МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФГБОУ ВПО «КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
РАДИОБИОЛОГИЯ
Учебное пособие
Краснодар
2014
УДК 577.34(076.5)
ББК 28.071
З 48
Рецензенты:
И.Г.Стародубцева - ведущий специалист Управления ветеринарии Минсельхоза Краснодарского края;
И.Н.Тузов - профессор кафедры разведения с.-х. животных и зоотехнологий Кубанского ГАУ
З 48 Зеленская Л.А.
Радиобиология: учебное пособие / Л. А. Зеленская, Л. И. Баюров, А. П. Радуль. – Краснодар: КубГАУ, 2014. – 180 с.
Учебное пособие составлено на основе типовых учебных программ для сельскохозяйственных высших учебных заведений по дисциплинам «Ветеринарная радиобиология» и «Сельскохозяйственная радиобиология» для специалистов по специальности 111801.65 «Ветеринария» и бакалавров по направлениям 111900.60 «Ветеринарно-санитарная экспертиза» и 111100.62 «Зоотехния».
УДК 577.34(076.5)
ББК 28.071
З 48
© Зеленская Л. А., Баюров Л. И., Радуль А. П., 2014
© ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный
аграрный университет», 2014
Содержание
с.
Введение..................................................................................................4
Цель преподавания.................................................................................6
Задачи изучения дисциплины................................................................6
Требования к уровню освоения содержания дисциплины.................7
Тема 1. Введение в дисциплину «Радиобиология»...........................10
Тема 2. Приборы для измерения ионизирующих излучений (ИИ)..26
Тема 3. Радиометрия...............................................................................37
Тема 4. Дозиметрия ионизирующих излучений.................................94
Тема 5. Радиационный фон и его составляющие..............................104
Тема 6. Основы радиоэкологии.........................................................121
Тема 7. Радиотоксикология................................................................126
Тема 8. Лучевые поражения (ЛП).....................................................132
Тема 9. Режим питания и содержания животных при радиоактивном загрязнении среды.......................................................................139
Тема 10. Прогнозирование и нормирование поступления радионуклидов в организм животных и продукцию животноводства..........147
Глоссарий.............................................................................................153
Приложения.........................................................................................173
Введение
Лабораторный практикум составлен на основе типовых учебных программ для сельскохозяйственных высших учебных заведений по дисциплинам «Ветеринарная радиобиология» и «Сельскохозяйственная радиобиология». Все разделы практикума по наименованию и содержанию соответствуют разделам, представленным в этих программах. К каждому из разделов даны основные вопросы, изложены в краткой форме ключевые определения. Однако, необходима и самостоятельная работа студентов по рекомендованным учебникам и пособиям.
Структура лабораторных занятий и оснащенность их приборами соответствуют требованиям, изложенным в нормативном документе - «Положении о системе государственного ветеринарного контроля радиоактивного загрязнения объектов ветеринарного надзора в Российской Федерации», утвержденного 20 февраля 1998 года.
В практикуме приведены все рекомендованные и утвержденные методики для проведения дозиметрических и радиометрических исследований, которыми пользуются в своей работе сотрудники радиологических отделов ветеринарных лабораторий и групп.
Решение ситуационных и тематических задач позволит закрепить и приобрести необходимый опыт применения на практике вопросов лекционных курсов.
Выражаем особую признательность авторам всех учебников и
монографий, использованных нами для составления схем, задач и различных определений.
Благодарим наших уважаемых рецензентов за ценные практические замечания и уточнения.
Цель преподавания дисциплины «Радиобиология» - дать студентам теоретические знания и практические навыки, необходимые для выполнения в будущем задач, стоящих перед ветеринарной службой по контролю за радиоактивной загрязнённостью среды, сельскохозяйственной продукцией, по обеспечению населения экологически безопасной продукцией, организации ведения животноводства на загрязнённой радионуклидами местности, использованию полученной в этих регионах продукции, профилактике и лечению последствий радиационного воздействия на организм животных, использованию методов радиоизотопного анализа и радиационно-биологической технологии в ветеринарной практике.
