Глава 5

ВНУТРЕННЕЕ ОБЛУЧЕНИЕ

В отличие от описанного выше внешнего облучения под внутренним понимают такой процесс, при котором источники излучения находятся внутри человеческого организма, попадая туда при вдыхании, заглатывании, а также через повреждения кожного покрова. Это отличие обусловливает ряд особенностей, которые делают внутреннее облучение во много раз более опасным, чем внешнее, при одних и тех же количествах радионуклидов. Во-первых, резко увеличивается время облучения тканей организма, так как в отличие от внешнего облу­чения, где доза определяется временем пребывания в зоне радиационного воздействия, при внутреннем облучении время облучения совпадает со временем пребы­вания радиоактивного вещества в организме. Для наи­более опасных веществ, таких, как Ra²²⁶ или Pu²³⁹, выве­дение из организма практически отсутствует, и облуче­ние длится всю жизнь.

Во-вторых, доза внутреннего облучения резко возрастает из-за практически бесконечно малого расстояния до ионизируемой ткани (так называемое контактное об­лучение) и увеличения телесного угла от величины, су­щественно меньшей 4π при внешнем облучении, до пол­ных 4π при внутреннем.

В-третьих, введение радиоактивных веществ в организм означает исключение поглощения ионизирующих α-частиц роговым слоем кожи и переводит α-активные вещества из полностью безопасных при внешнем облу­чении в разряд наиболее опасных.

В-четвертых, за очень небольшим исключением радиоактивные вещества распределяются по тканям орга­низма не равномерно, а избирательно концентрируются в отдельных органах, еще более усиливая их локальное облучение.

В-пятых, в случае внутреннего облучения мы лишены возможности использовать те методы защиты, кото­рые разработаны для внешнего облучения (экранирование, удаление от источника или сокращение времени пре­бывания в поле).

Так же, как для уже рассмотренного нами внешнего облучения, количественные значения предельно допустимых доз при внутреннем облучении были установле­ны на основе анализа радиационных поражений.

Один из наиболее впечатляющих примеров тяжелых последствий внутреннего переоблучения ионизирующими излучениями — трагедия австрийских горняков, погиб­ших еще в XVI в. от таинственной «горной болезни» на копях по добыче свинцовых руд в Иоахимштале (ныне Яхимов в ЧССР) и Шнееберге. Высокая смертность шахтеров от специфической легочной болезни длитель­ное время привлекала внимание медиков. В 1879 г. бы­ло установлено, что заболевание это — рак, причем оказалось, что почти половина общей смертности рудоко­пов вызвана этим заболеванием, а смертность от рака легких среди рудокопов в 50 раз выше, чем среди про­чего населения. В то же время характерно, что опухоли других органов встречаются у рудокопов столь же ред­ко, как и в контрольной группе мужского населения Ве­ны (табл. 8). Клинические исследования больных шах­теров и тщательное изучение условий их труда позволи­ли установить, что причиной столь трагических пораже­нии являлась слишком высокая концентрация радиоак­тивного газа радона и продуктов его распада в воздухе этих свинцовых рудников.

Таблица 8. Среднегодовая смертность от опухолей (на 100 человек) среди населения Вены и рудокопов Шнееберга и Яхимова

Заболевание	Рудокопы Яхимова 1929—1958 гг.	Рудокопы Шнееберга 1895—1897 гг.	Рудокопы Шнееберга 1895— 1912 гг.	Население Вены (мужчи­ны в возрасте 15—79 лет) 1932—1936 гг.
Рак легких	9,8	12,7	16,5	0,34
Опухоли других органов	0,7	2,4	2,1	2,1

Патологическое действие облучения на организм в значительной мере зависит от места локализации радио­активного вещества. Например, главная опасность ра­дия заключается в том, что он откладывается в костях и излучает α-частицы. Вызывая очень сильную иониза­цию, α-частицы повреждают как кость, так и особенно чувствительные к излучению клетки кроветворных тка­ней, вызывая тяжелые заболевания крови и образование злокачественных опухолей. Пыль, содержащая радиоак­тивные частицы, приводила к образованию радиоактив­ных отложений в легких и способствовала развитию ра­ка. Средний период развития рака в этом случае со­ставлял ~ 17 лет, за которые ткани легких рудокопов получали дозу не менее 1000 бэр.

