Дозиметрия и радиометрия ионизирующих излучений. Дозиметрия ионизирующих излучений

Дозиметрия - раздел прикладной ядерной физики, рассматривающий ионизирующее излучение, физические величины, характеризующие поле излучения или взаимодействие излучение с веществом, а также принципы и методы определения этих величин. Дозиметрия имеет дело с такими физическими величинами ионизирующего излучения, которые определяют его химическое, физическое и биологическое действие. Важнейшее свойство дозиметрических величин - установленная связь между измеряемой физической величиной и ожидаемым радиационным эффектом.

ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ДОЗИМЕТРИИ

В первые годы работы ученых с рентгеновским излучением и радиоактивными элементами не предпринимались попытки к лимитированию облучения человека, несмотря на понимание опасности ионизирующих излучений. Лишь спустя почти 7 лет с момента открытия рентгеновского излучения, английский ученый Роллинз в 1902 году предложил ограничить облучение работающих дозой, которая вызывала почернение применявшихся в тот период времени фотоэмульсии, что соответствовало экспозиционной дозе 10 Р/сут.

Однако первое четкое представление о физически обоснованном понятии дозы, достаточно близком к современному, разработал швейцарский врач и физик Кристен в статье «Измерение и дозировка рентгеновских лучей». Прежде чем в дозиметрии начали применять физически обоснованные методы, применяли биологические методы дозиметрии. Так обнаруженные и впоследствии хорошо изученные ранние поражения кожных покровов у лиц, работающих с ионизирующим излучением, послужили основанием для предложений ведущих радиологов мира об ограничении профессионального облучения.

Впоследствии этими вопросами стали заниматься специально созданные национальные комитеты по защите от ионизирующих излучений, которые были созданы в 1921 году во многих странах. "В эти годы была введена такая единица рентгеновского излучения как рентген. В 1925 году американский радиолог Матчеллер рекомендовал в качестве толерантной (переносимой) дозы за месяц - дозу, равную 340 Р (около 100 мР/сутки). Однако, только в 1934 году, Международная комиссия по защите от рентгеновского излучения и радия, которая была создана в 1928 году (в настоящее время это Международная комиссия по радиологической защите (МКРЗ), впервые рекомендовала национальным правительствам принять в качестве толерантной дозу 200 мР/сут. В 1936 году эта комиссия уменьшила указанную дозу до 100 мР/сут.

Дальнейшее накопления научных данных о действии ионизирующего излучения, в частности о сокращении продолжительности жизни экспериментальных животных, термин толерантная доза заменили более осторожным - предельно допустимая доза (ПДД). Уже в 1948 году МКРЗ рекомендовало снизить ПДД облучения профессионалов до 50 мР/сут (6 Зв за 40 лет работы), сформулировав понятие ПДД как «такой дозы, которая не должна вызывать значительного повреждения человеческого организма в любой момент времени на протяжении его жизни» .

В 1953 году Международная комиссия по радиационным единицам и измерениям (которая была создана в 1925 году), ввела в практику общеприменимую дозовую величину - поглощенную дозу вместо рентгена, который стал применяться как единица экспозиционной дозы. В 1958 году, на основе новых научных данных, МКРЗ снизило ПДД до 0,6 Зв в возрасте до 30 лет. В бывшем СССР, в 1987 году ПДД была ограничена величиной 50 мЗв/год.

В 1997 году Нормами радиационной безопасности Украины (НРБУ-97) для профессионалов (категория А - профессиональные работники, которые постоянно или временно работают с источниками ионизирующего излучения) принята ПДД равная 20 мЗв/год, для персонала (категория Б - лица не работающие непосредственно с источниками ионизирующего излучения, но по условиям работы или проживания могут подвергаться воздействию ионизирующего излучения) - 2 мЗв/год, а для населения - 1 мЗв/год .

ФОРМИРОВАНИЕ ДОЗЫ ОБЛУЧЕНИЯ В БИОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДЕ

При формировании дозы облучения в биологической среде различаются непосредственно ионизирующие частицы и косвенно ионизирующие частицы. Непосредственно ионизирующие частицы - это заряженные частицы: альфа-частицы (ядра гелия), бета-частицы (электроны, позитроны) и др., а косвенно ионизирующие частицы - это незаряженные частицы: нейтроны , гамма-кванты .

При облучении биологических индивидуумов различают острое (проявляющееся ранними эффектами облучения) и пролонгированное (длительное), однократное и многократное (фракционированное) облучение. Как острое, так и пролонгированное облучение может быть однократным или фракционированным. Кроме того, возможно хроническое облучение, которое можно рассматривать как разновидность фракционированного, но производящегося длительно при очень малых мощностях дозы.

Дозу, формируемую излучением в веществе можно оценить, измеряя, например, вызванное им повышение температуры. Однако, даже при дозах опасных для жизни человека, выделяющейся энергии оказывается не достаточно для нагрева облучаемого организма на тысячные доли градуса. Поэтому при изучении действия излучения на биологические объекты, дозы оценивают с применением более чувствительных методов дозиметрии.

Распределение дозы во времени для различных по линейной передачи энергии (ЛПЭ) излучений может значительно различаться и по-разному сказываться на радиобиологических эффектах облучения. Это проявляется особенно на отдаленных последствиях биологического действия излучений различающихся ЛПЭ, в связи с чем, определению временного распределения дозы в радиобиологии уделяется серьезное внимание.

Ионизирующее излучение, взаимодействуя с веществом, передает ему энергию малыми, конечными порциями. Передача энергии является процессом случайным. Случайной является и энергия, передаваемая веществу в каждом акте взаимодействия. Поэтому поглощенная в некотором объеме вещества энергия при многократном облучении его в тождественных условиях одной и той же дозой ионизирующего излучения одного вида, строго говоря, является несколько различающейся. Необходимо помнить о принципиально всегда присутствующих, но не всегда существенных флуктуациях (разбросах) поглощаемой энергии (и, соответственно, поглощенной дозы).

В случае малых облучаемых объемов, соизмеримых по величине с объемом отдельных клеток, или субклеточных структур, возможна ситуация, при которой флуктуации поглощенной дозы оказываются соизмеримыми и даже превосходят величину дозы. В таких условиях сопоставление выхода радиационно-индуцированных эффектов с поглощенной дозой становится неоднозначным и возникает необходимость учитывать эти флуктуации. Флуктуации тем значительнее, чем меньше объем, в котором оценивается величина поглощаемой дозы, и чем больше величина ЛПЭ излучения формирующего эту дозу.

В случае формирования так называемых "малых доз" облучения (в микродозиметрическом понимании данного термина, которое не всегда совпадает с его биологическим пониманием), количество пронизываемых треками ионизирующего излучения чувствительных микрообъемов в облучаемом объекте существенно меньше их общего числа. В этом случае наблюдаемое, в среднем, линейное изменение степени проявления того или иного радиобиологического эффекта от дозы излучения связано просто с ростом числа чувствительных микрообъемов, пронизываемых треками излучения, а не с собственно линейным характером дозовой зависимости выхода этого эффекта.

Подобная ситуация чаще всего реализуется в штатных условиях профессионального облучения и при воздействии на человека излучения радиационного фона Земли, формирующего, как известно, поглощенные дозы облучения на уровне сотни миллигрей в год (мГр/год). Это значит, что на протяжении года через чувствительные объемы отдельных клеток организма человека очень редко проходит больше одного трека, а через другую часть их за это же время треки вообще не проходят.

Количественная радиобиология, наоборот, чаще всего изучает действие излучения в таких условиях, когда каждый чувствительный микрообъем в облучаемом биологическом объекте пронизывается большим числом треков и увеличение дозы облучения соответствует условию увеличения числа треков через каждый из его чувствительных микрообъемов.

ОСНОВНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ ДОЗИМЕТРИИ

Первопричиной радиационных эффектов является поглощение энергии излучения облучаемым объектом, и доза, как мера поглощенной энергии, является основной дозиметрической величиной. Поэтому, основной физической дозиметрической величиной, используемой для оценки меры воздействия излучения на среду, является поглощенная доза излучения.

Поглощенная доза излучения (D) - это величина определяемая энергией излучения (Дж) поглощаемой единицей массы (кг) облучаемого вещества. За единицу дозы в системе СИ принят грей (Гр):

D = 1Дж/1кг=1 Гр.

Грей это такая доза ионизирующего излучения, при которой участку вещества массой 1 кг передается энергия 1 Дж. Внесистемной единицей является "рад". 1 рад = 0,01 Гр.

Поглощенная доза характеризует не само излучение, а степень воздействия его на среду. В принципе один и тот же поток излучения в различных средах и даже в различных участках одной среды может сформировать различную величину поглощенной дозы. Поэтому, когда говорят о поглощенной дозе, необходимо указывать, в какой среде она сформирована: в воздухе, воде или мягкой биологической ткани.

