4.4.5. Ионизирующие излучения
Человек подвергается воздействию ионизирующих излучений при работе с радиоактивными веществами, при авариях на атомных объектах, при ядерных взрывах, при действии техногенного фона излучений и естественного фона, состоящего из космического излучения и излучения природных радиоактивных веществ.
Ионизирующие излучения при взаимодействии с веществом создают в нем положительно и отрицательно заряженные атомы — ионы. В результате этого свойства вещества в значительной степени изменяются.
Распределение жестких электромагнитных ионизирующих излучений по частотной оси показано на рис. 4.15.
Рис. 4.15. спектр жестких электромагнитных ионизирующих излучений
К ионизирующим излучениям относятся также корпускулярные (неэлектромагнитные): альфа-, бета- и нейтронные излучения.
Альфа-излучение является потоком ядер гелия, испускаемых при радиоактивном распаде. Оно обладает малой проникающей способностью и высокой степенью ионизации. Бета-излучение состоит из потока электронов или позитронов, возникающих при радиоактивном распаде. Ионизирующая способность бета-излучения ниже, а проникающая способность выше, чем альфа-частиц. Нейтронное излучение является потоком электронейтральных частиц ядра — нейтронов. Это излучение имеет большую проникающую способность и создает высокую степень ионизации.
Электромагнитные гамма- и рентгеновские излучения обладают большой проникающей способностью и меньшей, чем корпускулярные излучения, степенью ионизации.
Активность А радиоактивного вещества — это число самопроизвольных ядерных превращений dN в этом веществе за малый промежуток времени dt, деленное на этот промежуток
(4.32)
Единицей измерения активности является беккерель (БК), который равен одному ядерному превращению в секунду. Внесистемная единица активности — Кюри (Ки), причем 1 Ки = 3,7∙1010 БК.
Различают следующие дозовые характеристики ионизирующих излучений.
Экспозиционная X (Ки/кг) оценивает эффект ионизации воздуха фотонным (р, γ) излучением
(4.33)
где
— сумма электрических зарядов ионов
одного знака, Ки;
—объем
воздуха массой 1 кг.
Внесистемная единица экспозиционной дозы — 1 рентген (1Р = 0,00026 Ки/кг).
Мощность экспозиционной дозы — Wx = x/t (Р/ч, мР/ч, мкР/ч). Эта величина составляет для природного фона 15…20 мкР/ч.
Поглощенная доза D — это отношение энергии ионизирующего излучения Е (Дж) к массе вещества m (кг)
(4.34)
Единица поглощенной дозы — 1 Грей (Гр) = 1 Дж/кг = 100 рад, где рад — внесистемная единица.
Для воздуха 1 Р ≈ 0,9 рад, а для биологической ткани 1 Р = 0,95 рад, то есть экспозиционную дозу в рентгенах и поглощенную дозу в ткани в радах можно считать совпадающими.
Эквивалентная доза Нэ (зиверт, Зв) учитывает разный биологический эффект ионизирующих излучений. Она характеризуется произведением поглощенной дозы D на коэффициент качества излучения R
(4.35)
Для рентгеновского и гамма-излучения R = 1, а для альфа излучения R = 10. Внесистемная единица эквивалентной дозы — бэр (биологический эквивалент рада), 1 бэр = 0,01 Зв.
Различают внешнее и внутреннее облучение человека. Условия внешнего облучения возникают при работе с закрытыми источниками, при этом исключается попадание радиоактивных веществ в окружающую среду. Оценку влияния этого излучения производят по величинам эквивалентной дозы излучения. Контроль поступления веществ в организм (внутреннее облучение) ориентировочно оценивают по загрязнению воздуха (воды) радиоактивными веществами. Содержание радиоактивных веществ измеряется в единицах активности, отнесенных к объему воздуха или воды. В таких же единицах определяется загрязнение почвы.
Дополнительными источниками внешнего и внутреннего облучения являются загрязненные поверхности, спецодежда и кожные покровы.
Разнообразные проявления поражающего действия ионизирующих излучений на организм человека называют лучевой болезнью. Ионизация живой ткани приводит к разрыву молекулярных связей и изменению химической структуры соединений. В результате этого нормальное течение биохимических процессов и обмен веществ нарушаются. Под влиянием ионизирующих излучений в организме тормозятся функции кроветворных органов, происходит увеличение числа белых кровяных телец (лейкоцитов), расстройство деятельности желудочно-кишечного тракта, истощение организма, снижение его сопротивляемости инфекционным заболеваниям, слабость, апатия.
Однократное облучение в дозе 0,25...0,5 Зв (25...50 Р для гамма- и рентгеновского излучения) приводит к незначительным обратимым изменениям в крови, при дозах 0,8...1,0 Зв (80...100 Р) появляются начальные признаки лучевой болезни. Острая лучевая болезнь развивается при однократном облучении 2,7...3,0 Зв (270...300 Р); смертельный исход возможен в 50% случаев, а 100% летальный исход наступает при дозах 5,5...7,0 Зв (550...700 Р).
Допустимые дозы ионизирующих излучений регламентируются Нормами радиационной безопасности (НРБ). НРБ устанавливают три категории облучаемых лиц: А — персонал, который работает с ионизирующими излучениями; Б — ограниченная честь населения, которая может подвергаться воздействию радиоактивных веществ; Б — остальное население территориального образования. В качестве дозового предела для лиц категории А устанавливается предельно допустимая доза (ПДД), то есть наибольшее значение индивидуальной дозы за календарный год, при котором равномерное облучение в течение 50 лет не может вызвать неблагоприятных изменений в состоянии здоровья. Для лиц категории Б устанавливается предел дозы (ПД). Это такое наибольшее значение индивидуальной дозы за календарный год, которое при равномерном облучении в течение 70 лет не может вызвать неблагоприятных изменений в состоянии здоровья.