Іонізуюче випромінювання: порятунок чи небезпека?

Іонізуюче випромінювання широко застосовується в медицині, промисловості та науці. Воно може бути як корисним, так і шкідливим для здоров'я людини. У цій статті ми розглянемо його властивості, сфери застосування та потенційну небезпеку.

З одного боку, завдяки іонізуючому випромінюванню лікарі можуть ставити точні діагнози та лікувати багато важких захворювань. З іншого боку, надмірне опромінення підвищує ризик розвитку раку та інших серйозних наслідків.

Що таке іонізуюче випромінювання

Іонізуюче випромінювання - це потоки елементарних частинок або високоенергетичних фотонів, здатні вибивати електрони з атомів та молекул речовини, внаслідок чого утворюються іони. Основними видами іонізуючого випромінювання є альфа- та бета-випромінювання при радіоактивному розпаді, гамма-випромінювання ядер та ізотопів, рентгенівське випромінювання, потоки заряджених частинок космічних променів, прискорених до високих енергій у космосі.

• Альфа-випромінювання - потік ядер гелію, що випускається при альфа-розпад радіоактивних елементів.
• Бета-випромінювання - потік електронів або позитронів, що випускається при бета-розпад радіоактивних елементів.

Іонізуюче випромінювання широко використовується у медицині, промисловості, науці. Однак воно може бути небезпечним для живих організмів при високих дозах опромінення, оскільки викликає пошкодження клітин та тканин.

Іонізуюче випромінювання широко застосовується в різних галузях науки, техніки та медицини завдяки своїм унікальним властивостям. Воно використовується для діагностики та лікування захворювань, контролю якості продукції, дослідження структури речовини, отримання нових матеріалів та багато іншого.

Застосування у медицині

У медицині іонізуюче випромінювання широко застосовується в діагностичних та лікувальних цілях. Рентгенівське та гамма-випромінювання використовується для отримання зображень внутрішніх органів та тканин, виявлення патологій.

Ще одне найважливіше застосування іонізуючого випромінювання в медицині - променева терапія онкологічних захворювань.

Використання в промисловості

У промисловості джерела іонізуючого випромінювання знаходять застосування контролю якості зварних швів, лиття, поковок та інших виробів з виявлення внутрішніх дефектів матеріалів і конструкцій Це дозволяє підвищити надійність і безпеку виробів.

Також іонізуюче випромінювання використовується для модифікації властивостей матеріалів, наприклад, підвищення зносостійкості деталей, поліпшення адгезії покриттів, зшивання полімерів.

Застосування в науці та техніці

У фізичних експериментах використовуються пучки заряджених частинок, прискорених до високих енергій у циклотронах та лінійних прискорювачах. Це дозволяє вивчати структуру атомних ядер та інші фундаментальні питання.

В археології та геології застосовують метод радіовуглецевого датування, що ґрунтується на використанні радіоактивного ізотопу вуглецю-14. Це дає можливість визначити вік археологічних знахідок, палеонтологічних зразків, нафтових родовищ.

Таким чином, іонізуюче випромінювання є потужним інструментом, який дозволяє людині проникати вглиб речовини, отримувати унікальну інформацію про об'єкти та процеси, вирішувати найважливіші наукові та практичні завдання у багатьох сферах діяльності.

Незважаючи на широке застосування в різних корисних цілях, іонізуюче випромінювання може становити загрозу для здоров'я людини та навколишнього середовища при неконтрольованому впливі значних доз опромінення.

Біологічна дія випромінювання

Іонізація атомів та молекул у живих клітинах призводить до порушення структури білків, нуклеїнових кислот, ліпідів клітинних мембран. Це запускає процеси окиснення, виникнення вільних радикалів, мутацій генів.

В результаті під впливом радіації може відбуватися загибель клітин, порушення роботи тканин та органів, розвиток променевої хвороби. При хронічному опроміненні підвищується ризик виникнення злоякісних пухлин та спадкових захворювань.

