1.4.1.6. Лазерное излучение

«Лазер» — аббревиатура, образованная из начальных букв англий­ской фразы Light amplification by stimulated emission of radiation — уси­ление света за счет создания стимулированного излучения. Лазер (оптический квантовый генератор) — генератор электромагнитного излучения оптического диапазона, основанный на использовании вынужденного (стимулированного) излучения.

Лазерные излучения — это электромагнитные излучения с дли­ной волны 0,2-1000 мкм: 0,2-0,4 мкм — ультрафиолетовая; свыше

3. А. В. Фролов, Т. Н. Бакаева 0,4 до 0,75 мкм — видимая область; свыше 0,75 до 1 мкм — ближ­няя инфракрасная область; свыше 1,4 мкм — дальняя инфракрас­ная область.

Отличительными особенностями лазерных излучений являются: монохроматичность излучения (строго одной длины волны); коге­рентность излучения (все источники излучения испускают элект­ромагнитные волны в одной фазе); острая направленность луча (малое расхождение).

Лазерные излучения разделяются по виду излучения на: прямое (заключенное в ограниченном телесном угле); рассеянное (рассеянное от вещества, находящегося в составе среды, сквозь которую проходит лазерный луч); зеркально отраженное (отраженное от поверхности под углом, равным углу падения излучения); диффузно отраженное (отра­жается от поверхности по всевозможным направлениям).

Как техническое устройство лазер состоит из трех основных эле­ментов: активной среды, системы накачки и соответствующего ре­зонатора. В зависимости от характера активной среды лазеры под­разделяются на следующие типы: твердотельные (на кристаллах или стеклах); газовые; жидкостные; химические; полупроводнико­вые и др.

В качестве резонатора обычно используют параллельные зерка­ла с высоким коэффициентом отражения, между которыми разме­щается активная среда. Накачка, т. е. перевод атомов активной сре­ды на верхний уровень, обеспечивается или посредством мощного источника света или электрическим разрядом.

Основными техническими характеристиками лазера являются: длина волны, мкм; ширина линии излучения; интенсивность излу­чения (определяется по величине энергии или мощности выходно­го пучка и выражаемая в Дж или Вт); длительность импульса, с; частота повторения импульсов, Гц.

По степени опасности генерируемого излучения согласно ГОСТ 12.1,040-83 (1996) лазеры классифицируются следующим образом: класс I (безопасные) — выходное излучение не представляет опас­ности для глаз и кожи; класс II (малоопасные) — выходное излучение опасно при облучении глаз прямым или зеркально отраженным из­лучением; класс III (среднеопасные) — опасно для глаз прямое, зер­кально, а также диффузно отраженное излучение на расстоянии 10 см от отражающей поверхности и для кожи прямое или зеркаль­но отраженное излучение; класс IV (высокоопасные) — опасно для кожи диффузно отраженное излучение на расстоянии 10 см от от­ражающей поверхности.

При эксплуатации лазеров могут иметь место опасные и вред­ные факторы, которые зависят от класса опасности лазеров.

Биологическое действие лазерного излучения (ЛИ) зависит от длины волны и интенсивности излучения.

Различают следующие шесть видов воздействия ЛИ на живой организм: 1 — термическое (тепловое) действие. При фокусировке лазерного излучения выделяется значительное количество теплоты в небольшом объеме за короткий промежуток времени; 2 — энер­гетическое действие. Определяется большим градиентом электри­ческого поля, обусловленного высокой плотностью мощности. Это действие может вызвать поляризацию молекул, резонансные и дру­гие эффекты; 3 — фотохимическое действие. Проявляется в выцве­тании ряда красителей; 4 — механическое действие. Проявляется в возникновении колебаний типа ультразвуковых в облучаемом орга­низме; 5 — элекгрострикция — деформация молекул в электричес­ком поле лазерного излучения; 6 — образование в пределах клетки микроволнового электромагнитного поля.

Под воздействием лазерного излучения происходит нарушение жизнедеятельности отдельных органов и организма в целом. При больших интенсивностях облучения возможны повреждения внутренних органов, которые имеют характер отеков, кровоизли­яния, кровотечения, омертвления тканей и др. При воздействии на кровь отмечается деформация красных кровяных телец, разру­шение оболочки эритроцита и выброс обесцвеченной коагулиро­ванной массы.

7. Радиоактивные вещества и источники ионизирующих излучений

Основные понятия

Ионизирующее излучение — излучение, взаимодействие которого со средой приводит к образованию ионов разных знаков. Видимый свет и ультрафиолетовое излучение принято не включать в понятие «ионизирующее излучение». При этом различают фотонное и кор­пускулярное ионизирующие излучения.

К фотонному ионизирующему излучению относятся: гамма-излуче­ние, возникающее при изменении энергетического состояния атом­ных ядер или при аннигиляции частиц; тормозное излучение, возни­кающее при уменьшении кинетической энергии заряженных час­тиц; характеристическое излучение, возникающее при изменении энергетического состояния электронов атома. На практике часто используется рентгеновское излучение, состоящее из тормозного и (или) характеристического излучений.

К корпускулярному излучению, состоящему из частиц с массой, отличной от нуля, относятся, например, альфа-излучение, электрон­ное, протонное, нейтронное.

Гамма-излучение имеет внутриядерное происхождение. Гамма- излучение представляет собой жесткое (большой энергии) электро­магнитное излучение, распространяющееся со скоростью света.

Рентгеновское излучение, являющееся потоком электромагнит­ных колебаний, т, е. обладая одной и той же природой с гамма-из­лучением, отличается от последнего условиями образования (не имеет внутриядерного происхождения), а также своими свойства­ми (длиной волны или энергией).

