Ионизирующее излучение
Виды, свойства и единицы измерения ионизирующего излучения
Ионизирующее излучение - это излучение, взаимодействие которого со средой приводит к образованию электрических зарядов (ионов) разных знаков Источником ионизирующего излучения являются природные и искусственные р радиоактивные вещества и элементы (уран, радий, цезий, стронций и др.) Источники ионизирующего излучения широко используются в атомной энергетике, медицине (для диагностики и лечения) и в рез них отраслях промышленности (для дефектоскопии металлов, контроля качества сварных соединений, определения уровня агрессивных сред в замкнутых объемах, борьбы с разрядами статического электричества и т др. ін.).
Ионизирующее излучение разделяется на электромагнитное (фотонных) и корпускулярное К последним относятся излучения, состоящие из потока частиц, масса покоя которых не равна нулю (альфа-и и бета-частиц, протонов, нейтронов и др.) К электромагнитного излучения относятся гамма - и рентгеновского излученияння.
Альфа-излучение - это поток положительно заряженных частиц (ядер атомов гелия), движущихся со скоростью 20 000 км / с
Бета-излучение - это поток электронов и позитронов, скорость которых приближается к скорости света
Гамма-излучение - это коротковолновое электромагнитное излучение, которое по своим свойствам подобно рентгеновского, но имеет большую скорость (примерно равна скорости света а) и энергии.
Ионизирующее излучение характеризуется двумя основными свойствами: способностью проникать через среду, облучается, и ионизировать воздух и живые клетки организма Причем обе эти власти ивости ионизирующего излучения связаны между собой обратно пропорциональной зависимостьюю.
Наибольшую проникающую способность имеют гамма - и рентгеновское излучения Альфа-и бета-частицы, а также другие, относящиеся к корпускулярного ионизирующего излучения, быстро теряют свою энер гию на ионизацию, поэтому у них сравнительно низкая проникающая способностьь.
Действие ионизирующего излучения оценивается дозой излучения Различают поглощенную, эквивалентную и экспозиционную дозы
Поглощенная доза I) - это отношение средней энергии Е, передается излучением веществу в некотором элементарном объеме, к массе ОИТ в этом объеме:
Единицей поглощенной дозы в системе единиц СИ является грей (Гр), а внесистемной - советов, 1 Гр = 1 Дж / кг = 100 рад
Поскольку различные виды ионизирующего излучения даже при одинаковых значениях поглощенной дозы вызывают разное биологический эффект, введено понятие эквивалентной дозы Я, определяется как произведение пог глинутои дозы и коэффициента качества данного излучения Кк
Коэффициент качества показывает во сколько раз радиационная опасность данного вида излучения выше радиационной опасности рентгеновского излучения при одинаковой поглощенной дозе в табл 215 приведены зн чение коэффициента качества для некоторых видов излученияня:
Таблица Значение коэффициента качества для некоторых видов излучения
Единицей эквивалентной дозы облучения в СИ является зиверт (Зв): 1 Зв = 100 бэр Бэр (биологический эквивалент рада) - внесистемная единица Н
Для количественной оценки ионизирующей действия рентгеновского и гамма-излучения в сухом атмосферном воздухе используется экспозиционная доза, которая представляет собой отношение полного заряда ионов одного зн НАКа а * Я, возникающих в малом объеме воздуха, к массе воздуха в этом объеме и
За единицу экспозиционной дозы принимают кулон на килограмм (Кл / кг) Применяется также внесистемная единица - рентген (Р), 1 Р = 2,58 o 10 \"4 Кл / кг
Поглощенная, эквивалентная и экспозиционная дозы за единицу времени (1с) называются мощностями соответствующих доз
Действие ионизирующего излучения на организм человека
При изучении действия ионизирующего излучения на организм человека были выявлены следующие особенности
1 В человека отсутствуют органы чувств, реагирующие на ионизирующее излучение, поэтому его действие на организм человека происходит незаметно
2 Высокие эффективность поглощенной энергии Даже небольшое количество поглощенной энергии ионизирующего излучения может вызвать существенные биологические изменения в организме человека
3 Наличие скрытого (инкубационного) периода выявления действия ионизирующего излучения Этот период, который еще часто называют периодом мнимого благополучия, тем меньше, чем выше доза облучения
4 Действие малых доз ионизирующего излучения может накапливаться (кумулятивный эффект)
5 Ионизирующее излучение действует не только непосредственно на человека, но и на его потомство (генетический эффект)
6 Различные органы организма человека имеют разную чувствительность к ионизирующего излучения
7 Степень воздействия ионизирующего излучения зависит от индивидуальных особенностей организма человека
8 Последствия облучения существенно зависят от его дозы и частоты Одноразовая действие ионизирующего излучения большой дозы приводит большие изменения в организме человека, чем его фракционированного действие
9 зависимости от эквивалентной дозы облучения и индивидуальных особенностей человека изменения в его организме могут приобрести необратимый характер
Таблица Коэффициенты радиационного риска Кр различных органов (тканей) при равномерном облучении всего организма человека
Действие ионизирующего излучения на организм человека может быть внешней, внутренней (если радиоактивное вещество попало в организм человека при вдыхании или с пищей) и комбинированной Степень радиационного в поражения зависит от вида излучения, продолжительности и дозы облучения, физико-химических свойств радиоактивного вещества и индивидуальных особенностей организма человеки.
