«…власть человека над вещами целиком зависит от успехов науки и знания, ибо мы можем управлять природой, лишь повинуясь ей». (Ф.Бэкон) Биологическая доза. - презентация

1 «…власть человека над вещами целиком зависит от успехов науки и знания, ибо мы можем управлять природой, лишь повинуясь ей». (Ф.Бэкон) Биологическая доза поглощенного излучения АВТОР ПРОЕКТА: Антикуз Анастасия УВК Учитель Антикуз Е.В.

2 Таблица основных физических характеристик естественных радионуклидов. Название радиоактивного элемента СимволЧисло протонов (Z) Число нуклонов (Z+N ) Период полураспада Вид излучения УранU лет, ПротактинийPa , лет, ТорийTh , лет, АктинийAc года, РадийRa лет, РадонRn ,8 суток ПолонийPo суток СвинецRb года, КалийK1940 4, лет, УранU , лет

3 Сравнительная таблица свойств радиоактивного излучения Тип излученияСостав излучения Ионизирующая способность Проникающая способность Ионы Не ++ Очень высокая Низкая. Защита: 0,1 мм воды, лист бумаги Электроны Высокая Высокая. Защита: слой алюминия до 0,5 мм. Электромагнитное излучение Низкая Очень высокая. Защита: слой свинца до нескольких см.

4

5 Единицы измерения радиоактивности За единицу измерения активности ранее принималась величина в 1 Кюри (Ки). 1 Ки соответствует 37 миллиардам распадов в секунду (именно такую активность имеет 1 г радия). Сейчас представляется более удобным использовать намного меньшую величину беккерель (Бк). 1 Бк это 1 распад в секунду, т.е. 1 Ки = 3, Бк. Почему беккерели удобнее кюри (хотя и несколько маловаты для реальных измерений) это станет ясно, когда мы будем обсуждать радиоактивность окружающей среды.

6 Доза облучения и биологическая защита Количественной мерой ионизирующей способности проникающего излучения принималось количество пар ионов (ведь в процессе ионизации на две части разделяется изначально нейтральная система и образуется пара ионов разного знака), которое порождает данный тип излучения в 1 см 3 сухого воздуха, находящегося при комнатной температуре (+18 0 С) и нормальном атмосферном давлении. Условная единица измерения ионизирующих возможностей излучения была названа рентгеном и ей соответствовала такая интенсивность излучения, при которой в 1 см 3 образуется примерно два миллиарда пар ионов (более точно, 2, ). Как только введена количественная характеристика поля ионизирующего излучения, можем присвоить ей имя: экспозиционная доза. Единицей ее измерения является рентген: 1Р = пар ионов/см 3 воздуха.

7 Основные величины в теории радиоактивности поглощенная доза это количество энергии, поглощаемое единицей массы облучаемого вещества; Поглощенная доза измеряется в радах (рад). Однако в Международной системе единиц для поглощенной дозы есть более удобная единица Грей (Гр): 1 Гр = 100 рад = 104 эрг/г. Радиационный эффект, т.е. мера того, насколько сильным оказывается воздействие излучения на вещество, как раз и определяется поглощенной дозой; Поглощенная доза это универсальная характеристика взаимодействия радиации и материи. (для неживой материи!)

8 Единицы измерения дозы излучения эквивалентная доза в 1 Зв (Зиверт) означает, что на 1 квадратный сантиметр площади органической среды (живой ткани) попадает около 100 миллиардов квантов излучения 1 мбэр означает, что на каждый квадратный сантиметр площади ткани попадает миллион радиоактивных частиц

9

10 Согласно исследованиям, проведенным во Франции, ФРГ, Италии, Японии и США, примерно 95% населения этих стран живет в местах, где мощность дозы облучения в среднем составляет 0,3 до 0,6 миллизиверта (тысячных зиверта) в год. Но некоторые группы населения получают значительно большие дозы облучения: около 3% получает в среднем 1 миллизиверт в год, а около 1,5% - более 1,4 миллизиверта в год. Есть однако, такие места, где уровни земной радиации намного выше (см.рис)

11 Некоторые участки земной поверхности с высоким уровнем земной радиации А - Посус-ди-Калдас и Гуарапари. Б - Керала и Тамилнад. В - Рамсер Основные радиоактивные изотопы, встречающиеся в горных породах Земли, - это калий-40, рубидий-87 и члены двух ради активных семейств, берущих начало соответственно от урана-238 и тория-232 долгоживущих изотопов, включившихся состав Земли с самого ее рождения.

