Воздействие альфа-излучения на организм человека¶

Альфа-излучение — это поток альфа-частиц, испускаемых при распаде радиоактивных ядер. Альфа-частицы представляют собой ядра гелия-4, состоящие из двух протонов и двух нейтронов, и обладают удельной энергией около 5—11 МэВ. В воздухе они тормозятся на расстоянии 3—8 см, а тонкий слой кожи или лист бумаги полностью их задерживает. Из-за высокой ионизирующей способности (в 40—100 раз большей, чем у бета-частиц) альфа-излучение относится к категории внутреннего облучения: при попадании радиоактивных веществ внутрь организма оно наносит максимальный урон при минимальной внешней дозе.

¶Механизм воздействия на ткани

При попадании внутрь организма альфа-частицы взаимодействуют с биологическими тканями на протяжении всего своего короткого пробега (десятки микрометров в тканях). Плотная ионизация приводит к массовому разрыву химических связей в молекулах воды и биологически значимых молекулах. В результате образуются свободные радикалы, повреждаются белки, ферменты и ДНК. Ключевое последствие — двунитевые разрывы ДНК, которые клетка часто не способна корректно восстановить. Такие повреждения либо приводят к гибели клетки, либо к её злокачественному перерождению.

В радиобиологии тяжесть эффекта оценивается через величину относительной биологической эффективности (ОБЭ): для альфа-излучения она составляет 20, то есть одна и та же поглощённая доза от альфа-частиц в 20 раз опаснее, чем от гамма-излучения. Именно поэтому при расчёте эквивалентной дозы альфа-излучению присваивается коэффициент качества 20.

¶Пути попадания в организм

Основные пути поступления альфа-излучающих радионуклидов внутрь организма:

• Ингаляция — вдыхание воздуха, содержащего радиоактивные аэрозоли и пыль (при работе с ураном, плутонием, радоном). Наиболее опасный путь, так как нерастворимые частицы задерживаются в лёгочной ткани и облучают её годами.
• Пищевой путь — проглатывание радионуклидов с водой и пищей (полоний-210, радий-226, радон-222 в воде).
• Через повреждённую кожу — редкий путь, возможен при загрязнении открытых ран.
• Раны и инъекции — попадание радиоактивных осколков (например, при разрушении ядерного боеприпаса) в мягкие ткани.

¶Характерные поражения по радионуклидам

¶Радон и его продукты распада

Радон-222 — инертный радиоактивный газ, продукт распада радия-226. Он накапливается в подвалах и плохо вентилируемых помещениях, поступает в лёгкие с вдыхаемым воздухом. Продукты распада радона (полоний-218, полоний-214) оседают на эпителии бронхов и продолжают облучать ткани изнутри. Радон — вторая по значимости (после курения) причина рака лёгких в мире; на него приходится около 3—14 % случаев этого заболевания.

¶Плутоний-239

Плутоний при попадании в лёгкие практически не растворяется и десятилетиями остаётся в лёгочной ткани, вызывая локальное облучение и повышая риск рака лёгкого. При попадании в кровь он накапливается в костях и печени, что увеличивает вероятность остеосаркомы и гепатоцеллюлярной карциномы.

¶Радий-226 и стронций-90

Радий-226 — «костный» радионуклид: химически он сходен с кальцием и откладывается в костной ткани, облучая костный мозг и остеобласты. В результате повышается риск остеосаркомы и лейкозов. Стронций-90 (бета-излучатель, но включается в обсуждение внутреннего облучения) аналогично накапливается в костях.

¶Полоний-210

Полоний-210 — сильный альфа-излучатель, присутствует в природе в следовых количествах, накапливается в табачном дыме и некоторых продуктах (морепродукты). В организм поступает преимущественно с пищей. Локализуется в селезёнке, почках и печени.

¶Клинические проявления острого поражения

При поступлении больших активностей (аварии на предприятиях ядерного топливного цикла, радиологические инциденты) развивается острая лучевая болезнь. Симптомы при внутреннем заражении альфа-излучающими нуклидами включают:

• тошноту, рвоту, диарею (при поражении желудочно-кишечного тракта);
• угнетение кроветворения (при накоплении в костном мозге);
• очаговые повреждения лёгких с развитием фиброза;
• повреждение печени и почек при накоплении соответствующих нуклидов.

Хроническое воздействие малых доз проявляется через годы и десятилетия в виде повышенной заболеваемости раком лёгкого, костей, лейкемией.

¶Диагностика и бионаблюдение

Для оценки внутреннего заражения проводят радиологический контроль: измерение активности нуклидов в пробах мочи, кала, крови, а также ингаляционную дозиметрию с использованием специальных детекторов (например, камеры whole-body counting). При подозрении на попадание плутония в лёгкие применяют рентгенографию и компьютерную томографию грудной клетки.

¶Защита

Основные меры защиты от внутреннего облучения альфа-излучателями:

• герметизация производственных процессов с радиоактивными веществами;
• применение средств индивидуальной защиты органов дыхания (противогазы, респираторы);
• контроль качества питьевой воды и продуктов;
• вентиляция помещений для снижения концентрации радона;
• приём антидотов (например, кальция и циркония при отравлении стронцием-90, ДТПА при загрязнении плутонием).

¶Исторические случаи

Наиболее известные инциденты внутреннего заражения альфа-излучателями связаны с работой первых ядерных производств. Смерть сотрудника лаборатории Лос-Аламоса Гарри Даглиана (1945) и физика-экспериментатора Луиса Слотина (1946) наступила после критических аварий с плутонием и прибором «Демон-кор». В 1987 году в Гоянии (Бразилия) произошла авария с источником цезия-137 (бета-гамма излучатель), продемонстрировавшая опасность хищения радиоактивных источников.