13. Ионизирующее излучение

13.1. Виды ионизирующих излучений, их физическая природа и особенности распространения

К ионизирующим излучениям относятся корпускулярные (альфа-, бета-, нейтронные) и электромагнитные (гамма-, рентгеновское) излучения, способные при взаимодействии с веществом создавать заряженные атомы и молекулы - ионы.

Альфа-излучение представляет собой поток ядер гелия, испускаемых веществом при радиоактивном распаде ядер или при ядерных реакциях.

Их энергия не превышает нескольких МэВ. Чем больше энергия частиц, тем больше полная ионизация, вызванная ею в веществе. Пробег альфа-частиц, испускаемых радиоактивным веществом, достигает 8-9 см в воздухе, а в живой ткани - нескольких десятков микрон. Обладая сравнительно большой массой, альфа-частицы быстро теряют свою энергию при взаимодействии с веществом, что обуславливает их низкую проникающую способность и высокую удельную ионизацию, составляющую в воздухе на 1 см пути несколько десятков тысяч пар ионов.

Бета-излучение - поток электронов или позитронов, возникающих при радиоактивном распаде.

Энергия бета-частиц не превышает нескольких МэВ. Максимальный пробег в воздухе составляет 1800 см, а живых тканях 2,5 (нескольких десятков пар на 1 см пробега), а проникающая способность выше, чем альфа-частиц.

Нейтроны - поток которых образует нейтронное излучение преобразуют свою энергию в упругих неупругих взаимодействиях с ядрами атомов.

При неупругих взаимодействиях возникает вторичное излучение, которое может состоять как из заряженных частиц, так и из гама-квантов (гамма-излучение). При упругих взаимодействиях возможна обычная ионизация вещества.

Проникающая способность нейтронов существенно зависит от их энергии и состава вещества атомов, с которыми они взаимодействуют.

Гамма-излучение - электромагнитное (фотонное) излучение, испускаемое при ядерных превращениях или взаимодействии частиц.

Гамма излучение обладает большой проникающей способностью и малым ионизирующим действием. Энергия его находится в пределах 0,01 - 3 МэВ.

Рентгеновское излучение возникает в среде, окружающей источник бета-излучения (в рентгеновских трубках, в ускорителях электронов) и представляет собой совокупность тормозного и характеристического излучения, энергия фотонов которых составляет не более 1 МэВ.

Тормозное излучение - фотонное излучение с непрерывным спектром, испускаемое при изменении кинетической энергии заряженных частиц.

Характеристическое излучение - это фотонное излучение с дискретным спектром, испускаемое при изменении энергетического состояния атомов.

Как и гамма-излучение, рентгеновское излучение обладает малой ионизирующей способностью и большой глубиной проникновения.

13.2. Единицы активности и дозы ионизирующих излучений

Активность А радиоактивного вещества - число спонтанных превращений dN в этом веществе за малый промежуток времени dt, деленное на этот промежуток:

A = dN / dt, (2.25).

единицей измерения активности является Беккерель (Бк). 1 Бк равен одному ядерному превращению в секунду. Кроме этого, активность может измеряться в Кюри (и) - специальная единица активности.

 

1Ки = 3,7 × 10 10 Бк.

Для количественной оценки ионизирующего действия рентгеновского и гамма - излучения в сухом атмосферном воздухе используется понятие экспозиционной дозы. Экспозиционная доза представляет собой отношение полного заряда ионов одного знака, возникающих в малом объеме воздуха, к массе воздуха в этом объеме. За единицу этой дозы принимают кулон на килограмм (Кл / кг). применяется также внесистемная единица - рентген (Р).

Количество энергии излучения, поглощенное единицей массы облучаемого тела (тканями организма), называется поглощенной дозой и измеряется в системе СИ в Греях (Гр).

Эта доза не учитывает, какой вид излучения воздействовал на организм человека. Если принять во внимание этот факт, то дозу следует умножить на коэффициент, отражающий способность излучения данного вида повреждать ткани организма. Пересчитанную таким образом дозу называют эквивалентной дозой; ее измеряют в системе СИ в единицах, называемых зивертами (Зв).

Доза эффективная - 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 на соответствующий взвешивающий коэффициент для данного органа или ткани. Эта доза также измеряется в зивертах.

Специальная единица эквивалентной дозы - бэр.

Бэр - поглощенная доза любого вида излучения, которая вызывает равный биологический эффект с дозой в 1 рад рентгеновского излучения.

Рад - специальная единица поглощенной дозы зависит от свойств излучения и поглощающей среды.

Поглощенная, эквивалентная, эффективная и экспозиционная дозы, отнесенные к единице времени, носят название мощности соответствующих доз.

Условная связь системных единиц:

100 Рад = 100 Бэр= 100 Р= 13 В= 1 Гр

13.3. Биологическое действие ионизирующих излучений

Биологическое действие излучения зависит от числа образованных пар ионов или от связанной с ним величины - поглощенной энергии.

Ионизация живой ткани приводит к разрыву молекулярных связей и изменению химической структуры различных соединений. Изменение химического состава значительного числа молекул приводит к гибели клеток.

Под влиянием излучений в живой ткани происходит расщепление воды на атомарный водород Н и гидроксильную группу ОН, которые, обладая высокой активностью, вступают в соединение с другими молекулами ткани и образуют новые химические соединения, не свойственные здоровой ткани. В результате происходящих изменений нормальное течение биохимических процессов и обмен веществ нарушается.

Под влиянием ионизирующих излучений в организме происходит торможение функций кроветворных органов, нарушение нормальной свертываемости крови и увеличение хрупкости кровеносных сосудов, расстройство деятельности желудочно-кишечного тракта, истощение организма, снижение сопротивляемости организма инфекционным заболеваниям, увеличение числа белых кровяных телец. (лейкоцитоз).