Техногенні аварії та їх наслідки

Великі радіаційні аварії сталися на Чорнобильській АЕС 1986 року, на Фукусімі 2011 року. В результаті в довкілля потрапила велика кількість радіонуклідів. Радіоактивного забруднення зазнали великі території.

Ліквідація наслідків подібних аварій потребує колосальних матеріальних, технічних та людських ресурсів на десятиліття. У мешканців забруднених територій відзначається підвищений рівень онкологічних та спадкових захворювань, скорочення тривалості життя.

Заходи захисту від іонізуючого випромінювання

Для захисту людей та навколишнього середовища від шкідливого впливу іонізуючого випромінювання застосовується комплекс заходів на державному рівні та в організаціях, які використовують джерела радіації.

Нормування опромінення

Встановлюються гранично допустимі дози опромінення для різних категорій осіб, які працюють із техногенними джерелами, та для населення. Регламентуються допустимі рівні вмісту радіонуклідів в об'єктах довкілля.

Технічні заходи захисту

Для обмеження впливу випромінювання використовуються захисні екрани зі свинцю, бетону та інших матеріалів, що поглинають. Застосовується дистанційне керування обладнанням, роботизація небезпечних робіт, герметизація опромінювальних установок.

Радіоактивні відходи та обладнання, що виробило ресурс, надійно ізолюються в сховищах. Будівлі АЕС проектуються з урахуванням можливих природних та техногенних впливів.

Моніторинг радіаційної ситуації

Проводиться регулярний контроль потужності дози гамма-випромінювання, рівнів радону, концентрації радіонуклідів у повітрі, ґрунті, воді, продуктах харчування навколо потенційно небезпечних об'єктів та на територіях з підвищеним радіаційним фоном.

Ліквідація радіаційних аварій включає комплекс термінових заходів щодо виявлення джерел випромінювання, обмеження поширення забруднення, евакуації людей, дезактивації місцевості.

Індивідуальні заходи радіаційної безпеки

Особи, які працюють із джерелами іонізуючого випромінювання, забезпечуються засобами індивідуального захисту - спецодягом, окулярами, рукавичками, респіраторами, дозиметрами.

Для мінімізації опромінення при медичних процедурах слід використовувати альтернативні не пов'язані з радіацією методи діагностики, якщо це можливо. Вагітним жінкам рекомендується відмовитися від рентгенівських та радіоізотопних досліджень.

Іонізуюче випромінювання у промисловості

Іонізуюче випромінювання активно використовують у різних галузях промисловості контролю якості виробів, модифікації властивостей матеріалів, стерилізації продукції та інших технологічних процесів.

Радіаційний контроль

Методи радіаційного контролю засновані на здатності іонізуючого випромінювання проникати крізь матеріали і взаємодіяти з ними.

Така дефектоскопія дозволяє підвищити якість та надійність відповідальних конструкцій – мостів, трубопроводів, зварних швів, литих деталей двигунів та інших відповідальних вузлів машин. Наприклад, усі зварювальні роботи на АЕС контролюються радіографічним методом.

Радіаційна обробка матеріалів

Опромінення полімерів, металів, неорганічних матеріалів потоками заряджених частинок або гамма-квантами використовується для покращення їх характеристик.

Такі методи дозволяють зшивати та вулканізувати полімери, підвищити властивості міцності композитів, поліпшити адгезію покриттів до металів у 2-5 разів, збільшити зносостійкість деталей.

Іонізуюче випромінювання в науці та техніці

Джерела іонізуючого випромінювання є незамінним інструментом для досліджень у ядерній та атомній фізиці, радіобіології, медицині, археології та інших науках.

Фундаментальні дослідження

У фізичних експериментах широко застосовуються пучки заряджених частинок, прискорених до високих енергій у циклотронах, синхротронах та лінійних прискорювачах.