Для характеристики распределения дозы облучения во времени используют величину мощности поглощенной дозы, или интенсивности облучения. Под этим понимают количество энергии излучения, поглощаемое в единицу времени единицей массы облучаемого вещества (Гр/час; Гр/год).

При практическом использовании излучений человек, исключая специальные случаи медицинских воздействий и радиационные аварии, подвергается воздействию малых доз облучения. Условия работы профессионалов в настоящее время чаще всего отвечают ситуации, когда чувствительные мишени клеток их организма единичных треков ионизирующих частиц, формирующих дозу облучения, существенно больше того времени, на протяжении которого работают репаративные (восстановительные) системы клеток, устраняющие нарушения, вызванные прошедшей частицей.

В этих условиях индуцируемые биологические эффекты не зависят от таких факторов, как мощность дозы, ее распределение, условия и ритм облучения. Выход эффектов определяется только суммарной накопленной дозой (независимо от времени облучения), т.е. последствия облучения будут одинаковыми при однократном облучении данной дозой, либо при ее получении в течение нескольких дней, месяцев и даже года. На степень выраженности эффекта будет влиять только пространственное распределение актов ионизации и возбуждения, создаваемых в треках, т.е. линейной передачи энергии (ЛПЭ) ионизирующего излучения. Поэтому, для таких условий введена специальная величина дозы, учитывающая оба этих фактора - эквивалентная доза. Этой величиной можно однозначно связать выход радиационных последствий облучения с дозой облучения.

Эквивалентная доза (Н) определяется как произведение поглощенной дозы (D) данного вида излучения на среднее значение взвешивающего фактора (коэффициента качества) ионизирующего излучения (W R) в данном элементе- объема биологической ткани. Значения W R для различных видов излучений представлены в таблице 1. Эта доза есть мера выраженности стохастических эффектов облучения. Она применима для оценки радиационной опасности хронического облучения излучением произвольного состава (и острого облучения дозой, менее 0,25 зиверт) и определяется по формуле:

Н = D W R

За единицу эквивалентной дозы в системе СИ принят зиверт (Зв). Зиверт равен такой эквивалентной дозе, при которой, величина произведения поглощенной в биологической ткани дозы ионизирующего излучения на среднее значение взвешивающего фактора для этого излучения равна 1 Дж/кг. Внесистемной единицей является "бэр" (биологический эквивалент рентгена). 1 бэр = 0,01 Зв.

Из определения следует, что для излучения с W R = 1, эквивалентная доза 1 Зв реализуется при поглощенной дозе 1 Гр, т.е. для этого случая 1 Зв = 1 Гр. Если же W R отлично от 1, то эквивалентная доза 1 Зв будет сформирована в биологической ткани при величине поглощенной дозы в ней равной (1/W R) Гр. Допускается суммирование эквивалентных доз для оценки общего уровня облучения за длительный промежуток времени, если каждая разовая доза, имевшая место при фракционированном остром облучения за это время не превышала 0,25 Зв.

Таблица 1 - Значения радиационных взвешивающих факторов (W R)

Вид излучения и диапазон энергии
Фотоны, все энергии (включая гамма- и рентгеновское излучение)
Электроны (позитроны) и мюоны, все энергии
Протоны с энергией > 2 МэВ
Нейтроны с энергией < 10 кэВ
Нейтроны с энергией от 10 кэВ до 100 кэВ
Нейтроны с энергией от 100 кэВ до 2 МэВ
Нейтроны с энергией от 2 МэВ до 20 МэВ
Нейтроны с энергией > 20 МэВ
Альфа-частицы, осколки деления, тяжелые ядра отдачи

Для смешанного излучения эквивалентная доза определяется как сумма произведений поглощенных доз отдельных видов излучений на соответствующие значения взвешивающих факторов этих излучений.

При заданной эквивалентной дозе облучения вероятность выхода стохастических последствий зависит от облучаемой им ткани или органа. Поэтому, введен еще один коэффициент, учитывающий специфику различных тканей с точки зрения вероятности индукции в них стохастических последствий облучения - тканевый взвешивающий фактор (W T). Принятые в настоящее время значения W T представлены в таблице 2 и используются исключительно для расчета эффективной дозы. Тканевые взвешивающие факторы введены, исходя из концепции беспорогового действия излучений, а их величины соответствуют выходу стохастических последствий для различных органов и тканей, полученному на основе линейной экстраполяции имеющихся данных из области больших доз облучения (поскольку реальный выход стохастических последствий в области малых доз неизвестен).

Таблица 2 - Значения тканевых взвешивающих факторов (W T)

Ткань или орган
Гонады (половые железы)	0.20
Красный костный мозг	0.12
Толстая кишка	0.12
Легкие	0.12
Желудок	0.12
Мочевой пузырь	0.05
Молочная железа	0.05
Печень	0.05
Пищевод	0.05
Щитовидная железа	0.05
Кожа	0.01
Костная поверхность	0.01
Остальные ткани и органы (надпочечники, почки, головной мозг, дыхательные пути внегрудной области, мышцы, матка, селезенка, тонкая кишка, поджелудочная и вилечковая железы)	0.05
Все тело	1.00

В отличии от стохастических эффектов, не стохастические (детерминированные) проявляются только при получении определенных доз (табл.3).

Таблица 3 - Значение доз, ниже которых исключено возникновение не стохастических (детерминированных) эффектов

Орган, ткань	Не стохастический (детерминированный) эффект	Доза, Гр
Все тело	Рвота
Костный мозг	Смерть
Кожа	Физический смысл понятия эффективной дозы следующий: значение эффективной дозы (Е) соответствует такому уровню равномерного облучения всего организма, при котором суммарный выход стохастических последствий облучения у него будет таким же, как и в случае локального облучения органа (Т) эквивалентной дозой величины (Н): Е = Н W T За единицу эффективной дозы в системе СИ тоже был принят зиверт (Зв). При равномерном облучении - эффективная доза равна эквивалентной дозе. При неравномерном облучении - эффективная доза равна произведению эквивалентной дозы на тканевый взвешивающий фактор, или равна такой эквивалентной дозе (при равномерном облучении), которая создает такой же риск неблагоприятных последствий. Измерить эффективную дозу облучения организма невозможно. Ее рассчитывают как сумму произведений эквивалентных доз (Н) в отдельных органах и тканях на соответствующие значения взвешивающих факторов (W T) указанных в таблице 2. Эффективная доза представляет собой меру выхода стохастических последствий биологического действия малых доз облучения на данного индивида, т.е. она есть мера индивидуальной опасности, обусловленной действием на организм малых доз ионизирующих излучений. Для фотонного излучения введена специфическая величина в дозиметрии - экспозиционная доза . Численно она равна абсолютному значению полного заряда ионов одного знака, образованных в единице массы воздуха при полном торможении электронов и позитронов, освобожденных фотонами (рентгеновским излучением). То есть, это воздухоэквивалентная единица дозы, которая не предназначена для дозиметрии в веществе. Единицей измерения экспозиционной дозы в системе СИ является кулон/кг (Кл/кг), внесистемной единицей является рентген (Р).	Поглощенную 1 Зв = 100 бэр = 1 Гр

Дозиметрия (ионизирующих излучений) - это раздел прикладной ядерной физики, предметом исследования которого является определение физических величин, характеризующих воздействие ионизирующих излучений (см. Излучения ионизирующие) на среду, и разработка методов и средств для измерения этих величин. В круг задач дозиметрии входят: измерение и расчет доз (см. Дозы ионизирующих излучений) в полях источников излучений и в биологических объектах (тканевая дозиметрия), измерение активности и др.

Дозиметрия основана на измерении ионизации, которую производит излучение в воздухе или газе, или на измерении энергии излучения, поглощенной средой.

Образующиеся при ионизации газовой среды отрицательные и положительные ионы начинают двигаться в электрическом поле к соответствующим электродам, и в цепи возникает электрический ток, величина которого измеряется регистрирующим прибором.

Методы измерения поглощенной энергии в плотных средах основаны на ряде физических явлений, сопутствующих прохождению излучений через вещество. Старейший метод регистрации ионизирующих излучений - фотографический. Этим методом были получены первые сведения о новом виде энергии. Фотопленку можно использовать и для измерения величины доз, так как степень почернения пленки пропорциональна поглощенной энергии. На регистрации световых вспышек (сцинтилляции), которые испускают возбужденные ионизирующими излучениями и молекулы, основан сцинтилляционный метод. Световые вспышки регистрируются (см.) (ФЭУ), включенным в соответствующую электронную схему. Химический метод дозиметрии заключается в выявлении необратимых химических изменений, происходящих под действием излучений в веществе, чаще всего в водных растворах. В этих целях широко используется реакция превращения двухвалентного железа в трехвалентное (в ферро-сульфатном дозиметре). Регистрацию необратимых химических изменений осуществляют различными физическими или химическими методами. Все более широкое распространение получают люминесцентные методы дозиметрии, поскольку под действием ионизирующих излучений в некоторых веществах образуются скрытые центры свечения (люминесценции), которые проявляются при последующем световом (фотолюминесценция) или тепловом (термолюминесценция) воздействии на облученные вещества. При этом свечение регистрируется ФЭУ. Перспективным является использование полупроводников для целей дозиметрии Наиболее точным, но технически сложным методом дозиметрии является калориметрический, состоящий в прямом измерении тепловой энергии, в которую преобразуется в конечном счете энергия излучения.