Ионизирующее излучение, проникая в организм человека, передает свою энергию органам и тканям путем возбуждения и ионизации атомов и молекул, входящих в состав клеток организма Это ведет к изменению химической структуры различных соединений, что приводит к нарушению биологических процессов, обмена веществ, функции кроветворных органов, изменений в составе крови и т.д. Радиационные поражения могут быть зага льным и местными (лучевые ожоги кожи, слизистых оболочек и т др.ін.).
В нижеприведенной таблице приведены характерные биологические и функциональные нарушения в организме человека в зависимости от суммарной поглощенной дозы при однократном общем облучении:
Таблица Характерные нарушения в организме человека в зависимости от суммарной поглощенной дозы при однократном общем облучении
Длительное воздействие ионизирующего излучения в дозах, превышающих предельно допустимые, может вызвать лучевую болезнь, которая характеризуется обычно следующими признаками: нарушение сна, ухудшение аппетита сухость кожи (первая стадия) расстройства органов пищеварения, нарушения обмена веществ, изменения сердечно-сосудистой системы, разрушение кровеносных сосудов (вторая стадия) кровоизлияния в сосудах мозга и сердечно в мышце, выпадение волос, катаракта, нарушения деятельности половых органов, генетические нарушения (третья стадия.
Нормирование ионизирующего излучения
Допустимые дозы ионизирующего излучения регламентируются Нормами радиационной безопасности Украины (НРБУ-97) Согласно этим нормативным документом определены следующие категории облучаемых лиц:
- категория А - лица, которые постоянно или временно работают с источниками ионизирующего излучения;
- категория Б - ограниченная часть населения (лица, не работают непосредственно с источниками излучения, но по условиям проживания или размещения рабочих мест могут подвергаться облучению) - ка атегория В - население области, стран.
По степени чувствительности к ионизирующего излучения установлены три группы критических органов (тканей) организма, облучение которых вызывает наибольший вред здоровью человека:
И - все тело, половые органы, красный костный мозг; II - щитовидная железа, мышцы, жировая ткань, печень, почки, селезенка, желудочно-кишечный тракт, легкие, хрусталик глаза; III - костная тканей на, кожа, кисти, предплечья, икры, стопы зависимости от группы критических органов для лиц категории А установлена ??предельно допустимую дозу (ПДД) за год, а для лиц категории Б - предел дозы (ГД) за год (табл. 21818)
Таблица Дозы облучения для различных групп критических органов лиц категории А и Б, мЗв / год
Эквивалентная доза Н (бэр) накопление в критическом органе за период Т (лет) от начала профессиональной работы не должна превышать значений, определяемых по формуле:
Для населения (категории В) доза облучения не регламентируется, поскольку предполагается, что оно происходит преимущественно за счет естественного фона и рентгенодиагностики, дозы которых незначительны и не могу ут вызвать в организме ощутимых неблагоприятных сми.
Защита от ионизирующего излучения
Условия безопасности при использовании радиоактивных изотопов в промышленности предусматривают разработку комплекса защитных мероприятий и средств не только в отношении лиц, непосредственно работающих с радиоактивными реч ществ, но и тех, кто находится в смежных помещениях, а также населения, проживающего рядом с опасным предприятием (объектом) Средства и меры защиты от ионизирующего излучения разделяю ться на: организационные, технические, санитарно-гигиенические и лечебно-профилактическиеі.
Организационные мероприятия от ионизирующего излучения предусматривают обеспечение выполнения требований норм радиационной безопасности Помещения, предназначенные для работы с радиоактивными изотопами должны быть изо ольовани от других и иметь специально обработанные стены, потолки, полы Открытые источники излучения и все предметы, которые облучаются должны находиться в ограниченной зоне, пребывание в которой позволяет ться персонала в исключительных случаях, и то кратковременно На контейнеры, оборудование, двери помещений и другие объекты наносится предупредительный знак радиационной опасности (на желтом фоне - черный схематический трилистникик).
