У харчових продуктах і питній воді, Бк/кг, Бк/л

Продукт (крім спеціальних продуктів дитячого харчування) придатний до реалізації і споживання, якщо виконується співвідношення

(4.17)

де С_Сs і С_Сr — результати вимірювання питомої активності радіонуклідів ¹³⁷Сs та ⁹⁰Sr в харчовому продукті; ДР_Сs і ДР_Sr — нормативи вмісту ¹³⁷Сs та ⁹⁰Sr для цього харчового продукту за ДР-97.

Якщо

(4.18)

то реалізацію продукту забороняють.

Біологічна дія іонізуючих випромінювань. Вивчаючи дію іонізуючих випромінювань на живий організм, слід визначити такі особливості випромінювань:

1. Високу ефективність поглинутої енергії. Мала кількість поглинутої енергії випромінювання може спричинити глибокі біологічні зміни в організмі. У цьому полягає головний радіо­біологічний парадокс, природу якого досі не з'ясовано.

2. Наявність прихованого періоду проявлення дії іонізую­чого випромінювання. Термін його зменшується після опромі­нення великими дозами.

3. Малі дози можуть накопичуватись.

4. Іонізуючі випромінювання не сприймаються органами чуття, вони невидимі, не мають запаху й смаку, тому в момент опромінення організм не відчуває дії радіації.

5. Випромінювання діє не тільки на даний живий організм, а й на його нащадків.

6. Різні органи організму мають свою чутливість до опро­мінення. Найбільший радіаційний ефект зумовлює опромінен­ня всього організму — загальне опромінення.

7. Кожний організм у цілому неоднаково реагує на опро­мінення.

8. Ефект опромінення залежить від частоти опромінення. Одноразове опромінення у великій дозі дає більш глибокі наслід­ки, ніж періодичне. Біологічний ефект прямо пропорційний дозі опромінення і залежить від виду випромінювання.

9. Немає вибіркової дії, тому іонізуюче випромінювання може взаємодіяти з атомами і молекулами будь-яких структур організму.

10. Миттєве поглинання енергії іонізуючого випромінювання атомами і молекулами.

Іонізуючі випромінювання, що діють на живий організм, породжують у ньому ланцюжок оборотних і необоротних змін, які призводять до тих або інших біологічних наслідків. Будь-який живий організм при певній дозі опромінення гине. Проте дози опромінення, що спричинюють загибель різних організмів, мають широкі межі. Так, доза, яка є смертельною в 50 % випадках для мавп, коливається в межах 2,5...6,0 Гр, для птахів, риб — 8...20, а для комах, рослин — 10... 1500 Гр.

Кожному біологічному виду властивий свій біологічний ступінь чутливості до дії радіації. Радіочутливість значно різ­ниться у межах одного виду, а для окремого індивіда залежить від віку і статі, навіть в одному організмі різні клітини та тка­нини дуже різняться за радіочутливістю. Більш чутливі до опро­мінення малюки та особи похилого віку.

Енергія іонізуючого випромінювання, що проникає в біо­логічну тканину, передається атомам і молекулам, вони збуджу­ються, внаслідок чого хімічні зв'язки між ними розриваються і вони дисоціюють з утворенням іонів. Це так звана пряма дія іонізуючих випромінювань. Крім того, виникає і непряма дія, коли молекула отримує енергію іонізуючого випромінюванн не безпосередньо, а від іншої молекули, а це спричинює радіаційно-хімічні зміни в даній розчинній речовині, зумовлені про дуктами радіолізу.

Зважаючи на те що в біологічній тканині 60...70 % за масою становить вода, розглянемо на прикладі води дію іонізуючого випромінювання на живий організм.

Нехай молекула води іонізується зарядженою частинкою:

Після цього іонізована молекула води реагує з іншою, нейтральною молекулою, завдяки чому виникає високоактивний радикал гідроксиду ОН*:

Вирваний електрон передає енергію навколишнім молекулам води, що сприяє виникненню значно збудженої молекул Н₂0*, яка дисоціює з утворенням двох радикалів — Н* і ОН*:

Вільні радикали містять безпарні електрони і мають високі реакційні властивості.