Особый интерес представляет тканевая дозиметрия; так как непосредственное измерение поглощенных доз в живом организме невозможно, изготовляют тканеэквивалентные фантомы (см. ) человека или животных, внутри которых и измеряют излучения одним из вышеописанных способов.

Определение активности радиоактивных препаратов, используемых для лечения опухолей, изучение процессов переноса и обмена веществ в организме и др. производится путем измерения числа частиц, испускаемых препаратом в единицу времени. Этот раздел дозиметрии называется радиометрией. См. также Дозиметрический контроль, Дозиметры ионизирующих излучений, Счетчики ядерных излучений.

1. Дозиметрия. Дозы облучения. Мощность дозы.

2. Биологические эффекты доз облучения. Предельные дозы.

3. Дозиметрические приборы. Детекторы ионизирующего излучения.

4. Способы защиты от ионизирующего излучения.

5. Основные понятия и формулы.

6. Задачи.

34.1. Дозиметрия. Дозы облучения. Мощность дозы

Необходимость количественной оценки действия ионизирующего излучения на различные вещества живой и неживой природы привела к появлению дозиметрии.

Дозиметрия - раздел ядерной физики и измерительной техники, в котором изучают величины, характеризующие действие ионизирующего излучения на вещества, а также методы и приборы для их измерения.

Процессы взаимодействия излучения с тканями протекают поразному для различных типов излучений и зависят от вида ткани. Но во всех случаях происходит преобразование энергии излучения в другие виды энергии. В результате часть энергии излучения поглощается веществом. Поглощенная энергия - первопричина всех последующих процессов, которые в конечном итоге приводят к биологическим изменениям в живом организме. Количественно действие ионизирующего излучения (независимо от его природы) оценивается по энергии, переданной веществу. Для этого используется специальная величина - доза излучения (доза - порция).

Поглощенная доза

Поглощенная доза (D) - величина, равная отношению энергии Δ Ε, переданной элементу облучаемого вещества, к массе Δm этого элемента:

В СИ единицей поглощенной дозы является грей (Гр), в честь английского физика-радиобиолога Луи Гарольда Грея.

1 Гр - это поглощенная доза ионизирующего излучения любого вида, при которой в 1 кг массы вещества поглощается энергия 1 Дж энергии излучения.

В практической дозиметрии обычно пользуются внесистемной единицей поглощенной дозы - рад (1 рад = 10 -2 Гр).

Эквивалентная доза

Величина поглощенной дозы учитывает только энергию, переданную облучаемому объекту, но не учитывает «качество излучения». Понятие качества излучения характеризует способность данного вида излучения производить различные радиационные эффекты. Для оценки качества излучения вводят параметр - коэффициент качества (quality factor). Он является регламентированной величиной, его значения определены специальными комиссиями и включены в международные нормы, предназначенные для контроля над радиационной опасностью.

Коэффициент качества (К) показывает, во сколько раз биологическое действие данного вида излучения больше, чем действие фотонного излучения, при одинаковой поглощенной дозе.

Коэффициент качества - безразмерная величина. Его значения для некоторых видов излучения приведены в табл. 34.1.

Таблица 34.1. Значения коэффициента качества

Эквивалентная доза (Н) равна поглощенной дозе, умноженной на коэффициент качества для данного вида излучения:

В СИ единица эквивалентной дозы называется зивертом (Зв) - в честь шведского специалиста в области дозиметрии и радиационной безопасности Рольфа Максимилиана Зиверта. Наряду с зивертом используется и внесистемная единица эквивалентной дозы - бэр (биологический эквивалент рентгена): 1 бэр = 10 -2 Зв.

Если организм подвергается действию нескольких видов излучения, то их эквивалентные дозы (Н i) суммируются:

Эффективная доза

При общем однократном облучении организма разные органы и ткани обладают различной чувствительностью к действию радиации. Так, при одинаковой эквивалентной дозе риск генетических повреждений наиболее вероятен при облучении репродуктивных органов. Риск возникновения рака легких при воздействии α-излучения радона в равных условиях облучения выше, чем риск возникновения рака кожи и т.д. Поэтому понятно, что дозы облучения отдельных элементов живых систем следует рассчитывать с учетом их радиочувствительности. Для этого используются весовые коэффициенты b T (Т - индекс органа или ткани), приведенные в табл. 34.2.

Таблица 34.2. Значения весовых коэффициентов органов и тканей при расчете эффективной дозы

Окончание табл. 34.2

Эффективная доза (Н эф) - это величина, используемая как мера риска возникновения отдаленных последствий облучения всего тела человека с учетом радиочувствительности отдельных его органов и тканей.

Эффективная доза равна сумме произведений эквивалентных доз в органах и тканях на соответствующие им весовые коэффициенты:

Суммирование ведется по всем тканям, перечисленным в табл. 34.2. Эффективные дозы, как и эквивалентные, измеряются в бэрах и зивертах.

Экспозиционная доза

Поглощенная и связанная с ней эквивалентная дозы облучения характеризуют энергетическое действие радиоактивного излучения. В качестве характеристики ионизирующего действия излучения используют другую величину, называемую экспозиционной дозой. Экспозиционная доза является мерой ионизации воздуха рентгеновскими и γ-лучами.

Экспозиционная доза (Х) равна заряду всех положительных ионов, образующихся под действием излучения в единице массы воздуха при нормальных условиях.

В СИ единицей экспозиционной дозы является кулон на килограмм (Кл/кг). Кулон - это очень большой заряд. Поэтому на практике пользуются внесистемной единицей экспозиционной дозы, которая называется рентгеном (Р), 1 Р = 2,58х10 -4 Кл/кг. При экспозиционной дозе 1 Р в результате ионизации в 1 см 3 сухого воздуха при нормальных условиях образуется 2,08х10 9 пар ионов.

Связь между поглощенной и экспозиционной дозами выражается соотношением

где f - некоторый переводной коэффициент, зависящий от облучаемого вещества и длины волны излучения. Кроме того, величина f зависит от используемых единиц доз. Значения f для единиц рад и рентген приведены в табл. 34.3.

Таблица 34.3. Значения переводного коэффициента из рентген в рад

В мягких тканях f ≈ 1, поэтому поглощенная доза излучения в радах численно равна соответствующей экспозиционной дозе в рентгенах. Это обусловливает удобство использования внесистемных единиц рад и Р.

Соотношения между различными дозами выражаются следующими формулами:

Мощность дозы

Мощность дозы (N) - величина, определяющая дозу, полученную объектом за единицу времени.

При равномерном действии излучения мощность дозы равна отношению дозы ко времени t, в течение которого действовало ионизирующее излучение:

где κ γ - гамма-постоянная, характерная для данного радиоактивного препарата.

В табл. 34.4 приведены соотношения между единицами доз.

Таблица 34.4. Соотношения между единицами доз

34.2. Биологические эффекты доз облучения. Предельные дозы

Биологическое действие излучения с различной эквивалентной дозой указано в табл. 34.5.

Таблица 34.5. Биологическое действие разовых эффективных доз

Предельные дозы

Нормы радиационной безопасности устанавливают предельные дозы (ПД) облучения, соблюдение которых обеспечивает отсутствие клинически выявляемых биологических эффектов облучения.

Предельная доза - величина годовой эффективной дозы техногенного облучения, которая не должна превышаться в условиях нормальной работы.

Величины предельных доз различны для персонала и населения. Персонал - это лица, работающие с техногенными источниками излучения (группа А) и находящиеся по условиям работы в сфере их воздействия (группа Б). Для группы Б все пределы доз установлены вчетверо меньшими, чем для группы А.

Для населения пределы доз меньше в 10-20 раз, чем для группы А. Значения ПД приведены в табл. 34.6.

Таблица 34.6. Основные предельные дозы

Естественный (природный) радиационный фон создается естественными радиоактивными источниками: космическими лучами (0,25 мЗв/год); радиоактивностью недр (0,52 мЗв/год); радиоактивностью пищи (0,2 мЗв/год).

Эффективная доза до 2 мЗв/год (10-20 мкР/ч), получаемая за счет естественного радиационного фона, считается нормальной. Как и при техногенном облучении, высоким считается уровень облучения более 5 мЗв/год.

На земном шаре есть места, где природный фон равен 13 мЗв/год.