На предприятиях составляются и утверждаются инструкции по охране труда, в которых указан порядок и правила безопасного выполнения работ Для проведения работ необходимо, по возможности, выбирать якнайме еншу достаточное количество изотопов (\"защита количеством\") Применение приборов большей точности дает возможность использовать изотопы с меньшей активностью (\"защита качеством\") Необходимо также организовать д озиметричний контроль и своевременную уборку и удаление радиоактивных отходов из помещений в специальных контейнераспеціальних контейнерах.
В технических мероприятий и средств защиты от ионизирующего излучения относятся: применение автоматизированного оборудования с дистанционным управлением, использование вытяжных шкафов, камер, боксов, осна ащени специальными манипуляторами, которые копируют движения рук человека, установление защитных экране.
Санитарно-гигиенические мероприятия предусматривают: обеспечение чистоты помещений, включая ежедневную влажную уборку; устройство приточно-вытяжной вентиляции с менее пятикратным воздухообменом; соблюдайте имання норм личной гигиены, применение средств индивидуальной защиты.
В лечебно-профилактических мероприятий относятся: предварительный и периодические медосмотры лиц, работающих с радиоактивными веществами, установление рациональных режимов труда и отдыха, использование ра адиопротекторив - химических веществ, повышающих устойчивость организма к ионизирующим облучением.
Защита работника от негативного воздействия источника внешнего ионизирующего излучения достигается путем:
- снижение мощности источника излучения до минимально необходимой величины (\"защита количеством\");
- увеличение расстояния между источником излучения и работником (\"защита расстоянием\");
- уменьшение продолжительности работы в зоне излучения (\"защита временем\");
- установление между источником излучения и работником защитного экрана (\"защита экраном\")
Защитные экраны имеют разную конструкцию и могут быть стационарными, передвижными, разборными и настольными Выбор материала для экрана и его толщина зависят от вида ионизирующего излучения, его в уровня и продолжительности работи.
Для защиты от альфа-излучения нет необходимости рассчитывать толщину экрана, поскольку благодаря малой проницаемой способности этого излучения слой воздуха в несколько сантиметров, резиновые перчатки и уже обеспечивают достаточный защ.
Экран для защиты от бета-излучения изготавливают из материалов с небольшой атомной массой (плексиглас, алюминий, стекло) для предотвращения образования тормозного излучения Достаточно эффективны дв вошарови экраны: со стороны источника излучения располагают материал с малой атомной массой толщиной, равной длине пробега бета-частиц, а за ним - с большим атомной массой (для поглощения тормозов ивного излучения).
Для защиты от гамма-излучения, которое характеризуется значительной проникающей способностью, применяются экраны из материалов, имеющих большую атомную массу (свинец, чугун, бетон, баритобетон) Толщину за ахисного экрана от гамма-излучения сиу (см) приближенно можно определить по формуле:
где Иу - коэффициент линейного ослабления; И - кратность ослабления (отношение дозы излучения без защиты до предельно допустимой дозы)
На практике для определения толщины защитного экрана часто используют специальные таблицы, или монограммы (рис 240)
Защита от внутреннего облучения достигается путем исключения непосредственного контакта с радиоактивными веществами в открытом виде и предотвращения попадания их в воздух рабочей зоны
При работе с радиоактивными веществами важное значение имеет применение средств индивидуальной защиты, которые предотвращают попадание радиоактивных загрязнений на кожу и внутрь организма, а также защищают от альфа-и, по возможности, от бета-излучения.
К средствам индивидуальной защиты от ионизирующего излучения относятся: халаты, костюмы, пневмокостюмы, шапочки, резиновые перчатки, тапочки, бахилы, средства защиты органов дыхания и др. Применение ния тех или иных средств индивидуальной защиты зависит от вида и класса работ Так, при выполнении ремонтных и аварийных работ применяются средства индивидуальной защиты кратковременного использован ния - изолирующие костюмы (пневмокостюмы) шланговые или с автономнымим
Монограмма для определения толщины защитного экрана от гамма-излучения радия (для бетона dу умножается на 4)
источником подачи воздуха к органам дыхания, защитные скафандры и т.п. Как правило, такие костюмы и скафандры имеют просвинцованной защитный слой, надежно защищающий тело человека от ионизирующего вания, даже при незначительной толщине этого слойу.