Другой случай внутреннего переоблучения, известный под названием «катастрофа в Нью-Джерси», свя­зан с производством светящихся циферблатов (1919— 1924 гг.). Свойство сернистого цинка давать яркую вспышку при торможении и остановке в нем α-частицы (сцинтилляция) было применено для получения постоян­но светящихся составов из смеси ZnS и Ra или Th. Эти краски с концентрациями радиоактивного вещества от 5 до 300 мкг на 1 г ZnS в 20-х гг. получили широкое распространение в приборостроении при изготовлении светящихся циферблатов.

Работницы при нанесении тонких штрихов часто заостряли кончики кисточек губами, заглатывая при этом ничтожно малые количества радия, который, постепен­но накапливаясь в организме, вызывал глубокое мало­кровие, злокачественные опухоли и преждевременную смерть. От начала облучения до развития рака прохо­дило в среднем около 15 лет. За этот срок многие ра­ботницы успели разъехаться по всей стране, поэтому установить точную цифру частоты возникновения зло­качественных опухолей не удалось. Однако в 1915— 1924 гг. была зарегистрирована 41 жертва. Посмертное исследование тканей погибших работниц позволило уста­новить, что в их организмах было накоплено всего лишь от 1,4 до 180 мкг Ra, однако даже это ничтожное по ве­су количество долгоживущего радиоактивного вещества оказалось смертельным.

Опираясь на эти исследования, радиобиологи разработали дозовые пределы, основанные на представлении о недопустимости поглощения в течение всей жизни бо­лее 1 мкг радия и произвольном предположении, что предельно допустимым количеством вещества, испускающего α-частицы, является 0,1 мкг. В расчетах предельно допустимых концентраций всех других радионуклидов в потребляемых человеком воздухе и воде используют эту величину.

Изложим в общих чертах путь такого расчета и расчета рассмотрим факторы, влияющие на величину дозы, которую излучают ткани живого организма при внутреннем об­лучении.

Степень радиационной опасности радионуклидов при внутреннем облучении человека определяет ряд пара­метров:

1) путь поступления радиоактивного вещества в организм (через органы дыхания, желудочно-кишечный тракт или непосредственно в кровь через повреждение кожи);

2) распределение радиоактивного вещества в организме;

3) продолжительность поступления радиоактивного вещества в тело человека;

4) время пребывания излучателя в организме (определяемое периодом
радиоактивного полураспада и пе­риодом биологического полувыделения);

5) энергия, излучаемая радионуклидами в единицу времени (определяется произведением числа актов рас­пада в единицу времени на среднюю энергию одного акта распада);

6) масса облучаемой ткани (зависит от проникаю­щей способности излучения и локализации радиоактив­ного вещества в организме);

7) отношение массы облучаемой ткани к массе все­го тела;

8) количество радионуклида в органе, т. е. количест­во актов распада в единицу времени, и вид излучения.

Сложное переплетение этих факторов приводит к большому разнообразию величин, характеризующих пре­дельно допустимые количества радиоактивных элемен­тов в воздухе, воде и внутри человеческого организма, и более общий показатель — предел годового поступле­нии радионуклида в организм человека.

Из трех путей поступления радионуклидов в организм наиболее опасно вдыхание загрязненного воздуха. Во-первых, потому, что человек, занятый работой сред­ней тяжести, потребляет за рабочий день большое коли­чество воздуха — 20 м³, во-вторых, радиоактивное вещество, поступающее таким путем в организм человека, исключительно быстро усваивается.

