.

Единицей эквивалентной дозы в системе СИ является зиверт[1]. В таблице 17.2 представлены сведения о величинах коэффициента .

Таблица 17.2

Значения  для различных видов излучения

Вид излучения
Рентгеновское излучение	1
Электроны и позитроны, бета-излучение	1
Протоны с энергией меньше 10 МэВ	10
Нейтроны с энергией меньше 20 МэВ	3
Нейтроны с энергией 0,1 – 10 МэВ	10
Альфа-излучение с энергией меньше 10 МэВ	20
Тяжелые ядра отдачи	20

Существует еще одна характеристика ионизирующего излучения – мощность дозы (Х) соответственно поглощенной, экспозиционной или эквивалентной, представляющая собой приращение дозы за малый промежуток времени (), деленное на этот промежуток (). Так мощность экспозиционной дозы составит:

.

Биологическое действие рассмотренных излучений на организм человека различно. Оно сводится к изменению структуры или разрушению различных органических веществ (молекул), из которых состоит организм человека. Это приводит к нарушению биохимических процессов, протекающих в клетках, или даже к их гибели[2], в результате чего происходит поражение организма в целом.

Различают внешнее и внутреннее облучение организма.

Под внешним облучением понимают воздействие на организм ионизирующих излучений от внешних по отношению к нему источников.

Внутреннее облучение осуществляется радиоактивными веществами, попавшими внутрь организма через дыхательные органы, желудочно-кишечный тракт или через кожные покровы.

Гигиеническая регламентация ионизирующего излучения осуществляется Нормами радиационной безопасности НРБ-96, Гигиеническими нормативами ГН 2.6.1.054 – 96. Основные дозовые пределы облучения и допустимые уровни устанавливаются для следующих категорий облучаемых лиц:

ü категория А – персонал, постоянно или временно работающий с источниками ионизирующих излучений;

ü категория Б – ограниченная часть населения, которая по условиям размещения рабочих мест или по условиям проживания может подвергаться воздействию источников излучения;

ü категория В – население страны, республики, края и области.

Для лиц категории А основным дозовым пределом является индивидуальная эквивалентная доза внешнего и внутреннего излучения за год (в зивертах в год) в зави

---

[1] Существует специальная единица эквивалентной дозы – биологический эквивалент рентгена (бэр). 1 бэр – это количество энергии любого вида излучения, поглощенного в биологической ткани, биологическое действие которого эквивалентно действию 1 рад рентгеновского или гамма-излучения;      1 Зв = 100 бэр.

[2] Биологическое действие ионизирующих излучений зависит от числа образовавшихся пар ионов, которое определяется поглощенной энергией излучения.

симости от радиочувствительности органов (критические органы). Это предельно допустимая доза (ПДД) – наибольшее значение индивидуальной эквивалентной дозы за год, которое при равномерном воздействии в течение 50 лет не вызовет в состоянии здоровья персонала неблагоприятных изменений, обнаруживаемых современными методами.

Для персонала категории А индивидуальная эквивалентная доза (Н), накопленная в критическом органе за время (Т) с начала профессиональной работы, не должна превышать значения, определяемого по формуле:

.

Кроме того, доза, накопленная к 30 годам, не должна превышать 12 ПДД /35/.

Для категории Б установлен предел дозы за год (ПД), под которым понимают наибольшее среднее значение индивидуальной эквивалентной дозы за календарный год у критической группы лиц, при котором равномерное облучение в течение 70 лет не может вызвать в состоянии здоровья неблагоприятных изменений, обнаруживаемых современными методами.

Основные источники ионизирующего облучения человека в окружающей среде и средние эквивалентные дозы облучения приведены (в скобках указаны дозы для населения РФ на равнинной местности) в таблице 17.3.

Таблица 17.3

Основные источники ионизирующего облучения в окружающей среде и средние эквивалентные дозы облучения

Естественный фон	Средние эквивалентные дозы облучения, мкЗв/год
Космическое облучение	320(300)
Облучение от природных источников:
· внешнее	350 (320)
· внутреннее	2000 (1050)
Антропогенные источники:
· медицинское обслуживание	400…700 (1500)
· ТЭС в радиусе 20 км	3…5
· АЭС в радиусе 10 км	1,35
· радиоактивные осадки (главным образом последствия испытаний ядерного оружия в атмосфере)	75…200
· телевизоры, дисплеи	4 – 5[1] при l = 2 м
· керамика, стекло	10
· авиационный транспорт на высоте 12 км	5 мк3в/ч

Для человека, проживающего в промышленно развитых регионах РФ, годовая суммарная эквивалентная доза облучения из-за высокой частоты рентгенодиагностических обследований достигает 3000…3500 мкЗв/год (средняя на Земле доза облучения равна 2400 мкЗв/год). Для сравнения предельно допустимая доза для профессионалов (категория А) составляет 50*10³ мкЗв/год.

