Ионизирующее излучение в гидросфере. Введение в радиобиологию и радиоэкологию гидробионтов

ИОНИЗИРУЮЩЕЕ 

ИЗЛУЧЕНИЕ В ГИДРОСФЕРЕ

ВВЕДЕНИЕ В РАДИОБИОЛОГИЮ 

И РАДИОЭКОЛОГИЮ ГИДРОБИОНТОВ

В.Н. КУЛЕПАНОВ

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

2-е издание, исправленное и дополненное

Рекомендовано Дальневосточным региональным учебно-методическим 

центром в качестве учебного пособия для студентов направления подготовки 

«бакалавр» специальности «Техносферная безопасность»

и «Нефтегазовое дело»

Москва                                        2021

ИНФРА-М

УДК [556+614.876](075.8)
ББК 26.22:28.071я73
 
К90

Кулепанов В.Н.
К90 
 
Ионизирующее излучение в гидросфере. Введение в радиобиологию 
и радиоэкологию гидробионтов : учебное пособие / В.Н. Кулепанов. — 
2-е изд., испр. и доп. — Москва : ФОРУМ : ИНФРА-М, 2021. — 127 с. — 
(Высшее образование: Бакалавриат). — DOI 10.12737/1014635.

ISBN 978-5-00091-673-5 (ФОРУМ)
ISBN 978-5-16-015009-3 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-107504-3 (ИНФРА-М, online)

Учебное пособие содержит информацию об истории открытия и изучения ионизирующих излучений, о развитии и становлении радиобиологии 
и радио экологии. Дана характеристика ионизирующих излучений, единицы дозы излучения и активности. Описано действие ионизирующей радиации на биологические системы. Рассмотрены современные проблемы 
радиоэкологии.
Cоставлено с учетом действующего учебного плана для специальности 
«Безопасность жизнедеятельности в техносфере», включает основные положения радиобиологии и радиоэкологии.
Соответствует требованиям федеральных государственных образовательных стандартов высшего образования последнего поколения.
Предназначено для самостоятельной работы студентов, бакалавров 
и аспирантов, также может быть использовано в качестве дополнительного 
материала на лекциях и методического материала на семинарских занятиях по курсам «Экология» и «Морская экология».

УДК [556+614.876](075.8)
ББК 26.22:28.071я73

Р е ц е н з е н т ы:
О.Н. Лукьянова, доктор биологических наук;
А.А. Карпенко, кандидат биологических наук

ISBN 978-5-00091-673-5 (ФОРУМ)
ISBN 978-5-16-015009-3 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-107504-3 (ИНФРА-М, online)

© Кулепанов В.Н., 2013
© Кулепанов В.Н., 2021, 
с изменениями
© ФОРУМ, 2021

Памяти дальневосточных радиобиологов
Юрия Анатольевича Митрофанова
и Юрия Александровича Ивановского

Введение

Радиация — один из важных абиотических факторов окружающей среды. Все живые организмы на нашей планете — от вирусов до человека — возникли, в прошлом эволюционировали 
и в настоящее время существуют при постоянно действующем 
фоне ионизирующего излучения. Природный радиационный 
фон (ПРФ) — физический фактор, который подобно температуре, гравитации, давлению атмосферы, магнитному полю 
Земли постоянно присутствует на нашей планете. Живые организмы прекрасно к нему приспособились. Но сейчас человеческая цивилизация все активнее использует ионизирующее 
излучение в своей практической деятельности. В результате 
повышается вероятность столкновения с повышенным радиационным фоном вследствие техногенных аварий.
Внимание к биологическому действию ионизирующей радиации всегда было велико. Она не улавливается органами 
чувств человека, так как не имеет цвета, вкуса, запаха. Обнаружить и измерить ее количество можно только с помощью 
специальных приборов. Атомные бом бардировки японских 
городов Хиросимы и Нагасаки во время Второй мировой 
войны, угроза применения ядерного оружия, закрытость информации по радиационным авариям — все это накладывает 
отпечаток на знания, которые необходимы специалистам инженерных специальностей в области радиобиологии и радиоэкологии. Во второй половине ХХ в. произошла катастрофа 
на Чернобыльской АЭС, в результате которой оказались загрязненными огромные территории, представляющие сейчас 
радиационные аномалии, а в XXI в. в результате цунами слу