Пылевые частицы, на которых сорбированы радионуклиды, при вдыхании воздуха проходят через верх­ние дыхательные пути и частично оседают в полости рта и носоглотки. Отсюда они поступают в пищевари­тельный тракт. Остальные частицы вместе с воздухом попадают в легкие, где задерживаются легочными тка­нями. Крупные частицы (>1 мкм) эффективно задерживаются верхними дыхательными путями. В этом слу­чае в легких оседает 20% вдыхаемых аэрозолей, одна­ко при размерах частиц ниже 1 мкм эта доля возра­стает до 90%.

При всасывании из желудочно-кишечного тракта коэффициент ресорбции для смеси радионуклидов состав­ляет от 4 до 10% общего количества. В зависимости от природы изотопа и химической формы введенного в ор­ганизм соединения величина этого коэффициента изме­няется от долей процента (для нерастворимых соедине­ний Ru, Pu — 0,1—0,01%, Zr — 0,01—0,06%, Nb — 0,05%, Се, La — 0,2—0,5%) до десятков и даже 100% (растворимые соединения Ra — 5—30%, Sr, Ва — до 60%, Y, Cs — до 90—100%).

Ресорбция через неповрежденную кожу в 200—300 раз ниже, чем через пищеварительный тракт и, как пра­вило, не играет существенной роли.

На подопытных животных установлено, что уже через несколько минут после попадания радионуклидов в организм они обнаруживаются в крови. При этом кон­центрация их нарастает до максимума (если введение было однократным), затем в течение 15—20 сут снижа­ется до определенного уровня, который в случае долгоживущих изотопов может удерживаться постоянным в течение долгих месяцев за счет процесса вымывания от­ложившихся веществ. Тогда концентрация радионукли­да в крови меньше, чем в отдельных тканях.

Например, при хронических отравлениях α-излучающими изотопами их активность в организме достигает величины от 5 * 10^-8 до 2 * 10^-7 Ки, тогда как в крови кон­центрация их не превышает 10^-9—10^-10 Ки/л.

По характеру распределения в организме человека радионуклиды разделяются на три группы:

а) накапливающиеся в скелете — Sr⁹⁰, Y⁹⁰, Ra²²³, Th²²⁸, U²³⁸, Ru²³⁹;

б) накапливающиеся в кроветворных органах и лимфатической системе — Au¹⁹⁸, Ро²³⁹;

в) равномерно распределяющиеся во всех органах и тканях: H³, С¹⁴, Zr⁹⁵, Nb⁹⁵, Ru¹⁰³, Cs¹³⁷.

Следует отдельно указать йод как вещество, чрезвычайно селективно отлагающееся в щитовидной железе. После попадания I¹³¹ в человеческий организм радиоак­тивность щитовидной железы может превысить радио­активность всех остальных тканей более чем в 200 раз.

Помимо отмеченного, радиоактивные изотопы йода заслуживают пристального внимания еще по нескольким причинам. Одна из них в том, что при делении ядер урана возникает не только долгоживущий I¹³¹ с перио­дом полураспада 8 сут, но и другие, более короткоживущие изотопы, в частности I¹³⁵ (7 ч) и I¹³³ ( 20 ч). При длительной работе реактора они накапливаются в ура­не его тепловыделяющих элементов (твэлах) примерно в равных количествах. При нарушении герметичности твэлов все изотопы йода выходят из них в равной сте­пени ввиду своей химической идентичности. После рас­пада короткоживущих изотопов в смеси остается толь­ко йод-131. Эта закономерность была прослежена и в пробах, отобранных в районе аварии ЧАЭС: сначала в них доминировали короткоживущие радионуклиды йода, через несколько дней — йод-131, а к концу первого ме­сяца после аварии почти полностью распался и этот β-γ-излучатель.

Кстати, если бы в соответствии с многочисленными слухами «реактор продолжал работать», то в смеси изо­топов неизбежно присутствовали бы и короткоживущие продукты деления. Экспериментальные данные, полу­ченные на десятках тысяч проанализированных проб, не подтвердили такого «предположения».

