Дозиметрия ионизирующих излучений. Учебно-методическое пособие предназначено для студентов очной и заочной формы образования по изучению дисциплины (н

Для сравнительной оценки биологического действия различных видов ионизирующих излучений введено понятие эквивалентной дозы (Н).

Эквивалентная доза – это производная поглощенной дозы с учетом ионизирующей способности излучения.

Она рассчитывается путем умножения величины поглощенной дозы на коэффициент относительной биологической эффективности (KОБЭ) или коэффициент качества:

H = D × KОБЭ, где

D–поглощенная доза излучения;

KОБЭ– коэффициент относительной биологической эффективности,

который сравнивает от любого вида излучения с биологическим эффектом от гамма-лучей.

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

названный в честь известного шведского физика РольфаЗиверта (R.М. Sievert,

1896-1966) – одного из родоначальников радиобиологии, основателя и первого председателя Международного комитета по радиологической защите (МКРЗ,

ICRP).

Рольф Максимилиан Зиверт (нем.RolfMaximilianSievert; 6 мая 1896

года – 3 октября 1966 года) – шведский радиофизик, изучавший воздействие радиационного излучения на биологические организмы, один из родоначальников науки радиобиологии.

В честь РольфаЗиверта в 1979 году XVI Генеральная конференция по мерам и весам присвоила его имя единице измерения эффективной и эквивалентной доз ионизирующего излучения в Международной системе единиц (СИ) –зиверт (Зв, Sv).

11

Также в настоящее время именем Зиверта неофициально называют Медаль радиационной защиты (медаль Зиверта), присуждаемую Шведской королевской академией наук с 1962 по его инициативе. В отличие от более известной награды Шведской академии – Нобелевской премии – лауреатов

«медали Зиверта» крайне мало – лишь 10 человек по состоянию на 2003 год.

Среди них – российский врач-радиолог, профессор А.К. Гуськова, ставшая девятым лауреатом в 2000 году.

В качестве практической (внесистемной) единицы используется бэр

(биологический эквивалент рада).

Один бэр – это такая доза любого вида Ионизирующих излучений ионизирующих излучений, при которой в любом живом организме создается такой же биологический эффект, как при поглощенной дозе рентгеновского или гамма-излучения в один рад.Зиверт и бэр имеют дольные и кратные величины измерения.

Соотношение между системной и внесистемной единицами эквивалентной дозы:

1 бэр=0,01 Зв

1 Зв = 100 бэр.

Эквивалентную дозу, как правило, используют для оценки опасности пролонгированного или хронического лучевого воздействия на организм.

Для рентгеновского, и гаммаизлучения 1 Зв соответствует поглощенной дозе в 1 Гр.

В текст Закона РФ «О радиационной безопасности населения» введено понятие эффективной дозы излучения – величины, используемой в качестве меры риска возникновения отдаленных последствий облучения всего тела человека. Например, при одинаковой эквивалентной дозе облучения взрослого человека, возникновение рака легких более вероятно, чем щитовидной железы. А облучение гонад особенно опасно из-за риска генетических повреждений. Единицы измерения эффективной дозы совпадают с единицами измерения эквивалентной дозы.

12

Эта доза представляет собой сумму произведений эквивалентной дозы в органах (тканях) на соответствующие взвешивающие коэффициенты (WT).

Их устанавливают эмпирически и рассчитывают таким образом, чтобы их сумма для всего организма составляла единицу. Значения некоторых из них приведены в таблице 3.

Таблица 3– Значения коэффициента WT для разных органов и тканей

Оценки опасности ионизирующих излучений для группы людей или для популяции в целом следует пользоваться понятием коллективная эффективная доза. Она рассчитывается как сумма индивидуальных эффективных доз, полученных группой людей, и измеряется в человеко-

зивертах (чел.-Зв). Доза коллективная эффективная – это мера коллективного риска возникновения стохастических эффектов облучения, равная сумме индивидуальных эффективных доз.

Для оценки эффектов облучения группы людей используют коллективные дозы:

13

Коллективная эквивалентная доза (ST) в ткани T – используется для выражения общего облучения конкретной ткани или органа у группы лиц;

она равна произведению числа облученных лиц на среднюю эквивалентную дозу в органе или ткани.

Коллективная эффективная (S)– относится к облученной популяции в целом; она равна произведению числа облученных лиц на среднюю эффективную дозу.

В определении коллективной эквивалентной и коллективной эффективной доз не указано время, за которое получена доза. Поэтому при расчете коллективных доз всегда должно быть четкое указание на период времени и группу лиц, по которым проводился данный расчет.

Коллективные дозы используют для оценки лучевой нагрузки на популяцию и риска развития стохастических последствий действия ионизирующих излучений. Единицы коллективных доз – человеко-зиверт и человеко-бэр.

Полная эффективная эквивалентная доза– это доза, которую человек получает в течение всей своей жизни. Многие радионуклиды имеют период распада 100 и более лет. Также можно применять коллективную полную эффективную эквивалентную дозу. Полная эффективная эквивалентная доза с течением времени уменьшается, а коллективная увеличивается из-за миграции нуклидов, что влияет на генофонд.