Задачи изучения дисциплины
Основными задачами ветеринарной и сельскохозяйственной радиобиологии является изучение:
- радиоактивности, природы и свойств радиации;
- закона радиоактивного распада и применения его в практике;
- основных закономерностей миграции радионуклидов по «пищевым» цепям, их радиотоксичности в организме;
- механизма биологического действия ионизирующих излучений;
- основных закономерностей реакций организма на радиацию при внешнем и внутреннем облучении;
- отдалённых последствий радиации, наследственных изменений;
- течения лучевой болезни, её патогенеза, симптомов и синдромов;
- кожных поражений и лучевых ожогов;
- современных методов прогнозирования последствий масштабных радиоактивных загрязнений окружающей среды, организации ведения животноводства в этих условиях;
- основных принципов работы на дозиметрических и радиометрических приборах, необходимых для комплектации радиологических отделов и лабораторий;
- проведение радиометрической и радиохимической экспертизы объектов ветеринарного надзора;
- основных достижений перспектив использования ионизирующей радиации, метода «меченых» атомов, радиоиммунологического метода.
Требования к уровню освоения содержания дисциплины
В результате изучения дисциплины студенты должны:
а) знать:
- физические основы строения атома, явление изотопии, определение изотопов и факторы нестабильности ядер;
- причину и примеры естественной и искусственной радиоактивности, закон радиоактивного распада, типы ядерных превращений, виды ионизирующих излучений и их взаимодействие с веществом;
- механизм биологического действия ионизирующих излучений;
- течение и формы лучевой болезни животных, лучевые ожоги;
- токсикологию наиболее опасных радиоактивных изотопов йода-131, цезия-134 и -137, стронция-89 и -90 и других радионуклидов;
- основы радиационной безопасности и правила работы с источниками ионизирующих излучений, нормы радиационной безопасности (НРБ-99/2009); основные санитарные правила обеспечения радиационной безопасности (ОСПОРБ-99/2010);
- знать принципы использования радионуклидов, меченых ими соединений и источников ионизирующих излучений в животноводстве и ветеринарии;
б) уметь:
- подготовить к работе и использовать при проведении радиационной экспертизы радиометры и дозиметры;
- определять мощность дозы излучения с помощью дозиметров и расчетным методом;
- проводить отбор проб кормов и продукции животноводства для радиометрирования по Сs-137 и Sr-90;
- проводить экспрессными методами радиационную экспертизу продукции, поступающей на рынки;
- определять удельную радиоактивность объектов ветеринарного надзора;
- проводить дозиметрические и клинико-гематологические исследования
- при внешнем облучении и поступлении радионуклидов в организм животных;
- прогнозировать поступление радионуклидов в корма, организм животных и продукцию животноводства;
- проводить радиометрический контроль в соответствии с радиационной обстановкой;
- организовать ведение животноводства в условиях радиоактивного загрязнения территории;
- проводить дезактивацию сельскохозяйственной продукции;
- пользоваться средствами индивидуальной защиты при работе с радиоактивными веществами, при ведении животноводства и тех-
нологической переработке продукции животноводства в условиях радиоактивного загрязнения территории;
- проводить ветеринарно-санитарную экспертизу продуктов животноводства при внешнем облучении и поступлении радионуклидов в организм.
в) иметь представление:
- об истории возникновения и развития ветеринарной радиобиологии как науки, ее связях с другими дисциплинами и о роли отечественных ученых;
- о реальных и потенциальных источниках радиоактивного загрязнения окружающей среды и объектов сельскохозяйственного производства;
- о мерах противорадиационной защиты людей и животных при радиационных авариях и катастрофах;
- об организации коллективной и индивидуальной дозиметрии ионизирующих излучений. Радиометрического контроля продуктов животноводства, растениеводства, водного и лесного хозяйства;
- об организации и проведении мер по противорадиационной защите людей и животных на территориях с повышенным радиоактивным загрязнением.
В ходе обучения применяются следующие формы учебного процесса: лекции и лабораторные занятия, написание рефератов, самостоятельная внеаудиторная работа. В качестве проверки знаний практикуется устный опрос студентов, контрольные работы по предложенным темам, тестирование.
По итогам изучаемого курса студенты сдают зачет или экзамен.
