Види йонізуючих випромінювань

Всі йонізуючі випромінювання можна розділити на дві групи: електро­магнітні, до яких належать рентгенівське та у-випромінювання, і корпускулярні, або випромінювання різних видів ядерних частинок.

Гамма-випромінювання утворюються під час радіоактивного розпаду ядер. Це електромагнітне випромінювання найкоротшого діапазону з довжиною хвилі λ<10^-7мм.. Поширюється γ-випромінювання із швидкістю світла (с ≈ 3-10 м/с) та викликає йонізацію атомів речовини. Чим вище енергія у-випромінювання і відповідно менша довжина його хвилі, тим вище проникна здатність.

Гамма-випромінювання володіє високою проникною здатністю. В атмосфері Землі залежно від енергії гамма-випромінювання може проникати на сотні кілометрів. Як захист від γ-випромінювання використовують свинець, бетон або інші матеріали з високою густиною.

Бета-випромінювання  це потік електронів або позитронів. Вони виникають у ядрах атомів під час радіоактивного розпаду та миттєво випромінюються. Їх проникна здатність така, що вони можуть проходити через шар повітря до 15 м та води товщиною 1-2 см. Для захисту від в-частинок, як правило достатньо листа алюмінію товщиною декілька міліметрів. Під час зовнішнього опромінення в-частинками на відкритих поверхнях шкіри людини можуть з’явитися радіаційні опіки різного ступеня.

Альфа-випромінювання  це потік важких позитивно заряджених частинок. ά- частинки  це ядра атома гелію: вони складаються з двох протонів та двох нейтронів та несуть два додатні заряди. Ці частинки утворюються під час радіоактивного розпаду деяких елементів з великим порядковим номером, переважно це трансуранові елементи з атомними номерами більшими за 92.

ά-випромінювання мають велику йонізуючу здатність, але проникають у тканину людини на малу глибину (0,02-0,06 см). Проникна здатність а-частинок в повітрі не перевищує 11 см. Стан змінюється, якщо джерела альфа-випромінювання потрапляють в організм людини з їжею, водою або повітрям. У такому разі вони є надзвичайно небезпечними.

Нейтрони  це частинки, які не мають електричного заряду. Ці частинки вилітають з ядер атомів під час деяких ядерних реакцій, зокрема, під час реакцій поділу ядер урану або плутонію. Йонізація середовища нейтронним випроміню­ванням відбувається зарядженими частинками, які утворюються під час взаємодії нейтронів з речовиною. Особливістю нейтронного випромінювання є здатність перетворювати атоми стабільних елементів на їхні радіоактивні ізотопи, що різко підвищує небезпеку нейтронного опромінення. Від нейтронного випромінювання добре захищають матеріали, в структурі яких є водень (вода, поліетилен та ін.).

Усі захисні заходи від дії йонізуючих випромінювань основуються на знаннях властивостей кожного виду випромінювань, характеристиках їхньої проникної здатності, особливостей ефектів йонізації.

Поняття про дозу випромінювань

Під час перебування поблизу джерела радіоактивного випромінювання, людський організм поглинає енергію йонізуючого випромінювання, при чому від кількості поглинутої енергії залежить ступінь уражень.

Активність  це фізична велична, яка характеризує кількість радіоактивних розпадів за одиницю часу. Щоб більше радіорозпадів відбувається за одиницю часу, то вища активність. За одиницю активності приймається беккерель (Бк)  1 розпад за секунду. Несистемною одиницею активності є 1 Кюрі (1 Кі = 3,7-10¹⁰ Бк) (табл. 1).

Для характеристики поглинутої енергії йонізуючого випромінювання одиницею маси речовини використовується поняття  поглинута доза. Поглинута доза  це кількість енергії, поглинута одиницею маси (1 кг) опроміненого середовища. Поглинута доза в Міжнародній системі одиниць (СІ) вимірюється у грей (Гр): 1 Гр = 1 Дж/кг.

Для оцінювання поглинутої дози використовують також несистемна одиниця - рад: 1 рад = 0,01 Дж/кг, 1 Гр = 100 рад.

Рад є доволі великою одиницею вимірювань і тому доза опромінення як правило вимірюється в долях рад  сотих (сантирад), тисячних (мілірад) і мільйонних (мікрорад). Наприклад, радіаційний фон Землі вимірюється в мікрорадах, а доза, одержана людиною під час одноразового рентгенівського просвічування шлунку, становить кілька рад.

Для оцінювання радіаційної ситуації на місцевості та в робочому або житловому приміщеннях, яка обумовлена дією рентгенівського або гамма-випромінювання використовують експозиційну дозу опромінювання. У системі СІ одиниця експозиційної дози  кулон на кілограм (кл/кг). Проте на практиці, як правило, використовують несистемну одиницю  рентген (Р). Співвідношення між цими одиницями таке: 1 Р = 2,5810^-4 кл/кг.

Поглинутій дозі в один рад відповідає експозиційна доза, приблизно дорівнює 1Р, тобто 1 рад ≈ 1Р. Під час опромінення живих організмів виникають різні біологічні ефекти, відмінність між якими, за однакової поглинутої дози, пояснюється дією різних видів випромінювань. Біологічні ефекти, викликані будь-якими йонізуючими випромінюваннями, порівнюють з ефектами від рентгенівського та γ-випромінювання, тобто вводиться поняття еквівалентної дози. У системі СІ одиниця еквівалентної дози  зіверт (Зв). Існує також несистемна одиниця еквівалентної дози йонізуючого випромінювання  бер (біологічний еквівалент рентгена).