Эти излучения называются проникающими, поскольку незна­чительно ослабляются при прохождении через вещество.

Альфа-излучение. В результате альфа-распада радиоактивного изотопа образуется поток альфа-частиц, т. е. ядер атомов гелия с положительным зарядом Z = 2 и массовым числом А — 4.

Пробег а-частиц, испускаемых известными в настоящее время радионуклидами, достигает 8-9 см в воздухе, а в мягкой биологи­ческой ткани — нескольких десятков микрон.

Бета-излучение представляет собой бета-частицы (отрицательно заряженные электроны или положительно заряженные пози­троны), движущиеся с большой скоростью, приближающейся к скорости света.

Пробег Р-частиц в воздухе составляет 22 см для ^,4С (Е = = 0,155 МэВ) и 1400 см для ⁴²К (Е_мтс = 3,58 МэВ), пробег в мягкой биологической ткани 0,02 и 1,9 см соответственно.

Нейтронное излучение. При делении тяжелых ядер или при неко­торых типах взаимодействия различных видов излучения с веще­ством возникают нейтроны — электрически нейтральные частицы.

Нейтроны, представляющие собой поток незаряженных час­тиц, при прохождении через вещество взаимодействуют только с ядрами атомов, поэтому обладают существенной проникающей способностью.

Дозовые характеристики поля излучения

Характеристики излучения в первую очередь регламентируют­ся активностью радионуклидов в источнике, т. е. уровнем самопро­извольных ядерных превращений радиоактивного распада.

Активность радионуклида в источнике (образце) А — отношение числа dN спонтанных ядерных превращений, происходящих в ис­точнике (образце) за интервал времени dt, к этому интервалу:

А = dN/dt.

Единица активности радионуклида в системе СИ — беккереяъ (Бк), Беккерель равен активности нуклида в радиоактивном источ­нике, в котором за время I с происходит один спонтанный распад.

Внесистемная единица активности — кюри (Ки). Кюри равен ак­тивности нуклида в радиоактивном источнике, в котором за время 1 с происходит 3,700- 10^lft спонтанных переходов ядерно-энергетичес­кого состояния радионуклида:

1 Ки = 3,700 • 10¹⁰ Бк.

Отношение активности радионуклида в источнике (образце) к массе, объему, количеству вещества, площади поверхности (для поверхностных источников) или к длине (для линейных источни­ков) источника (образца) называется удельной А^ объемной мо­лярной А_то? поверхностной A_s или линейной A_L активностью источни­ка (образца) соответственно.

Для оценки поля фотонного излучения при использовании вне­системных единиц применяют понятие «экспозиционная доза».

Экспозиционная доза X — это количественная характеристика фо­тонного излучения, которая основана на его ионизирующем действии в сухом атмосферном воздухе и представляет собой отно­шение суммарного заряда dO всех ионов одного знака, созданных в воздухе, к массе воздуха в объеме dm:

X = dQ/dm.

Вследствие близости эффективных атомных номеров воздуха и ткани воздух для фотонного излучения принято считать тканеэкви­валентной средой.

Единица экспозиционной дозы в системе СИ — кулон на кило­грамм (Кл/кг).

Кулон на килограмм равен экспозиционной дозе, при которой все электроны и позитроны, освобожденные фотонами в объеме воздуха массой 1 кг, производят в воздухе ионы, несущие электри­ческий заряд каждого знака 1 Кл.

Внесистемная единица экспозиционной дозы — рентген (Р). Рентген — это единица экспозиционной дозы фотонного излуче­ния, при прохождении которого через 0,001293 г воздуха в резуль­тате завершения всех ионизационных процессов в воздухе создают­ся ионы, несущие одну электростатическую единицу количества электричества каждого знака. Заметим, что величина 0,00.1293 г — это масса 1 см³ атмосферного сухого воздуха при нормальных ус­ловиях (температура О °С и давление 1013 гПа (760 мм рт. ст.). Со­отношение внесистемной единицы СИ

1 Р = 2,58 10-< Кл/кг.

Основной физической величиной, определяющей степень ради­ационного воздействия, является поглощенная доза ионизирующе­го излучения.

Поглощенная доза ионизирующего излучения D — отношение сред­ней энергии dW, переданной ионизирующим излучением веще­ству в элементарном объеме, к массе dm вещества в этом объеме

оЖ

dm .

ГОСТ допускает вместо термина *поглощенная доза излучения» использовать краткую форму «доза излучения».

Единица поглощенной дозы в системе СИ — грей (Гр). Грей ра­вен поглощенной дозе ионизирующего излучения, при которой ве­ществу массой 1 кг передается энергия ионизирующего излучения, равная 1 Дж.

Внесистемной единицей поглощенной дозы ионизирующего излучения является рад (рад). Рад равен поглощенной дозе ионизи­рующего излучения, при которой веществу массой 1 г передается энергия ионизирующего излучения, равная 100 эрг. Таким образом, 1 рад = 0,01 Гр.

В задачах радиационной безопасности при хроническом облуче­нии человека в малых дозах (в дозах, не превышающих пяти пре­дельно допустимых годовых доз при облучении всего тела челове­ка) основной величиной для оценки биологического действия из­лучения любого состава является эквивалентная доза.

Эквивалентная доза ионизирующего излучения Н — произведение поглощенной дозы Она средний коэффициент качества излучения к в данном объеме биологической ткани стандартного состава

Н - kD,

где к — средний коэффициент качества.

