b-випромінювання, ЙОГО ВПЛИВ НА ЗДОРОВ'Я ЛЮДИНИ,
визначення забруднення грибів b-які випромінюють
радіонуклідами
Виконавець роботи - Зав'ялов Михайло (11 кл.), Середня школа, сел. тайці
Комп'ютерна графіка - Зав'ялов Михайло
Керівники роботи: Дунаєва І.М. Мирошкина С.М. Миронов Ю.Т.
Іонізуюче випромінювання - випромінювання, яке призводить до іонізації електрично нейтральних атомів або молекул. Одним з видів іонізуючого випромінювання є b-випромінювання.
b-випромінювання (b-частинки) являє собою негативно заряджені електрони або їх античастинки - позитрони. Випромінюються b-частинки при радіоактивному електронному та позитронному b розпаді.
Можливість b-розпаду визначається тим, що вихідне радіоактивне ядро має більшу масу (і енергію спокою), ніж продукти b-розпаду. Надлишок же енергії спокою звільняється у формі кінетичної енергії електрона (позитрона), енергії електронного антинейтрино (нейтрино) і дочірнього ядра.
Наприклад, нейтрон має масу, більшу, ніж сума мас протона і електрона. Тому він розпадається, віддаючи надлишок маси електронного антинейтрино:
Це найпростіший вид b-розпаду (електронного b-розпаду). Він проходить із середнім часом життя t = 15 хв (це час життя нейтрона) ( «Цікава ядерна фізика» К.Н. Мухін.).
Позитронний b розпад виглядає трохи по-іншому:
Взагалі, позитронний b розпад спостерігається набагато рідше, ніж електронний, тому що він проходить не за рахунок того, що протон більше сум мас нейтрона і електрона, як це було в електронному b розпаді, а за рахунок енергії протона, яку він бере у ядра того атома, в якому цей розпад спостерігається. Якщо він не «запозичить» енергії, то позитронний b розпад буде неможливий.
Випроменені таким чином b-частинки мають невелику проникністю (довжина пробігу в тканини не перевищує 2 см). Але, незважаючи на це, b-випромінювання завдає великої шкоди здоров'ю людини.
Можна відзначити два види впливу опромінення на організм людини: зовнішнє і внутрішнє опромінення.
Зовнішнє опромінення. Дозу зовнішнього опромінення розраховують на підставі вимірів радіації, що падає на поверхню тіла, припускаючи, що при цьому відома доза опромінення, яка проникає всередину тканин. b-частинки сильно поглинаються в тканинах, так що при зовнішньому b-випромінювання впливу піддаються лише поверхневі шари. Таким чином, цей вид випромінювання вносить зазвичай незначний внесок у зовнішнє опромінення, хоча при високих дозах можуть виникати поверхневі ураження шкіри.
Внутрішнє опромінення. Найбільш важливими джерелами внутрішнього опромінення є ті ізотопи, які поглинаються тканинами.
Основна кількість радіоактивних речовин, яке надходить в організм людини, міститься, як правило, в харчових продуктах. Але, в тих випадках, коли в атмосфері присутні нерозчинні частинки, а небезпека поглинання через шлунково-кишкового тракту незначна, надходження радіоактивних речовин через органи дихання може стати переважним джерелом опромінення населення.
1.1. Біологічна дія b-випромінювання на клітини і тканини
Початковий етап будь-якого біологічного ефекту b-випромінювання пов'язаний з поглинанням всередині клітини енергії, що звільняється в результаті іонізації. Значить, доцільно описати загальні закономірності дії випромінювання на окремі клітини і тканини.
Клітка. Енергія, що звільняється при одиничної іонізації, поглинається в дуже невеликої частини загального обсягу клітини; пряме ураження зачіпає молекули лише в цій частині. У більшості клітин є велика кількість ідентичних молекулярних компонентів, які оновлюються, якщо контрольні центри залишаються неушкодженими. В цьому випадку порушення у будь-якої з таких здатних до відновлення молекул не викликають специфічних ефектів. З іншого боку, центри, які контролюють індивідуальні функції всередині клітини, є наборами спарених генів, кожен з яких, як вважають, є частиною дуже великої молекули дезоксирибонуклеїнової кислоти (ДНК). Пошкодження навіть одного члена такої пари може мати важливе значення для життєдіяльності клітини. Імовірність ушкодження генів пропорційна загальної кількості іонізації, що відбувається в клітці, незалежно від часу.
Пошкодження на молекулярному і навіть на структурному рівнях при певних умовах відновлюються; ступінь репарації може змінюватися в залежності від обводнення тканин, їх метаболічної активності, вмісту кисню та інших факторів. Багато процесів, мабуть, незворотні і можуть бути летальними. Летальні ефекти можуть виникати двояким чином: настає рання смерть клітини або ж розлад нормальних процесів відтворення, що врешті-решт призводить до її загибелі. На противагу цьому, клітина може вижити з необоротним пошкодженням, яке, якщо воно носить генетичний характер, буде успадковуватися дочірніми клітинами.
