6.3.6. Радиационная безопасность

У человека нет органов чувств, которые могут предупредить об опасности, а поэтому последствия радиационного облучения часто преувеличивают. Вместе с тем, радиация не является новым фактором воздействия на биосферу, более того, в период становления жизни на Земле она была выше.

Тем не менее, существует реальная опасность для населения, связанная с ионизирующим излучением природных источников, и потенциальная опасность, обусловленная ядерной энергетикой, ядерным оружием и сопутствующими им технологиями. Термин «ионизирующее излучение» (далее ИИ) указывает на способность лучей ионизировать среду либо непосредственно (заряженные частицы), либо косвенно (нейтроны, гамма-кванты, рентгеновские лучи). Источниками ИИ являются радионуклиды, распад которых сопровождается излучением заряженных частиц и гамма-квантов, а также устройства (рентгеновские установки, ускорители частиц и др.), которые генерируют ИИ. В дальнейшем речь пойдет о радионуклидах.

Характеристики величин и единиц в области ионизирующих излучений

Активность вещества или просто активность равна числу распадов в единицу времени. Единицей измерения является беккерель (Бк). Он равен 1 распаду в 1 с. Размерность – [с^-1]. На практике применяют внесистемную единицу кюри: 1 Ки = 3,7ּ10¹⁰ Бк. Производные единицы характеризуют удельная [Бк/кг или Ки/кг], объемную [Бк/м³ или Ки/ м³] и поверхностная [Бк/м² или Ки/ м²] активность радионуклидов.

Активность пропорциональна числу ядер радионуклида N и зависит от λ – постоянной (вероятности) распада [c^-1]

A =

где N₀ = 6,023·10²³ – число Авогадро, m – масса радионуклида, A – его атомное число.

Для интегральной характеристики активности естественных радионуклидов (ЕРН) используют удельную эффективную активность А_эфф, которую выражают в Бк/кг и подсчитывают по формуле

или

где A(Ra), A(Th) и A(K) – удельные активности ²²⁶Ra, ²³²Th и ⁴⁰K, q_U, q_Th, q_K – массовые доли ²³⁸U и ²³²Th (10^-4%) и q_K – массовая доля калия в %.

Значением A_эфф оценивают пригодность материалов для нужд гражданского строительства.

Дозиметрические величины характеризуют опасность излучения для человека. Основой единицей является поглощенная доза, равная энергии излучения, поглощенной единицей массы вещества:

.

Единицей поглощенной дозы служит грэй (Гр), 1 Гр = 1 Дж/кг.

В прикладной радиометрии часто применяют внесистемные единицы дозы: экспозиционная доза и рентген.

Экспозиционная доза – абсолютное значение полного заряда ионов одного знака Q, которые образуются в воздухе при поглощении ИИ:

.

Единица экспозиционной дозы равна энергии рентгеновского или гамма-излучения, при которой в 1 кг чистого воздуха при температуре 0^оС и давлении 760 мм рт. ст. образуются ионы, несущие 1 Кл заряда каждого знака. Ее размерность Кл/кг.

Рентген (Р) – равен энергии рентгеновского или γ-излучения, при которой в 1 см³ чистого воздуха образуются пары ионов с суммарным зарядом в 1 единицу СГСЭ каждого знака. 1Р= 2,58·10^-4 Кл/кг.

Доза, поглощенная в единицу времени, называется мощностью поглощенной дозы.

Биологическое воздействие ИИ определяется не только поглощенной дозой, но плотностью ионизации живой ткани, а она отличается у фотонов и заряженных частиц. Поэтому нормируемые величины, которые определяют допустимые уровни облучения, должны учитывать биологический эффект. В их основе лежат нормативы Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ) и рекомендации Международной комиссии по радиологической защите (МКРЗ). Они основаны на понятиях:

• эквивалентная доза облучения органа или ткани (equivalent dose in organ or tissue) – H_T;

• эффективная эквивалентная доза или эффективная доза (dose effective) – Eэф.

Эквивалентная доза – H_T равна поглощенной дозе, умноженной на взвешивающий коэффициент W_R

,

Значения W_R, рекомендованные МКРЗ, для рентгеновского и гамма излучения равны H_T=1, для альфа-излучения H_T=20.

Эффективная доза – Eэф характеризует опасность облучения всего тела с учетом чувствительности органов и тканей W_Ti. Она равна сумме полученных i-м органом эквивалентных доз H_Ti, умноженных на взвешивающий коэффициент W_Ti, характеризующий чувствительность органа

.

Наиболее чувствительны: гонады – W_T=0,2; костный мозг, толстый кишечник, легкие, желудок – W_T=0,12; наименее чувствительны кожа и поверхности костней – W_T=0,01.

Единицей эквивалентной и эффективной доз служит зиверт (Зв) численно равный дозе, при которой произведение поглощенной в биологическом эквиваленте ткани (БЭТ) дозы на взвешивающий коэффициент равно 1 Дж/кг. При оценке H_T базой служит доза рентгеновского излучения с верхней границей 200 кэВ, поглощенная в БЭТ стандартного состава (76,2 % кислорода, 11,1 % углерода, 10,1 % водорода, 2,6 % азота).

Меру коллективного риска от облучения характеризуют эффективной коллективной (или просто коллективной) дозой. При вводе единицы исходили из того, что число индивидуумов, пострадавших от радиации, пропорционально коллективной дозе. Она равна сумме индивидуальных эффективных доз, и ее единицей служит человеко-зиверт (чел.-Зв).