Введение

чилась авария на атомной станции «Фукусима-1», предсказать последствия которой в настоящий момент очень сложно.
Эти трагедии поставили ряд серьезных проблем, связанных с использованием ионизирующего излучения. Прежде 
всего неоднозначен ответ на вопрос, как воздействует радиация в малых дозах. Если закономерности действия больших 
и средних доз радиации на живой организм изучены подробно, 
то биологические эффекты при диапазоне ионизирующего излучения на порядок-два выше фоновых исследованы недостаточно. Существуют диаметрально противоположные мнения 
о воздействии низких доз радиации: одни специалисты говорят о них как о безопасных и даже полезных, другие — как 
об абсолютно вредных.
Ежегодно в мире увеличивается применение радиоактивных веществ в различных областях экономики и военной 
промышленности. Использование радиоизотопов увеличивает 
их поступление в биосферу.
Радионуклиды поступают в окружающую среду также при 
производственной деятельности, не связанной с использованием радиоактивных материалов. При добыче нефти, газа, 
угля, минеральных веществ из литосферы извлекаются естественные радионуклиды, имеющиеся там в небольших количествах. Однако, учитывая масштабы этой производственной 
деятельности, количество радионуклидов, попадающих 
в окружающую среду, огромно. Большая часть антропогенного радиоактивного загрязнения поступает в морскую среду. 
Мировой океан и вся гидросфера являются огромным депо, 
где концентрируются и искусственные, и естественные радионуклиды. Мировой океан как компонент гидросферы жизненно важен для человечества, поэтому недопустимо его загрязнение радиационными веществами, так же как и другими 
токсическими соединениями.
Проблема последствий воздействия ионизирующей радиации на биоту и, в частности, на морские организмы имеет 
важное практическое значение. В той или иной мере, даже 

Введение

не используя радиоактивные вещества в своей профессиональной деятельности, человек все равно с ними соприкасается.
Цель данного издания — дать учащимся понимание основных закономерностей воздействия ионизирующего излучения на живой организм, показать пути миграции радиоактивных элементов в гидросфере и их опасность для человека, 
познакомить с основами дозиметрии.
В результате изучения учебного пособия учащиеся приобретут:
общекультурные компетенции (ОК)
 
• навыки сохранения здоровья (знание и соблюдение норм 
здорового образа жизни, физическая культура) (ОК-1);
 
• способности по владению культурой безопасности и рискориентированным мышлением, при котором вопросы безопасности и сохранения окружающей среды рассматриваются в качестве важнейших приоритетов в жизни и деятельности (ОК-7);
профессиональные компетенции (ПК), т.е. способность
 
• ориентироваться в перспективах развития техники и технологии защиты человека и природной среды от опасностей 
техногенного и природного характера (ПК-1);
 
• ориентироваться в основных методах и системах обеспечения техносферной безопасности, обоснованно выбирать 
известные устройства, системы и методы защиты человека 
и природной среды от опасностей (ПК-8);
 
• пропагандировать цели и задачи обеспечения безопасности 
человека и природной среды в техносфере (ПК-11);
 
• использовать методы определения нормативных уровней 
допустимых негативных воздействий на человека и природную среду (ПК-14);
 
• определять опасные, чрезвычайно опасные зоны, зоны приемлемого риска (ПК-17);
 
• ориентироваться в основных проблемах техносферной безопасности (ПК-19)

Введение

и будут:
знать
 
• основные характеристики ионизирующих излучений, особенности действия радиоактивных веществ в гидросфере;
 
• основные экологические проблемы, связанные с загрязнением Мирового океана;
 
• нормы радиационной безопасности;
уметь
 
• анализировать и оценивать действие ионизирующей радиации на биологические системы;
 
• пользоваться средствами дозиметрического контроля;
владеть
 
• знаниями о современных проблемах радиобиологии и радиоэкологии.

Глава 1. 

ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ СТАНОВЛЕНИЯ 
РАДИОБИОЛОГИИ И РАДИОЭКОЛОГИИ

Открытие рентгеновских лучей и радиоактивных элементов 
пришлось на самое окончание XIX в. Первооткрывателем 
рентгеновских лучей был немецкий ученый В.К. Рентген. 
Пропуская электрический ток высокого напряжения через 
катодную трубку, он обратил внимание на то, что кристаллы 
платиново-цианистого бария, лежащие рядом с трубкой, светятся в темноте. Так как катодные лучи поглощаются стеклом 
трубки, а обычное свечение не может пройти через черную 
бумагу, он предположил, что катодная трубка вырабатывает 
какие-то неизвестные лучи. В течение двух недель Рентген 
исследовал обнаруженное явление, а 23 января 1896 г. он 
выступил с докладом, в котором подробно рассказал о свойствах Х-лучей и показал фотографию кисти руки, сделанную 
с помощью открытого им излучения — первого рентгеновского снимка.
Общественность живо откликнулась на открытие Рентгена, 
осознав, какое большое значение оно имеет. В печати появилось множество публикаций, посвященных новым лучам. 
Интересно, что на настоящий момент некоторые из выдвинутых идей использования новых лучей остались невостребованными, а другие, высказанные в качестве шутки, нашли 
широкое применение. За открытие Х-лучей, названных рентгеновскими, в 1901 г. Рентген первым среди ученых получил 
Нобелевскую премию по физике.
В 1896 г. французский ученый А. Беккерель, изучая явление люминесценции, обнаружил, что фотопластинка, хранящаяся вместе с урановой солью, становится засвеченной. 
Он предположил, что существует излучение, связанное с солями урана, проходящее через черную бумагу и разлагающее 