В астрофізичних обсерваторіях реєструються космічні промені та гамма-сплески далеких космічних об'єктів, що дозволяє вивчати процеси у Всесвіті при екстремально високих енергіях та щільностях.

Радіоізотопні технології

Радіоактивні мітки широко використовуються в біології та медицині для діагностики та лікування захворювань. Визначення віку геологічних порід, археологічних артефактів ґрунтується на методі радіовуглецевого аналізу з використанням ізотопу С14.

Радіоізотопні джерела електроенергії застосовуються в космічних апаратах, маяках, приладах, що розміщуються у важкодоступній місцевості. Радіонуклідні термоелектричні генератори використовуються на багатьох космічних апаратах.

Радіація у навколишньому середовищі

Іонізуюче випромінювання є у всіх компонентах навколишнього середовища в результаті роботи як природних, так і техногенних джерел радіації.

Природна радіоактивність

До природних джерел іонізуючого випромінювання відноситься космічне випромінювання, що надходить на Землю з космосу, а також випромінювання від природних радіонуклідів, що містяться в земній корі, ґрунтах, водоймах, атмосфері, живих організмах.

Основний внесок у дозу опромінення людини від природних джерел дає газ радон, що виділяється з ґрунту та накопичується у приміщеннях. Радіоактивний газ потрапляє у легені при диханні.

Техногенне забруднення середовища

До штучних джерел радіації належать підприємства ядерно-паливного циклу, атомні електростанції, прискорювальні комплекси, медустанови з радіологічними відділеннями, полігони та сховища радіоактивних відходів.

Викиди та скидання цих об'єктів призводять до надходження радіонуклідів в атмосферу та гідросферу.Найбільш масштабні радіаційні наслідки мали аварії на ЧАЕС та Фукусімі, які забруднили великі території.

Моніторинг радіації

Державні служби регулярно контролюють радіаційну обстановку, рівні забруднення атмосферного повітря, ґрунту, води, продуктів харчування. Проводяться вимірювання потужності дози гамма-випромінювання, концентрації радіонуклідів в організмах людей на потенційно небезпечних об'єктах та територіях.

Майбутнє іонізуючого випромінювання

Іонізуюче випромінювання і надалі знаходитиме широке застосування в різних галузях, таких як медицина, промисловість, наука. Очікується розвиток методів генерації іонізуючого випромінювання, види для більш точної діагностики та лікування в медицині, створення нових матеріалів у промисловості, вивчення будови матерії у фізиці високих енергій.

Водночас належить вирішити проблеми забезпечення радіаційної безпеки іонізуюче випромінювання населення та довкілля. Для цього будуть потрібні нові технології переробки та поховання радіоактивних відходів, виведення з експлуатації ядерних об'єктів, дезактивації забруднених територій після радіаційних аварій та ядерних випробувань.

Також важливо буде інформувати іонізуюче випромінювання видів населення про реальні ризики радіаційного впливу, щоб не допускати необґрунтованих побоювань та паніки. Для цього будуть потрібні освітні програми та відкритий доступ до достовірної інформації про рівні радіації іонізуюче випромінювання.

Іонізуюче випромінювання та його наслідки для здоров'я

Іонізуюче випромінювання – вид енергії, що вивільняється атомами у формі електромагнітних хвиль (гамма- та рентгенівське випромінювання) або частинок (нейтрони, бета- та альфа-частинки).Спонтанний розпад атомів називається радіоактивністю, а надлишок енергії, що виникає при цьому, є формою іонізуючого випромінювання. Нестабільні елементи, що утворюються при розпаді і випромінюють іонізуюче випромінювання, називаються радіонуклідами.

Всі радіонукліди ідентифікуються унікальним чином за видом випромінювання, що випускається ними, енергії випромінювання і періоду напіврозпаду.

