
- •Введение в теорию переноса и физику защиты от ионизирующих излучений
- •Содержание
- •Предисловие
- •Введение
- •Глава 1. Виды ионизирующих излучений
- •2.1.2. Токовые характеристики полей излучений.
- •Глава 3. Взаимодействие излучений с веществом
- •§ 3.1. Типы взаимодействий излучений с веществом.
- •3.1.1. Поглощение.
- •3.1.2. Ионизация и возбуждение.
- •3.1.3. Рассеяние.
- •3.1.4. Ядерные реакции.
- •§ 3.2. Эффективные поперечные сечения взаимодействия.
- •3.2.1.Микроскопические и макроскопические эффективные поперечные сечения взаимодействия.
- •3.2.2. Дифференциальные и интегральные эффективные поперечные сечения взаимодействия
- •§ 3.3. Взаимодействия фотонов с веществом.
- •5. Образование фотонейтронов.
- •3.3.1. Фотоэлектрическое поглощение.
- •3.3.2. Комптоновское рассеяние.
- •3.3.3.Процесс образования электрон-позитронных пар.
- •3.3.4. Характеристическое излучение.
- •3.3.5. Когерентное рассеяние.
- •3.3.6.Аннигиляционное излучение.
- •3.3.7. Тормозное излучение.
- •3.3.8. Образование фотонейтронов.
- •3.3.9. Макроскопичекие эффективные поперечные сечения взаимодействия фотонов с веществом.
- •§ 3.4. Взаимодействие нейтронов с веществом
- •3.4.1. Качественная картина взаимодействия нейтронов.
- •3.4.2. Формула Брейта-Вигнера
- •3.4.3. Радиационный захват.
- •3.4.4. Упругое рассеяние.
- •3.4.5. Неупругое рассеяние.
- •3.4.6. Кинематика рассеяния нейтронов
- •3.4.7. Специфика рассеяния тепловых нейтронов
- •3.4.8. Дифференциальные микроскопические поперечные сечения рассеяния
- •3.4.9. Ядерные реакции.
- •3.4.10. Полные эффективные микроскопические поперечные сечения взаимодействия нейтронов с веществом.
- •§ 3.5. Взаимодействия заряженных частиц с веществом.
- •3.5.1.Взаимодействия тяжелых заряженных частиц с веществом.
- •3.5.2. Взаимодействия электронов с веществом.
- •Глава 4. Дозовые характеристики полей излучений.
- •§ 4.1. Основные базисные дозовые характеристики полей излучений
- •4.1.1 Поглощенная доза
- •4.1.2.Керма.
- •4.1.3. Эквивалентная доза.
- •4.1.4. Эффективная доза.
- •4.1.5. Ожидаемая эффективная (эквивалентная) доза.
- •4.1.6. Доза эффективная (эквивалентная) годовая
- •4.1.7. Коллективная эффективная доза
- •4.1.8.Предотвращаемая эффективная доза
- •§ 4.2. Фантомные дозовые характеристики полей излучений
- •4.2.1. Показатель эквивалентной дозы.
- •4.2.2. Амбиентная эквивалентная доза.
- •§ 4.3. Связь между дифференциальными и дозовыми характеристиками полей излучений при внешнем облучении.
- •4.3.1. Фотонное излучение.
- •4.3.2.Заряженные частицы.
- •4.3.3.Нейтроны.
- •§ 4.4. Удельные дозиметрические характеристики полей излучений при внешнем облучении.
- •§ 4.5. Связь между концентрациями радионуклидов в окружающей среде и дозовыми характеристиками полей излучений при внутреннем облучении.
- •4.5.1. Однокамерная модель оценки дозы.
- •4.5.2. Многокамерные модели оценки дозы.
- •4.5.3. Модель «удельной активности».
- •§ 4.6. Связь между концентрациями радионуклидов в окружающей среде и дозовыми характеристиками полей фотонов при внешнем облучении.
- •Глава 5. Характеристики источников ионизирующих излучений
- •§ 5.1. Радионуклиды, как источники излучений
- •5.1.1. Активность и постоянная распада радионуклида
- •5.1.2. Схемы радиоактивных превращений
- •§ 5.2. Радионуклиды, как источники отдельных видов излучений.
- •5.2.1. Источники α-частиц.
- •5.2.2. Источники β-частиц и электронов.
- •Электронный (β-- распад):
- •5.2.3. Источники γ-излучения.
- •5.2.4. Источники нейтронов.
- •Основные характеристики (α,n)-источников нейтронов.
- •239Pu - α –Be (справа) источниками нейтронов.
- •Характеристики (γ,n)-источников нейтронов.
- •§ 5.3. Дозовые характеристики радионуклидов, как источников γ- излучения.
- •5.3.1. Керма – постоянные радионуклидов.
- •5.3.2. Керма – эквивалент радионуклидов.
- •§ 5.4. Установки для получения излучений.
- •5.4.1.Источники заряженных частиц.
- •5.4.2. Источники фотонного излучения.