6 ПРЕДЕЛЫ ДОЗ ОБЛУЧЕНИЯ

Документы «Нормы радиационной безопасности» и «Основные санитарные правила» работы с радиоактивными веществами и другими источниками ионизирующих излучений в законодательном порядке регламентируют основные требования по обеспечению радиационной безопасности и распространяются на все предприятия и учреждения всех министерств и ведомств, которые производят, обрабатывают, применяют,

14

хранят, транспортируют естественные и искусственные радиоактивные изотопы и другие источники ионизирующих излучений, перерабатывают и обезвреживают радиоактивные отходы.

Основная цель радиационной безопасности – исключить возникновение генетических эффектов и ограничить возникновение стохастических (неожиданных, непредвиденных), сохранить условия для производственной деятельности человека. Для достижения этой цели в НРБ2009/99 заложены три основных принципа радиационной безопасности:

–принцип нормирования – не превышение допустимых пределов индивидуальных доз облучения граждан от всех источников ионизирующего излучения;

–принцип обоснования – запрещение всех видов деятельности по использованию источников излучения, при которых полученная для человека

иобщества польза не превышает риск возможного вреда, причинѐнного дополнительным облучением;

–принцип оптимизации – поддержание на возможно низком и достижимом уровне с учетом экономических и социальных факторов индивидуальных доз облучения и числа облучаемых лиц, при использовании любого источника ионизирующего излучения.

Ответственность за соблюдение настоящих норм устанавливается в соответствии со статьѐй 55 Закона Российской Федерации «О санитарно-

эпидемиологическом благополучии населения».

Согласно норм радиационной безопасности (НРБ-99/2009) мирное время все население нашей страны разделено по допустимому уровню облучения на 2 категории:

1.Персонал (групп: А и Б);

2.Все население, включая лиц из персонала, вне сферы и условий их производственной деятельности.

Персонал группыА – персонал, т.е. лица, постоянно или временно непосредственно работающие с источниками излучения.

15

Персонал группыБ – ограниченная часть населения, т.е. лица,

проживающие вблизи санитарно-защитной зоны учреждений и предприятий,

использующих источники излучения. Среди этой части населения выделяют критическую группу, по которой судят в целом об этой группе.

Основными дозовыми пределами для персонала и населения являются:

пределы доз облучения (ПД), а также пределы годового поступления (ПГП),

когда радиоактивные вещества попадают внутрь организма с пищей, водой,

воздухом, через кожу, создавая внутреннее облучение. Поэтому, для планирования мероприятий по защите и оперативного контроля для категорий А и Б устанавливают контрольные (рабочие) уровни поступления радиоактивных веществ, содержания их в организме, концентрации РВ в воздухе, воде водоемов, мощности дозы излучения, загрязнения поверхностей и т.п. Для категории А контрольный уровень устанавливает администрация учреждения при обязательном согласовании с органами Госсанадзора. Контрольные уровни должны быть ниже дозовых пределов.

Для лиц категории А их устанавливают как среднее значение за одну рабочую смену; превышение этих уровней является санитарным нарушением.

Для лиц категории Б контрольные уровни устанавливают органы Госсаннадзора как среднее значение за 1 месяц.

При расчѐте допустимых доз внутреннего облучения, в зависимости от распределения РВ в организме, учитывают 3 группы критических органов:

1-я группа (высокочувствительные органы) – все тело, гонады, красный костный мозг;

2-я группа (средней чувствительности) – мышцы, щитовидная железа,

жировая ткань, почки, селезенка, желудочно-кишечный тракт, легкие,

хрусталик глаза и др.; 3-я группа (малой чувствительности) – костная ткань, кожный покров,

кисти рук, предплечье, лодыжки и стопы.

16

Критическим органом называется орган или ткань, в котором происходит наибольшее накопление радионуклида, вследствие, чего он подвергается наибольшему облучению и повреждению, что обуславливает гибель организма в определенные сроки после облучения.

В основу приведѐнной группировки критических органов положена вероятность развития в них радиационных эффектов.

Для каждой категории облучаемых лиц установлены основные пределы доз облучения.

Таблица 4 – Основные дозовые пределы, мЗв/год

Примечание. Основные пределы доз облучения не включают в себя и не учитывают дозы, получаемые при диагностическом и терапевтическом облучении, дозу от естественного радиационного фона, а также дозы вследствие радиационных аварий. На эти виды устанавливаются специальные ограничения.

Предел дозы облучения это величина годовой эффективной или эквивалентной дозы техногенного облучения, которая не должна превышаться в условиях нормальной работы.

Дозы облучения, получаемые человеком за счѐт природного радиационного фона в среднем 2 мЗв/год. Уровни земной радиации неодинаковы для разных мест земного шара и зависят от концентрации радиоактивных веществ в том или ином участке земной коры. В местах проживания основной массы населения они колеблются в пределах 4-33

мкР/час.