Активність, яка використовується як показник кількості присутнього радіонукліду, виражається в одиницях, званих беккерелями (Бк): один беккерель – це один акт розпаду в секунду. Періодом напіврозпаду називають час, необхідний у тому, щоб активність радіонукліда внаслідок розпаду зменшилася наполовину з його початкової величини. Період напіврозпаду радіоактивного елемента – час, протягом якого відбувається розпад половини його атомів. Воно може бути в діапазоні від часток секунди до мільйонів років (наприклад, період напіврозпаду йоду-131 становить 8 днів, а період напіврозпаду вуглецю-14 - 5730 років).

Джерела випромінювання

Людина щодня піддається впливу природного та штучного випромінювання. Природне випромінювання має багато джерел, включаючи понад 60 природних радіоактивних речовин, присутніх у ґрунті, воді та повітрі. Головним джерелом природного випромінювання є радон – природний газ, що виділяється з гірських порід та ґрунту. Радіонукліди щодня вдихаються людиною з повітря і надходять у травний тракт із їжею та водою.

Людина також піддається впливу природної радіації космічних променів, особливо на великій висоті. У середньому 80% щорічної дози, яку людина отримує від фонового випромінювання, посідає природні наземні та космічні джерела випромінювання.Рівні такого випромінювання варіюються в різних географічних зонах, а в деяких районах його рівень може бути в 200 разів вищим за середньосвітовий показник.

На людину впливає також випромінювання зі штучних джерел різного походження, від виробництва атомної енергії до використання радіації з медичною метою при діагностиці та лікуванні захворювань. Найпоширенішими на сьогоднішній день штучними джерелами іонізуючого випромінювання є медичні пристрої, зокрема рентгенівські апарати та комп'ютерні томографи.

Вплив іонізуючого випромінювання

Людина може зазнавати впливу іонізуючого випромінювання за різних обставин: у побуті або громадських місцях (опромінення в громадських місцях), на робочому місці (професійне опромінення) або при отриманні медичної допомоги (медичне опромінення).

Випромінювання може впливати на людину внутрішніми або зовнішніми шляхами.

Внутрішній вплив іонізуючого випромінювання має місце при вдиханні радіонуклідів, їх надходженні до травного тракту або проникненні в кровотік (наприклад, внаслідок ін'єкції, поранення). Внутрішній вплив припиняється, коли радіонуклід виводиться з організму спонтанно (з екскрементами) або в результаті лікування.

Зовнішнє радіоактивне зараження може виникати при осіданні радіоактивних речовин з повітря (пил, рідина, аерозолі) на шкіру чи одяг. Такий радіоактивний матеріал часто можна видалити з тіла миттям. Піддатися іонізуючому випромінюванню можна також із зовнішнього джерела, наприклад, при застосуванні рентгенівського обладнання в медичних цілях. Зовнішнє опромінення припиняється, коли його джерело екранується або людина залишає поле, що опромінюється.

Для цілей захисту від радіації можна виділити три ситуації впливу іонізуючого випромінювання: заплановане опромінення, існуюча схильність та аварійне опромінення. Заплановане опромінення має місце у ситуаціях навмисного впровадження та використання джерел випромінювання з певними цілями, наприклад, при медичному застосуванні таких джерел для діагностики або лікування захворювань у пацієнтів або їх використання на виробництві або в ході наукових досліджень. Існуюча схильність має місце тоді, коли випромінювання вже є і від нього необхідно виробляти заходи захисту; прикладами є вплив радону в житлових і робочих приміщеннях, а також вплив фонового природного випромінювання в навколишньому середовищі. Ситуації аварійного опромінення є результатом непередбачених подій, зокрема ядерних аварій або зловмисних дій, і вимагають термінового вжиття заходів у відповідь.

На використання випромінювання в медицині припадає 98% усієї дози опромінення населення зі всіх штучних джерел; воно становить 20% від загального на населення. Щорічно у світі проводиться понад 4200 мільйонів радіологічних обстежень з метою діагностики, 40 мільйонів процедур з використанням ядерних матеріалів та 8,5 мільйонів процедур променевої терапії.