Необходимо различать внешнее и внутреннее излучение.

Естественный фон излучения состоит из космического излучения и излучения естественно - распределенных радиоактивных веществ. Естественный фон внешнего излучения на территории нашей страны создает мощность эквивалентной дозы 0,36-1,8 мЗв в год, что соответствует мощности экспозиционной дозы 40-200 мР/год (фон в Москве 0,012 - 0,02 мР/час в Чернобыле было 15 мР/час).

Кроме естественного облучения, человек облучается ми другими источниками, например, при производстве рентгеновских снимков черепа 0,8 - 6 Р; позвоночника 1,6 - 14,7 Р; легких (флюорография) 0,2 - 0,5 Р; грудной клетке при рентгеноскопии 4,7 - 19,5 Р; желудочно-кишечного тракта при рентгеноскопии 12 - 82 Р; зубов 3 - 5 Р.

однократное облучение в дозе 25-50 бэр приводит к незначительным скоропроходящим изменениям в крови, при дозах облучения 80 - 120 бэр появляются печальные признаки лучевой болезни, но смертельный исход отсутствует. Острая лучевая болезнь развивается при однократном облучении 200-300 бэр, смертельный исход возможен в 50% случаев. Смертельный исход в 100% случаев наступает при дозах 550 - 700 бэр. Эти данные - когда лечение не проводится: существует ряд противолучевых препаратов, ослабляющих действие излучения.

Заболевания могут быть острыми и хроническими.

13.4. Нормирование ионизирующих излучений

В настоящее время предельно допустимые уровни ионизирующего облучения определяются “Нормами радиационной безопасности НРБ - 76/87” и “Основными санитарными правилами работы с радиоактивными веществами и другими источниками ионизирующих излучений ОСП-72/87”.

В соответствии с НРБ - 76/87 и ОСП - 72/87 установлены следующие категории облучаемых:

категория А - персонал;

категория Б - ограниченная часть населения;

категория В - население области, края, республики, страны.

Персонал - работающие с источниками ионизирующего излучения.

Ограниченная часть населения - лица непосредственно не работающие с ИИО, но по условиям проживания или размещения рабочих мест подвергающиеся воздействию радиоактивного излучения.

Население - остальные.

В порядке убывания радиочувствительности устанавливаются три группы критических органов:

I. Все тело, гонады и красный костный мозг (гонады - от греческого слова “gone” - порождающие, половые железы).

II. Мышцы, щитовидная железа, жировая ткань, печень, почки, селезенка, желудочно-кишечный тракт, легкие, хрусталик глаза и другие органы, за исключением тех, которые относятся к группам I и III.

III. Кожный покров, костная ткань, кисти, предплечья, лодыжки и стопы.

Устанавливаются предельно допустимые дозы (ПДД) за год.

ПДД - наибольшее значение индивидуальной эквивалентной дозы за год, которое при равномерном воздействии в течении 50 лет не вызовет в состоянии здоровья персонала неблагоприятных изменений, обнаруживаемых современными методами.

Дозовые пределы,

группа критических органов

бэр за год

I

II

III

ППД для категории А

ППД для категории Б

5

0,5

15

1,5

30

3

Эквивалентная доза Н (бэр), накопленная в критическом органе за время Е (лет) с начала профессиональной работы, не должна превышать значения:

Н = ПДД × Т.

В любом случае доза, накопленная к 30 годам, не должна превышать 12 ПДД. На территории Украины, Белоруссии и России площадью 28 тыс. км 2 с условием загрязнения более 5 Кюри / км2 по Цезию - 137 проживает около 1 млн. человек. Доза их облучения может значительно превышать ПДД - 35 бэр за жизнь (35 бэр за 70 лет жизни сейчас норма для районов Чернобыля).

13.5. Меры и средства защиты от ионизирующих излучений

Защита от ионизирующих излучений состоит из комплекса организационных и технических мер, осуществляемых путем экранирования источников излучения или рабочих мест, удаления источника от рабочих мест, сокращение времени облучения.

К организационным мерам относится:

  • выбор радионуклидов с меньшим периодом полураспада:
  • применение измерительных приборов большей точности:
  • инструктажи с указанием порядка и правил проведения работ, обеспечивающих безопасность;
  • применение специальных хранилищ для радиоактивных веществ;
  • медицинский контроль за состоянием здоровья работающих.

Технические меры защиты заключаются в экранировании источников излучения или рабочих мест, при помощи которого можно снизить облучение на рабочем месте до заданного значения.

Альфа-частицы имеют небольшую длину пробега, поэтому слой воздуха в несколько сантиметров, одежда, резиновые перчатки являются достаточной защитой.

Для защиты от бета-излучений применяют материалы с небольшим атомным весом (плексиглас, алюминий). Для защиты от бета-излучений высоких энергий этими материалами облицовывают экраны из свинца, т.к. при прохождении бета-частиц через вещество возникает тормозное излучение в виде рентгеновского излучения.

Гамма-излучение и рентгеновское лучше всего поглощается материалами с большим атомным номером и высокой плотностью свинец, вольфрам).

Защитные экраны могут быть стационарные, передвижные, настольные, разборные.

Может быть использована в качестве технических мер защиты вытяжная вентиляция.

В качестве средств индивидуальной защиты от альфа и бета-излучений применяют индивидуальные защитные костюмы, средство защиты органов дыхания - изолирующие противогазы.

Безопасность жизнедеятельности


*****
Новосибирск © 2009-2017 Банк лекций siblec.ru
Лекции для преподавателей и студентов. Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.