12 Некоторые участки земной поверхности с высоким уровнем земной радиации Неподалеку от города Посус-ди-Kaлдас в Бразилии, расположенного в 200 м к северу от Сан-Паулу, есть небольшая возвышенность. Как оказалось, здесь уровень радиации в 800 раз превосходит средний и достигает 250 миллизивертов год. По каким-то причинам возвышенность оказалась необитаемой. Однако лишь чуть меньшие уровни радиации были зарегистрированы на морском курорте, расположенном в 600 км к востоку от этой возвышенности. Гуарапари - небольшой город с населением человек - каждое лето становится местом отдыха примерно курортников. На отдельных участках его пляжей зарегистрирован уровень радиации 175 миллизивертов в год. Радиация на улицах города оказалась намного ниже - от 8 до 15 миллизивертов в год, - но все же значительно превышала средний уровень. Сходная ситуация наблюдается в рыбацкой деревушке Меаипе, расположенной в 50 км к югу от Гуарапари. Оба населенных пункта стоят на песках, богатых торием. В другой части света, на юго-западе Индии, человек живут на узкой прибрежной полосе длиной 55 км, вдоль которой также тянутся пески, богатые торием. Исследования, охватившие 8513 человек из числа проживающих на этой территории, показали, что данная группа лиц получает в среднем 3,8 миллизиверта в год на человека. Из них более 500 человек получают свыше 8,7 миллизиверта в год. Около шестидесяти получают годовую дозу, превышающую 17 миллизивертов, что в 50 раз больше средней годовой дозы внешнего облучения от земных источников радиации. Эти территории в Бразилии и Индии являются наиболее хорошо изученными "горячими точками" нашей планеты. Но в Иране, например в районе городка Рам-сер, где бьют ключи, богатые радием, были зарегистрированы уровни радиации до 400 миллизивертов в год. Известны и другие места на земном шаре с высоким уровнем радиации, например во Франции, Нигерии, на Мадагаскаре.

13 Схема распространения радиоактивных веществ в окружающей среде

14 Наиболее весомым из всех естественных источников радиации является невидимый, не имеющий вкуса и запаха тяжелый газ (в 7,5 раза тяжелее воздуха) радон. Согласно текущей оценке НКДАР ООН, радон вместе со своими дочерними продуктами радиоактивного распада ответствен примерно за 3/4 годовой индивидуальной эффективной эквивалентной дозы облучения, получаемой населением от земных источников радиации, и примерно за половину этой дозы от всех естественных источников радиации. Большую часть этой дозы человек получает от радионуклидов, попадающих в его организм вместе с вдыхаемым воздухом, особенно в непроветриваемых помещениях. 1 - Цинциннати - 9,6 2 - Франция - 9,3 3 - Нью-Йорк (город) - 4,8 4 - Великобритания - 3,3 5 - Вашингтон - 2,9 6 - Япония - 2,1 7 - Боливия - 1,5 8 - Филиппины - 0,3 9 - Индийский океан - 0, Марианские острова - 0, Маршалловы острова - 0, Каролинские острова - 0,02 Средний уровень - 2(Бк/м3) Некоторые результаты измерений концентрации радона-222 в воздухе в различных местах земного шара

15 Радон в зданиях Радон концентрируется в воздухе внутри помещений лишь тогда, когда они в достаточной мере изолированы от внешней среды (Поступая внутрь помещения тем или иным путем (просачиваясь через фундамент и пол из грунта или, реже, высвобождаясь из материалов, использованных в конструкции дома), радон накапливается в нем. В результате в помещении могут возникать довольно высокие уровни радиации, особенно если дом стоит на грунте с относительно повышенным содержанием радионуклидов или если при его постройке использовали материалы с повышенной радиоактивностью. Герметизация помещений с целью утепления только усугубляет дело, поскольку при этом еще более затрудняется выход радиоактивного газа из помещения.