34.3. Дозиметрические приборы. Детекторы ионизирующего излучения

Дозиметры - устройства для измерения доз ионизирующего излучения или величин, связанных с дозами. Дозиметр содержит в себе детектор излучения и измерительное устройство, которое градуировано в единицах дозы или мощности.

Детекторы - устройства, регистрирующие различные виды ионизирующего излучения. Работа детекторов основана на использовании тех процессов, которые вызывают в них регистрируемые частицы. Различают 3 группы детекторов:

1) интегральные детекторы,

2) счетчики,

3) трековые детекторы.

Интегральные детекторы

Эти устройства дают информацию о полном потоке ионизирующего излучения.

1. Фотодозиметр. Простейшим интегральным детектором является светонепроницаемая кассета с рентгеновской пленкой. Фотодозиметр - это индивидуальный интегральный счетчик, которым снабжаются лица, соприкасающиеся с излучением. Пленка проявляется через определенный промежуток времени. По степени ее почернения можно определить дозу облучения. Детекторы этого типа позволяют измерять дозы от 0,1 до 15 Р.

2. Ионизационная камера. Это прибор для регистрации ионизирующих частиц методом измерения величины ионизации (числа пар ионов), производимой этими частицами в газе. Простейшая ионизационная камера представляет собой два электрода, помещенных в заполненный газом объем (рис. 34.1).

К электродам приложено постоянное напряжение. Частицы, попадающие в пространство между электродами, ионизуют газ, и в цепи возникает ток. Сила тока пропорциональна числу образованных ионов, т.е. мощности экспозиционной дозы. Электронное интегрирующее устройство определяет и саму дозу Х.

Рис. 34.1. Ионизационная камера

Счетчики

Эти устройства предназначены для подсчета количества частиц ионизирующего излучения, проходящих через рабочий объем или попадающих на рабочую поверхность.

1. На рисунке 34.2 представлена схема газоразрядного счетчика Гейгера-Мюллера, принцип действия которого основан на образовании электрического импульсного разряда в газонаполненной камере при попадании отдельной ионизирующей частицы.

Рис. 34.2. Схема счетчика Гейгера-Мюллера

Счетчик представляет собой стеклянную трубку с напыленным на ее боковую поверхность слоем металла (катод). Внутри трубки пропущена тонкая проволока (анод). Давление газа внутри трубки составляет 100-200 мм рт.ст. Между катодом и анодом создается высокое напряжение порядка сотен вольт. При попадании в счетчик ионизирующей частицы в газе образуются свободные электроны, которые движутся к аноду. Вблизи тонкой нити анода напряженность поля велика. Электроны вблизи нити ускоряются настолько, что начинают ионизировать газ. В результате возникает разряд и по цепи протекает ток. Самостоятельный разряд надо погасить, иначе счетчик не среагирует на следующую частицу. На включенном в цепь высокоомном сопротивлении R происходит значительное падение напряжения. Напряжение на счетчике уменьшается, и разряд прекращается. Также в состав газа вводится вещество, соответствующее быстрейшему гашению разряда.

2. Усовершенствованным вариантом счетчика Гейгера-Мюллера является пропорциональный счетчик, в котором амплитуда импульса тока пропорциональна энергии, выделенной в его объеме регистрируемой частицей. Такой счетчик определяет поглощенную дозу излучения.

3. На другом физическом принципе основано действие сцинтилляционных счетчиков. Под действием ионизирующего излучения в некоторых веществах происходят сцинтилляции, т.е. вспышки, число которых подсчитывается с помощью фотоэлектронного умножителя.

Трековые детекторы

Детекторы этого типа используются в научных исследованиях. В трековых детекторах прохождение заряженной частицы фиксируется в виде пространственной картины следа (трека) этой частицы; картина может быть сфотографирована или зарегистрирована электронными устройствами.

Распространенным типом трекового детектора является камера Вильсона. Наблюдаемая частица проходит через объем, заполненный перенасыщенным паром, и ионизирует его молекулы. На образовавшихся ионах начинается конденсация пара, в результате чего след частицы становится виден. Камеру помещают в магнитное поле, которое искривляет траектории заряженных частиц. По кривизне трека можно определить массу частицы.

34.4. Способы защиты от ионизирующего излучения

Защита от негативных последствий излучения и некоторые способы уменьшения дозы облучения указаны ниже. Различают три вида защиты: защита временем, расстоянием и материалом.

Защита временем и расстоянием

Для точечного источника экспозиционная доза определяется соотношением

из которого видно, что она прямо пропорциональна времени и обратно пропорциональна квадрату расстояния до источника.

Отсюда следует естественный вывод: для уменьшения поражающего радиационного действия необходимо находиться как можно дальше от источника излучения и, по возможности, меньшее время.

Защита материалом

Если расстояние до источника радиации и время облучения невозможно выдержать в безопасных пределах, то необходимо обеспечить защиту организма материалом. Этот способ защиты основывается на том, что разные вещества по-разному поглощают попадающие на них всевозможные ионизирующие излучения. В зависимости от вида излучения применяют защитные экраны из различных материалов:

альфа-частицы - бумага, слой воздуха толщиной несколько сантиметров;

бета-частицы - стекло толщиной несколько сантиметров, пластины из алюминия;

рентгеновское и гамма-излучения - бетон толщиной 1,5-2 м, свинец (эти излучения ослабляются в веществе по экспоненциальному закону; нужна большая толщина экранирующего слоя; в рентгеновских кабинетах часто используют резиновый просвинцованный фартук);

поток нейтронов - замедляется в водородсодеожащих веществах, например воде.

Для индивидуальной защиты органов дыхания от радиоактивной пыли используются респираторы.

В экстренных ситуациях, связанных с ядерными катастрофами, можно воспользоваться защитными свойствами жилых домов. Так, в подвалах деревянных домов доза внешнего облучения снижается в 2-7 раз, а в подвалах каменных домов - в 40-100 раз (рис. 34.3).

При радиоактивном заражении местности контролируется активность одного квадратного километра, а при заражении продуктов питания - их удельная активность. В качестве примера можно указать, что при заражении местности более чем 40 Ки/км 2 производят полное отселение жителей. Молоко с удельной активностью 2х10 11 Ки/л и более не подлежит употреблению.

Рис. 34.3. Экранирующие свойства каменного и деревянного домов для внешнего γ-излучения

34.5. Основные понятия и формулы

Продолжение таблицы

Окончание таблицы

34.6. Задачи

1. Изучение лучевых катаракт на кроликах показало, что под действием γ -излучения катаракты развиваются при дозе D 1 = 200 рад. Под действием быстрых нейтронов (залы ускорителей) катаракта возникает при дозе D 2 = 20 рад. Определить коэффициент качества для быстрых нейтронов.

2. На сколько градусов увеличится температура фантома (модели человеческого тела) массой 70 кг при дозе γ-излучения Х = 600 Р? Удельная теплоемкость фантома с = 4,2х10 3 Дж/кг. Считать, что вся полученная энергия идет на нагревание.

3. Человек весом 60 кг в течение 6 ч подвергался действию γ- излучения, мощность которого составляла 30 мкР/час. Считая, что основным поглощающим элементом являются мягкие ткани, найти экспозиционную, поглощенную и эквивалентную дозы облучения. Найти поглощенную энергию излучения в единицах СИ.

4. Известно, что разовая летальная экспозиционная доза для человека равна 400 Р (50 % смертности). Выразить эту дозу во всех других единицах.

5. В ткани массой m = 10 г поглощается 10 9 α-частиц с энергией Е = 5 МэВ. Найти эквивалентную дозу. Коэффициент качества для α-частиц K = 20.

6. Мощность экспозиционной дозы γ -излучения на расстоянии r = 0,1 м от точечного источника составляет N r = 3 Р/час. Определить минимальное расстояние от источника, на котором можно ежедневно работать по 6 ч без защиты. ПД = 20 мЗв/год. Поглощение γ -излучения воздухом не учитывать.

Решение (требуется аккуратное выравнивание единиц измерения) По нормам радиационной безопасности эквивалентная доза, полученная за год работы, составляет Н = 20 мЗв. Коэффициент качества для γ -излучения К = 1.

Приложения

Фундаментальные физические константы

Множители и приставки для образования десятичных кратных и дольных единиц и их обозначения

ИИ не обладают запахом, вкусом или какими-либо другими свойствами, позволяющими человеку регистрировать их. Для измерения количественных и качественных характеристик ИИ используются различные методы, основанные на регистрации эффектов взаимодействия излучения с веществом.

Дозиметры - это приборы, предназначенные для измерения дозы или мощности дозы ИИ. В основе этих приборов лежат регистрация и количественная оценка ионизационного, сцинтилляционного, фотографического, химического и других эффектов, возникающих при взаимодействии ИИ с веществом.

Основные группы дозиметров:

Œ Клинические - для измерения ИИ в рабочем пучке. Используют при подготовке к лучевой терапии и в процессе облучения.

