Ионизирующие излучения. Нормирование и защита.

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

Источники ИИ широко применятся 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 ИИ представляет серьезную опасность для человека, и для сни-жения этой опасности до допустимых уровней требуется применение специальных технических и организационных мер.

 

4.7.1. Виды ионизирующих излучений

Альфа - частицы представляют собой положительно заряжен­ные ядра ато-мов 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 иони-зацию большой плотности.

Бета - частицы - это поток электронов или позитронов, обла­дающий боль-шей 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 чрез 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).

 

4.7.2. 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 превра-щению в секунду.

Активность чаще выражают в несистемных единицах кюри (Ки):

 

1 Ки = 3,7 • 10¹⁰Бк

 

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, Kл/Kг.

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

 

1Р = 2,58 • 10⁻⁴Кл/кг.

 

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

Биологическое действие ионизирующих излучений зависит от по­гло-щенной 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 излу-чения вызывает в живом организме различное биологическое действие. Для учета влияния на орга­низм человека различных видов излучения 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, W_R:

 

H_T,R = D_T,R × W_R

 

где D_T,R - средняя поглощенная доза излучения R в органе или ткани Т; W_R - взвешивающий коэффициент для излучения, 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 воз-никновения отдаленных последствий облучения всего тела человека и отдельных его органов с учетом их радиочувст­вительности. Она представляет собой сумму произведений экви­валентной дозы в органе (H_t,T) на соответствующий взвешиваю­щий коэффициент для данного органа или ткани (W_T):

E = H_t,T W_T,

где H_t,T - эквивалентная доза в ткани Т за время t; W_T - взвеши­вающий коэффициент для ткани Т, который принимается для:

• 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.

4.7.3. Биологическое действие ионизирующих излучений

Существуют два вида воздействия радиоактивных частиц на живые объекты: внешнее облучение и внутренне (с вдыхаемым воздухом, пищей, проникновением через кожу).

Причины дейст­вия облучения на живые организмы:

1) разрыв молекулярных связей и изменение химической струк­туры различных соединений при ионизации живой ткани, что приводит к гибели клеток;

2) радиолиз воды, составляющей около 70% массы ткани, с об­разованием свободных радикалов, а также сильных окислителей - гидропероксида и пероксида водорода.

Продукты радиолиза весьма активны. Они вступают в хими­ческие реакции с молекулами тканей и, образуя новые соедине­ния, разрушают клетки. Изменение состава отдельных молекул клетки и ее гибель выводят из строя многие сотни и тысячи дру­гих молекул погибшей клетки, несмотря на то, что они не под­верглись излучению. Эта огромная, многократная поражающая способность является особенностью воздействия ионизирующего излучения на биологические объекты.

Ионизирующая радиация при воздействии на организм чело­века может вызвать два вида эффектов, которые клиническая ме­дицина называет болез-нями: детерминированные (определенные) пороговые эффекты (лучевая болезнь, лучевой ожог, лучевая ка­таракта, лучевое бесплодие, аномалии в раз-витии плода) и сто­хастические (вероятностные) беспороговые эффекты (злока-чест­венные опухоли, лейкозы, наследственные болезни и др.).

При воздействии на человека больших доз ИИ возможно воз­никновение лучевой болезни в острой или хронической форме.

Острая лучевая болезнь возникает при воздействии на челове­ка больших доз излучений за короткий промежуток времени и имеет 3 стадии:

1-я стадия (доза облучения 1-2 Зв, скрытый период 2-3 неде­ли) сопровож-дается симптомами, характерными и для других за­болеваний: слабость, голов-ные боли, нарушение сна. Исключение облучения и соответствующее лечение позволяют полностью восстановить здоровье;

2-я стадия (доза облучения 2-3 Зв, скрытый период - одна не­деля) характе-ризуется усилением болезненных ощущений, появлением сильных болей в области сердца, живота, тошноты, изжо­ги, кровотечений из носа, десен, изъязвлением слизистых оболо­чек носа и рта. Срок лечение 1,5-2 месяца;

3-я стадия (доза облучения 3-5 Зв) характеризуется необрати­мыми измене-ниями в организме через 3 - 7 ч и даже летальным исходом.

Доза более 5 Зв является смертельной.

Хроническая форма лучевой болезни развивается при систе­матическом облучении дозами, превышающими предельно до­пустимые.

Радиоактивные нуклиды, попавшие в организм с воздухом, пищей, через кожный покров, вызывают изменение состава кро­ви, поражение печени, селезенки, щитовидной железы. Накапли­ваясь в костной ткани, они приводят к ее перерождению, сустав­ным изменениям и атрофии фаланг. Результат их действия на органы дыхания - возникновение бронхопневмонии, рака легкого и бронхов. При воздействии на кожу начинается зуд и жжение, затем происходит выпадение волос, появляются мокнущие язвы ив итоге возникает рак кожи. Последствия облучения - лейкемия, злокачественные опухоли, лучевая катаракта, уродство, мертворождение, ускорение старения.

 

4.7.4. Нормирование ионизирующих излучений

Нормы радиационной безопасности (НРБ-99). СП 2.6.1.758-99 распростра-няются на воздействия ионизирующих излучений:

· вусловиях нормальной эксплуатации техногенных источников из­лучения;

· в результате радиационной аварии;

· от природных ис­точников излучений;

· при медицинском облучении (табл. 4.11).

Нормы устанавливают на три группы лиц, подвергающихся об­лучению:

• группа А - персонал, работающий с техногенными источни­ками ионизирующих излучений;

• группа Б - персонал, по условиям работы находящийся в сфере возмож-ного действия источников ионизирующих излучений;

• население - остальная часть населения, т.е. все население, включая персонал предприятий вне сферы и условий производственной деятельности.

Средняя годовая эффективная доза равна 1 мЗв, или эффективная доза за период жизни (70 лет) - 70 мЗв.

Для женщин в возрасте до 45 лет, работающих с источниками ионизирующего излучения, вводятся дополнительные ограниче­ния: эквивалентная доза в коже нижней части живота не должна превышать за год 1/20 предела годового поступления для персо­нала. При установлении беременности женщина обязана инфор­мировать об этом администрацию и должна быть переведена на работу, не связанную с излучением, - на весь период беременно­сти и на весь период грудного вскармливания ребенка.

При ликвидации аварий с источниками ИИ планируемое по­вышенное облучение персонала возможно только в тех случаях, когда нет возможности принять меры, исключающие превыше­ние установленных пределов, и может быть оправдано лишь спа­сением жизни людей, предотвращением дальнейшего развития аварии и облучения большого числа людей. Планируемое повы­шенное облучение допускается только для мужчин старше 30 лет лишь при их добровольном письменном согласии после информирования о возможных дозах облучения при ликвидации аварии и риске для здоровья.

Планируемое повышенное облучение в дозе не более 100 мЗв в год допускается с разрешения территориальных органов Гос­санэпиднадзора, а облучение в дозе не более 200 мЗв в год - только с разрешения Госкомсан-эпиднадзора России.

Повышенное облучение не допускается:

• для работников, ранее уже получивших дозу 200 мЗв в год в ре­зультате аварии или планируемого повышенного облучения;

• для лиц, имеющих медицинские противопоказания.

При проведении профилактических медицинских рентгеноло­гических, а также научных обследований практически здоровых лиц, не имеющих меди-цинских противопоказаний, годовая эф­фективная доза облучения не должна превышать 1 мЗв.

Таблица 4.11