6.2. Облучение. Последствия облучения. Доза облучения

Проходя через среду (биологическую ткань) ИИ ионизируют ее, что приводит к физико–химическим или биологическим изменениям свойств среды ( на атомо – молекулярном уровне). Живые клетки не переносят ионизацию. При ионизации живого организма нарушаются обменные процессы, нормальное функционирование нервной, эндокринной, иммунной, дыхательной, сердечно – сосудистой, пищеварительной и др. систем.

Технические устройства при ионизации теряют или изменяют свои свойства. Так, диоды, транзисторы, конденсаторы, оптические устройства и др. выходят из строя. Короче, все живое и неживое не «терпит» излишнего облучения, т.е. воздействия ИИ.

Облучение (воздействие ИИ) может быть внешним (на весь объект или отдельные его части) или внутренним (при попадании в организм с воздухом, водой, пищей).

Вся энергия, которой обладают ИИ, затрачивается на ионизацию объекта. Количественной ее мерой является доза излучения (облучения) – D. Ее производная – мощность дозы – Р (отношение дозы к интервалу времени ее накопления). Величины и единицы измерения, используемые в дозиметрии ИИ, приведены в табл. 6.1.

Последствия облучения для людей могут быть самыми различными. Они во многом определяются величиной дозы облучения и временем ее накопления.

Таблица 6.1. Основные дозиметрические величины и единицы их измерения

Величины и их символы	в СИ	Внесистемные	Соотношения между единицами
Активность, А – мера радиоактивности. Характеризует скорость ядерных превращений (распада) радионуклидов	Бк – беккерель	Кu- кюри	1Бк=1расп/с=2,7х10-11 Кu; 1Ku=3,7х1010Бк
Экспозиционная доза, Х-мера ионизации воздуха. Характеризует потенциальную возможность поля ИИ к облучению тел (вещества). В н/в не применяется.	Кл/кг – кулон на килограмм	Р –рентген	1Кл/кг=3,88х103Р;1Р=2,58х10-4 Кл/кг= =2,08х109 пар ионов в 1 см3 воздуха; 1Р=0,88 рад – в воздухе; 1Р=0,93 рад – в ткани
Поглощенная доза, D – мера радиационного эффекта облучения. Характеризует энергию излучения, переданную телу определенной массы. Фундаментальная дозиметрическая величина	Гр – грей	Рад – рад (радиационная адсорбированная доза)	1Гр=1Дж/кг=100рад; 1Рад=100эрг/г=10-2Гр
Эквивалентная доза, Н – мера биологического эффекта облучения в зависимости от вида ИИ. Произведение поглощенной дозы данного вида излучения на соответствующий взвешивающий коэффициент. WRi – (взвешивающий коэфф. вида излучения) Hi=W Ri Di;	Зв – зиверт	Бэр – бэр (биологический эквивалент рада)	1Зв=1Гр×WR=100бэр; 1Бэр=1Рад× WR =10-2Зв;5
Эффективная доза, Е – мера риска возникновения отдаленных последствий облучения с учетом радиочувствительности различных органов. Сумма произведений эквивалентной дозы НТ в органе на соответствующий взвешивающий коэффициент WT, E=åWTHT	Зв – зиверт	Бэр – бэр
Мощность дозы – приращение дозы (поглощенной, эквивалентной, эффективной) за интервал времени к этому интервалу: Р=dD/dt;			За единицу времени могут приниматься секунда, час, сутки, год: Гр/ч,× Зв/ч, рад/с, и т.д.

Примечания. В практике дозиметрических измерений могут также широко использоваться: эффективная коллективная, полувековая и другие дозы; десятичные кратные и дольные части указанных единиц – дека, гекто, кило, мега, деци, санти, милли, микро и т.д.; активность – удельная (Бк/кг), объемная (мкКu/литр), поверхностная (мкКu/см²) или Кu/км² и др.

Возможные последствия облучений людей приведены в табл. 6.2.

Таблица 6.2. Радиационные эффекты облучения

Телесные (соматические). Воздействие на облучаемого. Имеют дозовый порог	Вероятностные телесные (соматико-стохастические). Условно не имеют дозового порога	Генетические. Воздействие на потомство. Условно не имеют дозового порога
Острая лучевая болезнь	Сокращение продолжительности жизни	Доминантные генные мутации
Хроническая лучевая болезнь	Лейкозы (скрытый период 7-12 лет)	Рецессивные генные мутации
Локальные лучевые повреждения	Опухоли разных органов (скрытый период до 25 лет и более)	Хромосомные аберрации.

¹В некоторых источниках W_R определяется как коэффициент качества излучения и обозначается Q или K.

Зависимость эффектов от дозы однократного (кратковременного) облучения человека представлена в табл. 6.3.