Коэффициент качества представляет собой регламентированное значение неблагоприятных биологических последствий облучения человека в малых дозах {табл. 1.3).

Единица эквивалентной дозы в системе СИ — зиверт (Зв).

Зиверт равен эквивалентной дозе, при которой произведение по­глощенной дозы в биологической ткани стандартного состава на средний коэффициент качества равно 1 Дж/кг. Иными словами, зи­верт — единица эквивалентной дозы любого вида излучения в био­логической ткани, которое создает такой же биологический эффект, как и поглощенная доза в 1 Гр рентгеновского или у-излучения.

Таблица 1.3

Рекомендуемые значения кдля излучений различных видов с неизвестным энергетическим составом

Внесистемная единица эквивалентной дозы — бэр (биологичес­кий эквивалент рад). Бэр — единица эквивалентной дозы любого вида излучения в биологической ткани, которое создает такой же биологический эффект, как и поглощенная доза в 1 рад рентгеновско­го или у-излучения.

Таким образом, 1 бэр = 0,01 Зв.

Мощность поглощенной дозы D (мощность экспозиционной дозы Х_г мощность эквивалентной дозы Н) — отношение приращения погло­щенной дозы dD (экспозиционной дозы dX, эквивалентной дозы dH) за интервал времени dt к этому интервалу:

Величины Д X, Н могут быть как постоянными, так и изме­няться во времени по некоторому закону. Их единицы — частные от деления единиц поглощенной дозы (кермы, экспозиционной дозы, эквивалентной дозы) или их кратных или дольных единиц на соответствующую единицу времени.

В последние годы для случаев неравномерного облучения раз­ных органов или тканей тела человека введено понятие эффектив­ной эквивалентной дозы Н_е

Для определения этой величины необходимо ввести понятие рис­ка. Риск — вероятность возникновения неблагоприятных послед­ствий для человека (смерть, травматизм, заболевание и т. п.) вслед­ствие облучения, аварии или другой причины, проявление которой носит стохастический характер. Например, риск смерти от курения Г*_т = 5-1СИ случаев/(чел.-год). Это означает, что на 10 ООО курящих каждый год умирает от болезней, вызываемых курением, 5 человек.

Эффективная эквивалентная доза

*е=2>т"т.' т .

к

где Н^ — эквивалентная доза в Т-м органе или ткани; w_T — взвеши­вающий фактор, представляющий собой отношение стохасти­ческого риска смерти в результате облучения Т-го органа или ткани к риску смерти от равномерного облучения всего тела при одинаковых эквивалентных дозах (табл. 1.4).

Таким образом, ^определяет весовой вклад данного органа или ткани в риск неблагоприятных последствий для организма при рав­номерном облучении

5>т = 1­т

При равномерном облучении всего организма эквивалентная доза в каждом органе или ткани одна и та же: Н_Т= Ни, следователь­но, /У_Е= Н.

Таким образом, эффективная эквивалентная доза при неравно­мерном по органам и тканям облучении равна такой эквивалентной дозе при равномерном облучении всего организма, при которой

Таблица 1.4

Взвешивающие факторы н>_ти риск смерти от злокачественных опухолей и наследственных дефектов в результате облучения для 1 человека при эквивалентной дозе 1 Звг_тдля задач радиационной защиты

* У первых двух поколений потомства облученных лиц. _i

** Эта величина распределяется между пятью оставшимися органами и тканями, которые получили самую высокую эквивалентную дозу.

риск неблагоприятных последствий будет таким же, как и при дан­ном неравномерном облучении.

Единицы эффективной эквивалентной дозы совпадают с едини­цами эквивалентной дозы.

В условиях возможного облучения больших контингентов людей представляется важным уметь определять общий риск, обусловлен­ный облучением от всех источников, и роль в этом каждого из ис­точников. Для такой оценки полезной величиной является коллек­тивная эквивалентная доза.

Коллективная эквивалентная доза S — сумма индивидуальных эквивалентных доз Н. у данного контингента людей

5 = -

/=1

где N_t — число лиц среди данного контингента, получивших экви­валентную дозу Н. Единицей измерения коллективной дозы в системе СИ является чел.-Зв (или чел. бэр).

Если известен характер распределения индивидуальных доз, то

S = \HN{H)dH,

О

где N{H) — число лиц, получивших дозу в интервале от //до Н + dH.

Очевидно, что так же, как и эквивалентную дозу, коллективную дозу можно использовать только при воздействии малых доз (Н < < 25 бэр).

Средняя доза облучения индивидуума в исследуемой группе от данного источника называется дозой «на душу населения* Н:

Поскольку [ N (H)dH -N — общее число людей в исследуемой

О

группе, то 5 = Н N.

Использование коллективной эквивалентной дозы для опреде­ления выхода неблагоприятных исходов, обусловленных облучени­ем от того или иного источника, дает возможность оценить вклад каждого из источников и на этой основе найти оптимальное реше­ние с точки зрения радиационной безопасности.

