Глава 9. Защита от ионизирующих излучений

9.1. Основные характеристики ионизирующих излучений

Ионизирующими называют излучения, взаимодействие которых со средой приводит к образованию электрических зарядов различных знаков.

Ионизирующее излучение в зависимости от источника, подразделяется на естественное и искусственное. Примерами естественного излучения являются излучение межзвездного пространства, радиоактивных элементов земной коры (например, родон). Источники этих излучений широко используются в технике, химии, медицине, сельском хозяйстве и других областях. Например, при измерении плотности почв, обнаружения течей в газопроводах, измерении толщины листов, труб и стержней, антистатической

Обработки тканей, полимеризации пластмасс, радиационной терапии злокачественных опухолей и т.д. Но следует знать, что источники ионизирующего излучения представляют существенную угрозу здоровью и жизни использующих их людей.

Существуют два вида ионизирующих излучений:

► корпускулярное, состоящее из частиц с массой покоя отличной от нуля (альфа- и бета – излучение и нейтронное излучение);

► электромагнитное (гамма () – излучение и рентгеновское) с очень малой длиной волны.

Альфа () – излучение представляет собой поток ядер гелия, обладающих большой скоростью и имеющих массу 4 и заряда + 2. Они образуются при радиоактивном распаде ядер или при ядерных реакциях. Энергия альфа-частиц не превышает нескольких МэВ (Мега-электрон-вольт). Длина их пробега в воздухе не превышает 10 см и зависит от заряда, массы, начальной энергии и среды, в которой происходит движение. Скорость их движения примерно 20 тыс. км/с. В тканях человеческого тела длина пробега альфа-частиц составляет несколько микрометров.

Бета-излучение представляет собой поток электронов (^- - излучение или чаще всего - излучение) или позитронов (⁺ - излучение), возникающих при радиоактивном распаде.

Масса бета-частиц в несколько десятков раз меньше массы альфа-частиц. В зависимости от природы источника бета-излучений скорость этих частиц может лежать в пределах 0,3-0,99 скорости света, длина пробега в воздухе составляет приблизительно 1800 см, а в мягких тканях человеческого тела – 2, см. Проникающая способность бета частиц выше. из-за меньшей массы и заряда, чем альфа-частиц, но ионизирующая способность бета-излучения ниже, чем альфа-излучения.

Нейтрийное излучение представляет собой поток ядерных частиц, не имеющих электрического заряда. Масса нейтрона примерно в 4 раза меньше альфа-частиц. Вероятная скорость движения нейтроном при температуре 20-22⁰С составляет 2200 м/с. Длина пробега нейтронов промежуточных энергий составляет 15 м в воздушной среде и 3 см в биологической ткани, для быстрых нейтронов соответственно – 120 и 10 см.

Таким образом, нейтронное излучение обладает высокой проникающей способностью и представляет для человека наибольшую опасность из всех видов корпускулярного излучения мощность нейтронного потока измеряется плотностью потока нейтронов (нейтрио./см²·с).

Гамма- излучение (представляет собой электромагнитное излучение с высокой энергией и с малой длиной волны (2·10^-2 нм). Оно испускается при ядерных превращениях или взаимодействии частиц. Высокая энергия (0,01 – 3МэВ) и малая длина волны обусловливает большую проникающую способность гамма-излучения. Гамма – лучи не отклоняются в в электрических и магнитных полях. Это излучение обладает меньшей ионизирующей способностью, чем альфа-и бета излучение.

Рентгеновское излучение может быть получено в специальных рентгеновских трубках, в ускорителях электронов, в среде, окружающий источник бета-излучения и др.

Рентгеновские лучи представляют собой один из видов электромагнитного излучения; его энергия обычно не превышает 1 МэВ. Рентгеновское, как и гамма-излучение, обладает малой ионизирующей способностью и большой глубиной проникновения. Единицы измерения Кюри (Ки), беккерель (Бк). 1Ки = 3,7·10¹¹ Бк.

Проходя через вещество и биоткань, ионизирующее излучение передает им энергию, в результате чего возможны следующие последствия:

◙ местный разогрев тканей, через которое ионизирующее излучение (ИИ);

◙ возбуждение атомов и молекул, которые становятся свободными радикалами, приобретают высокую химическую активность и способность образовывать необычные химические соединения;

◙ ионизация атомов и молекул. Последствия те же, что и ниже, но они выражены в большей степени;

◙ разрушение молекул, в том числе ДНК и РНК в результате чего возможно появление мутирующих клеток, которые являются предвестниками злокачественных опухолей.