За наявності розчиненого у воді кисню утворюються також інші продукти радіолізу — вільні радикали гідроперекису НО₂, перекису водню Н₂0₂ та атомарний кисень:

Утворені в процесі радіолізу вільні радикали та окисники мають високу хімічну активність і вступають у хімічні реакції з молекулами білка, ферментів та інших структурних елементів біологічної тканини, що призводить до змінення біологічних про­цесів в організмі. Внаслідок цього порушуються обмінні проце­си, пригнічується активність ферментних систем, уповіль­нюється і призупиняється ріст тканини, виникають нові хімічні сполуки, невластиві організму, — токсини. Це порушує життє­діяльність окремих органів або систем та організму в цілому. Зміни, що відбуваються в органах і тканинах опроміненого орга­нізму, називають соматичними.

Розрізняють ранні соматичні ефекти, для яких характерна чітка дозова залежність (гостре опромінення), і пізні, до яких належать підвищення ризику розвитку пухлин (лейкозів), скоро­чення тривалості життя та різні порушення функцій органів (хронічна променева хвороба).

У віддалені терміни можуть спостерігатись і генетичні пору­шення (спадкові хвороби, уроджені каліцтва), які поряд з пух­линами є стохастичними. В основі генетичних ефектів опромі­нення лежать пошкодження клітинних структур, які відпові­дають за спадковість (статевих органів).

Проміжне місце між соматичними і генетичними пошкод­женнями займають ембріотоксичні ефекти — пороки розвит­ку, тобто наслідки опромінення плоду. Плід дуже чутливий до опромінення, особливо на 4... 12-му тижнях вагітності. Надто чут­ливим є мозок плоду — у цей період формується кора головного мозку.

Гостре опромінення виникає внаслідок опромінення в діапа­зоні доз 1... 10 Гр і більше. В табл. 4.11 наведено коротку харак­теристику променевих уражень внаслідок загального опромінення залежно від поглинутої дози фотонного випромінювання. Як иидно з таблиці, гостре променеве ураження залежить від дози опромінення. Пороговою дозою, що спричиняє гостру променеву хворобу, вважають 1 Гр.

Радіаційні ураження шкіри легкого, середнього та важкогоступенів виникають при локальному опроміненні відповідно в дозах 8... 10 Гр, 10...20, 30 Гр і більше.

Таблиця 4.11. Характеристика променевих уражень

о

Примітка: дані наведено для випадків, якщо променеву хворобу не лікувати.

Хронічна променева хвороба виникає внаслідок тривалої дії на організм іонізуючого випромінювання у дозах, що пере­вищують гранично допустимі рівні для професійного променевого навантаження. Так, доза в 0,5 Зв здатна спричинити хро­нічну променеву хворобу, яка може завершитись цілковитим відновленням здоров'я, клінічним одужанням або погіршенням стану здоров'я та розвитком ряду синдромів (лейкоз, анемія, прискорена вікова еволюція).

Біологічне оцінювання малих доз є одним з найскладні­ших, тому що біологічний ефект їх не має специфічного харак­теру і може спричинятися іншими шкідливими факторами. Злоякісні новоутворення і генетичні зміни також не специфічні і їх складно виявити, тому що спонтанний рак та уроджена спадко­ва патологія надто поширені. До 10 % всіх живих новонародже­них мають ті чи інші генетичні зміни, а від спонтанного раку помирає 1500...2000 осіб з 1 млн. На такому фоні виявити дію радіації в малих дозах надзвичайно складно, а часто практично і неможливо.

Джерела іонізуючих випромінювань. Основну частину опромінення всі живі істоти, які існують на нашій планеті, одер­жують від природних джерел, решту — від штучних. Обидві складові частини утворюють радіаційний фон (РФ).

Природний радіаційний фон є основним компонентом РФ. І природні джерела зумовлюють зовнішнє і внутрішнє опромінен­ня. Зовнішнє — від зовнішніх джерел (космічного випромінюван­ня та природних радіонуклідів у гірських породах, ґрунті, атмос­фері тощо), внутрішнє — від дії випромінювань природних радіо­нуклідів, що є в організмі (калій-40 та радіонукліди сімей торію, урану, актинію) і надходять до нього з повітрям, їжею, водою.

Рівень природного фону залежить від таких факторів, як висота над рівнем моря, кількість і вид радіонуклідів у гірських породах та ґрунтах, кількість радіонуклідів, що надходять до організму людини з компонентами життєзабезпечення. Найвагоміші з усіх природних джерел радіації є невидимий, без смаку і запаху важкий газ радон (у 7,5 раза важчий за повітря). Радон і продукти його розпаду відповідальні приблизно за 3/4 річної індивідуаль­ної дози, яку населення отримує від земних джерел і майже поло­нину дози від усіх джерел радіації. У будівлі радон надходить з природним

газом — 3 кБк/добу, з водою — 4, з повітрям — 10, із буд­матеріалів і ґрунту під будівлею — 60 кБк/добу.

