Физика атомного реактора Сопротивление материалов Математика решение задач Информатика Атомная энергетика безопасность Электротехника и электроника

Академик РАН А.Д. Сахаров Академик РАН Ю.А. Трутнев сверхмощная 50-мегатонная бомба Атомные станции ионизирующее излучение экспериментальные исследования Основные факторы риска Факторы нерадиационной природы радиационная защита

Особенности энергопоглощения организмом человека при воздействии на него ионизирующего излучения и других физических факторов

В ходе проведения большого количества экспериментальных радиобиологических исследований с использованием различных видов животных были определены основные особенности воздействия ионизирующих излучений на разные органы и ткани живого организма. Полученные при этом данные стали основанием для появления такой единицы измерения, как эквивалентная доза , измеряемая в зивертах (Зв), которая Публикацией 26 МКРЗ, в связи с введением международной системы СИ, рекомендована к использованию. Один зиверт – это величина поглощенной дозы в ткани, равная 1 грею (Гр), то есть 1 джоуль на 1 килограмм, умноженная на соответствующий средний коэффициент качества ионизирующего излучения (К):

•  для гамма-излучения и бета-частиц К = 1;

•  для нейтронов высокой энергии (от 10 до 100 кэВ) К = 10;

•  для альфа-частиц, осколков деления и тяжелых ядер К = 20.

Естественно, с увеличением К пропорционально возрастает биологическая эффективность определенного вида излучения, отличного от рентгеновского и гамма-излучения. Следовательно, изменения, происходящие в ткани организма при поглощении энергии 1 Дж/кг, например, от воздействия альфа-частиц, будут в 20 раз больше, чем от воздействия 1 Дж/кг рентгеновского или гамма-излучения.

Используя сумму произведений эквивалентной дозы в органах и тканях организма на принятые для каждого из них взвешивающие коэффициенты, можно оценить величину эффективной дозы, которая определяет меру риска возникновения отдаленных последствий у конкретного человека. Только таким расчетным путем, а не с помощью каких-либо дозиметрических приборов, можно оценить величину эффективной дозы, единицей измерения которой также является зиверт (Зв) или его кратные и дольные части (мЗв, мкЗв и т. д.). Особенности ядерных реакторов Ядерный реактор - устройство для осуществления управляемой реакции деления и преобразования выделившейся при делении энергии в тепловую для дальнейшего использования. Главным условием нормальной работы ядерного реактора является контролируемый процесс деления урана и отвод избыточного тепла, образующегося при этом. При работе реактора в тепловыделяющих элементах (твэлах), а также во всех его конструктивных элементах в различных количествах выделяется теплота. Это связано прежде всего с торможением осколков деления, бета- и гамма- излучением их, а также ядер, испытывающих взаимодействие с нейронами, и, наконец, с замедлением быстрых нейронов.

Как отмечено выше, поглощение 1 Дж энергии ионизирующих излучений в 1 кг массы ткани создает дозу, равную 1 Гр, а 1 Дж/кг равен 10 7 эрг/кг, или 10 4 эрг/г. Тогда 10 мГр, или 1 сГр, будут эквивалентны поглощению всего 100 эрг энергии. Энергия, равная 1 Дж/кг (доза 1 Гр) способна, например, повысить температуру 1 г воды или мягких тканей всего лишь на 0,24 0 С. Такое мизерное количество поглощенной энергии при воздействии радиации является минимальной летальной дозой для человека [16].

Следует отметить, что еще в 1957 г. специалистами Института биофизики под руководством А. В. Лебединского был проведен сравнительный анализ энергопоглощения при воздействии таких природных физических явлений, как звук, атмосферное давление, суточная освещенность, температура воздуха с поглощением энергии при воздействии ионизирующего излучения. Полученные при этом результаты показали, что сила звука может достигать 3 10 5 эрг/сек, суточная освещенность меняется от 0 до 1,5 10 8 эрг/сек, температура воздуха может составлять 2,8 10 9 эрг/сек при оптимальной величине около 10 10 8 эрг/сек [16].

Эти данные свидетельствуют о том, что энергетика всех природных физических факторов на много порядков выше величины энергии, которая поглощается при воздействии ионизирующих излучений. Очевидно, это и стало одной из основных причин развития в организмах животных и человека соответствующих органов чувств (сенсорных систем), реагирующих на изменение интенсивности природных физических факторов. Но поскольку энергетика ионизирующих излучений, существующих в природе, на 7-9 порядков ниже любого другого фактора, то, возможно, поэтому в живых организмах не смогли развиться специальные сенсорные системы, реагирующие на изменения количества радиоактивных веществ в организме и в окружающей среде. Как отмечалось выше, естественный радиационный фон в разных частях Планеты различен и может колебаться в пределах двух порядков по отношению к среднему фону. Однако даже величина самого высокого естественного радиационного фона по своей энергетике на много ниже энергетики других природных факторов.

Возможно, столь низкое поглощение энергии и лежит в основе того, что у живых организмов отсутствуют специфические, приспособленные к различной степени воздействия ионизирующих излучений, сенсорные системы.

Была проведена оценка масштабов энергопоглощения при облучении человека ионизирующими излучениями в летальных дозах, например, в дозах 3-5 Зв (3000-5000 мЗв) за час. Результаты расчетов показали, что при таких дозах, приводящих к возникновению острой лучевой болезни (ОЛБ), организм человека поглощает всего 3 10 7 —5 10 7 эрг энергии, то есть такое количество энергии, которое способно повысить температуру стакана воды только на 1-1,5 0 С. Но, с другой стороны, поглощение 3 10 7 —5 10 7 эрг энергии за один час на 14 порядков (в 1 10 14 раз) выше мощности поглощения энергии в условиях среднего естественного радиационного фона на Земле [16].

Бустированное оружие (Оружие с термоядерным усилением) — ядерное оружие, в котором газ (тритий, дейтерий) или твердый материал (дейтерид лития) добавлен для значительного увеличения количества делений и соответствующего увеличения энерговыделения и эффективности. Экспертные системы и экспертный анализ Воспоминания участников атомного проекта