17

При проведении профилактических медицинских рентгенологических обследований и научных исследований населения годовая эффективная доза облучения не должна превышать 1 мЗв/год. Дозовый предел облучения время от времени пересматривается, его значения ужесточаются. Так, если в НРБ-

60 он составлял для персонала 150 мЗв/год, то НРБ-96 – уже 50 мЗв/год, а в НРБ-99 и НРБ-2009/99 как видим – 20 мЗв/год.

Эффективная доза для персонала не должна превышать за период трудовой деятельности (50 лет) – 1000мЗв, а для населения за период жизни

(70 лет) – 70 мЗв.

Помимо основных дозовых пределов НРБ-99/2009 установлены также допустимые уровни поступления и содержания РВ в организме, их концентрация в воде и воздухе, мощности дозы, плотности потоков частиц и других параметров, рассчитанных из значений основных дозовых пределов.

При авариях и катастрофах Минздравом страны устанавливаются

«Временные допустимые дозы облучения» и «Временные допустимые уровни поступления РВ внутрь организма». Они допускают превышение дозовых пределов профессионалами и лиц, привлечѐнных к ликвидации аварии. Оно может быть разрешено только в случае необходимости спасения людей или предотвращения их облучения. Планируемое повышенное облучение допускается для мужчин старше 30 лет и лишь при их добровольном письменном согласии, после информирования о возможных дозах облучения и риске для здоровья.

Дозы в этом случае устанавливаются как территориальными, так и федеральными органами.

С разрешения территориальных органов планируемое повышенное облучение допускается в эффективной дозе до 100 мЗв/год, эквивалентных дозах не более двухкратных значений ПД – для хрусталика глаза – 300

мЗв/год, коже, кистей и стоп – 1000 мЗв/год.

С разрешения федеральных органов допускается облучение в эффективной дозе до 200 мЗв/год и четырехкратных значений эквивалентных

18

ПД. Это для хрусталика глаза – 600 мЗв/год и для кожи, кистей и стоп – 2000

мЗв/год.

Лица, не относящиеся к персоналу, привлекаемые для проведения аварийных и спасательных работ, должны быть оформлены и допущены к работам как персонал группы А.

6.1 ДОЗОВЫЕ ПРЕДЕЛЫ ОБЛУЧЕНИЯ В ВОЕННОЕ ВРЕМЯ

Для дозовых пределов в военное время используют понятие «Дозы, не выводящие людей из строя». Они следующие:

1. При однократном облучении – 50 Р, 50 рад, 50 бэр, 0,5 Гр, 0,5 Зв.

Однократным считается облучение в течение первых 4-х суток после ядерного взрыва.

2.При длительном облучении в течение 1 месяца – 100 Р, 100 рад, 100

бэр, 1,0 Гр, 1,0 Зв.

3.При длительном облучении в течение 3-х месяцев – 200 Р, 200 рад, 200 бэр, 2,0 Гр, 2,0 Зв.

4.При длительном облучении в течение 1-года – 300 Р, 300 рад, 300

бэр, 3,0 Гр, 3,0 Зв.

Ни одна из этих доз за указанное время не вызывает острой лучевой болезни, даже в лѐгкой форме. Однако могут быть различные поражения организма – хроническая лучевая болезнь или генетические изменения. В

принципе в военное время людей посылают на смерть и генетические изменения в половых железах во внимание не берутся.

7МЕТОДЫ ДОЗИМЕТРИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ

Ионизирующие излучения не имеют цвета и запаха, а организм человека и животного не имеет соответствующих рецепторов воспринимающих их органами чувств. Поэтому, эти излучения могут быть

19

обнаружены при помощи приборов, работа которых основана на физико-

химических эффектах (первичных или вторичных), возникающих при взаимодействии излучений с веществом или живым организмом

(ионизационные камеры, пропорциональные, полупроводниковые детекторы,

галогеновые счетчики Гейгера-Мюллера).

К методам обнаружения и регистрации излучений, основанным на первичных или вторичных эффектах взаимодействия их с веществом,

относятся:

1. Ионизационный метод – дозиметрии основан на измерении ионизации в газе, заполняющем регистрационный прибор. Ионизация газа вызывается электронами, освобождающимися под действием фотонного излучения.

Ионизационные камеры используют при регистрации фотонов с энергией от 20 КэВ и выше.

2. Сцинтилляционный метод – дозиметрии фотонного излучения основан на регистрации фотоэлектронным умножителем (ФЭУ) вспышек света, возникающего в сцинтилляторе под действием излучения.

По составу сцинтилляторы делят:

–неорганические (йодистый натрий или цезий), для регистрации бета-

игамма-излучений активированным путем; йодистый литий для регистрации нейтронов; сернистый цинк (кадмий), активированный серебром для регистрации альфачастиц и осколков деления.

–органические: монокристаллы антрацена, стиблена, паратерфинила и др.; пластмассы (твердые растворы сцинтилляторов на основе полистирола и поливинилтолуола); жидкие фосфаты (раствор терфинила) и инертные газы –

гелий, аргон, неон и др.

Сцинтилляционные детекторы применяют для регистрации потоков нейтронов, альфа- и бета-частиц.

В некоторых веществах (сцинтилляторах, фосфорах) под действием излучений происходят ионизация и возбуждение атомов. При переходе

20