Иондаушы сәулелер. Олардың адам ағзасына әсері

                                  Иондаушы сәулелер тарихы.

Өндірістік ортада жаңа гигиеналық фактордың пайда болуы(иондаушы сәулелер) өткен жүз жылдықтың  соңындағы физика аумағындағы үлкен  бір ашылулармен байланысты.

1895 жылы – Вильям Конрад  Рентгенмен рентген сәулесінің  ашылуы.

1896 жылы – Анри Беккерлмен  шынайы радиоактивті құбылыстардың  – көзге көрінбейтін сәулелердің  енуімен уран тұздарының өздігінен  шығуы, олар фотоэмульсияның қараюын  және кейбір заттардың флюоренциясын  щақырады;

1988 жылы – Марий Складовский  – Кюри және Пьер Кюри радий  және полонидің радиоактивті  қасиетін, олардың сәулелену қарқындылығын  яғни уран сәулелерінен басым  қарқындылықтағы сәулеленуін ашты.

Көзге көрінбейтін өтімді сәулелерді шығаратын заттарды радиоактивті заттар деп атады. Ал осы заттардың  қасиетін – радиоактивтілік деді.

Соңғы он жылдықта жаңа радиоактивті элементтер ашылды – торий(1898), актиний(1899), тарон және радо(1900), радиоторий(1905), мезоторий(1907) және т.б. барлық элементтердің  атомдық нөмері 83-тен көбі радиоактивті болып табылды. Щынайы радиоактивтіліктер кейбір жеңіл элементтерде де анықталынды, оның ішінде калий, рубидий, самария, лантан және рений изотоптары.

Э. Резфордпен атом ядроларының  болатыны дәлелденгеннен кейін(1913), радиоактивтілік  сәулелену аймағында териялық және тәжірибелік физика үлкен жетістіктерге  жетті. Олардың бастылары келеселер: Кюри отбасыларының шынайы радиоактивтілік  көрінісінің ашылуы(1934):

- нейтрондар әсеріненуран  ядроларының бөлінуіжаңа ядролық  реакция түріндегі ашылу (1938);

- осы реакцияда нейтрондардың  босауын дәлелдеу;

- уранда тізбектік ядролық  реакцияның жүзеге асуы (1939).

                                                          Радиоактивтік сипаты

Радиоактивтік жағдай кезінде  тұрақсыз ядролар бір немесе бірнеше  бөліктерге бөлінеді. Жалпы алғанда  атом нейтралды болады. Кез келген атомдар нуклидтер деп аталынады. Бірдей Z номерлері бар, бірақ А  массалары әртүрлі нуклеидтерді атомдық номрлері  Z изотопты элементтер деп аталады. Бірдей элементтердің  изотоптарының протондары мен орбитиалды электрондарының саны бірдей болады, бірақ нейтрондарының саны химиялық құрамы бюойынша әртүрлі, сондықтан ядроларыныңы қасиеті әртүрлі болады.

Радиоактивтің ыдырауларының  негізгі  төрт түрін ажыратады: альфа-ыдырауы, бета – ыдырауы, гамма- ыдырауы және спонтанды деп бөлінеді.

Альфа-ыдырау. Химиялық элементтердің радиоактивті ядроларының изотоптары  альфа-бөлшектерді бөледі. Ауыр ядролар үшін альфа-ыдырау сипаты тән.

Бета-ыдырау. Бұл кезде ядро изотоптарының элементтері өзбеттерімен электрондарды шығарады.

Гамма–ыдырау. Атомдардың номерлерімен массалар санының өзгертілуінсіз, массасы мен зарядтары жоқ, фотонның элементарлы бөлшектері түріндегі изотоп элементтерінің көп мөлшердегі энергияларының ядролардың қозулары нәтижесінде шығарылатын жағдай.

Спонтанды бөліну. Ядролардың спонтанды бөлінулері кезінде электрондар, гамма кванттар, сонымен қатар нейтрондар бөлінеді. Радиоактивті  ыдырау өнімдеріне тұрақты және радиоактивті изотоптар жатады. γ – сәулелердің фотондары (гамма кванттар) α және β бөлшектер сияқты зарядтары болмайды және де электрлік және магниттік алаңдар бойынша әкетулерге бөлінбейді. Нейтронды сәулелер ауыр ядроларды бөлу кезінде ыдырауы мүмкін.