Среди опасностей, угрожающих человеку, немногие приковыва­ют к себе столь пристальное внимание общественности и вызыва­ют так много споров, как радиация. Особенно много дискуссий и акций протеста возникает по поводу атомной энергетики. Состоя­ние тревоги резко обострилось после аварии на Чернобыльской АЭС 26 апреля 1986 г. Очень часто аргументы противников АЭС опираются на чувства, эмоции и политические соображения. Столь же часто мнения сторонников атомной энергетики сводятся к мало обоснованным успокоительным заверениям. Понятие ради­ации для большинства населения явилось новым и неожидан­ным. Чернобыль и крупные радиационные аварии и инциденты «искормили» тотальный страх населения перед радиацией, воз­никший впервые после ядерных бомбардировок японских городов Хиросима и Нагасаки. Недостаток специальных знаний, низкая общая радиационная грамотность, отсутствие компетентных и независимых средств массовой информации (СМИ) не позволя­ют большинству людей правильно ориентироваться в радиацион­ных проблемах и адекватно оценивать степень возможного вреда человеческому здоровью от воздействия различных источников радиации. Всякое незнание пугает и порождает суеверный ужас перед неведомой и непонятной опасностью. Основная составля­ющая этого страха — боязнь последствий для здоровья. При этом население не видит большой разницы в облучении от взрыва атомной бомбы или от проживания в Чернобыльской зоне. Отве­ты на вопросы, связанные с АЭ, показали, что население плохо проинформировано об экологических преимуществах и недостат­ках, присущих тепловым и атомным станциям. Для объективной оценки радиационной опасности очень важно знать характерис­тики источников излучения и реальные значения возможных доз облучения.

Различают естественные и созданные человеком (искусствен­ные) источники излучения. Фоновые значения доз облучения от различных источников варьируют в широких пределах. Можно привести среднемировые значения компонентов доз облучения. По данным МАГАТЭ, средние эффективные эквивалентные дозы от естественных источников составляют:

• космические излучения (внешний источник) — 0,37 мЗв/год;

• естественные радионуклиды почвы зданий (внешний источ­ник) — 0,40 мЗв/год;

• естественные радионуклиды (“К) с пищей, водой (внутрен­ний источник) — 0,30 мЗв/год; .

• то же с воздухом зданий (^m222Rn) — 0,30 мЗв/год.

Четвертая из приведенных компонент является по существу техно­генным повышенным естественным радиационным фоном, результа­том использования в строительстве материалов, содержащих большее или меньшее количество естественных радионуклидов, эманирующих в воздух жилых помещений радиоактивный газ — радон.

Средние эффективные эквивалентные дозы от искусственных источников:

• медицинская диагностика — L,00 мЗв/год;

• глобальные выпадения (использования ядерного оружия) — 0,01 мЗв/год;

• АЭС (нормальная эксплуатация) — 0,02-10^-2 мЗв/год;

• ТЭС (облучения населения в районе ТЭС мощностью 1000 мВт) — 0,5-10^-2 мЗв/год;

• авиаполеты — 0,6-10^-2 мЗв/год;

• светящиеся краски (часы и пр.) — 0,01 мЗв/год;

• телевидение — 0,2-Ю~² мЗв/год.

Из приведенных данных очевиден определенный вклад деятель­ности человека в формирование общей, радиационной нагрузки человека (55—75 %).

Приближенно можно ориентироваться: естественный фон со­ставит 1 мЗв/год, техногенный — 2 мЗв/год. Однако необходимо иметь в виду, что соотношение основных компонент радиационно­го фона Даже по усредненным (по странам) данным широко варь­ирует. Общая доля техногенного фона и вклады его компонента в каждой стране будут очень различны для различных регионов и контингентов населения. Так же, как и их тенденции изменения в будущем. Например, эффективная эквивалентная доза облучения медицинской диагностики в нашей стране более чем на 1 мЗв/год превышает среднемировые за счет несовершенства рентгеновских агрегатов. В Индии (штаты Мадрас и Керала) в связи с пРвышен- ным содержанием радионуклидов в горных породах естественный фон в отдельных районах достигает 8—28 мЗв/год, т. е. на порядок выше среднемирового.

Из числа естественных радиоактивных элементов в природе чаще всего встречаются радиоактивные изотопы семейств урана- радия, тория и актиния, а также калий-40.

Наибольшую опасность для здоровья представляет ²²²Rn. Это газ, без цвета, запаха и вкуса, с удельным весом 7,67. Период полурас­пада у ²²²Rn — 3,825 суток. Вообще существует несколько изотопов радона:²¹⁸ Rn,²¹⁵ Rn, ²²⁰Rn, ²²¹Rn, ²²²Rn, Однако первые четыре изо­топа короткоживущие: период полураспада ^2l8Rn — 0,019 с, ^2l9Rn — 3,92 с, ²²⁰Rn — 52 с и ²²¹Rn — 25 мин. То есть большая часть этих изо­топов распадается прежде, чем они успеют накопиться в атмосфе­ре. Поэтому они не представляют серьезной опасности. Опасность представляет ²²² Rn.

Радон-222дифундирует из ураносодержащих руд вместе с про­дуктами радиоактивного распада, а также выделяется из воды.

Радон слабо растворяется в воде. При температуре 20 °С после установления динамического равновесия между радоном в растворе и в воздухе количество его в единице объема воды составляет 23 % от содержания его в таком же объеме воздуха. Если содержание ра­дона в воздухе становится меньше, чем требуется для динамическо­го равновесия (меньше 77 %), радон начинает выделяться из воды, причем это выделение происходит особенно интенсивно из движу­щейся или взбалтываемой воды.

Несмотря на то, что радон мало растворим в воде, радиоактив­ность воды, в которой растворен радон, может быть велика. Объясняется это тем, что радиоактивность радона очень велика (в 154 ООО раз больше, чем радия).

Радон при своем распаде дает несколько так называемых дочер­них продуктов. Это радий А (²¹⁸Ро), радий В (²¹⁴РЬ), радий С (²¹⁴Bi) и радий С¹ (²¹⁴Ро). И хотя периоды полураспада этих дочерних продук­тов малы (соответственно составляют: 3,05 мин, 26,8 мин, 19,7 мин, 2,7310^_6мин), они представляют определенную опасность, так как при пойадании радона в организм человека распадаются внутри, в легких человека.

