Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
ВОЗДЕЙСТВИЕ РАДИАЦИИ НА ЖИВОЙ ОРГАНИЗМ.
РАДИОЭКОЛОГИЯ
Королев Владимир Геннадьевич,
доктор биологических наук
При воздействии радиации на любой живой организм главной мишенью ее воздействия является генетический материал клетки или вируса. При этом чувствительность этой мишени превышает чувствительность других биологических мишеней (белков, мембран. надмолекулярных структур в десятки раз). Причиной радиационной гибели многоклеточных организмов является гибель фракции наиболее чувствительных и незаменимых для жизнедеятельности организма клеток, которые, в свою очередь, гибнут из-за поражения их генетического материала.
Генетический материал всех клеток и большинства вирусов представлен молекулами ДНК. Огромные полимерные нити ДНК (в клетках человека суммарная длина 46 нитей ДНК достигает 2 м) имеют строго определенную первичную структуру. которая должна поддерживаться в неизменном виде в течение многих поколений. Однако это условие при физиологических температурах по чисто термодинамическим причинам не может быть выполнено. Например, в течение часа в ДНК каждой клетки человека возникает несколько десятков тысяч повреждений, которые, как правило, несовместимы с жизнеспособностью клетки. Частота различных типов повреждений коррелирует с прочностью химических связей, разрыв которых является причиной их возникновения.
При пролете ионизирующей частицы через объем клетки она передает часть своей кинетической энергии электронам, входящим в атомные и молекулярные образования. Это приводит к возбуждению или ионизации электронных оболочек молекул среды. Необходимо отметить, что ионизация молекул в биологических тканях мгновенно нейтрализуется за счет высокой электропроводимости среды. В результате в ионизованной молекуле выделяется энергия, равная максимальной энергии возбуждения ее валентных электронов. Возбуждение валентных электронов является причиной разрыва химических связей и повреждения нативной (исходной) структуры биологических молекул. Однако точно такие же реакции деструкции протекают спонтанно за счет флуктуации тепловой энергии в нормально функционирующих клетках.
Таким образом, спектр первичных повреждений, индуцированных радиацией, практически не отличим от такового, возникающего за счет естественных причин. Однако, в отличие от спонтанных повреждений, которые распределены равномерно по всем молекулам среды, радиационные повреждения распределены неравномерно вдоль трека ионизирующей частицы, что является чрезвычайно важным обстоятельством на биологической стадии развития поражения.
Для поддержания нативного состояния первичной структуры генетического материала клетки всех организмов имеют мощные специализированные системы ремонта (репарации) повреждений своего генетического материала. Эти системы за время, разделяющее два клеточных деления, способны репарировать сотни тысяч повреждений в их ДНК. При этом с небольшой вероятностью репарация может пройти с ошибкой, причиной чего может быть наследуемое изменение первичной структуры ДНК, т.е. мутация.
Таким образом, радиация не вносит в спектр естественных повреждений ДНК существенных изменений, но изменяет количество последних. В связи с этим биологические последствия радиационного воздействия можно зафиксировать только в том случае, когда количество созданных радиацией повреждений будет сравнимо с количеством естественно возникающих повреждений ДНК. Этот паритет для человека наступает при дозах порядка десятков рентген.
В настоящее время достигнуты значительные успехи в решении проблемы использования атомной энергии в народном хозяйстве. Основным энергопроизводящим узлом атомных устройств, использующих внутриядерную энергию, является реактор. В активной зоне реактора созданы необходимые условия для возникновения и поддержания на определенном уровне цепной реакции деления тяжелых ядер. Высвобождающаяся при этом тепловая энергия аккумулируется теплоносителем и выносится за пределы активной зоны.
Одной из важнейших задач обеспечения радиационной безопасности на ядерных реакторах является надежное удержание образуемых при их работе огромных количеств радиоактивных веществ. Удержание продуктов деления внутри реактора осуществляется применением системы трех барьеров (оболочка твэла, первый контур, внешняя защита реактора).