            Радиоактивті заттардың физикалық-биологиялық  қасиеттері

Жартылай ыдырау кезінде  – берілген изотоптардың радиоактивтілігі үшін өсу тұрақты болады. әртрлі изотоптардың жартылай ыдырау кезеңіндегі  уақыт бірнеше секундтан бірнеше  миллиард жылға дейін ауысып отырады.

Радиоактивті заттардың  сандық сипаты үшін «белсенділік» ұғымы  енгізілген. Бір уақытта ыдырайтын  ядролар санының белсенділігімен  анықталынады. белсенділіктің өлшеу  бірлігі – беккерель. Беккерель  –(Бк) – 1с уақыттағы 1 белс.ыдырау кезіндегі  радиоактивті қайнар көздердегі нуклидтердің белсенділігі. Сонымен қатар өсулер бар: белсенділік үлесі (Бк/кг), белсенділік  көлемі (Бк/кг³) және беткейлік белсенділігі – (Бк/кг²).

Иондаушы сәулелердің  биологиялық әсері сәулелену  энергиясының санымен анықталынады. масса бірлігіне қатынасатын  орташа энергия жұтылған дозаны қалыптастырады.  

СИ жүйесі бойынша иондаушы сәулелердің жұтылған дозасының  өлшем бірлігі грей (Гр=1Дж/кг), бұрынғы  бірлігі - рад.

Иондаушы сәулелердің  әртүрлі эквиваленттік дозаларын  қолдану үшін  биологиялық нәтижеліктің салыстырмалы бағасы қолданылады. Эквиваленттік  дозалардың  бірлігі – зиверт (ЗВ), жүйеден тыс бірлік – бэр (1 бэр = 10х10^-2 Зв). 

               

                  Радиоактивтi сәулелердiң биологиялық әсерi. Биологиялық                 

                                              қорғаныс

              Радиоактивтi сәулелер өздерi  түскен затқа, әсiресе тiрi тканьга  өте күштi әсер етедi. Радиоактивтi  сәулелердiң организмге әсерi оларда  бос химиялық радикалдардың пайда  болуымен және клеткадағы мутациямен  байланысты. Ал бұл өте қатерлi. Ол сәуле ауруына немесе қатерлi iсiкке алып келуi мүмкiн. Иондаушы  сәулелердiң әсерi сәулелену дозасы деп аталатын ерекше шамамен бағаланады.

              Сәулелену дозасы D деп сәулелену энергиясының сәулеленген дененiң массасына қатынасын айтады. Доза бiрлiгi ретiнде грей деп аталатын шама алынады. Грей деп массасы 1 кг денеге 1 Дж энергия түскен кезде, шамасы сол затқа жұтылған энергияға тең болатын шаманы айтады.

               Жұтылған сәуле дозасының сәулелену  уақытына қатынасын сәулелену дозасының қуаты деп атайды.

                Иондаушы сәулелердiң кез-келген  затқа әсерi бәрiнен бұрын атомдар  мен молекулалардың иондалуымен  анықталады. Сондықтан иондаушы  сәулеленiң сандық өлшемi ретiнде экспозициялану дозасы деп аталатын шаманы алады. Ол иондаушы сәуленiң ауаға әсерiмен анықталады, яғни экспозициялану дозасы деп ауаны фотондармен сәулелендiру кезiнде құрғақ ауада туындылайтын бiртектi зарядтардың сол ауа массасына қатынасын айтады.

X=q/M

                  Күнi бүгiнге дейiн экспозициялау  дозасының рентген деп аталатын жүйеден тыс бiрлiгi қолданылады. 1 Р = 2,58·10^-4 Кл/кг

                  Жұтылған доза мөлшерi бiрдей болғанымен  әртүрлi сәулелердiң биологиялық  әсерi әртүрлi болады. Мысалы альфа-сәуленiң  1Гр-нiң тiрi организмге әсерi гамма-сәуленiң  20 Гр-нiң әсерiндей болады. Әртүрлi сәулелердiң әртүрлi биологиялық  әсерi k - сапа коэффициентiмен сипатталады. Жұтылған дозаның сапа коэффициентiне көбейтiндiсi эквиваленттi доза Н деп аталады. H=D· k. Эквиваленттi дозаның өлшем бiрлiгi зиверт (Зв).