Еще одно важное отличие йода от других элемен­тов — его высокая радиационная опасность для груд­ных детей, щитовидная железа которых по массе в 10 раз меньше, чем у взрослых (2 и 20 г соответственно). Таким образом, при одной и той же концентрации радионуклидов йода во вдыхаемом воздухе или в потреб­ляемом молоке доза облучения щитовидной железы ребенка оказывается на порядок больше, чем взрослого человека, Естественно, что допустимые концентрации этих β-γ-излучателей установлены по критерию допустимой дозы для детей.

Поскольку в радиоактивном выбросе аварийного реактора ЧАЭС присутствовало значительное количество радиоактивного йода, для принятия решения об эвакуа­ции населения использовали два критерия: не только допустимую дозу внешнего облучения, но и допустимую дозу внутреннего облучения щитовидной железы в ава­рийной ситуации. В нашей стране при этом используют два уровня радиационного воздействия А и Б. Если радиационная опасность не превосходит уровень А, то нет необходимости принимать экстремальные меры. Если об­лучение или радиоактивное загрязнение достигнет или превзойдет уровень Б, необходимо принять такие меры защиты населения, как немедленное укрытие в помеще­ниях, эвакуацию и др. Для внешнего облучения всего тела величины А и Б составляют 25 и 75 бэр, для слу­чая облучения щитовидной железы в результате поступ­ления радиойода в организм человека — 25—30 и 250 бэр, при потреблении I¹³¹ с пищей (прежде всего с молоком) — 1,5 и 15 мкКи соответственно. Населен­ные пункты, в которых, по оценкам, ожидалось превы­шение указанных значений эквивалентной дозы, подле­жали эвакуации.

Большую роль играет продолжительность поступления радионуклида в организм. Это связано с тем, что в ряде случаев коэффициенты усвоения очень низки и несчастный случай заглатывания даже больших коли­честв радиоактивного вещества может окончиться бла­гополучно. В то же время при хроническом поступлении радионуклида в организм в нем может накопиться опас­ное (или даже смертельное) количество излучателя.

Мы уже рассказывали о случае хронического поступления Ra в организм при нанесении работницами светя­щихся составов. Замечательный пример другого рода— великолепное самопожертвование и рассчитанный риск, которому подвергли себя несколько радиологов для установления коэффициента усвоения Ra в человеческом организме.

Выше мы говорили о том, что коэффициенты усвоения и выделения радионуклидов для человеческого ор­ганизма были выведены из результатов опытов на жи­вотных. Чтобы установить, чему же равняются значе­ния этих коэффициентов реально, следовало поставить опыты (сопряженные с опасностью для здоровья, а мо­жет быть, и жизни) на людях. Именно такой опыт провел над самим собой радиолог Сейл: он принял внутрь 50 мкг радия. Через неделю в его организме осталось ~ 15% введенного количества, остальное было удалено наружу. Шлундт и Фаила повторили опыт Сейла. Первый выпил раствор радия, содержащий ~50 мкКи радия. Через четыре дня 91% радия оказался выделен­ным из организма. Оба исследователя перенесли лучевую болезнь в легкой форме.

В 60-х гг. аналогичные исследования были проведены в США на группе добровольцев, длительное время (до 18 сут) потреблявших стронций-90 с пищей в коли­честве от 3,1 до 4,2 пКи в сутки. Радиометрия выделе­ний (проб мочи) позволила получить важные данные о метаболизме Sr⁹⁰ в теле человека и тем самым оценить степень подобия аналогичных исследований на подопыт­ных животных.

Поскольку хроническое отравление радионуклидами представляет наибольшую опасность для организма, пре­дельно допустимые концентрации изотопов рассчитыва­ют именно для этого случая. Время пребывания излучателя в организме, по существу, определяет продолжительность облучения тканей, прилегающих к месту локализации радионуклида. При расчетах допустимых величин внутреннего облучения используют эффективную постоянную распада, или эф­фективный период, который учитывает исчезновение ра­диоактивного вещества из организма двумя путями: за счет распада и в результате обычных процессов выде­ления. Для количественного описания последнего на подопытных животных измеряют период полувыведе­ния, определяемый как время, за которое из организма выводится половина находящихся в нем атомов рас­сматриваемого элемента. Биологические периоды полу­выведения разнообразны — от нескольких часов (бла­городные газы Кr, Хе, Rn, Тh) практически до бесконеч­ности (Sr, Y, Ra, Pu).