Выделению радона из недр земли, грунта, строительных матери­алов, воды способствуют продольные и поперечные сейсмические (объемные) волны, возникающие в очагах землетрясений, особен­но продольные волны, сжимающие и растягивающие вещества горных пород. Ранее считалось, что радон выходит из горных по­род более или менее равномерно. Однако проверка опровергла это предположение. Было установлено, что эпизодически возникают интенсивные выбросы («радоновые бури»), при которых уровень радиации может превосходить фоновый в сотни раз и в 5-10 раз превосходить предельно допустимый. Как показали исследования в США, а затем в Швеции, Англии и Франции, эти выбросы ини­циируются мощными взрывами на Солнце. Возникают возмуще­ния магнитного поля планеты — «магнитные бури». В результате поперечного сжатия и растяжения горных пород под действием та­ких бурь радон начинает активно выделяться из горных пород. Ког­да была составлена подробная карта выхода радона в США, меди­ки пришли к выводу: по крайней мере, 20 тыс. смертельных случаев в год прямо или косвенно связаны с облучением при интенсивных выбросах радона. На знаменитых курортах Франции в Ницце и Каннах уровень «нулевой» активности иногда повышался в 20 раз. По мнению некоторых специалистов, при интенсивных выбросах радона примерно 30 % населения испытывают тревожные сердце­биения, приливы крови, у людей начинается мигрень, бессонница.

За последние десятилетия человек создал более тысячи искусст­венных радионуклидов и научился их применять в различных це­лях. Кроме атомной энергетики, атомных подводных лодок и дру­гих атомоходов, научно-исследовательских ядерных реакторов и установок, радиоактивные вещества и источники ионизирующих излучений широко используются в различных устройствах и при­борах для автоматизированного контроля, измерения, сигнализа­ции и диагностики, в геофизических приборах и методах разведки полезных ископаемых и многих, многих других, в которых исполь­зуются радиоактивные изотопы и генераторы ионизирующих излу­чений. При нормальной эксплуатации таких реакторов, устройств, и приборов с соблюдением всех требований безопасности вероят­ность возникновения лучевой болезни у персонала или населения, проживающего вблизи АЭС, очень низка. Установлено, что риск здоровью населения, проживающего вблизи АЭС и в зоне влияния крупнейших предприятий ядерно-топливного цикла (ЯТЦ), со­ставляет 10^-5—10~⁷, что на три порядка ниже рисков, связанных с химическим загрязнением атмосферного воздуха в крупных про­мышленных городах страны. Суммарный популяционный риск смерти для населения, проживающего в сфере влияния выбросов угольной ТЭС, оценивается в 8—10 тыс. дополнительных смертей в год.

Опасность представляют крупные радиационные аварии с вы­бросом большого количества радиоактивного вещества (ПО «Маяк», 1957 г., ЧеЛябинск, Чернобыльская АЭС, 1986 г., Украина, Три- Майл-Айленд, 1979 г., США), а также при нарушении правил безо­пасности при хранении (захоронении) ядерных отходов.

В последние десятилетия прошлого века специальными аэрогео- физическими и наземными методами было установлено, что на территории крупных городов (Москва, Новосибирск и др.) имеет место целый ряд аномальных зон, в которых радиоактивность в сотни раз превышает допустимую. Как правило, это свалки мусо­ра, куда в свое время по преступной халатности и безграмотности были выброшены за ненадобностью пришедшие в негодность ра­диоактивные изотопы из различных приборов и устройств.

7. Биологическое действие ионизирующих излучений

Механизм биологического действия излучений может быть уп­рощенно представлен следующим образом. Ионизирующее излуче­ние, воздействуя на вещество, производит ионизацию и возбужде­ние атомов и молекул. Возбуждение и ионизация органических со­единений (белков, нуклеиновых кислот и т. д.), входящих в состав клеток, органов и тканей живого организма, приводят к наруше­нию их структуры и образованию новых, не свойственных организ­му веществ и соединений. Этот процесс — результат прямого дей­ствия излучений.

Кроме того, ионизирующие излучения оказывают на биополи- мерные структуры клеток непрямое действие. Известно, что ос­новную массу живого организма (от 50 до 80 %) составляет вода. В результате воздействия ионизирующих излучений на молекулы воды образуются химически активные соединения — свободные ра­дикалы, которые взаимодействуют далее с молекулами белков, нук­леиновых кислот и пр., приводя к их разрушению и инактивации.

Таким образом, прямое и косвенное действие радиации на слож­ные органические компоненты биологических объектов суще­ственно изменяет их структуру и химические свойства, что приво­дит в дальнейшем к различного рода нарушениям жизнедеятельно­сти клеток, тканей, органов и живого организма в целом. .

Различают два вида повреждений, вызываемых действием иони­зирующих излучений: соматическое и генетическое. В первом слу­чае речь идет о воздействии излучений на данное лицо или поко­ление; во втором — имеется в виду передача наследственных изме­нений, возникающих под влиянием излучений, потомству: детям, внукам, правнукам и т. д.