- •5.4.3. Источники нейтронного излучения.
- •Значения констант формулы 5.28.
- •Доля запаздывающих нейтронов деления на 1 деление
- •Глава 6. Основные принципы нормирования и нормы радиационной безопасности.
- •§ 6.1. Биологические эффекты радиационного воздействия.
- •6.1.1. Детерминированные соматические поражения.
- •6.1.2. Стохастические соматические и генетические поражения.
- •6.1.3. Действие радиации на окружающую среду.
- •§ 6.2. Уровни фонового облучения человека.
- •6.2.1. Уровни естественного радиационного фона.
- •Концентрация естественных радионуклидов в почвах и создаваемые ими мощности поглощенной дозы на поверхности .
- •Среднемировые данные по рациону питания и скорости дыхания
- •Среднегодовые эффективные дозы радиации от различных источников естественного фона, мкЗв/год
- •6.2.2. Технологически повышенный естественный радиационный фон.
- •Концентрации естественных радионуклидов в различных строительных материалах, Бк/г и мощность поглощенной дозы в воздухе, нГр/ч х10
- •6.2.3. Искусственный радиационный фон.
- •Типичные значения эффективных доз пациентов при различных процедурах, мЗв
- •6.2.3. Дозовые нагрузки от всех источников радиационного фона.
- •§ 6.3. Принципы нормирования дозовых пределов.
- •6.3.1.Основные принципы нормирования радиационного фактора воздействия.
- •6.3.2.Концепция приемлемого риска.
- •1) Концепция нулевого риска;
- •2) Беспороговая концепция;
- •3) Концепция приемлемого риска.
- •Классификация источников риска
- •6.3.3. Экономические подходы к нормированию
- •§ 6.4 . Нормы радиационной безопасности. Основные дозовые пределы.
- •6.4.1. Пределы доз.
- •Коэффициенты риска для разных категорий облучаемых лиц, х10-5 (чел-мЗв)
- •6.4.2.Требования по ограничению облучения в условиях радиационной аварии
- •Критерии для принятия неотложных решений в начальном периоде радиационной аварии
- •6.4.3. Принципы расчетов предельно допустимых уровней и потоков ионизирующих излучений.
- •Параметры, используемые в нрб-99/2009 для оценки доз излучения.
- •Среднегодовые допустимые плотности потоков излучений для лиц из персонала при облучении, см-2 с-1
- •Значенияудельных дозовых коэффициентов, предела годового поступления с воздухом и допустимой среднегодовой объемной активности в воздухе отдельных радионуклидов для персонала.
- •6.4.4. Комбинированное воздействие излучений.
- •Рекомендуемая литература
- •Используемые константы и обозначения.
6.3.1.Основные принципы нормирования радиационного фактора воздействия.
В основу отечественных норм радиационной безопасности НРБ-99/2009 положены рекомендации МКРЗ:
1) непревышение допустимых пределов индивидуальных доз облучения людей от всех источников излучения (принцип нормирования);
2) запрещение всех видов деятельности по использованию источников излучения, при которых полученная для человека и общества польза не превышает риск возможного вреда, причиненного дополнительным облучением (принцип обоснованности);
3) поддержание на возможно низком и реально достижимом уровне с учетом экономических и социальных факторов индивидуальных доз облучения и числа облучаемых лиц при использовании любого источника излучения (принцип оптимизации).
При очевидности двух первых пунктов рекомендаций наибольшее внимание привлекает третий пункт, так как он относится ко всему населению. Этот принцип в английской транскрипции получил название «принцип ALARA» (As Low As Reasonable and Achievable — настолько низко, насколько это практически достижимо). Один из наиболее приоритетных и эффективных инструментов реализации этого принципа нормирования в области охраны здоровья человека и окружающей среды — применение методологии оценки риска. Ключевым в этой методологии является положение, что вредные воздействия факторов окружающей среды на конкретную популяцию вызывают неблагоприятные последствия, частота и проявление которых можно характеризовать риском. В работах, посвященных исследованиям риска, он определяется как мера количественного измерения опасности, включающая количественные показатели ущерба от воздействия того или иного опасного фактора и вероятности (частоты) возникновения рассматриваемого опасного фактора. К таким факторам можно отнести и радиацию, а к популяциям — население; так появляется риск неблагоприятных радиационных последствий для здоровья человека. Его количественная оценка базируется на знаниях о биологическом действии радиации на отдельного человека и население Земли в целом, на зависимости неблагоприятных последствий воздействия радиации от дозы излучения. Аналогично можно ввести понятие экологического радиационного риска, как вероятности развития у растений и/или животных неблагоприятных эффектов, обусловленных воздействием радиации.
6.3.2.Концепция приемлемого риска.
Рассматривая радиацию, как фактор воздействия, и опираясь на знания о биологических эффектах, связанных с ее воздействием, можно ввести следующие подходы к нормированию радиационного фактора:
1) Концепция нулевого риска;
2) Беспороговая концепция;
3) Концепция приемлемого риска.