 Дозиметры контроля защиты - для измерения мощности дозы рассеянного излучения на рабочих местах (в системе радиационной безопасности). Эти дозиметры должны быть прямопоказывающими.

Ž Индивидуальные - для контроля облучения лиц, работающих в сфере действия ИИ.

Методы дозиметрии:

ü Биологические - основаны на оценке реакций, которые возникают в тканях при облучении их определенной дозой ИИ (эритемная доза, эпиляционная доза, летальная доза). Являются ориентировочными и применяются в основном в экспериментальной радиобиологии.

ü Химические - заключаются в регистрации необратимых химических реакций, происходящих в некоторых веществах под влиянием облучений (радиохимический метод, фотографический метод).

Радиохимический метод - основан на реакции окисления двухвалентного железа в трехвалентное под действием ИИ
(Fe 2+ Fe 3+), что приводит к изменению окраски (прозрачности). Используются ферросульфатные дозиметры. Так как диапазон этих дозиметров очень велик (от 20 до 400 Гр), они используются только для аварийных ситуаций.

Фотографический метод - под действием ИИ происходит почернение рентгеновской пленки, степень которого пропорциональна поглощенной энергии лучей. По плотности почернения можно судить о дозе облучения. Недостатком этого метода является зависимость показаний дозиметра от качественного состава излучения. Точность определения дозы невысока. С помощью фотопленочных дозиметров удобно определять соответствие светового и радиационного поля на аппаратах для лучевой терапии.

ü Физические - основаны на способности ИИ вызывать ионизацию вещества и превращать электрически нейтральный газ в электропроводящую среду (ионизационная камера, газоразрядный счетчик, сцинтилляционный дозиметр, термолюминесцентный дозиметр, полупроводниковые детекторы).

Сцинтилляционные дозиметры . Используются кристаллы йодистого натрия, активированные таллием. При попадании на них ИИ возникают световые вспышки, которые преобразуются в электрические импульсы, усиливаются и регистрируются счетными устройствами. Сцинтилляционные дозиметры не применяются в клинической дозиметрии из-за своего большого объема и высокой чувствительности, что позволяет рекомендовать их использование в дозиметрии защиты.

Термолюминесцентные дозиметры (ТЛД) . Некоторые твердые кристаллические вещества под действием ИИ способны люминесцировать. По интенсивности свечения определяется доза. ТЛД невелики в объеме, являются непрямопоказывающими (доза накапливается в течение какого-то времени). Широко используются в клинической дозиметрии (измерение дозы на больном, в полости тела) и в качестве индивидуальных дозиметров.

Ионизационная камера - это конденсатор. Состоит из двух электродов, пространство между которыми заполнено воздухом. Под действием ИИ воздух ионизируется, возникает электрический ток. По величине силы тока судим о дозе. Дозиметры, основанные на ионизационном методе, в настоящее время наиболее распространены. Широко применяются в клинической дозиметрии, в дозиметрии защиты и индивидуальной дозиметрии.

Газоразрядный счетчик. Также используется ионизационный эффект излучения. Но к электродам газоразрядного счетчика подводят значительно большее напряжение. Поэтому электроны, образующиеся в счетчике при облучении, приобретают большую энергию и сами вызывают массовую ионизацию атомов и молекул газа. Это позволяет регистрировать с помощью газоразрядных счетчиков очень малые дозы ИИ.

Полупроводниковые (кристаллические) дозиметры. Меняют проводимость в зависимости от мощности дозы. Широко используются наряду с ионизационными дозиметрами.

Лекция 3 (2 ч.).

ДОЗИМЕТРИЯ И РАДИОМЕТРИЯ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ

План:

Радиометрия

Доза излучения и ее мощность

Дозиметры

Биологическое действие ионизирующих излучений

Механизм биологического действия ионизирующих излучений

Контрольные вопросы

Радиометрия (отгреч. radio - луч + metro - измерять) - обнару-жение и измерение числа распадов атомных ядер в радиоактивных источниках либо некоторой доли их по испускаемому ядрами излу-чению.

Дозиметрия (от греч. dosis - доза, порция + metro - измерять) - измерение рассеяния и поглощения энергии ионизирующего излу-чения в определенном материале. Доза излучения строго зависит от энергии и вида падающего излучения, а также от природы поглоща-ющего материала.

Несмотря на различие задач радиометрии и дозиметрии, базиру-ются они на общих методических принципах обнаружения и регис-трации ионизирующих излучений.

ДОЗА ИЗЛУЧЕНИЯ И ЕЕ МОЩНОСТЬ

Доза излучения и единицы ее измерения. Биологическое действие рентгеновского и ядерных излучений на организм обусловлено ионизацией и возбуждением атомов и молекул биологической сре-ды. На процесс ионизации излучения расходуют свою энергию. В результате взаимодействия излучений с биологической средой жи-вому организму передается определенное количество энергии. Часть поступающего в организм излучения, которое пронизывает облуча-емый объект (без поглощения), действия на него не оказывает. По-этому основная физическая величина, характеризующая действие излучения на организм, находится в прямой зависимости от коли-чества поглощенной энергии. Для измерения количества поглощен-ной энергии введено такое понятие, как доза излучения. Это вели-чина энергии, поглощенной в единице объема (массы) облучаемого вещества.

Различают дозу в воздухе, дозу на поверхности (кожная доза) и в глубине облучаемого объекта (глубинная доза), очаговую и интег-ральную (общая поглощенная доза) дозы. Так как поглощенная энер-гия расходуется на ионизацию среды, то для измерения ее необхо-димо подсчитать число пар ионов, образующихся при излучении. Однако измерить ионизацию непосредственно в глубине ткани живого организма трудно.

За единицу экспозиционной дозы в Международной системе еди-ниц (СИ) принят кулон на килограмм (Кл/кг), т. е. такая экспози-ционная доза рентгеновских и гамма-лучей, при которой в 1 кг су-хого воздуха образуются ионы, несущие заряд в один кулон элект-ричества каждого знака.

Мощность дозы и единицы ее измерения. В биологическом отношении важно знать не просто дозу излучения, которую получил облучаемый объект, а дозу, полученную в единицу времени. В одном случае суммарная доза, значительно превышающая смертельную, но полученная в течение длительного периода времени, не только не приведет к гибели животного, но даже не вызовет у него реакцию лучевого поражения. В другом случае доза меньше смертельной, но полученная в короткий отрезок времени, может вызвать лучевую болезнь различной тяжести. В связи с этим введено понятие мощ-ности дозы. Мощность дозы (Р) - это доза излучения D, отнесен-ная к единице времени t:

Чем больше мощность дозы Р, тем быстрее растет доза излучения D.

Понятие мощности дозы относится как к экспозиционной, так и к поглощенной дозе. Для измерения мощности экспозиционной дозы в СИ служит ампер на килограмм (А/кг), внесистемная единица - рентген в час (Р/ч) или рентген в минуту (Р/мин) и т. д. За еди-ницу мощности поглощенной дозы в СИ принят ватт на килограмм (Вт/кг), внесистемные единицы - рад в час (рад/ч), рад в минуту рад/мин) и т. д.

ДОЗИМЕТРЫ

Дозиметры состоят из трех основных частей: детектора, радио-технической схемы, усиливающей ионизационный ток, и регистри-рующего (измерительного) устройства. Детекторами излучения в дозиметрах могут быть ионизационные камеры, газоразрядные и сцинтилляционные счетчики и др. Регистрирующим устройством может быть микроамперметр или устройство для цифровой, свето-вой, звуковой индикации результатов измерений. Все дозиметры делят на стационарные, переносные, носимые (полевые) и индиви-дуальные. Принятая классификация дозиметрических приборов на группы не является строгой. Она отражает лишь основное назначе-ние каждого прибора, но не исключает возможности использования его для решения дополнительных задач.

Стационарные дозиметры. Их используют для контроля величи-ны дозы и мощности дозы излучения в определенных (технологи-чески и тактически обоснованных) точках радиологических лабора-торий, технологических установок, участков или объектов местнос-ти. Конструктивно приборы этого типа разделены на два функционально самостоятельных узла: выносной детектор и сигнально-измерительный пульт для сигнализации о превышении ус-тановленной мощности дозы. Иногда используют многоканальные дозиметрические устройства, что позволяет измерять одним регис-трирующим устройством информацию, попадающую от нескольких десятков детекторов. В ряде случаев дозиметры имеют дополнитель-ные узлы для вывода информации на ленту самописца или экран дисплея, а также для передачи звуковой или световой сигнализации о превышении дозы облучения выше допустимого уровня. Дозимет-ры подобного типа незаменимы для контроля дозы и мощности дозы излучения, получаемой объектом, подвергающимся специальному облучению, при использовании радиационной технологии в сельс-ком хозяйстве, контроле уровня радиации в хранилищах, очистных сооружениях, при лучевой терапии и т. д.

