Глава 6. Защита от ионизирующих излучений

Быстрое развитие ядерной энергетики и широкое применение источников ионизирующих излучений (ИИИ) в различных обла­стях науки, техники и народного хозяйства создали потенциаль­ную угрозу радиационной опасности для человека и загрязнения окружающей среды радиоактивными веществами. Поэтому защита от ионизирующих излучений (радиационная безопасность) пре­вращается в одну из важнейших проблем:

Ионизирующими называются излучения, которые при взаимо­действии с веществом вызывают его ионизацию, т.е. образование заряженных атомов или радикалов (ионов).

Источники ионизирующих излучений широко применяются для дефектоскопии металлов, контроля качества сварных швов, в контрольно-измерительных приборах (уровнемеры), для борь­бы со статическим электричеством, а также в атомной энергети­ке, медицине и др.

Контакт с ионизирующим излучением представляет серьезную опасность для человека, и для снижения этой опасности до допу­стимых уровней требуется применение специальных технических и организационных мер.

ВИДЫ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ

Альфа-частицы представляют собой положительно заряженные ядра атомов гелия. Эти частицы испускаются при радиоактивном распаде некоторых элементов с большим атомным номером, в основном трансурановых элементов с атомными номерами более 92. Альфа-частицы распространяются в средах прямолинейно со скоростью около 20 тыс. км/с, создавая на своем пути ионизацию большой плотности.

Бета-частицы — это поток электронов или позитронов, обла­дающий большей проникающей и меньшей ионизирующей спо­собностью, чем альфа-частицы. Они возникают в ядрах атомов при радиоактивном распаде и сразу излучаются со скоростью, близкой к скорости света.

Рентгеновское излучение — это электромагнитное излучение высокой частоты и с короткой длиной волны, возникающее при бомбардировке вещества потоком электронов. Важнейшее свойство рентгеновского излучения — его большая проникающая спо­собность. Рентгеновские лучи могут возникать в рентгеновских трубках, электронных микроскопах, мощных генераторах, выпря­мительных лампах, электронно-лучевых трубках и др.

Гамма-излучение относится к электромагнитному излучению и представляет собой поток квантов энергии, распространяющихся со скоростью света. Гамма-излучение свободно проходит через тело человека и другие материалы, не сопровождаясь заметным ослаблением, и может создавать вторичное и рассеянное излуче­ние в средах, через которые проходит.

Нейтронное излучение — это поток нейтральных частиц, кото­рые вылетают из ядер атомов при некоторых ядерных реакциях, в частности при делении ядер урана и плутония. Отличительная особенность нейтронного излучения — способность превращать атомы стабильных элементов в радиоактивные изотопы, что рез­ко повышает опасность нейтронного облучения.

Альфа-, бета-частицы и нейтронные излучения имеют корпус­кулярную природу (поток частиц), а гамма-излучение и рентгенов­ское излучение — волновую природу (электромагнитные волны).

ЕДИНИЦЫ АКТИВНОСТИ И ДОЗЫ ИОНИЗИРУЮЩИХ

ИЗЛУЧЕНИЙ

Активность (А) радиоактивного вещества — это число спонтан­ных (самопроизвольных) ядерных превращений (dN) в единицу времени (dt) (скорость превращения):

A = dN/dt.

Единица активности — беккерель (Бк). 1 Бк равен одному ядер­ному превращению в секунду.

Активность чаще выражают в несистемных единицах кюри (Ки):

1 Ки = 3,7 10¹⁰ Бк.

Основным параметром, характеризующим поражающее дей­ствие проникающей радиации, является доза излучения, т.е. коли­чество энергии ионизирующих излучений, поглощенной едини­цей массы облучаемой среды. Различают дозу излучения в возду­хе (экспозиционную дозу) и поглощенную дозу.

Для характеристики источника излучения по эффекту иониза­ции используют экспозиционную дозу рентгеновского и гамма-излучения. Экспозиционная доза (X) — это отношение полного за­ряда (dQ) ионов одного знака, возникающих в сухом атмосферном воздухе малого объема, к массе воздуха (dm) в этом объеме (ку­лон на килограмм):

X = dQ/dm, Кл/кг.

В технике экспозиционную дозу выражают также в рентгенах (Р):

1 Р = 2,58 Ю-⁴ Кл/кг.

Экспозиционная доза характеризует потенциальную опасность радиации при общем и равномерном облучении тела человека.

Биологическое действие ионизирующих излучений зависит от поглощенной дозы. Поглощенная доза излучения (D) — это отно­шение средней энергии (de), переданной излучением веществу в некотором элементарном объеме, к массе вещества (dm) в этом объеме:

D = de/dm, Дж/кг. Единица измерения поглощенной дозы называется грей (Гр):

1 Гр = 1 Дж/кг. Используется также единица измерения — рад:

1 рад =.0,01 Гр.

Величина поглощенной дозы зависит не только от свойств из­лучения, но и от свойств поглощающего вещества. Одинаковая доза различных видов излучения вызывает в живом организме различное биологическое действие. Для учета влияния на орга­низм человека различных видов излучений на различные органы вводят понятия «эквивалентная» и «эффективная» дозы.

Эквивалентная доза (Н) — это поглощенная доза в органе или ткани, умноженная на соответствующий взвешивающий коэффициент для данного вида излучения, wr:,

ht,r = D_T;R x W_R,

где Dj r — средняя поглощенная доза излучения R в органе или ткани Т; wr — взвешивающий коэффициент для излучения R, ко­торый принимается для:

• фотонов любых энергий — 1;

• электронов любых энергий — 1;

• нейтронов энергий менее 10 кэВ — 5;

• нейтронов энергий 10-100 кэВ — 10;

• нейтронов энергий 100-2000 кэВ— 20;

• нейтронов энергий 2-20 МэВ — 10;

• нейтронов энергий > 20 МэВ — 5;

• альфа-частицы, осколки деления тяжелых ядер — 20. Единица измерения эквивалентной дозы — зиверт (Зв):

1 Зв = 1 Дж/кг.

Иногда используется бэр (биологический эквивалент рада): 1 бэр = 0,01 Зв.

Эффективная доза (Е) — это величина, используемая как мера риска возникновения отдаленных последствий облучения всего тела человека и отдельных его органов с учетом их радиочувстви­тельности. Она представляет собой сумму произведений эквива­лентной дозы в органе (Н₍д-) на соответствующий взвешивающий коэффициент для данного органа или ткани (W_T):

E = H_t,_TW_T,

где H_tj — эквивалентная доза в ткани Т за время t; wt — взве­шивающий коэффициент для ткани Т, который принимается для:

• гонад — 0,20;

костного мозга (красного), легких', желудка — 0,12;. печени, грудной и щитовидной железы, мочевого пузыря — 0,05;

• кожи и клеток костных поверхностей — 0,01;

• остальных органов и тканей — 0,05.
Эффективная доза измеряется в Зв.