Доза облучения, создаваемая антропогенными источниками (за исключением облучений при медицинских обследованиях), невелика по сравнению с естественным фо

---

[1] Доза облучения увеличивается с уменьшением расстояния l до экрана. При l = 10 см доза возрастает до 250…500 мкЗв/год.

ном ионизирующего облучения, что достигается применением средств коллективной защиты.

В тех случаях, когда на объектах экономики нормативные требования и правила радиационной безопасности не соблюдаются, уровни ионизирующего воздействия резко возрастают.

Рассеивание в атмосфере радионуклидов, содержащихся в выбросах, приводит к формированию зон загрязнения около источника выбросов.

Обычно зоны антропогенного облучения жителей, проживающих вокруг предприятий по переработке ядерного топлива на расстоянии до 200 км, колеблются от 0,1 до 65 % естественного фона излучения.

Миграция радионуклидов в водоемах и грунте значительно сложнее, чем в атмосфере. Это обусловлено не только параметрами процесса рассеивания, но и склонностью радионуклидов к концентрации в водных организмах, к накоплению в почве. Распределение  отдельных радиоизотопов между составляющими пресноводного водоема приведено в таблице 17.4.

Таблица 17.4

Распределение отдельных радиоизотопов между составляющими пресноводного водоема, %

Изотоп	Вода	Грунт	Биомасса
32Р	10	28	62
60Со	21	58	21
90Sr	48	27	25
131I	58	13	29
137Cs	6	90	4

Миграция радиоактивных веществ в почве определяется в основном ее гидрологическим режимом, химическим составом почвы и радионуклидов. Меньшей сорбционной емкостью обладает песчаная почва, большей – глинистая почва, суглинки и черноземы. Высокой прочностью удержания в почве обладают ⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs. Ориентировочные значения радиоактивного загрязнения сухой массы культурных растений следующие (таблица 17.5).

Таблица 17.5

Ориентировочные значения радиоактивного загрязнения сухой массы культурных растений, Бк[1]/кг

Название культуры	90Sr	137Cs
Пшеница	2,849	10,730
Морковь	0,555	1,887
Капуста	0,469	2,109
Картофель	0,185	1,406
Свекла	0,666	1,702
Яблоки	0,333	1,998

Эти загрязнения, обусловленные глобальными поступлениями радиоактивных веществ в почву, не превышают допустимые уровни. Опасность возникает лишь в случаях произрастания культур в зонах с повышенными радиоактивными загрязнениями.

Опыт ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС показывает, что ведение сельскохозяйственного производства недопустимо на территориях при плотно

---

[1] Единица активности радиоактивного вещества — кюри (Кu), соответствующая 3,7·10¹⁰ ядерных превращений с секунду. Такая активность соответствует активности 1 г радия-226. Гораздо реже используется единица активности беккерель (Бк), 1 Кu = 3,7·10¹¹ Бк.

сти загрязнения выше 80 Кu/км², а на территориях, загрязненных до 40…50 Кu/км², необходимо ограничивать производство семенных и технических культур, а также кормов для молодняка и откормочного мясного скота. При плотности загрязнения 15…20 Кu/км по содержанию ¹³⁷Cs сельскохозяйственное производство вполне допустимо.

Уровень радиоактивности в жилом помещении зависит от строительных материалов. В кирпичном, железобетонном, шлакоблочном доме уровень радиоактивности всегда в несколько раз выше, чем в деревянном. Газовая плита привносит в дом не только токсичные газы (NQ_х, CO и др.), включая канцерогены, но и радиоактивные газы. Поэтому уровень радиоактивности на кухне может существенно превосходить фоновый при работающей газовой плите.

В закрытом, непроветриваемом помещении человек может подвергаться воздействию радона-222 и радона-220, которые непрерывно освобождаются из земной коры. Поступая через фундамент, пол, из воды или иным путем, радон накапливается в изолированном помещении. Средние концентрации радона обычно составляют: ванной комнате 8,5, на кухне 3, в спальне 0,2 кБк/м. Концентрация радона на верхних этажах зданий обычно ниже, чем на первом этаже. Избавиться от избытка радона можно проветриванием помещения.

В этом отношении поучителен опыт Швеции: с начала 50-х годов ХХ века в стране проводилась кампания по экономии энергии, в том числе путем уменьшения проветривания помещений. В результате, средняя концентрация радона в помещениях возросла с 43 до 133 Бк/м при снижении воздухообмена с 0,8 до 0,3 м³/ч. По оценкам, на каждый 1 ГВт в год электроэнергии, сэкономленной за счет уменьшения проветривания помещений, шведы получили дополнительную коллективную дозу облучения в 5600 чел.·Зв.

