Основные положения экспертизы по охране биосферы от ионизирующих излучений

 

Действие излучения на вещество оценивают по дозе излучения. Дозой излучения называют величину, равную отношению энергии излучения к массе облучаемого вещества:

,

где D – доза излучения, Дж/кг;  – энергия поглощенного излучения, Дж; m – масса облучаемого вещества, кг.

Единицей дозы облучения является грей (Гр). Использовавшаяся ранее внесистемная единица 1 рад=100 эрг/г равна 0,01 Гр.

Мощность дозы излучения – ватт на килограмм, Вт/кг, или Гр/с:

 

.

 

Энергетической характеристикой излучения является экспозиционная доза излучения – это количественная характеристика рентгеновского и гамма-излучений, определяемая по ионизации воздуха:

 

,

 

где  – количество зарядов одного знака, созданных при облучении воздуха, Кл; m ^в – масса воздуха, кг.

       По энергетическим характеристикам 1 Кл/кг равен 33 Дж/г для воздуха (87,3 эрг/г).

Внесистемной единицей экспозиционной дозы служит рентген (Р), 1 P = 2,58∙10^–4 Кл/кг. При экспозиционной дозе, равной 1 Р в 10^–6 м³ сухого воздуха и давлении 1,013∙10⁵ Па, возникает заряд ионов одного знака 3,3∙10^–8 Кл.

Мощность экспозиционной дозы N _э выражается в амперах на килограмм (А/кг). Это мощность такой дозы ионизируюшего электромагнитного излучения, при которой за одну секунду экспозиционная доза возрастает на    1 Кл/кг. Внесистемные единицы мощности экспозиционной дозы: 1 Р/с = 2,59∙10^–4 А/кг, 1 Р/мин = 4,3∙10^–6 А/кг; 1 Р/ч = = 7,17∙10^–8 А/кг.

В области радиационной безопасности для оценки возможного ущерба здоровью человека при хроническом облучении введено понятие эквивалентной дозы, равной произведению поглощенной дозы на средний коэффициент, учитывающий воздействие облучения на биологическую ткань:

 

,

 

где ЭД – эквивалентная доза облучения, Дж/кг; W_R  – взвешивающий коэффициент излучения (табл. 5.12).

Таблица 5.12

Взвешивающие коэффициенты

Вид излучения	k ^0
Фотоны любых энергий Электроны, позитроны, гамма-излучение, бета-излучения Протоны с энергией < 5 МэВ Нейтроны с энергией <10 кэВ Нейтроны с энергией 10...100 кэВ Нейтроны с энергией 100 кэВ…2 МэВ Альфа-частицы, осколки деления, тяжелые ядра	1 1 5 5 10 20 20

 

 

Ранее в расчетах эквивалентной дозы коэффициент W_R  называют коэффициентом качества излучения (К). В Нормах радиационной безопасности НРБ–99/2009 указанный коэффициент W_R называют – взвешивающий коэффициент для отдельных видов излучения при расчете эквивалентной дозы. Единицу эквивалентной дозы, равной

1 Дж энергии на 1 кг массы биологической ткани, называют зивертом (Зв). За внесистемную единицу  эквивалентной дозы принимают биологический эквивалент рентгена – бэр.

Биологический эквивалент рентгена – это количество энергии, поглощенной биологической тканью при получении любым видом ионизирующей радиации, вызывающее такой же биологический эффект, как и поглощенная доза в 1 рад ренгеновского или гамма-излучения с энергией 200–250 кэВ.

Таким образом, можно вывести следующие соотношения:

 

1 бэр = W_R · 1рад = W_R · 100 эрг/г = W_R · 0,01 Гр =

= W_R · 0,01 Дж/кг = 0,01 Зв.

Оценивая дозы в медицинской практике, можно считать, что при взвешивающих коэффициентах, равных единице, экспозиционная доза в 1 рентген соответствует поглощенной дозе в 1 рад и эквивалентной дозе в 1 бэр. Для рентгеновского, гамма-, бета-излучений        1 бэр = 1 рад = 100 эрг/г = 0,01 Гр = 0,01 Дж/кг = 0,01 Зв.

Оценивая воздействие дозы на живые системы, необходимо понимать, что зиверт является большой дозой излучения для биологической ткани, равной 100 рентген (взвешивающий коэффициент равен единице), поэтому на практике применяют меньшие единицы – миллионные и тысячные зиверта.

За единицу активности радионуклидов в системе СИ принята величина 1 беккерель – один распад в секунду (Бк). Внесистемная единица активности 1 кюри (Ки); 1Ки = 3,7∙10¹⁰Бк.

Для оценки воздействия излучения на население используют коллективную эквивалентную дозу, равную произведению эквивалентной дозы на число человек, подвергшихся радиации:

 

,

 

где КЭД – коллективная эквивалентная доза, чел∙Зв; ЭД – эквивалентная доза, Зв;  – число человек, подвергшихся радиации.

Развитие биосферы происходит на фоне ионизирующей радиации естественного радиационного фона. Радиационный фон состоит из космического излучения и радиации от природных радионуклидов. Основной вклад в естественный радиационный фон вносят следующие радиоактивные изотопы: ⁴⁰К, ²³⁸U, ²³²Th, а также продукты распада урана и тория. Суммарная доза фонового излучения составляет около 1м∙Зв/год. В районах с высоким содержанием радионуклидов средняя доза излучения может достигать 10м∙Зв/год. Считают, что радиационный фон влияет на информационные потоки в биосфере, обусловливая часть наследственных изменений и мутаций живых организмов.

Ионизирующие излучения воздействуют на биосферу комплексно. Начальные процессы – ионизация, возбуждение атомов и молекул с образованием активных радикалов, вступающих в реакции с основным структурным элементом биосферы – клеткой.

Физико-химические процессы на начальных этапах превращений вещества под действием радиации называют пусковыми.

Животный и растительный мир биосферы обладает различной восприимчивостью к радиации. Наиболее чувствительны к излучению высшие биологические организмы – человек, млекопитающие животные. Одноклеточные растения, животные, бактерии могут выдерживать сравнительно большие дозы радиоактивного излучения.

Поражение высших живых организмов, прежде всего человека, зависит от величины дозы облучения, ее пространственного распределения по организму, времени излучения и временнόго интервала от момента получения дозы (см. табл. 5.12).

Для сравнения с табл. 7.13 отметим, что наследственные заболевания в естественных условиях, характерные для 1980–1990 гг., составляют 6–10%, а заболевание раком колеблется от 0,2 до 0,25% от всего населения.

Таблица 5.13