Под воздействием ИИ возникают детермированные (определенные) и стохастические (случайные) эффекты. Детерминирование характерно характерны при облучении большими дозами, стохастические – малыми.

Установлено, что тяжелые заряженные частицы - частицы сильно взаимодействуют с веществом, через которые проходят. Поэтому длина свободного пробега её в воздухе не более 2 см, а в том числе – доли мм. Следовательно, при внешнем облучении или всего тела дозы будут создаваться на кожном покрове.

Гамма – излучение, напротив, является одним из самых проникающих. Его лучи пронизывают человека насквозь и поэтому при этом облучении дозы создаются во всём теле.

Для характеристики воздействия ионизирующего излучения на вещество введено понятие дозы излучения. Дозой излучения называется часть энергии, переданная излучением веществу и поглощенная им количественной характеристикой взаимодействия ионизирующего излучения и вещества является поглощенная доза (Д) равная отношению средней Е, переданной ионизирующим излучением веществу в элементарном объеме, к массе облученного вещества в этом объемеm:

Д =

Поглощенная доза – основная дозиметрическая величина. В системе Си в качестве единицы поглощенной дозы принят грей (Гр). 1 Гр соответствует поглощению в среднем 1 Дж энергии ионизирующего излучение в массе вещества, равной 1 кг, т.е. 1 Гр = 1 Дж/кг – 100 эрг. 1 рад = 10^-2 Гр.

Для оценки возможного ущерба здоровья при хроническом воздействии ионизирующего излучения произвольного состава введено понятие эквивалентной дозы (Н). Эта величина представляется как произведение поглощенной дозы Д на средний коэффициент качества излучения W_R (безразмерный) в данный точке ткани человеческого тела, т.е.

Н = Д W_R

Единицей эквивалентной дозы в системе СИ является зиверт (Зв).

1 Зв = 100 Бэр.

9.1. Значение W_R для различных видов излучения

Вид излучения	WR (по НРБ- 99)
Рентгеновское Электроны, позитроны, - излучение Протон с энергией меньше 10 МэВ Нейтроны с энергией 0,1-10 МэВ Нейтроны с энергией меньше 20 МэФ Альфа-излучение с энергией меньше 10 МэВ Тяжелые ядра отдачи	1 1 10 10 3 20 20

Существует еще одна характеристика ионизирующего излучении – мощности дозы Х (соответственно поглощенной, экспозиционной или эквивалентной), представляющая собой приращение за малый промежуток времени х. деление на этот промежуток времениt. Мощность экспозиционной дозы (Х или W, Кл/кг·с) находят из выражения:

Х = W =

Аналогично рассчитывают мощность поглощенной (Гр/с) или эквивалентной (Зв/с) доз

Эффиктивная доза (Е) – величина, используемая мера возникновения отдаленных последствий облучения всего тела человека и отдельных его органов с учетом их радиочувствительности. Её исчисляют по формуле:

Е = ∑ W_T · H _rT,

где Н_гТ - эквивалентная доза в ткани Т за время г;

W_T – взвешенный коэффициент для ткани Т.

9.2. Основные дозовые пределы.

Нормируемые пределы	Дозовые пределы: Лица из персонала группы А (работающих с источниками ИИ	Дозовые пределы: Лица из населения
Эффективная доза	20 мЗв за год в среднем за любые последующие 5 лет, но не более 50 мЗв в год	1 мЗв в год в среднем за любые 5 лет, но не более 5 мЗв в год
Эквивалентная доза за год в хрусталике коже костях и опытах	150 мЗв 500 мЗв 500 мЗв	15 мЗв 50 мЗв 50 мЗв

Приведенные в табл. Основные дозовые пределы облучения не включают в себя дозы от природных и медицинских источников ионизирующего излучения и дозу вследствие радиационных аварий, поскольку на них устанавливаются ограничения. В нормах радиационной безопасности – 96 (НРБ-96) особо нормируются дозовые пределы для женщин, для студентов в возрасте до 21 года, использующих при обучении источники ионизирующих излучений, для лиц, проходящих медицинское обследование (годовая эффективная доза облучения для последних не должна превышать 1 мЗв). В рассматриваемом документе установлены также требования по ограничению облучения населения в условиях радиационной аварии.