Суть концепции нулевого риска в отношении радиации состоит в предположении, что ее воздействие на организм человека носит пороговый характер, т. е. проявление воздействия радиации наблюдается только при дозах, превышающих некоторое предельно допустимое значение (кривая 1 на рис.6.7 демонстрирует принимаемую в этом случае зависимость доза-неблагоприятный биологический эффект).
Рис.6.7. Зависимость риска R от эффективной дозы Е при разных подходах к нормированию.
Как отмечалось выше, детерминированные соматические поражения имеют пороговый характер в зависимости от дозы облучения, поэтому установление в нормах радиационной безопасности предельно-допустимой дозы облучения для персонала, работающего с источниками ионизирующего излучения, ниже этой пороговой величины полностью исключает возможность детерминированных соматических поражений при работе в полях излучений, удовлетворяющих требованиям НРБ. Согласно концепции нулевого риска устанавливается предельно допустимая доза (ПДД) — это максимальная индивидуальная эффективная годовая доза хронического облучения организма, воздействие которой в течение 50 лет не вызывает в состоянии здоровья персонала неблагоприятных изменений, обнаруживаемых современными методами.
Следовательно, условия функционирования ядерных объектов, гарантирующие непревышение ПДД, обеспечивают нулевой риск неблагоприятных последствий для персонала.
Беспороговая концепция основывается на следующих положениях: существует не равная нулю вероятность стохастических соматических и генетических эффектов облучения при сколь угодно малой дозе облучения; вероятность эффекта облучения линейно зависит от дозы:
R=kRS (6.2),
где R – риск неблагоприятных последствий, S –коллективная эффективная доза, kR – линейный коэффициент риска (кривая 2 на рис.6.7.). В §6.1 приводились обоснования этого положения. Оно представляется спорным при уровнях доз близких к естественному фоновому облучению. Если из общебиологических и экологических представлений рассматривать естественную радиацию, как неотъемлемый фактор окружающей среды, обеспечивающий гомеостазис в любой экосистеме, в том числе и в биосфере, то вряд ли можно принять, что естественный фон приводит к неблагоприятным последствиям для любых объектов биосферы. И не очень благоприятное впечатление оставляет принцип этой концепции, что облучение в любых дозах является вредным. Существует мнение, что облучение в дозах примерно до 10 естественных фоновых значений оказывает стимулирующий, а не угнетающий эффект.
Концепция приемлемого риска базируется на компромисе беспороговой концепции, предполагающей, что воздействие излучения в любой дозе является вредным для здоровья организма и невозможно тем самым достичь абсолютного благополучия и нулевого риска, и концепции неприемлемости переоблучения, когда приносимый ущерб превышает некоторые заданные границы.
В основе концепции приемлемого риска лежит представление о том, что общество ради удовлетворения своих потребностей готово пойти на определенный риск неблагоприятных последствий от воздействия опасных техногенных факторов, в частности радиации, компенсируемый получаемыми социальными, экономическими и экологическими выгодами. Такой риск и называют приемлемым риском.
Важным в концепции приемлемого риска является количественная оценка риска различного рода воздействий в окружающей среде и на основе этой шкалы риска определение пределов пренебрежимого, приемлемого и чрезмерного рисков.
Приемлемый риск принимается в промежутке между пренебрежимым и чрезмерным, при этом под пренебрежимым понимается риск неблагоприятных последствий, ниже которого не требуется принимать каких либо мер по его снижению, чрезмерный - недопустимый по всем возможным критериям.
Необходимо четко установить и параметры, по которым следует определять величину риска. Часто в качестве такого параметра для человека берется заболевание, приводящее к смертельному исходу. В общем случае риск можно представить в виде произведения вероятности неблагоприятного события и причиненного этим событием ущерба, что и можно выразить единым коэффициентом риска. Рис.6.7 качественно показывает границы приемлемого риска.
На этапах оценки риска для здоровья используются накопленные данные токсикологических исследований и статистического анализа, позволяющие прогнозировать степень риска для здоровья населения от уровня загрязнения различных компонент окружающей среды, что делает возможным установить вклад каждого фактора воздействия в уровень смертности и заболеваемости. При анализе риска учитываются различные социально-экономические, демографические, этнические и другие характеристики рассматриваемых групп населения. В табл.6.15 приведена классификация источников риска и оценки рисков неблагоприятных последствий в среде обитания человека, полученные на основе статистической информации по 5 странам мира: США, Великобритания, Швеция, Чехословакия, Франция. За показатель неблагоприятных последствий был принят смертельный исход, обусловленный тем или иным фактором воздействия в течение года.
Из приведенных данных следует, что уровень риска в повседневной жизни изменяется в довольно широких пределах: от 10-5 для стихийных бедствий в естественной среде обитания, до 10-2 для внутренней среды обитания или отраслей производства с повышенным уровнем риска.
К настоящему времени разработаны методики расчета риска, связанного с загрязнением окружающей среды, подготовлены базы данных по рискам, реализованные в виде компьютерных программ.
Таблица 6.15