Предельно допустимое содержание радионуклидов в теле человека определяется в общем случае исходя из требования недопустимости облучения какого-либо участка тела человека дозой, превышающей установленные пределы. Для конкретизации этого подхода было введе­но упоминавшееся выше понятие критического органа, т.е. такого, облучение которого причиняет максималь­ный вред человеческому организму.

При рассмотрении случаев внутреннего облучения, как правило, исследуют три возможных варианта:

1) облучение того органа человеческого тела, в ко­тором отлагается наибольшая часть рассматриваемого радионуклида (например, для стронция — скелет, для полония — почки, для йода — щитовидная железа);

2) облучение легких, из которых нерастворимые соединения любых элементов, оседающих в них с большой вероятностью (~75%), удаляются очень медленно;

3) облучение желудочно-кишечного тракта, по которому проходит основная часть попавшего в организм ра­диоактивного вещества при заглатывании его с пищей или водой. Как указывалось выше, за небольшим исклю­чением, радионуклиды извлекаются из желудочно-кишеч­ного тракта в поток крови лишь в очень малой доле. Поэтому третий путь редко оказывается критическим.

Численные значения пределов внутреннего облучения приведены в табл. 9. Содержащиеся в ней данные для небольшого числа практически важных радионуклидов взяты из «Норм радиационной безопасности (НРБ-76)», действующих в нашей стране.

Чтобы правильно ориентироваться в этих цифрах, читателю необходимо познакомиться с рядом общих по­ложений. В самом деле, именно поступление радионуклида ха­рактеризует реальную опасность внутреннего облучения. С учетом коэффициентов извлечения различных радио­активных веществ из воздуха, воды или пищи, с кото­рыми они поступили в организм, найдены численные значения предельно допустимого содержания (ПДС) из­лучателей в критических органах человека.

Поскольку радиоактивность, накопленную в том или ином органе, изменить практически невозможно, норми­рование поступления является единственным оператив­ным средством контроля внутреннего облучения. Огра­ничивая поступление радионуклидов, удается не допустить их накопления сверх предельно допустимого содержания в организме.

Таблица 9. Предел годового поступления и допустимые концентрации некоторых радионуклидов для критической группы населения

Радионуклид	Период полураспада	Предел годового поступления, мкКи		Допустимая кон­центрация, Ки/л
		с возду­хом	с водой	в атмо­сферном воздухе, ˟10-10	в воде, ˟10-8
Тритий-3	12,3 г.	1,2•103	2,6•103	1,6	320
Углерод-14	5600 лет	8,7•103	8,7•102	1,2	82
Фосфор-32	14,5 сут	18	15	2,4•10-2	1,9
Кобальт-60	5,3 г.	2,2	28	3•10-3	3,5
Стронций-89	50 сут	6,9	9,6	9•10-3	1,2
Стронций-90	28 лет	0,29	0,32	4•10-4	4•10-2
Цирконий-95	65 сут	8,0	50	1•10-2	6
Ниобий-95	35 сут	25	77	3,4•10-2	9,6
Рутений-103	40 сут	13	64	1,8•10-2	8
Рутений-106	1 г.	1,4	9,6	1,9•10—3/	1,2
Иод-131	8 сут	2,1	1,6	3•103	2•10--1
Иод-133	20 ч	8	6	1•10-2	0,8
Иод-135	6,7 ч	26	19	3,6•10-2	0,2
Цезий-134	2 г.	3,2	6,9	4,4•10-3	0,86
Цезий-137	30 лет	3,6	12	4,9•10-3	1,5
Радий-226	1680 лет	0,013	96	9,7•10-5	1,2•10-2
Торий-232	1,4•1010 лет	4,8•10-3	2,4•10-2	6,6•10-7	3•10-3
Плутоний-239	2,4•109 лет	4,3•10—4	3,6	5,9•10-7	4,5•10-1