Тема 1. Введение в дисциплину «Радиобиология»
Краткая история развития радиологии. Предмет и задачи радиологии и радиобиологии, их связь с другими науками. Радиологическая служба и ее задачи в современных условиях.
Занятие 1. Вводное
Инструктаж по технике безопасности. Вклад зарубежных и отечественных ученых в развитие радиологии. Структура радиологической службы и функции ее подразделений. Значение радиологических исследований для получения экологически безопасной продукции и сырья.
Радиология – это наука об ионизирующей радиации, ее природе, источниках ее происхождения (радионуклидах). Основоположником радиологии считают немецкого физика Вильгельма Рентгена (1895).
   Радиология
Ионизирующая Источники Радиационная
радиация радиации защита
Действие на организм Пути попадания РВ Средства и методы,
животных, человека и в организм, распреде- снижающие лучевую
окружающую среду ление в нем, выведе нагрузку на орга-
ние из организма низм
По мнению академика А.Д. Белова (1990), предмет и задачи радиологии несколько шире, чем радиобиологии, так как они включают такие разделы, как дозиметрия и радиометрия.
Радиобиология – это наука о воздействии всех видов ионизирующих излучений на живые организмы и их сообщества.
Благодаря научным открытиям в недрах радиобиологии зарождаются самостоятельные направления: 1) радиационная генетика; 2) радиоэкология; 3) радиационная гигиена; 4) радиационная токсикология; 5) космическая радиобиология и т.д.
Этапы развития радиологии и радиобиологии
Первый этап (1895 - 1922 гг.) базировался на работах немецкого физика Вильгельма Конрада Рентгена, в которых изучались происхождение и свойства радиации, способы ее количественного измерения по степени ионизации воздуха и приведены первые данные о поглощении излучения разными веществами, сделан первый в мире рентгеновский снимок.
В 1896 г. французский физик Анри Антуан Беккерель установил, что соли урана испускают не только видимый свет, но и невидимое проникающее излучение.
В 1897 г. английский физик Эрнест Резерфорд установил, что в состав излучений изотопов урана входят α- и β-частицы и γ-лучи, то есть он показал, что излучение является комбинированным, состоящим как из электромагнитных волн, так и элементарных частиц.
Открытие А. Беккереля во многом определило научную судьбу Марии Склодовской-Кюри. В 1896 -1898 гг. в лаборатории, руководимой Пьером Кюри, она проверяла на радиоактивность все известные в то время химические элементы и оказалось, что только соединения тория испускают лучи, подобные урановым. Термин «радиоактивность» был предложен М. Склодовской-Кюри. В 1898 году супругами Кюри были открыты два новых элемента: радий и полоний.
В 1919 г. Эрнест Резерфорд, бомбардируя ядра атомов азота (N14) α-частицами радия, превратил их в ядра атомов кислорода.
Все эти открытия заложили основу развития ядерной физики. Ее становление связано с именами Н. Бора и Э. Резерфорда.
Изучая радиацию, А. Беккерель и М. Склодовская-Кюри столкнулись с ее действием на кожу. Хотя эти первые наблюдения носили чисто описательный характер, они послужили стимулом к развитию радиобиологии.
Второй этап (1922 - 1945 гг.) характеризуется становлением фундаментальных принципов количественной радиобиологии с установлением связи биологических эффектов с величиной поглощенной дозы, открытием мутагенного действия ионизирующих излучений и развитием радиационной генетики.
Третий этап (1945 – настоящее время) связан с дальнейшим развитием количественной радиобиологии на всех уровнях биологической организации:
• молекулярная и клеточная радиобиология;
• разработка биологических способов противолучевой защиты;
• лечение лучевых поражений;
• создание ускорителей элементарных ядерных частиц;
• разработка радиосенсибилизирующих агентов;
• развитие радиобиологических принципов лучевой терапии опухолей.
До середины ХХ столетия источниками радиации были естественные (природные) радиоактивные вещества (синонимы: радионуклиды, нестабильные ядра, радиоактивные изотопы). На их фоне происходило зарождение жизни на Земле.