На сьогодні відомо, що середня доза опромінення від усіх природних джерел іонізуючого випромінювання становить 200...260 мбер за рік, але вона може коливатися в різних регіо­нах земної кулі від 50 до 1000 мбер за рік і більше (табл. 4.12).

Крім природних джерел випромінювання, у формуванні фонового опромінення значне місце займають штучні джерела радіації. За останні кілька десятиліть людина створила сотні штучних радіонуклідів і навчилася використовувати енергію атома в медицині, на створення ядерної зброї, на виробництво електричної енергії та виявлення пожеж, на виготовлення світ­лових циферблатів годинників та пошук корисних копалин, що врешті призвело до збільшення дози опромінення як окремих людей, так і населення Землі в цілому.

Таблиця 4.12. Середня доза опромінення від природних джерел

Дози, які одержують люди від штучних джерел радіації, знач­но різняться. Здебільшого такі дози зовсім незначні, але інколи опромінення від техногенних джерел виявляється у кілька тисяч разів інтенсивнішим, ніж від природних джерел. Як правило, для техногенних джерел радіації така варіабельність значно сильні­ша, ніж для природних. Крім того, випромінювання техногенних джерел легше контролювати, але контроль випромінювання від радіоактивних опадів після ядерного вибуху майже такий же складний, як і від космічних або земних джерел. Основна доза, яку одержує людина від техногенних джерел радіації, — це рент­генодіагностичне опромінення в медицині (табл. 4.13).

Таблиця 4.13. Середня доза опромінення від штучних джерел

У цілому кожний житель Землі протягом усього свого життя щорічно опромінюється дозою в середньому 250...400 мбер. За цих умов фонового опромінення ризик появи злоякісних пухлин з леталь­ним кінцем дорівнює 48,8 смертей за рік на 1 млн жителів, а також 7,07 спадкових порушень у перших двох поколіннях.

Основними штучними джерелами радіоактивного забруд­нення навколишнього середовища є: уранова промисловість; ядерні реактори різних типів; радіохімічна промисловість; міс­ця перероблення та поховання радіоактивних відходів; вико­ристання радіонуклідів у народному господарстві; ядерні вибу­хи; великі радіаційні аварії.

У такій складній системі, як ядерний реактор, досягти повної безпеки неможливо. Радіаційні аварії на АЕС можливі через неполадки у технічних системах, помилки операторів, а також внаслідок недоліків систем безпеки. У воєнний час мож­ливі руйнування АЕС противником у ході бойових дій.

Найсерйознішою за всю історію використання ядерної енергії для виробництва електроенергії була катастрофа на ЧАЕС: 26 квітня 1986 р. о першій годині 23 хв на четвертому блоці ЧАЕС (з реактором РБМК-1000) сталась аварія з тяжки­ми наслідками. Під час аварії зруйновано реактор і приміщен­ня, в якому він розміщувався. В атмосферу протягом 10 днів були викинуті радіонукліди загальною активністю до 50 МКі,

не враховуючи інертних газів. Ізотопний склад викиду основ­них дозоутворювальних радіонуклідів подано в табл. 4.14.

Таблиця 4.14. Ізотопний склад викиду радіонуклідів на ЧАЕС

У перший період після аварії (1...2 місяці) основними дозо-утворювальними радіонуклідами зовнішнього опромінення були суміші ізотопів Кr, Хе і І в атмосфері та на поверхні ґрунту. Внутрішнє опромінення за цей період визначилось ізотопами йоду, що потрапляли в організм під час дихання і з продуктами (молоко, овочі).

У подальшому основна роль у зовнішньому опроміненні належить сумішам середніх і довгоіснуючих радіонуклідів, що потрапили на поверхню землі: ¹³⁴Сs, ¹³⁷Сs, ⁹⁵Zr, ⁹⁵Nb, ⁹⁹Мо, ¹⁰³Ru, ¹⁰⁶Ru, ¹⁴⁴Се, ⁹⁰Sr. Найнебезпечнішими з них є ¹³⁷Сs — хімічний аналог калію, і ⁹⁰Sr — аналог кальцію. Ці нукліди через 1,5...2,0 роки після аварії майже повністю визначають радіаційну обстановку. Вони активно мігрують по харчових та біологічних ланцюжках і через це вносять певний вклад у дозу внутрішнього опромінення (в основному по "молочно­му" та "м'ясному" ланцюжках).

