Радиация: как влияет на здоровье и можно ли от нее защититься

Радиация — это бомба замедленного действия. Она способна как уничтожать, так и спасать жизни людей. Но мы не видим ее, не чувствуем запаха и вкуса, поэтому чаще всего и боимся. “Вести.ру” объясняет, как радиация влияет на человеческий организм, когда она действительно опасна, какие симптомы лучевой болезни и что делать, если произойдет радиационная авария.

Что такое радиация

Простыми словами

Радиацией называется поток энергии в виде электромагнитных волн или субатомных частиц, который образуется при распаде радиоактивных ядер. Это ионизирующее излучение, которое способно выбивать электроны из атомов и повреждать живые клетки и даже ДНК.

Радиоактивность — это процесс распада атомных ядер, который сопровождается активным ионизирующим излучением. Говоря о радиации, важно различать облучение, то есть воздействие излучения извне, и загрязнение — наличие радиоактивного вещества на коже, одежде, в дыхательных путях и организме.

Виды радиации

Наименее опасный вид для человека — альфа-излучение (α). Это поток альфа-частиц, который имеет наибольшую ионизирующую, но наименьшую проникающую способность. Они могут нанести вред только при попадании внутрь организма, а так их останавливает лист бумаги или одежда.

Второй вид радиации — бета-излучение (β). Оно представляет угрозу человеческому организму. Бета-частицы, в отличие от альфа-частиц, имеют меньший заряд, большую скорость и проникающую способность. Их может остановить толстая одежда, пластик, алюминий.

Гамма-излучение (γ) считается самым опасным радиоактивным излучением и представляет наибольшую угрозу для человека, поскольку у него самая большая проникающая способность. Гамма-лучи могут остановить только толстый слой свинца или бетона.

Рентгеновское излучение похоже на гамма-излучение, но рождается не в ядре, а в электронной оболочке атома или в результате торможения быстрых электронов.

Нейтронное излучение также представляет опасность для человека, поскольку нейтроны легко проникают в ядра атомов и в живую ткань. Поток нейтронов возникает в ядерных реакциях.

Природные и искусственные источники

Процесс испускания и распространения энергии в виде электромагнитных волн и частиц может возникать как из естественных, так и из искусственных источников. Естественное излучение имеет много источников, среди основных: космическое излучение, земные радионуклиды, радон и дочерние продукты, внутренняя радиация.

• Космическое излучение. Это заряженные частицы высоких энергий, которые исходят от Солнца и из глубин космоса. Космическому облучению подвергается вся поверхность планеты, но неравномерно — его интенсивность зависит от солнечной активности, высоты над уровнем моря и географического положения.
• Радон. Этот радиоактивный газ, который выделяется из почвы и горных пород при распаде урана, — еще один природный источник радиации.
• Земная кора. Такие радиоактивные элементы, как калий-40, уран-238 и торий-232, содержатся в земной коре. В процессе распада они порождают цепочку дочерних изотопов, многие из которых испускают гамма-лучи.
• Внутренняя радиация. В организме человека есть радиоактивные, но безвредные для него радионуклиды: калий-40 и углерод-14.

Искусственные источники радиации появились в результате человеческой деятельности. Одни созданы целенаправленно и применяются с пользой в медицине, энергетике, промышленности. Другие — неконтролируемые источники — это побочные продукты различных процессов: ядерных испытаний, аварий и так далее.

Наиболее значимые искусственные источники радиации — медицинские. Включают диагностические рентгеновские снимки, компьютерную томографию (КТ), ядерную медицину. Также искусственная радиация применяется в лучевой терапии.

Атомная энергетика и ядерный топливный цикл. Ядерные реакторы — на АЭС, ледоколах и подлодках — мощные источники нейтронного и гамма-излучения. Топливный цикл начинается с добычи и обогащения урана, которые формируют отходы с низким уровнем активности. После выработки ресурса образуется отработанное ядерное топливо (ОЯТ) — чрезвычайно радиоактивный материал, требующий длительного и безопасного хранения. Отдельный источник опасного излучения — радиоактивные осадки. Они попадают в окружающую среду при атмосферных ядерных испытаниях или в результате аварий на АЭС, смешиваясь с пылью, водой и другими частицами.