16 Дерево (Финляндия) 1,1 Природный гипс (Великобритания) 29 Песок и гравий (Германия)

17

18 Гораздо большую опасность представляет попадание паров воды с высоким содержанием радона в легкие вместе с вдыхаемым воздухом, что чаще всего происходит в ванной комнате. При обследовании домов в Финляндии оказалось, что в среднем концентрация радона в ванной комнате примерно в три раза выше, чем на кухне, и приблизительно в 40 раз выше, чем в жилых комнатах А исследования, проведенные в Канаде, показали, что все семь минут, в течении которых был включен теплый душ, концентрация радона и его дочерних продуктов в ванной комнате быстро возрастала, и прошло более полутора часов с момента отключения душа, прежде чем содержание радона вновь упало до исходного уровня

19 Оцени индивидуальную годовую дозу облучения КОСМИЧЕСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ На уровне моря ,2 mSv Прибавьте на каждые 100 м над уровнем моря.....0,03 mSv ИЗЛУЧЕНИЕ ЗЕМЛИ В зоне известняков.....0,3 mSv В зоне осадочных пород.....0,5 mSv В зоне гранитов.....1,2 mSv ВАШ ДОМ Из дерева.....0,01 mSv Из кирпича.....0,1 mSv Из бетона.....0,5 mSv Если Вы живете вблизи от АЭС, добвьте.....0,02 mSv Если Вы живете вблизи от центра испытаний ядерного оружия, добавьте.....0,03 mSv

20 Оцени индивидуальную годовую дозу облучения ВАША ПИЩА Естественные радиоизотопы, содержащиеся в продуктах (минералы, мясо, овощи, рыба и т.п.).....0,02 mSv ВАШИ ПОЛЕТЫ НА САМОЛЕТЕ На каждые 500 км добавьте.....0,04 mSv ВАШИ ТЕЛЕВИЗОР И ЧАСЫ При средней продолжительности просмотра телевизора 1 час в день, добавьте.....0,05 mSv Если Вы носите светящиеся часы, добавьте.....0,02 mSv

21 Оцени индивидуальную годовую дозу облучения ВАШ ОТПУСК Неделя отпуска в горах на высоте 2000 м mSv ВАШЕ ЗДОРОВЬЕ Рентгенография легких mSv Рентгенография зубов.....0,2 mSv Абдоминальная томография mSv

22 А теперь сравните результаты Ваших расчетов с приведенными ниже цифрами и оцените степень той опасности, которую вносит в Вашу жизнь радиация mSv (10 Зивертов) при кратковременном облучении причинили бы немедленную болезнь и последующую смерть в течение нескольких недель. Между 2000 и mSv ( Зивертов) при кратковременном облучении причинили бы острую лучевую болезнь с вероятным фатальным исходом mSv (1Зиверт) при кратковременном облучении, вероятно, причинили бы временное недомогание, но не привели бы к смерти. Поскольку доза облучения накапливается в течение времени, то облучение в 1000 mSv вероятно привело бы к риску появления раковых заболеваний многими годами позже. 50 mSv/в годсамая низкая мощность дозы, при которой возможно появление раковых заболеваний. Облучение при дозах выше этой приводит к увеличению вероятности заболевания раком.

23 А теперь сравните результаты Ваших расчетов с приведенными ниже цифрами и оцените степень той опасности, которую вносит в Вашу жизнь радиация. 20 mSv/в год. 20 mSv/в год - усредненный более чем 5 лет - предел для персонала в ядерной и горнодобывающих отраслях промышленности. 10 mSv/в год максимальный уровень мощности дозы, получаемый шахтерами, добывающими уран mSv/в год обычная мощность дозы, получаемая шахтерами, добывающими уран. 3 mSv/в год нормальный радиационный фон от естественных природных источников ионизирующего излучения, включая мощность дозы почти в 2 mSv/в год от радона в воздухе. Эти уровни радиации близки к минимальным дозам, получаемым всеми людьми на планете мSv/в год типичный диапазон мощности дозы от искусственных источников излучения, главным образом медицинских мSv/в год уровень фоновой радиации, требуемый по нормам безопасности, вблизи ядерных электростанций. Фактическая доза вблизи ядерных объектов намного меньше.