Крім цезію і стронцію, радіаційну обстановку в післяаварійний період визначають також трансуранові радіонукліди. Такі з них, як ²³⁸Рu, ²³⁹Рu, ²⁴⁰Рu, ^24ІРu, ²⁴¹Аm привертають до себе особливу увагу завдяки великому періоду напіврозпаду. Розсіяні в навколишньому середовищі, напрацьовані АЕС, заховані в боє­головках та сховищах, ці радіонукліди переживуть сучасну цивілізацію.

Навколо аварійної АЕС утворюються зони радіоактивного забруднення. Площі зон забруднення внаслідок аварії на ЧАЕС становлять близько 50 тис. км². На території в 640 км² через келику забрудненість життєдіяльність людей неможлива.

Під час ліквідації та мінімізації наслідків аварії викорис­товували відповідні заходи захисту: дозиметричний контроль; захист органів дихання; профілактичне вживання препаратів йоду; санітарну обробку людей; відселення; дезактивацію тери­торії, одягу, техніки, транспорту тощо; надання медичної, мате­ріальної допомоги потерпілим.

Вимірювання активності радіонуклідів та енергії іонізуючих випромінювань. Виявити та оцінити небезпеку іонізу­ючих випромінювань можна лише інструментальними засоба­ми — за допомогою дозиметричних приладів різного призначен­ня: контролю опромінення людей і забрудненості різних сере­довищ, об'єктів, предметів і речовин.

За призначенням ці прилади умовно можна поділити на чотири групи: спектрометри, радіометри, рентгенометри (вимірники потужності дози) і дозиметри.

Спектрометри і радіометри вимірюють активність радіо­нуклідів у харчових продуктах, воді, будівельних матеріалах та інших предметах. Виражають її у бекерелях на кілограм чи літр або в похідних одиницях.

Рентгенометри вимірюють потужність дози рентгенівсько­го, гамма- і бета-випромінювань (рівень радіації на місцевості). Виражають її у рентгенах, радах, берах, греях, зівертах за годину та їх похідних.

У табл. 4.15 наведено основні технічні характеристики приладів, рекомендованих до використання в радіологічних лабораторіях України.

Вибираючи ті чи інші прилади для дозиметричного конт­ролю, треба враховувати рівень забрудненості об'єктів і рівень радіації на місцевості та завдання щодо радіаційного контролю.

Виявлення та вимірювання іонізуючих випромінювань грунтуються на здатності їх іонізувати середовище, в якому вони поширюються. Внаслідок іонізації змінюються фізико-хімічні властивості опроміненого середовища. Наприклад: засвічують­ся фотоплівки, фотопапір; змінюються колір, прозорість, опір

Таблиця 4.15. Основні технічні характеристики дозиметричних приладів

Продовження табл. 4.15

Закінчення табл. 4.15

Примітки: А_х — величина, що вимірюється в одиницях відповідно­го піддіапазону; А_к — кінцеве значення шкали піддіапазону.

деяких хімічних розчинів, електропровідність речовин (газів, рідин, твердих матеріалів), виникає люмінесценція (світіння) деяких речовин. Залежно від того, яке фізико-хімічне явище реєструється, розрізняють фотографічний, хімічний, калоримет­ричний, нейтронно-активаційний, біологічний, іонізаційний, сцинтиляційний методи індикації. Крім цього, ефективність дії іонізуючих випромінювань можна визначити за допомогою біо­логічного і розрахункового методів.

Фотографічний метод заснований на властивостях іоні­зуючих випромінювань діяти на чутливий шар фотоматеріалів подібно до видимого світла. За ступенем почорніння фотоплів­ки або паперу можна визначити інтенсивність іонізуючого випро­мінювання.

Детектори, що побудовані на фотографічному методі, мають такі суттєві недоліки: мала чутливість плівок, низька точність, залежність показників від умов оброблення плівки, неможли­вість повторного використання опромінених плівок.

Хімічний метод заснований на властивостях деяких хіміч­них речовин під впливом радіоактивних випромінювань внаслі­док окисних чи відновних реакцій змінювати свою структуру або колір. Так, хлороформ у воді внаслідок опромінення розкла­дається з утворенням соляної кислоти, яка вступає в кольорову реакцію з барвником, доданим до хлороформу. У кислому сере­довищі двовалентне залізо окиснюється в тривалентне під впли­вом вільних радикалів Н0₂ і ОН, що утворюються у воді при її опроміненні. Тривалентне залізо з барвником дає кольорову реакцію. Інтенсивність змінення кольору індикатора залежить від кількості соляної кислоти, що утворилася під впливом радіо­активного випромінювання, а її кількість пропорційна дозі радіо­активного випромінювання. За інтенсивністю утвореного забарвлення

яке порівнюють з еталоном, визначають дозу радіоактив­них випромінювань. На цьому методі побудовано хімічні дози­метри ДП-20 і ДП-70М.