Существуют бытовые и потребительские источники радиации. Например, это могут быть детекторы дыма, антикварные циферблаты, посуда с урановой глазурью, строительные материалы с радиоактивными примесями, фосфатные удобрения и так далее.

Как радиация проникает в организм

Облучение может быть как внешним, так и внутренним. В первом случае источник находится вне тела, и ткани получают дозу без попадания радионуклида внутрь, а во втором — радиация попадает в организм человека через дыхание, раны, воду и пищу. Радионуклиды распространяются в теле по-разному:

• йод-129 накапливается в щитовидной железе;
• уран-233 при вдыхании нерастворимых форм долго задерживается в легких, системно депонируется в костях и печени, а критический орган по токсичности — почки;
• цезий-137 распространяется равномерно по мягким тканям, основной вклад — мышцы;
• радий-226, стронций-89, стронций-90, торий-234 — в костях;
• углерод-14 встраивается в органические молекулы всего тела, распределяется равномерно;
• плутоний-238 и плутоний-239 накапливаются в печени и костях, при ингаляции возможна длительная задержка в легких;
• калий-40 присутствует во всех тканях, преимущественно в мышцах.

Радиация не “передается” другому человеку и ею нельзя заразить. Тот, кто получил дозу, не становится сам источником излучения для других. Однако он может перенести радиоактивное загрязнение, если радионуклиды останутся на его на коже или одежде, например, после аварии. Опасность решается простыми временными мерами безопасности и гигиеной.

Единицы измерения радиации

Измерение радиации — это целая система величин и единиц.

Беккерель (Бк). Эта единица измерения показывает, сколько радиации испускает источник. Активность в беккерелях равна числу атомов, которые распадаются за секунду: 1 БК = один распад в секунду.

Кулон, деленный на килограмм, (Кл/кг) — единица измерения экспозиционной дозы, обозначающая, какая доза излучения вызывает образование в 1 кг сухого воздуха ионов, суммарный электрический заряд которых равен одному кулону. Внесистемная единица — рентген (Р): 1 Кл/кг = 3876 Р. Например, на практике уровень радиационного фона часто измеряют в микрорентгенах в час (мкР/час).

Грей (Гр) показывает, сколько энергии излучения поглотилось единицей массы любого вещества. 1 Гр = 1 Дж/кг. Например, в медицине при лучевой терапии опухоли количество полученного облучения называется дозой и измеряется в греях.

Зиверт (Зв) измеряет биологический ущерб от облучения. Разные типы радиации по-разному повреждают ткани, и, чтобы это учесть, поглощенную дозу (в греях) нужно умножить на взвешивающий коэффициент радиации (WR). Результат — эквивалентная доза в зивертах. Также существует эффективная доза — она показывает усредненный риск для всего организма от неравномерного облучения, учитывая, что разные ткани и органы имеют разную радиочувствительность.

Влияние радиации на человека

Когда стоит опасаться радиации

Медицинские процедуры. В медицине радиация — инструмент, и ее использование контролируется. Речь идет о рентгене, КТ, ФЛГ. Дозы облучения малы, но они есть. Проходить эти исследования нужно только по назначению врача, не рекомендуется делать компьютерную томографию "для себя, на всякий случай". Беременным необходимо сообщать врачу о своем положении, а для детей должны использоваться сниженные дозы.

В радиотерапии используются очень высокие дозы радиации для уничтожения раковых клеток. Опасаться стоит побочных эффектов, но сама процедура проводится под строгим контролем, чтобы минимизировать ущерб здоровым тканям.

Профессиональная деятельность. Опасаться радиации нужно людям, которые работают с источниками радиации: работникам АЭС, врачам-рентгенологам и радиологам, экипажу самолетов (получают повышенную дозу космического излучения), сотрудникам научных лабораторий. Профессионалам необходимо соблюдать нормы радиационной безопасности, проходить регулярные медицинские осмотры и при необходимости носить дозиметры.