Из рассмотренных энергетических загрязнений в современных условиях наибольшее негативное воздействие на человека оказывают радиоактивное и акустическое загрязнения.

Ионизирующее излучение вызывает в организме цепочку обратимых и необратимых изменений. Пусковым механизмом воздействия являются процессы ионизации и возбуждения атомов и молекул в тканях. Диссоциация сложных молекул в результате разрыва химических связей – прямое действие радиации.

Существенную роль в формировании биологических эффектов играют радиационно-химические изменения, обусловленные продуктами радиолиза воды. Свободные радикалы водорода и гидроксильной группы, обладая высокой активностью, вступают в химические реакции с молекулами белка, ферментов и других элементов биоткани, что приводит к нарушению биохимических процессов в организме.

В результате, нарушаются обменные процессы, замедляется и прекращается рост тканей, возникают новые химические соединения, не свойственные организму. Это приводит к нарушению деятельности отдельных функций и систем организма.

Индуцированные свободными радикалами химические реакции развиваются с большим выходом, вовлекая в процесс сотни и тысячи молекул, не задействованных излучением. В этом состоит специфика действия ионизирующего излучения на биологические объекты. Эффекты развиваются в течение разных промежутков времени: от нескольких секунд до многих часов, дней, лет.

Ионизирующая радиация при воздействии на организм человека может вызвать два вида эффектов, которые клинической медициной относятся к болезням:

1) детерминированные пороговые эффекты (лучевую болезнь, лучевой ожог, лучевую катаракту, лучевое бесплодие, аномалии в развитии плода и др.);

2) стохастические (вероятностные) беспороговые эффекты (злокачественные опухоли, лейкозы, наследственные болезни).

Острые поражения развиваются при однократном равномерном гамма-облучении всего тела и поглощенной дозе выше 0,25 Гр. При дозе 0,25…0,5 Гр могут наблюдаться временные изменения в крови, которые быстро нормализуются. В интервале дозы 0,5…1,5 Гр возникает чувство усталости, менее чем у 10 % облученных может наблюдаться рвота, умеренные изменения в крови. При дозе 1,5…2,0 Гр наблюдается легкая форма острой лучевой болезни, которая проявляется продолжительной лимфопенией, в 30…50 случаев наблюдается рвота в первые сутки после облучения. Смертельные исходы не регистрируются.

Лучевая болезнь средней тяжести возникает при дозе 2,5…4,0 Гр. Почти у всех облученных в первые сутки наблюдаются тошнота, рвота, резко снижается содержание лейкоцитов в крови, появляются подкожные кровоизлияния, в 20 % случаев возможен смертельный исход, смерть наступает через 2…6 недель после облучения. При дозе 4,0…б,0 Гр развивается тяжелая форма лучевой болезни, приводящая в 50 % случаев к смерти в течение первого месяца.

При дозах, превышающих 6,0 Гр, развивается крайне тяжелая форма лучевой болезни, которая почти в 100 % случаев заканчивается смертью вследствие кровоизлияния или инфекционных заболеваний. Приведенные данные относятся к случаям, когда отсутствует лечение. В настоящее время имеется ряд противолучевых средств, которые при комплексном лечении позволяют исключить летальный исход при дозах около 10 Гр.

Хроническая лучевая болезнь может развиться при непрерывном или повторяющемся облучении в дозах, существенно ниже тех, которые вызывают острую форму. Наиболее характерными признаками хронической лучевой болезни являются изменения в крови, ряд симптомов со стороны нервной системы, локальные поражения кожи, поражения хрусталика, пневмосклероз (при ингаляции плутония-239), снижение иммунореактивности организма.

Степень воздействия радиации зависит от того, является облучение внешним или внутренним (при попадании радиоактивного изотопа внутрь организма). Внутреннее облучение возможно при вдыхании, заглатывании радиоизотопов и проникновении их в организм через кожу. Некоторые вещества поглощаются и накапливаются в конкретных органах, что приводит к высоким локальным дозам радиации. Кальций, радий, стронций и другие накапливаются в костях, изотопы йода вызывают повреждение щитовидной железы, редкоземельные элементы – преимущественно опухоли печени. Равномерно распределяются изотопы цезия, рубидия, вызывая угнетение кроветворения, атрофию семенников, опухоли мягких тканей. При внутреннем облучении наиболее опасны альфа-излучающие изотопы полония и плутония.

Способность вызывать отдаленные последствия  – лейкозы, злокачественные новообразования, раннее старение – одно из коварных свойств ионизирующего излучения.