Переносные дозиметры. Их применяют для измерения дозы и мощности дозы излучения в производственных и лабораторных по-мещениях, где по условиям работы не требуется проводить посто-янный дозиметрический контроль, а осуществляют лишь периоди-ческий контроль.

Дозиметр-радиометр бытовой применяют для индиви-дуального контроля радиационной обстановки на местности, в жи-лых и рабочих помещениях по уровню гамма-излучения, а также для оценки плотности потока бета-излучения от загрязненных поверх-ностей и измерения удельной активности проб воды, почвы, про-дуктов питания и т. д.

Для проведения дозиметрических измерений в лабораторных ус-ловиях можно использовать и другие дозиметры, которые по принятой классификации относят к носимым (полевым). Носимые (полевые) дозиметры пред-ставляют собой большую группу приборов, которые широко при-меняют для обнаружения радиоактивных веществ, а также для оп-ределения их количества и качества по уровню гамма-излучения.

БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ

Ионизирующие излучения обладают высокой биологической ак-тивностью. Они способны вызывать ионизацию любых химических соединений биосубстратов, образование активных радикалов и этим индуцировать длительно протекающие реакции в живых тканях. Поэтому результатом биологического действия радиации является, как правило, нарушение нормальных биохимических процессов с последующими функциональными и морфологическими изменени-ями в клетках и тканях животного.

МЕХАНИЗМ БИОЛОГИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ

До конца он пока не выяснен. Однако результаты многочис-ленных исследований свидетельствуют о том, что у различных из-лучений он в основном одинаковый, начиная от исходных актов поглощения и переноса энергии излучения и кончая физиологи-ческими и морфологическими изменениями в облученном орга-низме.

Особенности биологического действия радиации, во-первых, в том, что у животных отсутствуют специальные анализаторы для вос-приятия излучения, и, во-вторых, оно в основном связано с формой передачи энергии клеткам. Например, при гамма-облучении дозой 1000 Р, смертельной для большинства млекопитающих, ткани по-глощают ничтожно малую энергию - около 8,4 кДж/г. Для сравне-ния можно сказать, что такое же количество энергии расходуется при повышении температуры тела только на 0,001 °С.

В механизме биологического действия ионизирующих излучений на живые объекты условно можно выделить два основных этапа. Первый этап - первичное (непосредственное) действие излучения на биохимические процессы, функции и структуры органов и тка-ней; второй - опосредованное действие, которое обусловливается нейрогенными и гуморальными сдвигами, возникающими в орга-низме под влиянием радиации.

Для объяснения механизма первичного действия ионизирую-щих излучений на биосубстрат предложено более десяти гипотез и теорий, многие из которых, по современным представлениям, не выдерживают критики и имеют уже только историческое зна-чение.

Со временем был накоплен большой фактический материал подтвеждающем действии ионизирующих излучений. Однако био-логический и патогенетический механизм оставался неизвестным.

Для изучения этих вопросов были взяты в качестве биологической модели простые белки, протеиды, ферменты, вирусы, бактерии и грибы различных видов. Их подвергали облучению в различных условиях и агрегатных состояниях: сухом (высушенном) виде, в растворах, при глубоком замораживании в жидком азоте, в различных условиях кислородного режима (при насыщении среды кислородом или при отсутствии его). Исследования проводили на животных pa- личных видов.

В результате этих опытов было выдвинуто две теории механизма первичного, т. е. непосредственного, действия ионизирующей ра-диации, которые в настоящее время являются признанными: теория прямого действия излучений на составляющие молекулы вещества; теория косвенного действия.

Было показано, что при прохождении излучения через вещество или макромолекулы биологического субстрата энергия радиоактив-ных излучений передается атомам вещества, вызывая в них возбуж-дение и ионизацию. Этот первый этап воздействия излучения ха-рактеризует акт прямого их взаимодействия.

Следовательно, под прямым действием ионизирующей радиации понимают такие изменения; которые возникают в результате погло-щения энергии излучения самими молекулами, а поражающее дей-ствие связано с актом возбуждения и ионизации атомов и макромо-лекул.

Под косвенным (непрямым) действием радиоактивных излучений понимают изменение молекул клеток и тканей, обусловленных радиолизом воды и растворенных в ней веществ, а не энергией изучения, поглощенной самими молекулами.

Контрольные вопросы. 1. Дайте определение терминам: радиометрия, дозиметрия? 2. Мощность дозы и единицы измерения экспозиционной дозы? 3. Особенности биологического действия радиации?

Лекция 4 (4 ч.).

ЛУЧЕВЫЕ ПОРАЖЕНИЯ ЖИВОТНЫХ

План:

Лучевая болезнь

ных животных

Лечение лучевой болезни

Контрольные вопросы

Поражения животных, вызванные ионизирующим излучением, имеют разные формы проявления и определяются главным образом дозой облучения и степенью радио-чувствительности тканей.

Лучевые поражения животных включают в себя лучевую болезнь, лучевые ожоги и отдаленные последствия (неопухолевые и опухолевые формы).

ЛУЧЕВАЯ БОЛЕЗНЬ

Лучевая болезнь - общее нарушение жизнедеятельности организма, характеризующееся глубокими функциональными и морфо логическими изменениями всех его систем и органов в результате поражающего действия различными видами ионизирующих излучений из внешних источников, а также при попадании радиоактивных веществ внутрь организма.

В зависимости от дозы, мощности дозы, а также кратности и длительности облучения, животных лучевая болезнь может протекать остро и хронически.

Острая лучевая болезнь. Общее заболевание, при котором поражаются все системы организма. Вызывается однократным кратковременным (до 4 сут) воздействием поражающих доз внешнего общего облучения или поступлением в организм больших количеств радиоактивных веществ, создающих в теле поглощенную дозу, превышающую 1 Гр.

В развитии острого течения лучевой болезни выделяют четыре периода: первый - начальный, или период первичных реакций облучение; второй - латентный, или скрытый, период кажущегося благополучия; третий - период выраженных клинических признаков лучевой болезни; четвертый - период восстановления с полными или частичным выздоровлением.

С некоторыми видовыми различиями указанные периоды заболевания прослеживаются у всех сельскохозяйственных животных облученных полулегальной и большей дозой. В целом течение лучевой болезни зависит от ряда факторов: вида излучения (рентгеновские и гамма-лучи, нейтроны, альфа- и бета-частицы), величины полученной дозы и ее мощности, индивидуальных особенности организма, внешних факторов.

Первый период острого течения болезни - период первичных реакций - длится 2...3 дня. Для него характерны изменения функ-ций нервной системы, проявляющиеся вначале в форме своеобраз-ного возбуждения, а затем угнетения и общей слабости. Аппетит ухудшается, изменяется сердечная деятельность, нарушается сердеч-ный ритм (тахикардия), появляется одышка. В некоторых случаях в первые сутки кратковременно повышается температура. Слизистые оболочки гиперемированы, иногда с кровоизлияниями. Усиливает-ся перистальтика кишечника, появляются поносы, у некоторых жи-вотных - рвота. При исследовании крови выявляют нейтрофильный лейкоцитоз, лимфопению и морфологические изменения лейкоци-тарных клеток, повышенное количество ретикулоцитов, макролитов, снижение их резистентности. После угасания первичной реак-ции в состоянии облученных животных отмечается субъективное улучшение, т. е. наступает второй период болезни.

Второй период - латентный, или период кажущегося благопо-лучия, длится от нескольких дней до 2...3 недель. При тяжелой фор-ме заболевания он короткий, а иногда может и отсутствовать; в та-ких случаях вслед за первичной реакцией появляются признаки тре-тьего периода.

Клиническое состояние животных во втором периоде болезни бывает удовлетворительным, однако в организме в это время проис-ходит целый ряд патологических изменений. Так, в частности, про-должается угнетение лимфопоэза, уменьшается количество эритро-цитов в крови, отмечаются тромбоцитопения и ядерный сдвиг нейтрофилов вправо. К концу периода иногда обнаруживаются рас-стройство функции желудочно-кишечного тракта (поносы), брон-хиты, пневмонии и кровоизлияния на слизистых оболочках. У не-которых животных выпадает шерсть (эпиляция).

Третий период - период выраженных клинических признаков лучевой болезни, появляющихся через 1...3 недели, в зависимости от дозы облучения: чем выше доза, тем быстрее он наступает. Наи-более характерны для этого периода геморрагический синдром, прогрессирующие нарушения в органах кроветворения, ухудшение функции органов пищеварения, дыха-ния и сердечно-сосудистой системы. Повышается температура тела (у некоторых за 1...2 дня до смерти), возникает непродолжитель-ная лихорадка постоянного или ремитирующего типа. Отмечают угнетение общего состояния и снижение аппетита. Кожа теряет эластистичность, становится сухой. На слизистых оболочках появляются кровоизлияния. Вследствие отека носоглотки, гортани и воспалительных процессов в легочной ткани затрудняется дыхание, появляется одышка. Отмечаются катарально-геморрагическое воспаление желудка и кишечника, которое часто сопровождается дистрофическими процессами в слизистой оболочке po-товой полости.