Характер соматических повреждений определяется в первую очередь величиной эквивалентной дозы: чем она выше, тем силь­нее лучевое поражение. Кроме того, влияние излучения зависит от того, получены ли дозы облучения всеми или отдельными органа­ми и насколько существенно значение этих органов в общей жиз­недеятельности организма. Наиболее опасно общее облучение организма, кроветворных органов (костного мозга), половых желез (гонад). Менее опасно облучение кожи и костей. Степень лучево­го повреждения зависит от времени воздействия излучения: при остром (однократном) и хроническом (многократном) облучениях одной и той же эквивалентной дозой повреждения будут различны­ми. Это связано с тем, что организм обладает способностью через известное время оправляться от последствий облучения за счет ра­боты восстановительных механизмов. Поэтому, если облучение производится малыми дозами в течение длительного времени, сте­пень поражения будет меньше, чем при однократном воздействии такой же суммарной дозой.

К настоящему времени установлено, что при однократном облу­чении всего организма в дозах до 0,25 Зв не происходит заметных отклонений в деятельности организма. Облучение в дозах 0,25— 0,50 Зв приводит к незначительным скоропроходящим изменениям в крови. При дозах облучения 0,80— 1,20 Зв появляются начальные признаки лучевой болезни (головная боль, слабость, голово­кружение, тошнота, потеря аппетита, снижение работоспособно­сти и т. д.). Смертельный исход отсутствует. Острая лучевая бо­лезнь развивается при однократном облучении в дозах 2,50— 3,00 Зв. Смертельный исход возможен в 20 % случаях. Доза 4,50 Зв называется средней летальной дозой (смертельный исход насту­пает в 50 % случаев). При дозах 5,50—7,00 Зв смертность прибли­жается к 100 %. Причиной смерти обычно является необратимое поражение костного мозга. Эти данные относятся к случаям, ког­да лечение не проводится. Своевременное лечение с помощью со­временных средств позволяет существенно ослабить радиацион­ное поражение.

При местных облучениях, т. е. облучении отдельных частей тела (чаще всего рук) в больших дозах, наблюдаются лучевые ожоги, сопровождающиеся шелушением и пигментацией кожи, появлени­ем язв, выпадением ногтей и т* д. Значения некоторых доз и эффек­тов воздействия излучения на организм приведены в табл. 1.5.

Под влиянием длительного воздействия на организм небольших доз облучения возникает хроническая лучевая болезнь. Развитие хронического поражения протекает медленнее по сравнению с ос­трым поражением и имеет характерные симптомы и клинические проявления.

В большинстве случаев в организме, который перенес острую или хроническую болезнь, через много лет могут развиваться самые разнообразные болезненные процессы (в Хиросиме и Нагасаки были случаи проявления лучевой болезни через 13—15 лет). Эти отдаленные последствия облучения выражаются в возникновении злокачественных опухолей (рак, лейкемия и т. п.), снижении спо­собности к деторождению, преждевременной старости, сокраще­нии продолжительности жизни и т. п.

Генетические наследственные повреждения, возникающие у по­томков подвергшихся облучению людей, являются одним из наибо­лее опасных последствий воздействия ионизирующих излучений. Последующие поколения поражаются в результате повреждения

Таблица 1.5

Радиационное воздействие и соответствующие биологические

эффекты

Примечание: О — общее облучение тела; Л — локальное облучение; СД_М — доза, приводящая к 50 %-ной смертности среди лиц, подверг­шихся облучению.

половых клеток родителей еще до оплодотворения. Дозы облуче­ния, которые приводят к генетическим повреждениям у потомства, оказываются гораздо меньше, чем те, которые вызывают появление соматических повреждений у родителей,

Генетические поражения могут проявляться в снижении дето- рождаемости у потомков, уменьшении средней продолжительно­сти их жизни, а также в ухудшении физического и умственного состояния. Эти поражения будущих поколений в целом зависят от многих факторов: доз облучения отдельных людей и групп насе­ления поколения родителей; прерывности или непрерывности об­лучения, возраста, в котором произошло облучение; физическо­го состояния людей, образа их жизни и т. п. Генетические измене­ния не имеют порога и увеличиваются прямо пропорционально дозе облучения.

7. Электрическая энергия

В настоящее время электрическая энергия очень широко исполь­зуется во всех сферах народного хозяйства и в быту. Она значитель­но облегчает и совершенствует труд человека и в то же время явля­ется источником потенциальной опасности, которая при несоблю­дении безопасности может привести к тяжелым последствиям.

Опасность поражения электрическим током усугубляется тем, что человек не в состоянии без специальных приборов обнаружить на­личие напряжения дистанционно, как, например, движущиеся час­ти, раскаленные тела, шум падающих предметов, неогражденные края площадки, ямы и т. п., запах некоторых ядовитых газов и пр. Оно обнаруживается слишком поздно — когда человек попадает под напряжение. В связи с этим необходимо хорошо знать опасные про­явления электричества, действие электрического тока на организм человека и меры защиты от поражения электрическим током.

Действие электрического тока на организм человека

Электрический ток, проходя через организм человека, оказыва­ет биологическое, электрохимическое, тепловое и механическое действие.

Биологическое действие тока проявляется в раздражении и воз­буждении тканей и органов. Вследствие этого наблюдаются судо­роги скелетных мышц, которые могут привести к остановке дыха­ния, отрывным переломам и вывихам конечностей, спазмам голо­совых связок.

Электролитическое действие тока проявляется в электролизе (разложении) жидкостей, в том числе и крови, а также существен­но изменяет функциональное состояние клеток.

Тепловое действие электрического тока приводит к ожогам кожного покрова, а также гибели подлежащих тканей, вплоть до обугливания.

Механическое действие тока проявляется в расслоении тканей и даже отрывах частей тела.