Коефіцієнт, який показує в скільки разів цей вид випромінювання є біологічно небезпечніший, ніж рентгенівське та гамма-випромінювання, за однакової поглинутої дози, називається коефіцієнтом якості випромінювання (К) (табл. 2). Для рентгенівського та гамма-випромінювання К = 1.

За інших рівних умов доза йонізуючого випромінювання збільшується із зростанням часу опромінення. Доза, зарахована до одиниці часу називається потужністю дози. Якщо потужність експозиційної дози γ-випромінювання складає 1 Р/год, то це означає, що за 1 годину опромінення людина може отримати дозу, що дорівнює 1 Р.

Отже, еквівалентна доза визначається як добуток поглинутої дози на коефіцієнт якості випромінювання.

Елементи, які випромінюють різні види йонізуючого випромінювання називаються радіоактивними. Йонізуюче випромінювання виникає в результаті ядерних перетворень в процесі радіоактивного розпаду атомів. З цим явищем пов’язане поняття активності радіоактивного джерела.

Таблиця 2

Коефіцієнти якості випромінювань

Види випромінювань	Коефіцієнти якості
Фотони, всі енергії	1
Електрони, всі енергії	1
Протони з енергією > МеВ	5
Нейтрони з енергією < 10 кеВ	5
з енергією 10-100 кеВ	10
з енергією 100 кеВ  2 МеВ	20
з енергією 2 МеВ  20 МеВ	10
з енергією > 20 МеВ	5
Альфа опромінення, важчі ядра віддачі	20

1 рад-К = 1 бер,

1 Гр-К = 1 Зв.

Для виявлення йонізуючих випромінювань, випромінювання їх енергії та інших властивостей використовуються прилади, які називаються детекторами (дозиметрами). Дозиметри можуть бути індивідуального користування або складнішої конструкції для комплектування спорядження спеціалізованих дозиметричних підрозділів.

Таблиця 1

Одиниці вимірювання іонізуючих випромінювань

Примітка. Для фотонного випромінювання в повітрі 1 Рад = 0,869 Р (бер).

«Норми радіаційної безпеки України» (НРБУ  97) є основним Державним документом, що встановлює систему радіаційно-гігієнічних регламентів для забезпечення прийнятих рівнів опромінення, як для окремої людини, так і суспільства загалом.

«Нормами радіаційної безпеки»” встановлюються такі категорії осіб, які зазнають опромінення:

Категорія А (персонал)  особи, які постійно чи тимчасово працюють безпосередньо з джерелами йонізуючих випромінювань.

Категорія Б (персонал)  особи, які безпосередньо не зайняті роботою з джерелами йонізуючих випромінювань, але у зв’язку з розташуванням робочих місць у приміщеннях та на промислових майданчиках об’єктів з радіаційно-ядерними технологіями можуть отримувати додаткове опромінення.

Категорія В  все населення.

«Нормами радіаційної безпеки» та зазначеним Законом, визначені основні дозові межі (ліміти дози) опромінення для різних категорій населення, перевищення яких вимагає застосування заходів захисту людини. З лімітом дози порівнюється сума ефективних доз опромінення від усіх індустріальних джерел випромінювання. До цієї суми не зараховуюють:

• дозу, яку одержують від природних джерел випромінювання;

• дозу опромінення від техногенно-підсилених джерел природного походження;

• дозу, яку одержують під час медичного обстеження або лікування;

• дозу, що пов’язана з аварійним опроміненням населення.

Основні дозові межі (ліміт ефективної дози) для категорій осіб, які зазнають опромінювання, становлять:

Категорія А  20 мЗв (2 бер) за рік;

Категорія Б  2,0 мЗв (0,2 бер) за рік;

Категорія В  1,0 мЗв (0,1 бер) за рік;

Індивідуальний дозиметричний контроль, у конкретних обсягах завжди є обов’язковим для осіб, у яких річна ефективна доза опромінення може перевищувати 10 мЗв за рік.

Заходи щодо укриття людей застосовуються, якщо протягом перших десяти діб, очікувана сукупна ефективна доза опромінення може перевищити 5 мЗв (0,5 бер).

Тимчасова евакуація людей здійснюється в разі, якщо протягом не більш одного тижня ефективна доза опромінення може досягти рівня 50 мЗв (5 бер).

Йодна профілактика застосовується у разі, якщо очікувана поглинута доза опромінення щитовидної залози від накопиченого в ній радіоактивного йоду може перевищити 50 мГр (5 рад). Додаткові обмеження існують для жінок репродуктивного віку.

Під час виконання аварійних робіт максимальне накопичення дози не повинне перевищувати 25 рад (для персоналу) та 10 рад (для населення). Доза, отримана за рахунок наявного фону випромінювання та від інших джерел випромінювання за 70 років життя, повинна складати близько 14-15 бер. За цього рівня опромінення медики не встановили шкідливої дії на здоров’я дітей та дорослих.

Встановлено, що за доз опромінення близько 10 рад не спостерігається змін в органах та тканинах організму людини. Короткочасні незначні зміни складу крові спостерігаються лише за одноразового опромінення дозою в 25-75 рад. Розвиток променевої хвороби спостерігається під час опромінення дозою більше 100 рад. Променева хвороба тяжкого ступеня може розвинутися після одноразового опромінення всього тіла дозою 400 рад та більше.