Тканина. Загибель окремої клітини в тканини з нормальним обміном і відтворенням клітин представляє собою звичайне явище. Резервні можливості розмноження у більшій частині таких тканин, як, наприклад, шкіра або кістковий мозок, значні, і в цьому випадку загибель клітин стає важливою лише тоді, коли це явище набуває масового характеру або коли підвищені темпи загибелі клітин не компенсуються відтворенням нових клітин. Якщо знову формується тканину утворюється з здорових клітин, тканина функціонує нормально. Однак, якщо відбувається накопичення клітин з порушеннями, а розмноження здійснюється з уповільненою швидкістю, нормальна життєдіяльність тканини починає руйнуватися. Припускають, що в результаті цього може виникнути процес ракообразованія і статися старіння тканин.
Однак у людини не у всіх тканинах відбувається заміщення клітин. Деякі з клітин в обмеженій кількості зберігаються від народження протягом всього життя наприклад нейрони центральної нервової системи. Втрата цих невідтворених клітин має дуже важливі наслідки.
Організм як ціле. Такий складний організм, як людина, залежить від взаємодії нервових чинників і режиму харчування. Міцність ланцюга визначається її найбільш слабкою ланкою, точно так же, якщо яка-небудь тканину перестає виконувати свою функцію, це відбивається на всьому організмі. Таким чином, захворювання і причини смерті патології класифікують за тим системам, які виявилися ураженими.
Виходячи зі сказаного, доцільно розрізняти безпосередній вплив опромінення у великих дозах і віддалені наслідки після опромінення в невеликих дозах.
1.2. Безпосереднє дію опромінення у великих дозах
Дія радіації проявляється дуже швидко лише після опромінення у великих дозах високої потужності (десятки і сотні радий при потужності дози понад 1 рад / хв). У цьому випадку спостерігається загибель значної кількості клітин. Опромінення в таких дозах призводить до швидкої загибелі організму.
При менших, але все ще високих дозах перераховані наслідки опромінення навряд чи будуть більш серйозними, і загибель клітин в тканинах, що характеризуються високими темпами відтворення клітин, представлятиме основну небезпеку. У травному тракті, особливо в тонкому кишечнику, найбільш сильно пошкоджуються слизові оболонки.
Найбільш серйозні зміни при опроміненні в менших дозах зазвичай реєструють в кровотворних тканинах. Величина ЛД50 (доза, що викликає загибель 50% живих організмів) в умовах гострого опромінення людини становить близько 400-600 радий, смерть настає від геморагії, внаслідок зменшення числа кров'яних тілець або від інфекційних захворювань через ослаблення імунологічної захисту, пов'язаної з білими кров'яними клітинами і продуктами їх життєдіяльності.
Раннє ж прояв ураження органів кровотворення може спостерігатися після опромінення в дозах 10-50 радий.
1.3. віддалені ефекти
Віддалені наслідки впливу радіації можуть проявитися через деякий латентний період після опромінення у високих нелетальних дозах при великої потужності дози або після тривалого опромінення з досить високою загальною дозою при низькій потужності дози. Наслідки опромінення, пов'язані з радіоактивним забрудненням харчових продуктів, представляють результати останнього типу опромінення. Споживання харчових продуктів, в яких накопичення радіонуклідів обумовлено забрудненням зовнішнього середовища, навряд чи може стати важливим фактором гострого безпосереднього радіаційного ураження. Якщо забруднення харчових продуктів таким шляхом досягає настільки високого рівня, при якому стає можливим прояв безпосереднього ураження, то в цьому випадку вирішальним фактором буде дія зовнішнього опромінення: воно проявиться раніше, ніж радіоактивність харчових продуктів досягне високих рівнів.
Віддалені наслідки опромінення можна розділити на два типи:
- генетичні ефекти проявляються в найближчих чи віддалених поколіннях опромінених індивідуумів;
- соматичні ефекти виявляються через латентний період безпосередньо в опромінених індивідуумів.
Генетичні ефекти є наслідком пошкодження генетичних механізмів в статевих клітинах опромінених індивідуумів. Поразка може статися на молекулярному рівні і висловитися в зміненій формі (мутації) гена-попередника. Крім того, може мати місце перебудова в структурі хромосом, в яких локалізовані гени. Найбільш часто зустрічається вид ушкодження - поразка, що відбувається в клітинах - попередників генеративної тканини - ооцитах або Сперматогонії.
Соматичні ефекти. Хоча соматичні ефекти проявляються безпосередньо у опромінених людей, вони, тим не менш, можуть бути пов'язані з впливом випромінювань на генетичні механізми, що діють в соматичних клітинах. Відмітна особливість полягає в тому, що життєдіяльність всіх соматичних клітин припиняється зі смертю людини. Родовід же генеративних клітин переходить від одного покоління до іншого, і порушення в ній можуть мати різноманітні наслідки.