До настоящего времени произошли три серьезные аварии на ядерных реакторах. Эти аварии произошли в Уиндскейле (Англия) в 1957 г., в США на станции Три Майл и в СССР на Чернобыльской станции.
В результате аварии в Уиндскейле, произошедшей из-за пожара на реакторе, в окружающую среду было выброшено значительное количество радионуклидов. Никаких мер по оповещению людей и их эвакуации из зоны загрязнения не производилось.
Авария на станции Три Майл возникла за счет слабой выучки персонала, обслуживающего реактор. Из-за резкого перегрева реакторной зоны в помещение реакторного зала было выброшено большое количество радионуклидов. В окружающую среду вынос радиоактивности был относительно небольшим. Однако была объявлена эвакуация населения из восьмимильной зоны вокруг станции. Это мероприятие привело к 52 смертельным случаям среди населения в результате сердечных приступов и автомобильных катастроф во время панического бегства населения.
Авария на Чернобыльской станции не имеет аналогов по своим последствиям для населения и окружающей среды. Она возникла, как и авария на американской станции, по вине обслуживающего персонала.
В результате этой аварии в окружающую среду было выброшено несколько миллионов кюри радиоактивных веществ (в десятки раз больше, чем в аварии на английском реакторе).
Результатом аварии чернобыльского реактора стало глобальное загрязнение среды радиоактивными веществами. В первые дни после аварии особую опасность представлял радиоактивный йод-131. Этот легколетучий радиоактивный изотоп в больших количествах поступал в природную среду и, будучи биологически активным, быстро включился в биологический кругооборот. Так как этот радионуклид представлял наибольшую опасность, в начальный период после аварии были предприняты меры борьбы с поступлением его в организм человека. Для этих целей использовался хорошо апробированный метод защиты с использованием нерадиоактивного йода. Однако из-за неподготовленности населения к сложившейся ситуации были нередки случаи отравления большими дозами нерадиоактивного йода вследствие его неумеренного потребления.
Дозиметрический контроль населения, эвакуированного из 30 км зоны, выявил большой процент людей (особенно детей) с высоким содержанием радиоактивного йода в щитовидной железе. Загрязнение другими радионуклидами было значительно меньше значимым и опасным для людей.
Как среагировала биосфера на мощное радиоактивное заражение вокруг аварийного реактора? Наиболее сильно пострадала сосновая роща, на которую в первые дни аварии выпало основное количество выброшенной радиоактивности. На площади нескольких десятков гектаров сосновый лес к осени погиб (рыжий лес). На расстоянии порядка км от реактора лес сохранился, хотя много деревьев погибло и наблюдались частые соматические изменения на ветвях сосен (удлиненные или укороченные иглы, измененная кустистость веток и т.д.). В значительно меньшей степени пострадали лиственные и травянистые растения. Среди животных удалось провести исследование динамики численности популяции грызунов. В течение летнего периода даже в максимально зараженной зоне наблюдалась хотя и уменьшенная по численности, но достаточно большая популяция мышей. В средних по загрязненности районах численность мышей на единицу площади не отличалась от контрольных участков. После зимней спячки на сильно загрязненной территории все мыши погибли.
На участках со средней загрязненностью выжил заметный процент зимовавших животных, и, наконец, на участках с низким загрязнением изменения численности популяции мышей по сравнению с контролем не отмечено. В течение летнего периода вся территория, включая максимально зараженные территории, была заселена животными.
Крупные животные (лисы, зайцы, одичавшие собаки) начали быстро размножаться на зараженной территории из-за отсутствия человека и благодаря большому количеству кормов в виде мелкого домашнего скота и птицы и неубранным сельхозугодьям. Культурные растения в течение первых трех лет после аварии были практически полностью вытеснены с полей сорняками. При этом наблюдалось чередование различных видов сорняков в течение этого периода.