Чрезвычайные ситуации. Это самые опасные сценарии, когда человек может столкнуться с реальной угрозой. В случае аварий на радиационных объектах, как на Чернобыльской АЭС или Фукусиме, опасность представляет:

• выброс радиоактивных веществ в атмосферу;
• радиоактивные осадки;
• загрязнение продуктов питания и воды.

Радон в доме. В подвалах и цокольных помещениях наибольшая концентрация радона. Он проникает из земли через трещины в полу или стенах. Длительное вдыхание этого радиоактивного газа считается одной из основных причин развития рака легких. По данным ВОЗ, радон вызывает от 3 до 14% всех случаев рака легких в зависимости от среднего по стране уровня концентрации радона и распространенности курения. Поэтому необходимо контролировать уровень радона в своем доме и других зданиях.

Неизвестный источник. Если был найден непонятный предмет, капсула или груз, который фонит, а показание на дозиметре оказались существенно выше фона, нужно отойти на безопасное расстояние и сообщить в экстренные службы. Ни в коем случае нельзя трогать источник радиации.

Механизм воздействия на клетки и органы

На молекулярном уровне радиация повреждает ДНК, РНК и ферменты, а также нарушает обмен веществ, на субклеточном — наносит урон клеточным мембранам, хромосомам и ядрам. На клеточном уровне после обширного повреждения ДНК возможны три исхода:

• гибель клетки: если урон несовместим с жизнью, клетка запускает программу самоуничтожения или погибает во время деления;
• мутация и злокачественное перерождение: если повреждены гены, контролирующие деление и рост, но клетка не погибла, она может превратиться в раковую, а мутация в половой клетке может передаться по наследству;
• прекращение деления: при повреждении ДНК клетка может потерять способность делиться и, хоть и остается живой, функционировать полноценно уже не может.

Чувствительность тканей к радиации зависит от их скорости деления клеток: чем она выше, тем больший ущерб. Это относится к костному мозгу — его поражение приводит к лучевой болезни. Под угрозой оказываются половые железы, и высокая доза радиации может привести к бесплодию и генетическим повреждениям у потомства. Также среди наиболее чувствительных тканей — кишечный эпителий, кожа и слизистые оболочки.

Ионизирующее излучение может привести к крайне тяжелым последствиям. В зависимости от дозы и времени облучения есть два типа эффектов. Первые — детерминированные: имеют порог, а тяжесть последствий растет с дозой. Например, это лучевая болезнь, катаракта, бесплодие. Второй тип эффектов — стохастические. Здесь нет порога, и, теоретически, даже одна частица может повредить ДНК и запустить процесс. У человека могут развиваться онкологические заболевания или мутации, передающиеся потомству.

Факторы, влияющие на тяжесть последствий

Наиболее чувствительны к радиации молодые клетки, которые часто делятся. Важен и возраст человека, который подвергся радиационному облучению: растущий детский организм более чувствителен, так как в нем много быстро делящихся клеток, а пожилые люди могут хуже справляться с последствиями из-за менее эффективных систем репарации. Также учитываются сопутствующие болезни.

Безопасные и опасные дозы

Естественный радиационный фон составляет 2–3 мЗв. Безопасная для населения годовая доза не должна превышать 1 мЗв, максимальная допустимая — 5 мЗв в год. Для людей, работающих с источниками ионизирующего излучения, лимиты другие: 20 мЗв в год.

Показатели на дозиметре:

• 0,05–0,3 мкЗв/ч — обычный фон;
• 0,3–1 мкЗв/ч — повышенный фон, но нет повода для паники;
• более 1 мкЗв/ч — повод выяснить причину;
• более 10 мкЗв/ч — необходимо уйти подальше и выявить источник.

Доза радиации от 100–500 мЗв (0,1–0,5 Зв) уже считается опасной. Она способна вызывать изменения в крови и незначительно повышает риск развития рака. При дозе 2–5 Зв смертность составляет 50–100% даже при лечении, при дозе от 6 Зв — смерть наступает почти в 100% случаев.