Электротравмы условно можно разделить на местные, общие (электрические удары) и смешанные (местные электротравмы и электрические удары одновременно). Местные электротравмы со­ставляют 20 % учитываемых электротравм, электрические удары — 25 % и смешанные — 55 %. .

Местные электротравмы — четко выраженные местные наруше­ния тканей организма, чаще всего это поверхностные поврежде­ния, т. е. повреждения кожного покрова, иногда мягких тканей, а также суставных сумок и костей. Местные электротравмы излечи­ваются, и работоспособность человека восстанавливается полно­стью или частично.

Характерные виды местных электротравм — электрические ожо­ги, электрические знаки, металлизация кожи, электроофтальмия и механические повреждения.

Наиболее распространенные электротравмы — электрические ожоги. Они составляют 60-65 %, причем около 1/3 их сопровожда­ются другими электротравмами.

Различают ожоги: токовый (контактный) и дуговой.

'Контактные ожоги, т. е. поражения тканей в местах входа, вы­хода и на пути движения электротока, возникают в результате кон­такта человека с токоведущей частью. Эти ожоги возникают при эксплуатации электроустановок относительно небольшого напря­жения (не выше 1—2 кВ), они сравнительно легкие.

Дуговой ожог обусловлен воздействием электрической дуги, со­здающей высокую температуру. Дуговой ожог возникает при ра­боте в электроустановках различных напряжений, часто является следствием случайных коротких замыканий в установках выше 1000 В и до 10 кВ или ошибочных операций персонала. Пораже­ние возникает от пламени электрической дуги или загоревшейся от нее одежды.

Могут быть также комбинированные поражения (контактный ожог и термический ожог от пламени электрической дуги или за­горевшейся одежды, электроожог в сочетании с различными меха­ническими повреждениями, электроожог одновременно с терми­ческим ожогом и механической травмой).

Электрические знаки представляют собой четко очерченные пят­на серого или бледно-желтого цвета на поверхности кожи челове­ка, подвергнувшегося действию тока. Знаки имеют круглую или овальную форму с углублением в центре. Они бывают в виде цара­пин, небольших ран или ушибов, бородавок, кровоизлияний в коже и мозолей. Иногда их форма соответствует форме токоведу­щей части, к которой прикоснулся пострадавший, а также напоми­нает форму молнии. В большинстве случаев электрические знаки безболезненны и их лечение заканчивается благополучно: с течени­ем времени верхний слой кожи и пораженное место приобретают первоначальный цвет, эластичность и чувствительность. Знаки воз­никают примерно у 20 % пострадавших от тока.

Металлизация кожи — проникновение в ее верхние слои части­чек металла, расплавившегося под действием электрической дуги. Это возможно при коротких замыканиях, отключениях разъедини­телей и рубильников под нагрузкой и т. п. Пораженный участок кожи имеет шероховатую поверхность, окраска которой определя­ется цветом соединений металла, попавшего на кожу: зеленая — при контакте с медью, серая — с алюминием, сине-зеленая — с ла­тунью, желто-серая — со свинцом. Металлизация кожи наблюда­ется примерно у 10 % пострадавших.

Электроофталъмия — воспаление наружных оболочек глаз в ре­зультате воздействия мощного потока ультрафиолетовых лучей, вызывающих в клетках организма химические изменения. Такое облучение возможно при наличии электрической дуги (например, при коротком замыкании), которая является источником интен­сивного излучения не только видимого света, но и ультрафиолето­вых и инфракрасных лучей. Электроофтальмия возникает сравни­тельно редко (у 1-2 % пострадавших), чаще всего при проведении электросварочных работ.

Механические повреждения возникают в результате резких, не­произвольных, судорожных сокращений мышц под действием тока, проходящего через тело человека. При этом возможны разры­вы кожи, кровеносных сосудов и нервной ткани, а также вывихи суставов и переломы костей. Механические повреждения — серь­езные травмы; лечение их длительное. Они происходят сравнитель­но редко.

Электрический удар — это возбуждение тканей организма про­ходящим через него электрическим током, сопровождающееся со­кращением мышц. При этом исход воздействия тока на организм может быть различен — от легкого, едва ощутимого судорожного сокращения мышц пальцев руки до прекращения работы сердца или легких, т. е. до смертельного поражения.

Различают четыре степени электрического удара:

1. — судорожное сокращение мышц без потери сознания;

2. — судорожное сокращение мышц с потерей сознания, но со­хранившимся дыханием и работой сердца;

3. — потеря сознания и нарушение сердечной деятельности или дыхания (либо того и другого вместе);

4. — клиническая смерть, т. е. отсутствие дыхания и кровообра­щения.

Опасность воздействия электрического тока на человека зависит от сопротивления организма человека и приложенного к нему на­пряжения, силы тока, длительности его воздействия, пути прохож­дения, рода и частоты тока, индивидуальных свойств пострадавше­го и других факторов.

Электропроводность различных тканей организма неодинакова. Наибольшую электропроводность имеют спинномозговая жидкость, сыворотка крови и лимфа, затем дельная кровь и мышечная ткань. Плохо проводят электрический ток внутренние органы, имеющие плотную белковую основу, вещество мозга и жировая ткань. Наи­большим сопротивлением обладает кожа и, главным образом, ее верхний слой (эпидермис).