Калориметричний метод базується на вимірюванні кіль­кості теплоти, що виділяється в детекторі при поглиненні енергії іонізуючих випромінювань.

Нейтронно-активаційний метод використовують, коли треба виміряти наведену активність слабкими нейтронними потоками, а також щоб оцінити дози в аварійних ситуаціях у разі опромінення великими дозами за короткий час.

У біологічних методах дозиметрії використовують здат­ність випромінювань впливати на біологічні об'єкти і змінюва­ти їх. Величину дози оцінюють за рівнем летальності тварин, ступенем лейкопенії, кількістю хромосомних аберацій, зміною кольору і гіперемії шкіри, випадінням шерсті і т. ін. Біологічні методи мають низькі точність і чутливість.

Найпоширенішими методами індикації, на яких буду­ють дозиметричні прилади, є іонізаційний та сцинтиляцій­ний методи.

Іонізаційний метод полягає в тому, що під впливом радіо­активних випромінювань іонізуються молекули газу, внаслідок чого збільшується його електропровідність. Якщо об'єм газу замкнути між двома електродами, до яких підведена електрич­на напруга, то між ними виникне іонізаційний струм, який мож­на виміряти. Сила цього струму буде залежати від інтенсивності іонізуючого випромінювання. Прилад, в якому під дією цих випромінювань виникає іонізаційний струм, називають детек­тором випромінювань. В дозиметричних приладах, в яких вико­ристовують іонізаційний метод, як детектори використовують іонізаційні камери та газорозрядні лічильники.

Сцинтиляційний метод полягає в тому, що під впливом іонізуючих випромінювань деякі речовини (сірчистий цинк, активований сріблом, — ZnS(Аg), йодистий натрій, активова­ний талієм, — NаІ(ТІ) та ін.) здатні світитися. Енергія світло­вих спалахів (сцинтиляцій) у фотоелектронному помножувачі завдяки фотоефекту перетворюється в імпульси електричного струму. Величина імпульсу буде пропорційна рівням радіації. На цьому принципі діє сцинтиляційний лічильник.

На сьогодні завдяки ряду переваг порівняно з іншими детек­торами сцинтиляційні лічильники широко використовуються для реєстрації іонізуючих випромінювань. До таких переваг належать:

1) універсальність з погляду можливості реєстрації іоні­зуючих випромінювань практично всіх видів;

2) можливість вимірювання енергії досліджуваних части­нок або квантів;

3) велика роздільна здатність;

4) висока ефективність реєстрації гамма-випромінювань.

У детекторах іонізуючих випромінювань використовують також люмінесцентний метод індикації, що базується на ефек­тах радіофотолюмінесценцїї (фотолюмінісцентні детектори ФЛД) і радіотермолюмінесценції (термолюмінісцентні детектори ТЛД). У ФЛД під дією іонізуючих випромінювань у люмінофорі утво­рюються центри фотолюмінісценції з іонів срібла, які під дією ультрафіолетового випромінювання зумовлюють видиму люмі­несценцію (світіння), пропорційну рівням радіації. Термолюмі­несцентні детектори під дією теплоти (нагрівання) перетворюють поглинуту енергію іонізуючих випромінювань у люмінесцентну, значення якої пропорційне дозі цих випромінювань.

Типову схему побудови дозиметричних приладів показа­но на рис. 4.9.

Рис. 4.9. Схема побудови дозиметричних приладів:

1 — детектор; 2 — підсилювач; 3 — блок реєстрації; 4 — блок живлення; 5 — свинцевий захист для радіометра

Конструктивно радіометр від дозиметра або рентгенометра (вимірника потужності дози) може відрізнятися тим, що часто джерело іонізуючих випромінювань (проби ґрунту, води, продук­тів, будівельних матеріалів) і детектор (лічильник) розміщують у свинцевій камері, яка захищає ці елементи від зовнішнього радіаційного фону. Це дає змогу визначити малі значення випро­мінювань, що надходять від проб. Внаслідок цього підвищується чутливість і діапазон вимірювання приладу. У спрощеному варі­анті радіометра свинцевого захисту може і не бути.