С момента первых испытаний и применения атомного оружия, использования атомной энергии в мирных целях (вторая половина ХХ столетия) начинают появляться искусственные радионуклиды, число которых постоянно увеличивается. Попадая в организм, они могут замещать в его клетках стабильные изотопы, имеющих одинаковую с ними валентность, то есть аналогов по химическим свойствам. Постоянно распадаясь, они выделяют радиацию, которая, действуя на нейтральные по заряду атомы, приводит к образованию из них ионов. Это ведет к нарушению химических процессов в организме и, следовательно, к обмену веществ и формированию лучевых поражений в нем.
Источники радиации находятся в окружающей внешней среде и внутри организма, создавая внешнее и внутреннее облучение. Последнее даже более актуально.
Для снижения лучевой нагрузки на организм человека и животных была создана ветеринарная радиологическая служба. Она призвана осуществлять контроль загрязненности радионуклидами продукции животноводства и растениеводства.
Занятие 2. Система государственного ветеринарного контроля за радиоактивным загрязнением объектов ветеринарного надзора в России.
Методы исследования в радиологии. Структура радиологической службы. Функции подразделений радиологической службы.
Сертификат качества продукции выдается по следующим показателям:
- органолептическим (общий вид, вкус, запах, консистенция, цвет);
- микробиологическим;
- физико-химическим (рН, радиоактивность).
Методы исследования в радиологии: дозиметрические и радиометрические.
Целью дозиметрических исследований является определение:
радиационного фона на местности, в животноводческих и производственных помещениях;
уровня радиации от различных источников (кормушек, поилок, стен хозяйственных построек, партий корма в складах и хранилищах);
доз излучения (экспозиционной, поглощенной и эквивалентной);
рассчитать по уровню радиационного фона мощность эквивалентной дозы излучения (МЭД) и лучевую нагрузку на организм за год.
Целью радиометрических исследований является определение:
радиоактивности объектов ветеринарного надзора по цезию-137 (Cs137) и стронцию-90 (Sr90);
коэффициента дискриминации радионуклидов при их миграции по «пищевым» цепям в звеньях агропромышленного комплекса (АПК);
состава рационов с разным уровнем радиоактивности, используя принцип конкурентности изотопов;
методов дезактивации сельскохозяйственной продукции.
Получение экологически нормативной продукции - основная задача специалистов всех отраслей сельскохозяйственного производства. На всех трофических уровнях биогеоценоза (почва, вода, растения, корма, животные и человек) агроном, зооинженер, ветеринарный врач должны помешать распространению радиоактивных веществ и, в конечном итоге, поступлению в организм человека.
Современная экологическая обстановка отличается появлением новых искусственных радионуклидов, поражающее действие которых трудно прогнозировать. В этих условиях перед работниками АПК, сотрудниками системы Госветнадзора стоит благородная задача – уменьшить лучевую нагрузку на организм человека и животных, снижая поступление радионуклидов в организм и ускоряя их выведение из него.
Для этого все корма (животного и растительного происхождения), вода, мясо, мясные и другие продукты убоя, молоко, молоч-
ные продукты, яйца, шерсть, шкуры, иные продукты животноводства подлежат строгому радиометрическому контролю.
Требования к обеспечению радиационной безопасности изложены в Федеральном Законе № 3-ФЗ «О радиационной безопасности населения» от 9 января 1996 г., который определяет правовые основы обеспечения радиационной безопасности населения в целях охраны его здоровья.
В соответствии с ним, а также Законом РФ «О ветеринарии» (от 14 мая 1993 г. № 4979 – I, ред. от 18.07.2011) и «Положением о государственном ветеринарном надзоре в Российской Федерации» (утвержденного Постановлением Правительства РФ от 19 июня 1994 г. № 706) с учетом радиационной обстановки, сложившейся на территории страны в результате аварийных выбросов радиоактивных веществ в окружающую среду Центральной научно-производственной ветеринарной радиологической лабораторией Департамента ветеринарии Министерства сельского хозяйства РФ издан нормативный документ «Положение о системе государственного ветеринарного контроля радиоактивного загрязнения объектов ветеринарного надзора в Российской Федерации» (от 20 февраля 1998 г.). Существуют также «Нормы радиационной безопасности» (НРБ-99/2009) и «Основные санитарные правила радиационной безопасности» (ОСПРБ-99/2010).