Электрическое сопротивление человека при сухой, чистой и не­поврежденной коже при напряжении 15—20 В находится в пределах от 310³до 10^sОм, а иногда и более. При удалении верхнего слоя кожи сопротивление снижается до 500—700 Ом. При полном удале­нии кожи сопротивление внутренних тканей тела составляет всего лишь 300—500 Ом. При расчетах принимают сопротивление орга­низма человека, равное 1000 Ом. При наличии на коже различных повреждений (потертостей, порезов, ссадин) резко уменьшается ее электрическое сопротивление в этих местах. Повреждения рогового слоя (порезы, царапины и другие микротравмы) могут снизить со­противление до значения, близкого к значению внутреннего сопро­тивления, при этом увеличивается опасность поражения человека электрическим током. Такое же влияние на внутреннее сопротив­ление оказывает и увлажнение кожи водой или потом, а также за­грязнение ее.

Электрическое сопротивление организма человека падает при увеличении тока и длительности его прохождения вследствие уси­ления местного нагрева кожи, что приводит к расширению сосудов, а следовательно, к усилению снабжения этого участка кровью и увеличению выделения пота.

С повышением напряжения, приложенного к телу человека, со ­противление кожи уменьшается, а следовательно, полное сопротив­ление тела, которое приближается к своему наименьшему значе­нию, — 300—500 Ом. Это объясняется пробоем рогового слоя кожи, увеличением тока, проходящего через нее, и другими факторами.

Сопротивление тела человека зависит от пола и возраста людей: у женщин это сопротивление меньше, чем у мужчин; у детей меньше, чем у взрослых; у молодых людей меньше, чем у пожилых. Это объяс­няется толщиной и степенью огрубления верхнего слоя кожи, Крат­ковременное (на несколько минут) снижение сопротивляемости человека (на 20—50 %) вызывает внешние, неожиданно возникаю­щие физические раздражения, болевые (удары, уколы), световые и звуковые.

На электрическое сопротивление влияют также род и частота его. При частотах 10—20 кГц верхний слой кожи практически утра­чивает сопротивление электрическому току.

Кроме того, есть особенно уязвимые участки тела к действию электрического тока. Это так называемые акупунктурные зоны (об­ласть лица, ладони и др.) площадью 2-3 мм², электрическое сопро­тивление которых всегда меньше электрического сопротивления зон, лежащих вне их. Электрическая цепь, возникающая через чув­ствительные к току зоны даже при небольших токах, может в ряде случаев привести в смертельному исходу.

Поскольку путь тока зависит от того, какими участками тела пострадавший прикасается к токоведущим частям, его влияние на исход поражения проявляется еще и потому, что сопротивление кожи на разных участках тела неодинаково.

Наиболее характерные цепи тока через человека: рука — ноги, рука — рука, рука — туловище (соответственно 56,7; 12,2 и 9,8 % травм). Более опасными считаются те цепи тока, при которых во­влекаются обе руки — обе ноги, левая рука — ноги, рука — рука и голова — ноги.

Наименее опасен ток, проходящий по цепи нога — нога, однако при этом, в случае падения человека, возникает новая цепь тока — рука — ноги.

Постоянный ток примерно в 4-5 раз безопаснее переменного тока частотой 50 Гц. Однако это характерно для относительно не­больших напряжений (до 250—300 В). При более высоких напряже­ниях опасность постоянного тока возрастает.

В интервале напряжений 400—600 В опасность постоянного тока практически равна опасности переменного тока с частотой 50 Гц, а при напряжении более 600 В постоянный ток опаснее переменно­го. При попадании под постоянное напряжение особенно резкие болевые ощущения возникают в момент замыкания и размыкания электрической цепи.

С повышением частоты переменного тока, проходящего через тело человека, полное сопротивление тела уменьшается, а прохо­дящий ток увеличивается. Однако уменьшение сопротивления воз­можно лишь в пределах частот от 0 до 50-60 Гц. Дальнейшее же повышение частот тока сопровождается снижением опасности по­ражения, которое полностью исчезает при частоте 450—500 кГц. Но эти токи MqryT вызвать ожоги как при возникновении электричес­кой дуги, так и при прохождении их непосредственно через тело человека. Снижение опасности поражения человека током с повы­шением частоты практически заметно при частоте 1-2 кГц.

Основным фактором, обусловливающим исход поражения, яв­ляется сила электрического тока, проходящего через человека (табл. 1.6).

Человек начинает ощущать воздействие проходящего через него переменного порогового тока 0,5—1,5 мА. .

На исход поражения значительно влияет длительность прохож­дения тока (/) через организм человека.

Чем продолжительнее действие тока, тем больше вероятность тяжелого или смертельного исхода. Такая зависимость объясняет­ся тем, что с увеличением продолжительности воздействия тока на ткань возрастает значение этого тока. При этом наиболее уязвимой является фаза Т кардиоцикла (когда заканчивается сокращение желудочков, и они переходят в расслабленное состояние).

Значительное влияние на исход поражения при электротравмах оказывают индивидуальные особенности человека.

Характер воздействия тока зависит от массы человека и его фи­зического состояния. Здоровые и физически крепкие люди легче переносят электрические удары. Повышенная восприимчивость к электрическому току отмечена у лиц, страдающих болезнями кожи, сердечно-сосудистой системы, органов внутренней секре­ции, нервными и др.

Более уязвимы к воздействию электрического тока люди, име­ющие повышенную потливость. Повышенная температура окружа­ющей среды и высокая влажность не единственная причица высо­кой потливости, интенсивное потоотделение часто наблюдается

Характер воздействия тока

при вегетативных расстройствах нервной системы, а также в ре­зультате испуга, волнения.

В состоянии возбуждения нервной системы, депрессии, утомле­ния, опьянения и после него люди более чувствительны к протека­ющему току.

2. ХИМИЧЕСКИЕ НЕГАТИВНЫЕ ФАКТОРЫ