Последовательность развития признаков болезни может значительно варьировать. Одними из важных прогностических симптомов головного мозга. Интенсивность геморрагии сильно варьирует и за-висит от времени гибели животного; более выражены они при смер-тельных исходах на 3...4-й неделе.

Хроническая лучевая болезнь. Может возникать у животных в результате многократно повторяющегося в течение длительного времени внешнего облучения малыми дозами, а также при попадании внутрь радиоактивных изотопов, надолго фиксирующихся в тканях организма. Она может быть и следствием острой лучевой болезни.

При хроническом течении лучевой болезни поражаются почти все системы и органы животного. На ранних этапах болезнь проявляется в виде функциональных нарушений, которые в дальнейшем мо-гут приводить к глубоким трофическим изменениям, в результате этого почти полностью теряются хозяйственно полезные качества животного. В таких случаях наблюдается дистрофия органов, ткани теряют регенерационную способ-ность, снижается естественная иммунобиологическая сопротивляемость организма к возбудителям инфекции, животное становится бесплодным. В отдаленные сроки (через год и более) возможно развитие лейкозов и злокачественных образовании.

По тяжести течения различают хроническую лучевую болезни: легкой (первой) степени, средней (второй) степени, тяжелой (тре-тьей) степени.

Видовые особенности течения лучевой болезни у сельскохозяйствен- ных животных. Лучевая болезнь КРС. При облучении у животных в течение первых трех дней (первый период болезни) наблюдаются возбуждение и дрожь. Температура тела повышается незначительно (на 1 °С), возвраща-ясь к норме у большинства животных в течение суток. Но у некото-рых животных она достигает 41...42 "С. Нередко животные с такой температурой погибают через 4...7 дней после начала лихорадки.

У животных, оставшихся в живых, в течение следующих 7... 10 дней (латентный период) клинических проявлений болезни не на-блюдается. Иногда появляются лишь легкие признаки диареи с кро-вянистыми выделениями, что служит первым признаком пораже-ния слизистой оболочки кишечника. Слабая диарея в течение пер-вых 10...16 дней обычно отмечается у большинства облученных животных. К концу второй - началу третьей недели болезнь переходит в третий период - выраженных клинических признаков: лихорадочное состояние, общая слабость, отеки тазовых конечностей, депрессия, снижение или потеря аппетита, учащение сердцебиения и дыхания, диарея, иногда с большой примесью крови в кале. В отдельных слу-чаях у больных наблюдаются симптомы «молочной» лихорадки, травматического гастрита, тимпании и др. У некоторых животных за 1 ...2 дня до смерти отмечаются продолжительные позывы к моче-испусканию и дефекации.

У всех облученных животных нарушается дыхание. Вначале оно частое, поверхностное, с резкими звуками. Из носовых отверстий тягучие, прозрачные или светло-желтые выделения. Затем дыхание становится принужденным, с хрипами; появляется кашель; выделе-ния из носа приобретают красный цвет. Нередко развивается отек легких, гортани и глотки. Масса выживших животных за 30 дней болезни снижается на 10 % и более. Процесс выздоровления обыч-но начинается спустя 30...40 дней после облучения.

При патологоанатомическом вскрытии трупов наблюдаются не-крозы и обильные кровоизлияния в миокарде, в стенках желудоч-но-кишечного тракта, селезенке, легких, печени, желчном и моче-вом пузыре, брюшине, плевре, подкожной клетчатке и других орга-нах. Иногда обнаруживаются обильные кровоизлияния в просвет тонкого и толстого кишечника, отек легких, катаральная, крупоз-ная, а иногда и геморрагическая пневмония, изъязвления слизис-той оболочки верхних дыхательных путей.

Из патоморфологических изменений наиболее характерны гемор-рагический диатез, пневмония, атрофия лимфоидной ткани и кро-ветворного костного мозга, изъязвления слизистой оболочки желу-дочно-кишечного тракта. При посеве из пораженных участков и из паренхиматозных органов на питательные среды обычно выраста-ют многочисленные колонии бактерий.

Лучевая болезнь лошадей. При общем внешнем гам-ма-облучении первичная реакция появляется сразу же после лучевого воздействия. У животных наблюдаются беспокой-ство, повышение тактильной чувствительности, усиление сердечно-го толчка и тонов сердца, появляются дыхательные шумы. У жереб-цов и меринов выпадает половой член. Через 30 мин возникает дрожь грудных мышц и конечностей. Мышечная дрожь и беспокойство постоянно усиливаются; животное оглядывается, часто переступа-ет, движется по кругу, валяется. Через час наступает мышечная дрожь всего тела. Позывы на корм и воду отсутствуют. Пульс учащается в 1,5...2 раза, дыхание - в 5 раз и более; возникает понос; появляется запальный желоб.

В последующие часы первых суток возбуждение сменяется угне-тением. Тремор скелетных мышц сохраняется. Животное больше лежит, вытягивает шею, голову кладет на пол, оглядывается на жи-вот, встает с трудом. При стоянии голова низко опущена, лошадь часто переступает. Через сутки состояние животного угнетенное, сохраняется тре-мор мышц появляется отек препуция, мошонки, хвостовой рефлекс ослаблен. Пульс возрастает до 120 ударов в минуту; частота дыхания возвращается к норме; дыхательные движения резкие, глубокие. Аппетит понижен; дефекация редкая; кал жидкий или слабо офор-млен в катыши. Число лейкоцитов в крови увеличивается до 1,5 раза за счет молодых форм нейтрофилов; отмечается лимфопения (до 2%).

К концу вторых суток признаки первичной реакции на облуче-ние мало изменяются. Содержание лейкоцитов снижается до уровня нормальных показателей; лимфопения возрастает. Животное пе-редвигается с трудом.

Через 3...5 сут общее состояние животных относительно улучша-ется: уменьшается степень угнетения, повышается аппетит, темпе-ратура снижается и удерживается на уровне нормы, частота пульса и дыхания также снижается. Истечения из ноздрей и глаз становятся прозрачными. Конъюнктива гиперемирована. Анальный, хвостовой и брюшной рефлексы повышаются. Содержание лейкоцитов сни-жается до 50 % от исходных данных, а лимфоцитов повышается на 4%.

Через 7...9 сут болезнь переходит в третий период. Общее состояние ухудшается; упитанность сни-жается. Температура тела удерживается на верхнем уровне физио-логической нормы; пульс учащен; отмечается аритмия. Аппетит сла-бый. Кожный покров грязный. Из глаз выделяется беловатая слизи-стая жидкость. Слизистые оболочки бледные. Снижаются гемато-логические показатели.

Лучевая болезнь свиней. У свиней через час после об-лучения появляются беспокойство и мышечная дрожь. На-блюдается отказ от корма, жажда, пугливость. Животные часто ло-жатся. Через 3 ч наступает угнетение, свиньи лежат, корм и воду не принимают, реакции на внешние раздражители повышенные.

Через сутки животные угнетены, корм не едят; слизистые оболочки бледные; кал разжижен. На 3...4-е сутки первичная реакция на облучение затухает. Общее состояние становится удовлетвори-тельным, аппетит хорошим.

На 8...9-е сутки появляются кровоизлияния на коже за ушами, брюшной стенки и в пахах. У некоторых Животных отекают конеч-ности, возникает хромота. Понижается аппетит. Масса тела сохра-няется. Кровоизлияния свидетельствуют о переходе болезни в пе-риод выраженных клинических признаков.

В последующие дни общее состояние ухудшается, аппетит пони-жается, появляется понос. Кожные покровы и слизистые оболочки анемичные; возникают множественные точечные кровоизлияния на коже и слизистых оболочках. Температура тела, частота пульса и дыхания в пределах нормы.

На 14... 16-е сутки больные свиньи угнетены, едят неохотно и мало. Реакция на внешние раздражители вялая. Развивается диарея. Моча часто розоватого цвета. Множественные точечные, пятнистые и раз-литые кровоизлияния на коже. Температура тела, частота пульса и дыхания обычно остаются в пределах нормы. Выявляется примесь сгуст-ков крови в кале и моче; часто бывает кровотечение из ноздрей.

Смерть взрослых свиней при тяжелой степени острой лучевой болезни обычно наступает на 18...25-й день с ярко выраженными признаками геморрагического диатеза и общей слабости. За 2...3 дня до смерти отмечается общее угнетение, аппетит отсутствует, живот-ное охотно пьет воду. Реакция на внешнее раздражение вялая. Тем-пература тела и частота дыхания в пределах нормы. При резких вста-ваниях, поворотах туловища отмечается кашель. В спокойном со-стоянии частота пульса без больших изменений, сердечный толчок ослаблен. При пальпации подчелюстных лимфоузлов отмечается болезненность. Появляется профузный понос с примесью крови: кал черного цвета, имеет гнилостный запах. Моча темно-красного цве-та, со сгустками крови. Наблюдается кровотечение из ноздрей и де-сен. Животные встают редко, испражняются в местах отдыха и кор-мления, кожа загрязнена. Волосы упругие, эластичные, удержива-ются прочно. На коже туловища, головы, ушей имеются множествен-ные точечные, пятнистые, разлитые кровоизлияния, а на коже хво-ста, конечностей и видимых слизистых оболочек - только точечные. Иногда отекают уши, морда.