Структура ветеринарной радиологической службы
в Российской Федерации
 Для контроля радиационной ситуации на предприятиях сельскохозяйственного производства в различных регионах РФ создана радиологическая служба, позволяющая определить в самых отдаленных хозяйствах радиационный фон и провести радиометрический контроль сельхозпродукции.
Рисунок 1 - Организационная структура Системы государственного ветеринарного контроля за радиоактивным загрязнением объектов ветеринарного надзора в Российской Федерации
Система государственного ветеринарного контроля радиоактивного загрязнения объектов ветеринарного надзора – это совокупность учреждений, организаций Госветнадзора и его подразделений, объединенных организационно и методически, однородных по своим функциям и решаемым задачам (см. рис. 1).
Ветнадзор осуществляется на всех этапах производства (на предприятиях, в хозяйствах независимо от их форм собственности), переработки (на мясокомбинатах, молокозаводах, фабриках по первичной обработке шерсти, пушно-мехового сырья и др.), хранения (хладокомбинатах), обращения (перевоз всеми видами транспорта, импортно-экспортные операции) и реализации (на рынках и т.п.).
Функции подразделений Системы государственного ветеринарного контроля радиоактивного загрязнения
объектов ветнадзора
Основная задача, положенная в основу деятельности Системы, - уменьшение дозовой нагрузки на животных и человека путем максимально возможного снижения уровня радиоактивного загрязнения кормов и продукции животноводства через создание рациональной системы радиологического контроля, обеспечивающей своевременное принятие решения по правилам и методам ведения сельскохозяйственного производства в условиях радиоактивного загрязнения.
Исходя из поставленной задачи, определены функции каждого из подразделений, входящих в Систему.
Все вышестоящие организации осуществляют контроль выполнения подразделениями радиологических исследований, соблюдением норм радиационной безопасности, основных санитарных правил при работе с радиоактивными веществами, режима работы, техники безопасности в пределах компетенции. Проверку работы каждого подразделения проводят не реже одного раза в два года. В случае выявления нарушения принимают меры по их устранению и улучшению работы.
Департамент ветеринарии Министерства сельского хозяйства осуществляет общее руководство Системой Госветнадзора за радиоактивным загрязнением объектов ветеринарного надзора России.
Департамент ветеринарии анализирует отчеты нижестоящих подразделений, обобщает их данные, и на основании этого составляют общую картину радиационной ситуации на всех предприятиях сельскохозяйственного производства по всей территории РФ, издает нормативные документы.
Центральная научно-производственная ветеринарная радиологическая лаборатория (ЦНПВРЛ) организационно и методически подчинена Департаменту ветеринарии Минсельхоза Российской Федерации.
Она выполняет следующие функции:
• методическую: совершенствование существующих методов радиоэкспертизы, разработка и внедрение новых методик, испытание дозиметрических и радиометрических приборов;
• консультативную: проводит семинары, стажировки, совещания со специалистами всех подразделений;
• образовательную: проводит обучение, подготовку и переподготовку кадров. Подготовке подлежат вновь зачисляемые на должность сотрудники, а переподготовке – все специалисты радиологических подразделений не реже одного раза в три года;
• арбитражную: радиометрический контроль объектов ветнадзора, оказание помощи в проведении ветеринарно-санитарных мероприятий в животноводстве в условиях радиоактивного загрязнения территории.
Центральной научно – производственной радиологической лабораторией разработан табель оснащения радиологических лабораторий, отделов и групп. В каждом радиологическом отделе должны быть современные дозиметры и радиометры для определения радиоизотопного состава в кормах сельскохозяйственной продукции (γ-β-спектрометр, РУБ-01П6), радиометр для прижизненного определения цезия-137 в организме животных «Сигнал-М» и др.
Ветеринарные радиологические отделы и лаборатории создаются на основании приказа ветеринарных органов управления, имеющих на это право. Ветеринарные радиологические отделы создаются во всех ветеринарных лабораториях субъектов Российской Федерации (межобластные, краевые, областные, республиканские) и подчиняются ЦНПВРЛ.