Наслідки іонізуючого випромінювання для здоров'я

Радіаційне ушкодження тканин та/або органів залежить від отриманої дози опромінення або поглиненої дози, що виражається у греях (Гр). Потенційна шкода від поглиненої дози залежить від виду випромінювання та чутливості різних тканин та органів.

Здатність іонізуючого випромінювання завдати шкоди оцінюється за допомогою ефективної дози.Одиницею ефективної дози, в якій враховується вид випромінювання та чутливість тканин та органів, є зіверт (Зв). Вона дозволяє вимірювати іонізуюче випромінювання з погляду потенціалу завдання шкоди. Важливим параметром, окрім кількості радіації (дози), є швидкість надходження (потужність) дози, яка виражається в мікрозивертах на годину мкЗв/годину або мілізівертах на рік (мЗв/рік).

Опромінення, що перевищує певні граничні значення, може порушити функціонування тканин та/або органів і викликати гострі реакції, такі як почервоніння шкіри, випадання волосся, радіаційні опіки або гострий променевий синдром. Ці реакції є більш вираженими при більш високих дозах та вищій потужності дози. Так, порогова доза гострого променевого синдрому становить приблизно 1 Зв (1000 мЗв).

Якщо доза опромінення є низькою та/або впливає тривалий період часу (низька потужність дози), обумовлений цим ризик суттєво знижується, оскільки в цьому випадку збільшується ймовірність відновлення пошкоджених тканин. При цьому не зникає ризик виникнення довгострокових наслідків випромінювання, таких як катаракта чи рак, які можуть виявитися через роки чи навіть десятиліття. Подібні наслідки виникають не завжди, проте їхня ймовірність пропорційна дозі опромінення. Ризик наслідків вищий у дітей та підлітків, оскільки вони набагато чутливіші до впливу радіації порівняно з дорослими людьми.

Епідеміологічні дослідження, проведені серед підданого опромінення населення, наприклад людей, які вижили після вибуху атомної бомби або отримували променеву терапію, демонструють значне збільшення ризику розвитку раку при дозах вище 100 мЗв. За даними проведених останнім часом епідеміологічних досліджень серед осіб, які зазнавали медичного опромінення в дитячому віці (КТ у дитячому віці), ризик розвитку онкологічних захворювань може підвищуватися навіть за нижчих доз (у діапазоні 50–100 мЗв).

Вплив іонізуючого випромінювання на плід в утробі матері може спричинити пошкодження головного мозку плода при сильній дозі понад 100 мЗв на 8–15 тижнів вагітності та 200 мЗв на 16–25 тижнях вагітності. У ході досліджень за участю вагітних було встановлено, що опромінення до 8 тижнів або після 25 тижнів вагітності не створює ризику для розвитку головного мозку плода. Епідеміологічні дослідження свідчать про те, що ризик розвитку раку після опромінення плода в утробі матері аналогічний до ризику після опромінення в ранньому дитячому віці.

Діяльність ВООЗ

Діяльність ВООЗ спрямована на підвищення ефективності радіаційного захисту пацієнтів, працівників та населення у всьому світі. Організація надає державам-членам науково обґрунтовані керівництва, методики та спеціалізовані рекомендації щодо актуальних питань захисту здоров'я населення, пов'язаних із впливом іонізуючого випромінювання. Приділяючи основну увагу медико-санітарним аспектам радіаційного захисту, ВООЗ виробляє заходи щодо оцінки радіаційних ризиків, їх обмеження та поширення інформації про них.

Відповідно до однієї зі своїх основних функцій – «встановлення норм і стандартів, сприяння їх дотриманню та моніторинг їх здійснення» – ВООЗ спільно з сімома іншими міжнародними організаціями зробила внесок у розробку, просування та затвердження міжнародних основних норм безпеки (ОНБ) і в даний час сприяє впровадженню ОНБ на території своїх держав-членів.