                                     

 

                      Радиоактивтіліктің кәсіптік қолданылуы

Радиоактивтіліктің көрінісі болып табылатын иондаушы сәулелердің  ашылуы ғылыми техникалық прогрестің дамуы үшін иондаушы сәулелермен  атом энергияларының кең масштабта  қолданыу атом ядроларының синтезі  және бөліну реакцияларында, өндірістік қиындықтардың өсулерінде, қоғамдық байлықтың жоғарлауында, науқас адамдардың емі мен диагностикасын анықтауда  қолданылады. Радиоактивті заттар металлургияда, машинақұрылымында, химиялық өндірістерде, ауыл шаруашылығында, медицинада және көптеген ғылыми зерттеу лабораторияларында қолданылады. Белсенділіктің жоғарлауы, радиоулылығы, физикалық химиялық қасиеті, сонымен қатар оның қолданулары  әртүрліліктермен ерекшеленеді. Радиоактивті заттар қатты, сұйық және газ түрінде  қолданулары мүмкін.

Иондаушы сәулелердің  көздерін қолдану қоғамдық энергиялық ресурстардың кеңеюіне, өндірістік процестердегі  автоматизация және дистанциялық бақылаулардың  кеңеюлеріне әсер етті. Қазіргі кезде  халық шаруашылығында  атомдық  өндіріс саласының құрылғаныны  айтуға болады. Бұған ең алдымен  ядролық жанғыш цикл жатады: жылу бөлетін  элементтерді дайындау, атом электростанцияларында  ядерлі реакторлардың эксплуатациясы, атомдық кемелердегі атомдық  жылу электростанциялары, срнымен қатар  басқада өндірістер мен ғылыми зерттеу  обьектілері. Осы циклдің қортынды этабына ядеролы жылытқыштарды  өңдеу және жанама радионуклеиндерді  өңдеу жатады. сәулелену көздері  болып табылатын приборлар өндірісте, медицинада, ауыл шаруашылығында кеңінен  қолданылады.

γ-нейтрондар және β-қайнар көздері медицинада және халық шаруашылығында кеңінен қолданылады, оларға жатады:

а) әртүрлі салада қолданылатын атом реакторлары(АЭС, АТЭЦ энергетикалық  құрылымдар, радионуклеиндерді алу  үшін құрылымдар, өндірістердегі сәулеленулер медицинада және эксперименталды мақсатарда қолданылады).

б) өндірісте, медицинада немес  ғылымси зерттеу мақсаттарында  қолданылатын ашық түрдегі радиоактивті заттар.

в) радиациялық химияда  иондаушы сәулелерді қолдану үшін жабық  радионуклеидті заттар.

Тұрмыстық және медициналық  приборлар, геофизикалық, навигационды электроэнергиялардың сіңірілуі үшін, әртүрлуі материялдардың стерилизациясы үшін, дефектоскопияда, γ -, β-нейтронды  емде, жер қазбаларын бақылау үшін қолданады.

г) зарядталған бөлшектердің жылдамдықтарына электрондық физикалық  құрылымдар жатады, сонымен қатар  медицинады және ғылыми зерттеу мақсаттарында  қолданылатын рентген құрылымдары, ауыр зарядталған бөлшектер жанама радиоактивті изотоптарды алу үшін, ал рентгендік құрылымдар  спектрлік  және құрылымдық анализдер үшін қолданылады.

Осылардың кез келгендерімен  жұмыс істеген кездері  негізгі  қолайсыз факторларға иондаушы сәулелер жатады.  Сәулелердің ағзаға әсер етулеріне байланысты  екі категорияға  бөледі:

1. жұмыс кезіндегі жұмысшының сыртқы ағзасына ғана әсер ететін сәулелер. Оларға рентген аппараттарымсен және электрондық жылдамдықтармен жұмыс ісеулер жатады.
2. ішкі және сыртқы сәулеленулерге ұшырайтын жұмыстар жатады. оларға ректорларда, ауыр бөлшектиердің жылдамдатқыштарында, ашық көздермен манипуляциялар, яғни  ұнтақ, ертінді, газ түріндегі радиоактивті  заттармен жұмыстар жатады.