Ветеринарные радиологические группы создаются в зональ-
ных, межрайонных, районных ветеринарных лабораториях, ветеринарных лабораториях предприятий перерабатывающей промышленности, лабораториях ветсанэкспертизы на рынках, таможнях, главпочтамтах и подчиняются радиологическим отделам и лабораториям. В перечисленных выше ветеринарных подразделениях, расположенных на территориях, не пострадавших от радиационных аварий, не имеющих в зоне обслуживания и на сопредельных территориях радиационно опасных объектов, задачи ветеринарной радиологической группы могут быть возложены на ветврача-токсиколога или другого ветврача и лаборанта данной лаборатории. За расширение зоны обслуживания им устанавливают доплату в размере 20 - 30% ставки их должностного оклада.
Ветеринарные радиологические лаборатории, как правило, создаются на территориях, значительно пострадавших от радиационных аварий, на основании приказа Министерства сельского хозяйства РФ или других органов управления, имеющих на это право (Брянская и Свердловская лаборатории).
В случае возникновения широкомасштабного радиоактивного загрязнения окружающей среды не входящие в Систему станции по борьбе с болезнями животных, подразделения государственного ветеринарного надзора на государственной границе и транспорте, ветеринарные научно- исследовательские учреждения, ведомственные ветеринарно-санитарные и производственные ветеринарные службы осуществляют работы по ветеринарной радиобиологии под методическим руководством Главного государственного ветеринарного инспектора Российской Федерации и координируют свою деятельность с Центральной научно-производственной ветеринарной радиологической лабораторией Департамента ветеринарии Минсельхоза России.
Радиологические отделы краевых, областных ветлабораторий, районные и межрайонные ветеринарные радиологические лаборатории решают следующие задачи:
• проведение плановых радиологических исследований сельскохозяйственной продукции, определение состава ее радиоактивного загрязнения, измерение мощности доз γ-излучения на местности и от контролируемой продукции с целью обеспечения контроля радиационной ситуации в стране (радиационный мониторинг);
• радиологический контроль продукции при осуществлении международных экспортно-импортных операций, а также в случае внутригосударственных перевозок продукции из районов, пострадавших от радиационных аварий;
• расчет дозовых нагрузок на сельскохозяйственных животных в зависимости от величины техногенной нагрузки и почвенно-климатических условий региона;
• контроль за сельскохозяйственными предприятиями любой формы собственности с целью получения ими нормативно или экологически чистой продукции;
• анализ и прогноз изменения концентрации радионуклидов в пищевой цепи «корм – животное – продукция» или «почва – растение – корм – животное – человек»;
• контроль при проектировании, строительстве и реконструкции животноводческих помещений, предприятий по переработке сельскохозяйственной продукции и организации фермерских, личных подсобных хозяйств на территориях, пострадавших от радиационных аварий.
Перечень исследований, проводимых радиологическими отделами:
• дозиметрические и радиометрические, а по мере необходимости и радиохимические;
• экспресс-методы измерения радиоактивности;
• прижизненное определение содержания цезия-137 в организме животных.
Табель оснащения радиологического отдела включает в себя следующие приборы:
1). Универсальный спектрометрический комплекс (типа «Гамма Плюс», программное компьютерное обеспечение «Прогресс») со встроенной факс-модемной платой, в комплекте с блоками детектирования в свинцовой защите:
а) сцинтилляционным 63×63 (гамма); б) сцинтилляционным 80×100 (бета); в) полупроводниковым (альфа).
2). Гамма-спектрометр с полупроводниковым детектором в защите.
3). Радиометр-дозиметр МКС-01Р1 с блоками детектирования:
а) БДКА-03Р (альфа); б) БДКБ-01Р1 (бета); в) БДКГ-02Р1 (гамма).
4). Дозиметр-радиометр ДРБП-03 или МКС-04Н.
5). Радиометр-спектрометр типа РСУ-01 «Сигнал-М», «Прогресс-Спектр» или радиометр типа – РУБ-01П6, РКГ-01А, РКГ-02А.
6). Радиометр РУБ-01П с блоком детектирования БДЖБ-06П1.
7). Дозиметры типа ДРГ-01Т1, ДБГ-06Т, ДБГ-01Н; дозиметры-радиометры типа СРП-88Н, СРП-68-01.
|