Віддалені соматичні ефекти опромінення, яким приділялося найбільше уваги, - виникнення різних видів ракових новоутворень і особливо лейкемії. Ранні дегенеративні зміни і ракові пухлини особливо часто розвиваються в тканинах, де відбувається селективне відкладення і накопичення радіоактивних речовин. Серед цих тканин особливе місце займають щитовидна залоза і кісткова тканина, дія випромінювань на які особливо важливо оцінити при вивченні небезпеки радіоактивного забруднення зовнішнього середовища продуктами ядерного ділення.
Однак, отримання таких великих доз, як 100 або 1000 рад, може статися лише після випробувань ядерної зброї або ж після аварій на АЕС ( «Радіоактивність і їжа людини», під редакцією Р. Рассела.).
3. Методика роботи
Для вимірювань і розрахунків ми користувалися радіометром b-випромінювання «Бета». Цей прилад був обраний з кількох причин.
По-перше, прилад має тонкостінний детектор з вхідним вікном малої товщини (універсальна плівка товщиною »50 мк), з великою площею вхідного вікна (5,5X6,5 см або 35,75 см 2) і високою ефективністю реєстрації b-частинок.
По-друге, до приладу додається свинцевий будиночок, який знижує g -фон від зовнішніх джерел випромінювання приблизно втричі (в нашому випадку) внаслідок 2-сантиметрових стінок.
Методика, яку ми користувалися ( «Визначення об'ємної (ОА) і питомої (УА) активності b -ізлучающіх нуклідів в пробах»), наводиться в паспорті до приладу «Бета».
4. Результати роботи
Користуючись вищенаведеної методики, ми проводили вимірювання швидкості рахунку фону (фонових імпульсів) і вимірювання швидкості рахунку від проби (імпульсів від проби). Проводили ми вимірювання кожен день 3 дні підряд. Перед вимірами прилад розігрівався (як і повинен за паспортом) не менше 60 хвилин. Це забезпечувало більшу точність вимірів, ніж без розігріву.
У перший день перед вимірами швидкостей рахунку ми виміряли швидкість рахунки фонових імпульсів без захисту свинцевого будиночка. Потім, проводячи вимірювання, ми вирахували, що швидкість рахунки фону в будиночку приблизно в 3 рази менше, ніж зовні.
Всі три дні програма вимірювань була однаковою: спочатку проводилися 3 вимірювання швидкості рахунку фону, потім 3 вимірювання швидкості рахунку від проби і, нарешті, ще 3 вимірювання швидкості рахунку фону.
Після вимірювань ми вирахували середнє арифметичне значення швидкостей рахунку. Потім, підставивши їх у формулу для обчислення питомої активності (див. «Методика роботи»), підрахували питому активність грибів.
Отримані дані мають розкид, обумовлений статистичними характером вимірюваної величини. Похибка кожного вимірювання в нашому випадку дорівнює кореню квадратному з числа відліків. Таким чином, тривалий час проводячи вимірювання (за один раз або підсумовуючи багато недовгих вимірювань), ми зменшуємо величину відносної похибки. Багаторазові вимірювання підвищують точність кінцевих результатів роботи і дозволяють уникнути грубих промахів.
Мал. 1. Білий гриб, боровик (Boletus edulis).
Мал. 2. Моховик тріщинуватий (Xerocomus chrysenteron).
Мал. 3. Карта Гатчинського району з зазначеним на ній місцем взяття зразків грибів.
За результатами проведеної роботи були складені дві таблиці, що містять швидкості рахунку фону і швидкості рахунку від проби.
Швидкість рахунку фону
Також нами були складені діаграми порівняння швидкості рахунку фону і швидкості рахунку від проби.
За цими графіками і таблицями видно, що присутня помітне забруднення (ефект від трьох до шести разів перевищує величину статистичної похибки вимірювань). Використовуючи ці дані, ми вирахували УА (питому активність) грибів:
5. Висновки і рекомендації
Після вимірювань можна зробити висновок, що УА грибів не перевищує ПДК (тобто гриби можна вживати в їжу), але оскільки присутність забруднення відчутно, то УА грибів (в тому числі і з Пудостьского лісу) бажано контролювати на кількість радіоактивного забруднення, т . к. досвід показує, що викинуті в результаті аварії радіоактивні радіонукліди випадають нерівномірно, що призводить до великої різниці в рівнях забруднення і до можливих перевищенням ПДУ для окремих місцевостей.
6. Використана література
- Радіоактивність і їжа людини, Москва, Атомиздат, 1971, під редакцією Р. Рассела.
- В.А. Зайцев, О.І. Грівкова, Радіоактивний цезій - 137 Cs, Москва, Госатоміздат, 1961.
- Ю.В. Себрант, Біологічна дія зовнішнього b-випромінювання, Москва, Атомиздат, 1970.
- Паспорт до радіометр b-випромінювання «Бета», 1986.
- К.М. Мухін, Цікава ядерна фізика, Москва, Атомиздат, 1972.
- Спецізмеренія. Організація і проведення радіаційного контролю продуктів харчування, Ленінград, Товариство «ЗНАННЯ», 1988.