Острые и хронические последствия облучения

Лучевая болезнь: стадии и симптомы

Первая стадия лучевой болезни: первичная реакция. Длится от нескольких минут до нескольких часов или суток. Симптомы включают тошноту, слабость, рвоту, головокружение, повышение температуры, снижение давления, тахикардию, сонливость.

Вторая стадия лучевой болезни: латентный период. Начинается после стихания симптомов первичной реакции. Чем выше доза, тем короче продолжительность периода. Состояние облученного пациента субъективно улучшается, создается обманчивое впечатление выздоровления. Однако в это время в скрытой форме происходит разрушение наиболее радиочувствительных тканей.

Третья стадия лучевой болезни: период разгара. В течение 2–4 недель развиваются:

• геморрагический синдром из-за резкого падения тромбоцитов: кровотечения, кровоизлияния в кожу, слизистые оболочки и внутренние органы.
• синдром инфекционных осложнений из-за снижения лейкоцитов и лимфоцитов: стоматит, пневмония, сепсис, высокая температура;
• синдром общей интоксикации и астении: слабость, истощение, потеря аппетита и снижение веса;
• поражение кожи и выпадение волос;
• симптомы со стороны кишечника: вздутие, боли, стул с кровью.

Четвертая стадия: восстановление или летальный исход. Лучевая болезнь может привести к смерти. Но при благоприятном исходе выздоровление наступает через один или два месяца после облучения. Постепенно восстанавливается кроветворение в костном мозге, нормализуется кровь, улучшается самочувствие, однако остается слабость и уязвимость к инфекциям. Остаточные явления сохраняются на всю жизнь, высок риск развития осложнений даже спустя многие годы.

Местные поражения и ожоги

Местное радиационное поражение — это повреждение от большой локальной дозы ионизирующего излучения. В этом случае страдает участок тела, а не весь организм человека. Ожоги от радиации не появляются мгновенно, а развиваются в течение длительного времени и затрагивают не только кожу, но и сосуды, нервы и соединительную ткань.

Стохастические эффекты

Онкологические заболевания — самый главный стохастический эффект. Если при облучении повреждаются ключевые гены, контролирующие деление, апоптоз и репарацию, то клетка может дать начало росту злокачественных клеток. Наиболее часто связанные с облучением виды рака:

• лейкозы — риск повышается через 2–5 лет после облучения, пик приходится на 5–10 лет;
• рак щитовидной железы — особенно у детей;
• рак молочной железы;
• рак легких;
• остеосаркома;
• рак кожи, кроме меланомы;
• рак толстой кишки.

Существуют и генетические эффекты — это повреждения, возникающие в яйцеклетках и сперматозоидах. Если поврежденная половая клетка участвует в оплодотворении, мутация может передаться потомству. Возможные последствия: хромосомные аберрации, врожденные пороки развития, наследственные моногенные заболевания.

Осложнения и долгосрочные риски

Детерминированные осложнения возникают, когда доза облучения превышает определенный порог, и развиваются в течение нескольких месяцев или многих лет. Они прямое следствие гибели клеток и повреждения тканей. Среди последствий облучения: фиброз легких или почек, поражение печени или центральной нервной системы, катаракта. Есть риск нарушения репродуктивной функции как у женщин, так и у мужчин.

Основной долгосрочной угрозой при облучении в малых и средних дозах считаются стохастические эффекты. Самый значимый и долгосрочный риск — онкологические заболевания. Повреждение генетического аппарата половых клеток может проявиться в виде болезней или аномалий у потомства. Также существуют неонкологические стохастические эффекты: сердечно-сосудистые заболевания и ускоренное старение организма.

Если облучение было локальным и затронуло, например, одну конечность, то долгосрочные риски сосредоточены именно в этой области. Среди них — хронический радиационный дерматит, трофические язвы, развитие рака кожи на месте язвы и другие последствия.

Воздействие радиации на разные группы

Наиболее уязвимая группа — дети. Их организм находится в состоянии активного роста, что означает огромное количество постоянно делящихся клеток, которые наиболее радиочувствительны. Ввиду долгого срока жизни больше шансов накопить мутации, которые могут привести к раку спустя десятилетия. Также при одинаковом внешнем облучении доза, поглощенная в пересчете на килограмм массы тела, у ребенка будет выше, чем у взрослого.