Патогенезі: Радиоактивті заттар  газ немес аэрозол түрінде аэрогенді жолмен ағзаға түсуі мүмкін, сонымен қатар тері арқылы қайнар көздермен қатынас нәтижесінде, «кір» қолмен тамақтанған кезде ауыз арқылы немесе құрамында изотоптары бар тамақпен қоректенген кезде.

Сәулелердің кейбіреулерінің  ену қабілеті үлкен болады, олардың  сәулеленулері  ішкі ағзалардың  зақымдануларын тудырады. Β сәулелердің  ену қабілеттері төмен болғандықтан және олардың сыртқы ортамен әсерлесуінің  салдарынан иерінің, роговицаның және көздің шыны денесінің зақымдануларын тудырады.

Радиоактивті заттар ағзаға түскен кезде ең алдымен критикалық ағзаларға  - радионуклеид депосына және маңайындағы тіндерге әсер етеді. Радиоактивті заттар ағзада ерекше таралады. Йодтың радиоактивті изотоптары қалқанша безін зақымдап, қатерлі және қатерсіз ісіктерді тудыруы мүмкін.

Жерде сирек кездесетін ісіктер  бауырда ісік тудыруы мүмкін; остеотропты  изотоптар – остеосаркомогенді  және лейкогомогенді нәтиже беріп, сүйек  миындағы қанның түзілуін тежейді. Салыстырмалы  түрде бірқалыпты тараған изотоптар (Cs, Ru, Nb, HTO, Po және т.б)лимфоидты қан  түзуді тежейді, ұрық каналының атрофиясын тудырып, жұмсақ тіндердің (сүт безі, асқазан ішек жолдарының , бауырдың) ісіктерін тудырады.   Полонимен плутонидің α сәулеленулері ішкі зақымданулар кезінде өте қауіпті.

Қиын еритін радиоактивті қосындылардың аэрогенді жолмен өкпеге түскен кезде, сәулелі пневмосклероз, бронх эпителилерінің метаплазиясы, ісіктер дамуы мүмкін. Сонымен  қатар еритін изотоптар қатарының, яғни плутонии-239, рутении-106, тории-228, америция-241 аэрогенді жолмен түскен кезде остеосаркомаға қарағанда, өкпенің жиі қатерлі  ісіктерін тудырады.

Ұрық және оның тұқымына радиоактивті заттардың айқын зақымдаушы әсері бар екекні дәлелденген.

Иондаушы радиация тудыратын  тіндік және жүйелік сәулеленулер негізінде  ағзадағы тіндер мен сұйық ортадағы құрылымдық компоненеттердің клеткалық  және молекулярлық деңгейінде біріншілік радиациялық процесс жүреді. Ағзаның  бүтіндігі кезіндегі радиациялық  зақымданулардың қалыптасулары  бірнеше жолмен жүзеге асады, зақымдайтын  агенттің клеткаға тура әсерінің нәтижесінде, ағзадағы тінаралық қатынастармен  нейро регуляторлы механизмдердің бұзылуы салдарынан  пайда болады.

Иондаушы радияцияның  әсерінене туатын радиобиология  мен радиациялық медицинаның  қазіргі кездегі теориялары бойынша, үш топқа бөлінуі мүмкін:

• соматикалық (жедел және сүлелі сәулелі аурулар, жергілікті сәулелі зақымданулар – катаракта, терінің және т.б қатерсіз зақымданулары);
• соматикалық-стохастикалық (өмір сүру ұзақтығының қысқаруы, лейкоз, әртүрлі ағзалар мен тіндердің ісіктері);
• генетикалық доминантты және рецессивті гендік мутация, хромосомды аберация).

Үздіксіз сәулеленуге  ұшыраған адамдарда соматикалық  нәтиже дамиды, ал  оның тұқымында  генетикалық (тұқым қуалайтын өзгерістер).

Жалпы қысқа уақыттық сәулеленулер әртүрлі деңгейдегі айқындылықтағы радиациялық зақымдануларды тудыруы  мүмкін.

1,5 Гр және одан жоғары  сәулеленулер кезінде сүлелі  сәулелі ауру дамуы мүмкін  екгндігі бекітілген. Сәулелену  аймағының орналасуы сәулеленудің  біркелкі емес таралауына байланысты  болады.