Глава 1. Основные этапы становления радиобиологии и радиоэкологии

соли серебра, входящие в фотоэмульсию. Так было открыто 
явление радиоактивности. Вскоре была обнаружена радиоактивность элемента тория.
М. Склодовская-Кюри установила, что соединения тория 
испускают лучи, подобные урановым. Ею и был предложен 
термин «радиоактивность». Было обращено внимание на то, 
что урановая и ториевая руды являются более радиоактивными, чем чистый уран или торий. Склодовская-Кюри вместе 
со своим мужем П. Кюри предположили, что в этих рудах 
должны быть еще какие-то примеси, испускающие невидимые 
лучи. В лаборатории, оборудованной на собственные средства, 
супруги Кюри в течение двух лет вели работу по выделению 
этих примесей. В конечном итоге из 8 т урановой руды им 
удалось получить около 1 г нового химического элемента, радиоактивность которого оказалась гораздо выше, чем урана. 
Новый элемент был назван радием, что в переводе на русский 
язык означает лучистый. Еще один радиоактивный элемент, 
открытый ими, — полоний — был назван в честь родины 
М. Склодовской-Кюри — Польши. В 1903 г. за открытие радиоактивности А. Беккерель и супруги Кюри были удостоены 
Нобелевской премии.
В последующие два десятилетия были открыты другие 
элементы, способные самопроизвольно испускать невидимые лучи. Так, выяснилось, что радиоактивны все тяжелые 
элементы, расположенные в конце таблицы Д.И. Менделеева (их атомные номера — с 84-го по 92-й). Эти элементы 
были названы естественными радиоактивными веществами. 
В 1899 г. английский физик Э. Резерфорд установил, что 
в магнитном поле ионизирующее излучение разделяется 
на -, - и -лучи; -частицы представляют собой атомы 
гелия, -частицы — электроны, -лучи — электромагнитное 
излучение (рис. 1.1).
Таким образом, в конце XIX в. были сделаны три важных 
научных открытия, которые позволили назвать ХХ век веком 
атома:

Глава 1. Основные этапы становления радиобиологии и радиоэкологии 

 
• первое — открытие Рентгеном Х-лучей в 1895 г.;
 
• второе — открытие Беккерелем естественной радиоактивности урана в 1896 г.;
 
• третье — открытие супругами Кюри радиоактивных свойств 
радия и полония в 1898 г.

+
–






Рис. 1.1. Ионизирующее излучение в магнитном поле

Вскоре после открытия рентгеновских лучей и радиоактивности был обнаружен их биологический эффект. Первые 
исследователи Х-лучей и радиоактивности столкнулись с их 
большим поражающим воздействием на биологические объекты. У А. Беккереля, хранившего пробирку с радием в нагрудном кармане жилета в течение нескольких часов, на коже 
образовалась долго не заживавшая язва. Лучевые ожоги кожи 
получили и П. Кюри, и многие исследователи, изучавшие радиоактивность. В 1902 г. гамбургский врач Фрибен описал 
появление рака кожи в результате воздействия на нее ионизирующего излучения.
Сразу же после открытия Рентгена появилось множество 
публикаций, посвященных анализу действия рентгеновских 
лучей на растительные и животные организмы. Среди первых 
исследователей, изучавших воздействие радиации на живые 
организмы, в том числе и гидробионты, был наш соотечественник И.Р. Тарханов. Он провел эксперименты на лягушках, 
домашних мухах и бабочках и высказал мысль, что рентгеновские лучи можно использовать в медицине.

Глава 1. Основные этапы становления радиобиологии и радиоэкологии

В 1911 г. была опубликована первая монография по радиобиологии «Радий в биологии и медицине», ее подготовил 
русский ученый Ефим Семенович Лондон. Изучая действие 
радиоактивного элемента на ферменты, токсины и различные 
ткани живых организмов, он доказал, что -излучение радия 
оказывает такое же действие на организм и отдельные его 
системы, как и рентгеновское излучение.
Важные данные по радиационной гигиене и описание результатов воздействия ионизирующей радиации на живые 
организмы были получены уже в первое десятилетие ХХ в. 
Эти исследования позволили сформировать новую науку — 
радиобиологию, изучающую закономерности биологического 
действия ионизирующих излучений на разные уровни организации живых систем. Фундаментальной задачей радиобиологии является вскрытие общих закономерностей биологического ответа на ионизирующее воздействие, на основе которых 
можно овладеть искусством управления лучевыми реакциями 
организма1.
Первый этап развития радиобиологии характеризуется работами описательного характера. В этот период обнаружен 
такой важный эффект, как подавление ионизирующим излучением клеточного деления. В 1906 г. французские исследователи Ж. Бергонье и Л. Трибондо обратили внимание на то, 
что разные клетки обладают разной чувствительностью к излучению. Они сформулировали следующее правило: активно 
делящиеся и менее дифференцированные клетки более подвержены действию радиации, чем неделящиеся и специализированные.
Второй этап развития радиобиологии — это переход к изучению количественных закономерностей, позволяющих соотнести биологический эффект с дозой излучения. Первая 
теория, объясняющая радиобиологический эффект дискрет
1 
Ярмоненко С.П. Радиобиология человека и животных: учебник. 3-е 
изд., перераб. и доп. М.: Высшая школа, 1988. С. 13.