У женщин радиочувствительность выше, чем у мужчин, к тому же они подвергаются значительно большему риску развития онкологических заболеваний, особенно рака молочной и щитовидной желез. Длябеременных риск двойной: под угрозой как мать, так и развивающийся плод, состоящий из быстро делящихся клеток. На ранних сроках происходит закладка всех органов и систем, и любое вмешательство в этот процесс катастрофично. Риски зависят от срока беременности, а наиболее критичный период — от двух до восьми недель: облучение может привести к грубым порокам развития, выкидышу или внутриутробной гибели. Что касается матери, облучение области таза и живота беременной женщины должно быть абсолютно, за исключением жизненно необходимых диагностических процедур.

У мужчин особенно восприимчивы к ионизирующему излучению половые клетки: высокие дозы радиации повреждают зрелые сперматозоиды, нарушения могут передаваться потомству. У пожилых людей большинство тканей делятся медленно, поэтому риск рака для них ниже, чем для молодых при той же дозе. Однако с возрастом системы починки ДНК работают хуже, что теоретически может увеличивать риск мутаций. Также излучение вызывает преждевременное старение клеток мозга, а последствия острой лучевой болезни могут переноситься тяжелее из-за наличия хронических заболеваний: сердечной недостаточности, диабета и так далее.

Радиация в медицине

Диагностические методы

Рентгенография. Это кратковременное пропускание пучка рентгеновских лучей через тело на светочувствительную пленку или цифровой детектор. Используется для выявления переломов костей и вывихов, патологий легких, оценки органов брюшной полости и в стоматологии.

КТ. “Золотой стандарт” диагностики и точный метод для оценки сложных переломов, повреждений внутренних органов, кровоизлияний и выявления опухолей. Работает так: рентгеновская трубка вращается вокруг тела пациента, делая множество снимков под разными углами, затем компьютер строит из этих срезов послойное 3D-изображение высокой четкости. При этом доза радиации выше, чем у рентгена.

Флюорография. Упрощенный метод рентгенографии, при котором изображение с большого экрана фотографируется на пленку маленького формата или передается на цифровой датчик. Используется в основном для массового скрининга заболеваний легких.

Маммография. Так называется специальный вид рентгенографии молочных желез на аппарате с низкой энергией излучения. Он нужен для скрининга рака молочной железы у женщин, так как позволяет обнаружить опухоль на ранней стадии, когда она еще не прощупывается.

Радионуклидная диагностика. Пациенту вводится радиофармпрепарат — химическое соединение, меченное радиоактивным изотопом. Этот препарат накапливается в определенных органах или тканях, например, в костях, щитовидной железе или опухолях. Специальная гамма-камера регистрирует излучение от изотопа и строит изображение. Такой метод позволяет обнаружить патологические изменения на молекулярном уровне задолго до структурных изменений.

Лучевая терапия

Лучевая терапия — это метод лечения рака, который может использоваться для полного излечения заболевания, уменьшения размера опухоли перед операцией или облегчения боли и других симптомов. В ходе процедуры ионизирующие излучение повреждает ДНК раковых клеток, что предотвращает их деление и уничтожает опухоль.

Есть два вида радиотерапии: телетерапия (внешняя), брахитерапия (внутренняя). Наиболее распространенный вид — телетерапия, в ходе которой опухоль дистанционно облучается с помощью высокоэнергетических пучков. При брахитерапии внутрь организма на время или на постоянную основу помещается закрытый радиоактивный источник, чтобы направить значительную дозу радиации точно на опухоль.

Противопоказания к облучению

Диагностические процедуры нельзя проводить:

• при беременности;
• в детском возрасте — только по строгим показаниям;
• при непрекращающихся кровотечениях в пищеводе или желудочно-кишечном тракте.