Таблица 6.3. Зависимость эффектов от дозы однократного (кратковременного)¹ облучения человека

Д О З А		Э Ф Ф Е К Т
Грей	рад
50	5000	Пороговая доза поражения центральной нервной системы («электронная смерть»)
6,0	600	Минимальная абсолютно-смертельная доза
4.0	400	Средне смертельная доза (доза 50% выживания)
1,5	150	Доза возникновения первичной лучевой реакции (в зависимости от дозы облучения различают четыре степени острой лучевой болезни: 100-200 рад – 1ст., 200-400 рад –2 ст., 400-600 рад –3 ст., свыше 600 рад –4 ст.)
1,0	100	Порог клинических эффектов
0,1	10	Уровень удвоения генных мутаций

Расчет дозы

Спад уровней радиации (мощности дозы излучения) на местности принято оценивать степенной зависимостью, получившей название закона Вея – Вигнера по имени ученых, его предложивших, т.е.:

, (6.1)

где Р₀ и Р_t – уровни радиации (мощности дозы излучения) на местности на время t₀ и t соответственно;

¹Радиоактивное облучение, получаемое в течение первых четырех суток, принято называть однократным, а за большее время – многократным. Доза радиации, не приводящая к снижению работоспособности(боеспособности) личного состава формирований(лисного состава армии во время войны): однократная (в течение первых четырех суток) – 50рад; многократная: в течение первых 10-3- суток – 100рад; в течение трех месяцев – 200рад; в течение года – 300рад. Не путать, речь идет о потере работоспособности, хотя последствия облучения(см. табл 6.2) сохраняется

t₀ и t – время, прошедшее после взрыва (аварии реактора);

n – показатель степени, характеризует скорость радиоактивного распада смеси продуктов деления и зависит от временного интервала, в котором осуществляется аппроксимация, а для ядерного реактора, кроме того, он будет зависеть от компании¹ реактора.

n- принимается равным 1,2 для ЯВ (в интервале от одного часа до одного года после ЯВ), а для реактора с компанией один год n»0,45. С увеличением компании реактора показатель степени n уменьшается. Варьирование коэффициентом n в практике расчета дозы излучения затрудняется.

Данная зависимость позволяет определить уровень радиации (мощность дозы) на любое время, прошедшее после взрыва (аварии), если уровень радиации (мощность дозы) была установлена (измерена) на какое – то время t₀ , прошедшее после аварии (взрыва).

Получаемая доза облучения по сути величина интеграла (площади), ограниченной кривой Р_t (t) и временами начала t_н и конца облучения t_k. Изменение во времени мощности дозы на местности от ЯВ показано схематично на рис. 6.1 (n=1,2).

¹Компания реактора – время его работы с одной загрузкой топлива

Если в зависимости (6.1) t₀= 1 часу, то Р_t = Р₁(t)^-n. Так как Р = dD/dt (по определению), то:

(6.2)

Если ввести дозовый коэффициент К_доз равный

, то полученная дозаD = Р₁× К_доз (без учета воздействия среды на радиацию).

Для К_доз составлены таблицы.

Исследуем зависимость (6.2).

1. n=1,2 для ядерного взрыва

Но и , тогда .

Если ® ¥ , то ® 0 и D_¥ = , а если = , то D= , т.е.

Выводы. 1. Анализ зависимости (6.1) дает: если время после взрыва будет увеличиваться в 7ⁿ раз, то мощность дозы на местности будет уменьшаться в 10ⁿ раз; максимальная доза облучения при длительном облучения не будет превышать 5 начальных мощностей доз и пределом ее является 5 Р₁.

2. Если n=0,5, то , т.е. спад уровней радиации на местности идет медленнее, чем после ЯВ.

Если имеется защитная среда (стены, перекрытия, техника и др.), то получаемая доза будет уменьшаться в К_осл раз, т.е. итоговая формула

, (6.3)

З амечания. Закон Вея – Вигнера для t^-n и n<1 имеет еще ряд недостатков, (кроме указанных ранее), т.е. , а что не вяжется со здравым смыслом. Аварии или взрыва еще нет, а мощность дозы бесконечно велика. Кроме этого, как при ЯВ, так и в ядерном реакторе образуется конечное количество радиоактивных продуктов деления. Мощность дозы излучения, как и активность продуктов деления исходного вещества, имеют конечное и предельное значение.

Для аппроксимации спада уровней радиации на местности удобнее использовать логарифмически – нормальный закон вида

где и t₅₀ – параметры закона (t₅₀ – время, за которое мощность дозы Р₀ уменьшится в 2 раза); t – заданное время после аварии, час;

, – функция Лапласа (функция ошибок, интеграл вероятностей).

Приведенная зависимость свободна от недостатков, свойственных степенному закону. Расчетные значения К_доз и коэффициента пересчета мощности дозы на любое время определены по логарифмически-нормальному закону.

Любая защитная среда, любой материал ослабляет действие ионизирующих излучений. На этом и основана защита от воздействия этих излучений. Степень ослабления учитывается коэффициентом ослабления К_осл или определяется расчетным путем:

,

где h – толщина защитного слоя, см; d_пол – слой половинного ослабления (табличная величина).