За сутки до смерти отмечается сильное угнетение, животное обыч-но не может встать самостоятельно, отказывается от корма, но воду пьет. Масса тела за период болезни снижается на 3...10 %. Реакции на внешние раздражители практически отсутствуют, однако боле-вая чувствительность сохранена. На коже и слизистых оболочках видны множественные геморрагии различных размеров и конфигураций. Частота пульса увеличена на 10... 15 %; сердечный толчок слабый; дыхание неровное, затрудненное; число движений в пределах нормы.

В последние часы перед смертью животное находится в состоя-нии прострации; полностью отсутствует реакция на пищевые, бо-левые, световые раздражители; конечности прижаты к туловищу. Пульс учащен, еле прощупывается; дыхание неровное, поверхност-ное. Температура тела чаще в пределах нормы. Агония обычно не-продолжительная - несколько минут, иногда секунд. Наблюдают-ся слабые судорога конечностей, напоминающие плавательные дви-жения; иногда они сопровождаются слабым коротким визгом.

Лучевая болезнь кур. Куры обладают наибольшей радиоустойчивостью из всех домашних животных. Ранний признак поражения кур - дрожание головы. Затем медленно развивается уг-нетение; птицы часами сидят в сонном состоянии. Они вытягивают шею то вперед, то назад гребешки и сережки отекают. Дыхание зат-рудняется; появляется серозное воспаление слизистых оболочек.

Помет приобретает зеленоватый цвет. Гибель кур от лучевой бо-лезни всех степеней обычно заканчивается к концу 3-й недели. Вы-жившие к этому сроку несушки в последующем обычно остаются живыми.

Диагностика лучевой болезни у сельскохозяйственных животных разработана недостаточно, особенно для постановки диагноза в пер-вые четверо суток радиационного поражения. Поскольку строго спе-цифических признаков острой лучевой болезни нет, диагноз ставят на основе анамнеза, дозиметрических данных, клинических призна-ков болезни, гематологических, морфологических, иммунобиоло-гических и других лабораторных исследований. При постановке ди-агноза используют физические и биологические методы. Физичес-кие методы основаны на выявлении зависимости степени острой лучевой болезни от суммарной поглощенной дозы излучения, ее мощности, кратности и равномерности облучения, а также площа-ди облучаемой поверхности. В эксперименте эти показатели легко определить. В непредвиденных случаях (при авариях) для определе-ния дозы и мощности облучения приходится моделировать условия радиационного воздействия, использовать фантомы, математичес-кие расчеты и другие методы. В этом случае данные о поглощенных дозах получаются приближенными. Поэтому использование физи-ческих методов для диагностики по принципу доза - эффект в кли-нической ветеринарии практически ограничено и требует подтвер-ждения другими методами.

Наиболее широкое распространение получили биологические ме-тоды диагностики, основанные на исследовании зависимости доза - эффект, показателей функции и структуры целого организма, от-дельных органов, тканей, клеток и субклеточных образований. Пре-имущество биологических методов в том, что ими можно поставить диагноз лучевого поражения при неравномерном, смешанном и сочетанном лучевом воздействиях без физической дозиметрии. Они позволяют дифференцированно оценивать пострадиационные ре-акции с учетом дополнительных факторов воздействия, функцио-нального состояния организма, степени индивидуальной радиоре-зистентности. Недостатком их является фазовый характер измене-ния показателей состояния организма в различные периоды луче-вой болезни.

С позиции оценки хозяйственного использования пораженных животных наибольшее значение имеет постановка диагноза острой лучевой болезни. При этом важное значение приобретают гемато-логические показатели: содержание гемоглобина, эритроцитов в периферической крови, степень лейкопении, лимфопении, тромбоцитопении, скорость свертывания крови, другие реакции системы крови. Необходимо учитывать степень клиничес-кого проявления и патолого-анатомические изменения, характерные для геморрагического синдрома.

Разрабатываются цитогенетические методы: определение часто-ты и характера хромосомных аберраций клеток крови, кроветвор-ного костного мозга, эпителия слизистых оболочек, зародышевого эпителия семенников и других органов.

Профилактика лучевых поражений. Профилактика лучевых пора-жений заключается в защите животных от воздействия ионизирую-щих излучений. Различают физическую защиту, фармакохимическую и биологическую защиту.

Физический способ защиты наиболее радикален и надежен. Он зак-лючается в укрытии животных в помещениях. В зависимости от плот-ности материалов постройки уровень радиационного воздействия на организм снижается в 10 раз и более. Можно защитить органы и ткани локально, т. е. местно. Для этого к отдельным участкам тела прикладывают свинцовые пластинки или другие плотные материа-лы. В первую очередь необходимо экранировать живот, селезенку, печень, грудь, таз. Выживаемость животных при использовании ме-стной зашиты может увеличиваться на 50 % и более.

Однако этот способ защиты не всегда можно применять, так как иногда нет возможности разместить весь скот в животноводческих помещениях с коэффициентом ослабления, равным хотя бы 10, а тем более нет возможности осуществить местную защиту органов и тка-ней большому поголовью.

Фармакохимическая защита заключается в существенном умень-шении поражающего действия облучения с помощью так называе-мых радиопротекторов.

Радиопротекторы - это вещества, которые при введении живот-ным за 10. ..60 мин до облучения на 50...100 % защищают их от доз, вызывающих 100%-ную гибель в контроле. Существует много теорий, объясняющих механизм защиты. Но поскольку патогенез лу-чевой болезни очень сложен и причиной смерти животных служат

Биологическая защита заключается в использовании адаптогенов, т.е. веществ, повышающих общую сопротивляемость организма к радиации. К их числу относят элеутерококк, прополис, женьшень, мумие, китайский лимонник, микроэлементы и др.

В механизме действия адаптогенов могут быть: ослабление мор-фологических и биохимических проявлений стрессовой реакции;

Лечение лучевой болезни. Патология при лучевой болезни характеризуется многообразием симптомов. Поэтому лечение должно комплексным, при помощи заместительной и функциональ-ней терапии. Но следует учитывать, что чем больше доза облучения, тем тяжелее протекает лучевая болезнь, тем меньше терапевти-ческий эффект.

Лечение животных при внешнем облучении. Прежде всего при лечении таких животных необходимо значительно улучшить условия содержания их. Исключить переохлаждение и перегревание животных. Лечение проводят с учетом общего состояния рвотных и в соответствии с периодами течения лучевой болезни.

В первые дни после облучения назначают антибиотики с целью
профилактики инфекционных осложнений: бициллин-3. Чтобы не было привыкания к антибиотикам, их периодически меняют. Сульфаниламидные препараты не рекомендуют использовать. Поскольку при облучении критической системой является крови - творная, первостепенная задача заместительной терапии - вос-полнение клеточных элементов крови. Для этого животным вводят кровь или кровезаменители (переливают гранулоциты). В этот пе-риод с целью уменьшения интоксикации рекомендуют вводить ди-медрол под кожу 2-3 раза в день.

Для профилактики кровоточивости в период первичных реакций внутривенно вводят 10%-ный водный раствор хлористого кальция, а также витамины Р и К для укрепления стенок кровеносных сосу-дов и нормализации системы свертывания крови.

В скрытый период течения лучевой болезни продолжают применять средства, укрепляющие стенки кровеносных сосудов, назнача-ют витамин С, который регулирует уровень и интенсивность окис-лительно-восстановительных процессов в клетках. Вместо витаминных препаратов животным можно давать зеленую траву (люцерну, смесь красного клевера с ти-мофеевкой), травяную муку, заготовленную в период цветения.

Поскольку в этот период при мнимом внешнем благополучии продолжает снижаться содержание форменных элементов крови, то для стимуляции кроветворения назначают витамин В12. Он ускоря-ет созревание эритроцитов в костном мозге, влияет на синтез гемог-лобина. Для уменьшения интоксикации продолжают вводить димед-рол, а с целью профилактики инфекционных осложнений - анти-биотики.

Помимо антибиотиков и витаминов показаны вяжу-щие средства типа дубильных веществ, а также перманганат калия. Хорошо назначать экстракт или настой двудомной крапивы. В ней со-держатся витамины С, К, каротин, дубильные вещества, фитонциды. Крапива обладает кровоостанавливающим свойством. Она оказывает нежное вяжущее действие. Кроме того, это и мочегонное средство.

2 (2 ч.). ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ для...