Іонізуюче випромінювання та його вплив на здоров'я

Людина постійно піддається впливу іонізуючого випромінювання природного походження, проте через слабку інтенсивність серйозної шкоди здоров'ю воно не завдає. Відомі такі джерела природного випромінювання:

• радіоактивні елементи, присутні у земній корі;
• важкий газ радон, що виділяється із ґрунту;
• космічні об'єкти, випромінювання яких сягає Землі.

Серйозні проблеми у роботі організму виникають при опроміненні великою дозою радіації техногенного характеру.

Класифікація

Вплив радіації буває внутрішнім та зовнішнім. Якщо радіонукліди проникають в організм з повітрям, що вдихається, їжею, надходять у кровотік в результаті травми, має місце внутрішня дія. Радіонукліди, що осіли на шкірі або одязі, мають зовнішнє вплив. Зовнішнім є випромінювання медичного рентгенівського обладнання.

Ще одна класифікація випромінювання:

• сплановане – виникає під час використання спеціального терапевтичного чи діагностичного медичного устаткування;
• незаплановане – з'являється внаслідок техногенних аварій;
• контрольоване – зазначається за наявності природних джерел випромінювання (наприклад радону). Його дію можна послабити спеціальними заходами.

Вплив на здоров'я

Одиницею вимірювання іонізуючого випромінювання щодо його здатності завдавати шкоди організму є зіверт (Зв). Це досить велика величина, на практиці частіше доводиться мати справу з мілізівертами (мЗв) та мікрозивертами (мкЗв). Також враховується показник швидкості виділення опромінюючої дози, що обчислюється мікрозивертами на годину (мкЗв/год) або мілізіверт на рік (мЗв/год).

Тканини, уражені внаслідок дії, навіть тривалої, низьких доз радіації, можуть відновлюватися. Проте зберігається ризик появи онкологічних захворювань, які можуть виявлятися багато років. Чим молодший організм, тим вищий ризик таких несприятливих наслідків.

Що вище доза, то швидше виявляються порушення у роботі органів прокуратури та тканин. Їхнім крайнім проявом є гострий променевий синдром. Порогова доза, що провокує його розвиток - 1 Зв (1000 мЗв).

Тканини організму мають різну чутливість до випромінювання. Найсильніше страждає лімфоїдна тканина та кровотворні органи. Далі йде епітеліальна тканина, ендотелій судин, хрящі, кістки, нервова тканина. У першу чергу пошкоджуються клітини, що у процесі поділу.

Випромінювання діє на клітини прямо і побічно. Так, у ході прямого впливу виникає іонізація – нейтральні атоми та молекули перетворюються на іони. Внаслідок іонізації води утворюються вільні радикали, які ушкоджують клітини. Непряма дія проявляється змінами структури ДНК, ферментів, білків та іншого, спричиненими згубним впливом продуктів радіолізу води.

Чим складніший організм, тим більша його чутливість до дії радіації. Менш чутливими є віруси, амеби, черв'яки, найбільш вразлива людина.Радіація не видно, але наслідки її впливу є дуже небезпечними. Однак у багатьох випадках їх можна уникнути, якщо контролювати рівень радіації навколишніх об'єктів. Для цього звертайтесь до ТОВ «Веста», спеціалісти якого виконують радіологічні дослідження на різних об'єктах.

За різними оцінками частка фальсифікату молочної продукції на внутрішньому ринку досягає 20-30%.

Аргінін відноситься до групи умовно незамінних амінокислот. У організмі він виробляється, але обмежено.

Під аероіонами розуміють три види частинок, що містяться в атмосфері, з позитивним або негативним зарядом.

• Експертиза термінів придатності
• Експертиза проектів СЗЗ, ПДВ, ОВНС
• Експертиза проектів перепланування