Так же, как и в описанной выше проблеме внешнего облучения, между допустимыми и вредными предела­ми радиоактивности есть значительный диапазон. По­этому «Нормы радиационной безопасности» допускают превышение ПГП даже в 3—5 раз, и в них особо оговорено, что такие случаи не следует рассматривать как повод для немедленной госпитализации. Ведь как мы говорили выше, основное количество радиоактивного вещества достаточно быстро пройдет через организм че­ловека и лишь незначительная доля его поступит в критические органы. Иначе говоря, доза внутреннего облу­чения, которая и определяет радиобиологический эф­фект, оказывается в итоге существенно ниже допусти­мого значения.

Для удобства оперативного контроля за средой, в которой находится человек, подвергающийся опасности внутреннего облучения, установлены вторичные (произ­водные) дозовые пределы — допустимые концентрации (ДК) радионуклидов в воздухе и в воде. Для населен­ных пунктов они, конечно, «жестче», чем для помещений ядерных установок.

Практически полным аналогом ДК являются допустимые значения мощности дозы. Рассчитанные исходя из годовой продолжительности воздействия, эти параметры предназначены также и для руководства при про­ектировании новых предприятий и лабораторий для ра­бот с радионуклидами. По той же причине большого расчетного времени воздействия недолговременное временное пре­вышение допустимой мощности дозы или ДК в воздухе или в воде не следует рассматривать как фактически радиационно опасное. Чаще это сигнал о необходимости совершенствования системы радиационной защиты, но не повод к госпитализации или тревоге за состояние здо­ровья. В таких случаях «коэффициент запаса» даже до допустимой годовой дозы не менее сотни!

Теперь читателю ясно еще одно важное положение:

И в заключение — цитата из отечественных «Норм радиационной безопасности»:

«Для принятия решения при оценке дозы облучения определяющими являются сведения о содержании ра­диоактивных веществ в теле человека, а не данные о концентрации изотопов в окружающей среде. Случаи превышения ДК радионуклидов в воздухе рабочих помещений, если они не создают дозы выше допустимых, не должны рассматриваться как опасные».

Вновь напомним читателю, что «Нормы радиационной безопасности», разработанные упоминавшейся Национальной комиссией по радиационной защите, утверждены Министерством здравоохранения СССР и имеют в нашей стране силу закона. Кстати, в этом их прин­ципиальное отличие от аналогичных документов за рубежом, где такие нормы имеют лишь рекомендательный характер и поэтому нередко вступают в противоречие друг с другом.

Один из наиболее ярких примеров — разброс значе­ний допустимого содержания радионуклидов в продук­тах питания (мясе, молоке, пшенице и др.), обнаружив­шийся в первые дни после чернобыльской аварии: по мнению группы экспертов Всемирной организации здра­воохранения (ВОЗ), меры защиты должны приниматься при концентрации цезия-137 в мясе 17—25 кБк/кг, по мнению же английских специалистов, — всего лишь 1 кБк/кг. Между тем решение об эмбарго на экспортные поставки из СССР было принято странами Общего рын­ка на основе наиболее «жестких» критериев.

Итак, еще раз повторим, что для оценки степени внутреннего облучения человека основным количествен­ным критерием является величина годового поступле­ния, а не сведения о концентрациях радионуклидов в ок­ружающей среде (подобно тому, как при внешнем облу­чении главный критерий — доза, полученная организ­мом за год, а не мощность дозы в какой-то момент времени).

Последнее изменение Tue, 19 Jun 2012 автором Dimouse

0 comments

Оставить комментарий

Name (required)

Email (will not be published; required)

Website

Please insert the result of the arithmetical operation from the following image:

=

Назад в раздел Ю.В. Сивинцев "Насколько опасно облучение"