Противопоказания к радиотерапии:

• предсмертное состояние;
• лучевая болезнь, которая развилась после предыдущего облучения;
• риск осложнений, который превышает потенциальную пользу от лечения;
• выраженные нарушения функции жизненно важных органов: почечная, сердечно-сосудистая, дыхательная или печеночная недостаточность;
• наличие серьезных инфекционных процессов в зоне облучения;
• облучение таза и живота при беременности.

Радиационные аварии и катастрофы

Радиационная авария — это нарушение правил эксплуатации радиационно-опасного объекта, которое приводит к массовому облучению населения, радиоактивному загрязнение обширных территорий и тяжелым социально-экономическим последствиям. Авария может случиться из-за землетрясения, цунами или урагана. Также причины могут быть техногенные: ошибки в проектировании реакторов, нарушение регламентов эксплуатации и человеческий фактор, выход из строя оборудования и систем контроля.

Есть несколько фаз развития и последствий радиационных аварий.

Крупнейшая ядерная авария в мире произошла на четвертом блоке Чернобыльской АЭС в ночь с 25 на 26 апреля 1986 года. В ходе проведения эксперимента по использованию кинетической энергии ротора турбогенератора как резервного источника энергии для станции мощность энергоблока была снижена до минимальной. Затем из-за технических особенностей реактора она начала резко возрастать. Это привело к серии взрывов.

В атмосферу были выброшены радиоактивные вещества, образовалась 30-километровая зона отчуждения. Загрязнению подверглись значительные территории Украины, Беларуси, России и Европы. По оценке ВОЗ на 2005 год, жертвами аварии на Чернобыльской АЭС стали более 4 тыс. человек. В первые месяцы после аварии погибли 30 человек, острую лучевую болезнь перенесли 134 ликвидатора.

Авария на АЭС “Фукусима-1” — еще одна радиационная авария максимального седьмого уровня по Международной шкале ядерных и радиологических событий. 11 марта 2011 года Япония столкнулась с сильнейшим в стране землетрясением и цунами, которые вывели из строя системы энергоснабжения и охлаждения реакторов. Это привело к расплавлению ядерного топлива и взрывам водорода, а затем к мощному выбросу радиации в атмосферу и сбросу зараженной воды в океан. Было эвакуировано около 164 тыс. человек.

К колоссальным жертвам привели атомные бомбардировки Хиросимы и Нагасаки в 1945 году. После взрыва в атмосферу поднялись миллионы тонн пепла, пыли и радиоактивных материалов. Они смешались с влагой в облаках и выпали в виде черного, радиоактивного дождя на западные районы Хиросимы. Многие из тех, кому удалось выжить после бомбардировки, скончались от ожогов и лучевой болезни. К концу 1945 года погибло порядка 140 тыс. человек в Хиросиме и около 70–74 тыс. в Нагасаки, включая умерших от ран и болезни. По распространенным оценкам, суммарно от взрывов и их последствий умерло более 450 тыс. человек.

Защита от радиации

Базовые принципы защиты от радиации:

• время: меньше находиться рядом с источником;
• дистанция: держаться как можно дальше от источника;
• экранирование: поместить подходящий материал между собой и источником в зависимости от типа ионизирующего излучения.

Измерение радиации

Что показывает дозиметр и как им пользоваться

Бытовой дозиметр измеряет не "радиацию" в целом, а конкретные физические величины. Есть два главных показателя: мощность дозы (мкЗв/час) — интенсивность излучения в конкретный момент, доза (мкЗв или мЗв) — суммарное количество энергии излучения, которое получил человек за определенный промежуток времени. Первый показатель помогает быстро оценить опасность места, а второй — общее воздействие за долгий срок.

Пошаговая инструкция. Сначала нужно изучить инструкцию к прибору, поскольку разные модели могут иметь свои особенности.

Куда обращаться при повышенном фоне

• Единый номер экстренных служб: 112.
• Главное управление МЧС России (Москва): +7 (495) 637-22-22.
• Оперативный дежурный Главного управления по делам гражданской обороны и чрезвычайным ситуациям города Москвы: +7 (495) 925-34-27.
• Служба радиационной безопасности ФГУП “Радон”: +7 (495) 545-57-67.