24 Действие радиации на человека Радиация по самой своей природе вредна для жизни. Малые дозы облучения могут "запустить" не до конца еще установленную цепь событий, приводящую к раку или к генетическим повреждениям. При больших дозах радиация может разрушать клетки, повреждать ткани органов и явиться причиной скорой гибели организма. Повреждения, вызываемые большими дозами облучения, обыкновенно проявляются в течение нескольких часов или дней. Раковые заболевания, однако, проявляются спустя много лет после облучения - как правило, не ранее чем через одно-два десятилетия. Врожденные пороки развития и другие наследственные болезни, вызываемые повреждением генетического аппарата, по определению проявляются лишь в следующем или последующих поколениях: это дети, внуки и более отдаленные потомки индивидуума, подвергшегося облучению.

25 Воздействие ионизирующего излучения на ткани организма Заряженные частицы. Проникающие в ткани организма альфа- и бета-частицы теряют энергию вследствие электрических взаимодействий с электронами тех атомов, близ которых они проходят (Гамма-излучение и рентгеновские лучи передают свою энергию веществу несколькими способами, которые в конечном счете также приводят к электрическим взаимодействиям Электрические взаимодействия. За время порядка десяти триллионных секунды после того, как проникающее излучение достигнет соответствующего атома в ткани организма, от этого атома отрывается электрон. Последний заряжен отрицательно, поэтому остальная часть исходного нейтрального атома становится положительно заряженной. Этот процесс называется ионизацией. Оторвавшийся электрон может далее ионизировать другие атомы. Физико-химические изменения. И свободный электрон, и ионизированный атом обычно не могут долго пребывать в таком состоянии и в течение следующих десяти миллиардных долей секунды участвуют в сложной цепи реакций, в результате которых образуются новые молекулы, включая и такие чрезвычайно реакционноспособные, как "свободные радикалы". Химические изменения. В течение следующих миллионных долей секунды образовавшиеся свободные радикалы реагируют как друг с другом, так и с другими молекулами и через цепочку реакций, еще не изученных до конца, могут вызвать химическую модификацию важных в биологическом отношении молекул, необходимых для нормального функционирования клетки. Биологические эффекты. Биохимические изменения могут произойти как через несколько секунд, так и через десятилетия после облучения и явиться причиной немедленной гибели клеток, или такие изменения в них могут привести к раку.

26 Летальные исходы при облучении

27 Допустимые дозы в лучевой терапии (5 сеансов в течении недели)

28 Вероятность заболевания раком Относительная среднестатистическая вероятность заболевания раком после получения однократной дозы в один рад ( = 0,01 Гр) при равномерном облучении всего тела. На графике, построенном на основании результатов обследования людей, переживших атомную бомбардировку, показано ориентировочное время появления злокачественных опухолей с момента облучения. Из графика следует, что прежде всего после двухлетнего скрытого периода развиваются лейкозы, достигая максимальной частоты через шесть-семь лет; затем частота плавно уменьшается и через 25 лет становится практически равной нулю. Солидные (сплошные) опухоли начинают развиваться через 10 лет после облучения, но исследователи не располагают пока достаточной информацией, позволяющей построить всю кривую.

29 Курение и радиация Смертность от рака органов дыхания как функция дозы облучения, обусловленной дочерними продуктами радиоактивного распада радона, для трех групп рабочих урановых рудников: среди заядлых курильщиков, выкуривающих более 20 сигарет в день (кривая А), среди "умеренных" курильщиков, выкуривающих менее 20 сигарет в день (кривая Б), и среди некурящих (кривая В).

30 Наследственные дефекты Диаграммы на рисунке показывают текущие оценки частоты рождения детей с серьезными наследственными дефектами в популяции всего населения Земли (разумеется, эти оценки учитывают и влияние естественного радиационного фона), а также оценки НКДАР ООН вероятного прироста частоты рождения детей с аналогичными дефектами при получении поколением родителей дополнительной индивидуальной дозы облучения в 1 Гр. Оценки НКДАР ООН прироста вероятной частоты рождения детей с серьезными наследственными дефектами приведены для двух случаев: 1) при облучении лишь одного поколения родителей и 2) при постоянном облучении многих поколений при той же мощности облучения. Цифры на рисунке соответствуют частоте рождения детей с серьезными генетическими дефектами указанного типа (в расчете на один миллион новорожденных).