20.3. Биологическое действие ионизирующих излучений

Существуют два вида воздействия радиоактивных частиц на живые объекты: внешнее облучение и внутреннее (с вдыхаемым воздухом, пищей, проникновением через кожу). Причины действия облучения на живые организмы:

• разрыв молекулярных связей и изменение химической структуры различных соединений при ионизации живой ткани, что приводит к гибели клеток;

• радиолиз воды, составляющей около 70% массы ткани, с образованием свободных радикалов, а также сильных окислителей – гидропероксида и пероксида водорода.

Продукты радиолиза весьма активны. Они вступают в химические реакции с молекулами тканей и, образуя новые соединения, разрушают клетки. Изменение состава отдельных молекул клетки и ее гибель выводят из строя многие сотни и тысячи других молекул погибшей клетки, несмотря на то, что они не подверглись излучению. Эта огромная, многократная поражающая способность является особенностью воздействия ионизирующего излучения на биологические объекты.

Ионизирующая радиация при воздействии на организм человека может вызвать два вида эффектов: детерминированные (определенные) пороговые эффекты (лучевая болезнь, лучевой ожог, лучевая катаракта, лучевое бесплодие, аномалии в развитии плода) и стохастические (вероятностные) беспороговые эффекты (злокачественные опухоли, лейкозы, наследственные болезни и др.).

20.4. Промышленные источники ионизирующих излучений

Радиоактивные вещества и источники ионизирующих излучений применяют в различных областях народного хозяйства: ядерной энергетике, металлургической, химической, машиностроительной и других отраслях промышленности. К группе источников ионизирующей радиации относятся предприятия по добыче, переработке и получению расщепляющих материалов и искусственных радиоактивных веществ (предприятия атомной промышленности): урановые рудники, заводы по получению обогащенного урана и др. В промышленности и в других отраслях активной деятельности человека источники ионизирующих излучений в абсолютном большинстве случаев применяются в виде источников закрытого типа.

Внешние источники ионизирующих излучений делят на следующие группы: радиоизотопные источники электрической энергии; мощные радиационные устройства с источниками гамма-излучения и с ускорителями электронов; радиационные дефектоскопы; радиоизотопные приборы; высокочувствительные установки для ядерно-физических методов анализа. К наиболее распространенным источникам ионизирующего излучения относятся радиоизотопные приборы (РИП) и гамма-дефектоскопические аппараты.

При изучении геологических разрезов нефтяных и газовых месторождений используют радиоактивные методы исследования скважин – гамма-метод и нейтронный гамма-метод. Радиоактивные методы исследования скважин основываются на измерении в скважинах естественного или искусственного радиоактивного излучения горных пород.

20.5. Защита от ионизирующих излучений

Защита от ионизирующих излучений осуществляется так же, как и от других опасных и вредных производственных факторов

Z = (Z_тφ + Z_тρ + Z_тτ + Z_сиз) + Z_от + Z_ор. (20.1)

При этом учитывается, что на одном и том же отрезке пути ионизирующее излучение в более плотном веществе потеряет больше энергии, чем в менее плотном, а потеря энергии означает уменьшение дозы излучения (см. рис. 20.1).

На границе А-А доза излучения окажется равной Д₀/2. Если преграда достаточно толстая и в ней умещается несколько слоев толщиной d_пол, то на границе Б-Б доза излучения будет вдвое меньше, чем на границе А-А, или вчетверо меньше Д₀. В общем виде ослабление дозы излучения преградой толщиной h пропорционально 2·(h/d_пол). Отсюда доза за преградой выражается зависимостью

Рис. 20.1. Ослабление ионизирующего излучения толщей материала.

, (20.2)

где Д₀ – доза излучения при отсутствии защиты;

Д – доза излучения при наличии защиты;

h – толщина слоя материала;

d_пол – слой половинного ослабления.

Толщина слоя половинного ослабления: свинец – 2 см; сталь – 3 см; бетон – 10 см; грунт – 14 см; дерево – 30 см.

Степень ослабления проникающей радиации (гамма-излучения, нейтронов) защитной преградой характеризуется коэффициентом ослабления дозы (К), вычисляемым по формуле:

. (20.3)

При наличии сложной защиты, состоящей из нескольких различных материалов, общий коэффициент ослабления дозы ионизирующего излучения (К_осл) равен произведению коэффициентов ослабления каждым из материалов

К_осл = К₁ · К₂ · …· К_n. (20.4)

Для расчетов толщины защиты от ионизирующего излучения значение Д принимается равным предельно допустимой дозе, а Д₀ задается или вычисляется в зависимости от конкретных условий.

Защита по мощности Z_тφ – снижение мощности воздействия путем экранирования источника излучения. Принцип экранирования реализуется в использовании разнообразных экранов. Конструктивно экраны выполняются в виде стационарных и перемещаемых изделий. Они изготавливаются из тяжелых металлов, таких как вольфрам, свинец.

Защита расстоянием Z_тρ – увеличение расстояния между оператором и источником излучения на величину пробега в среде ионизирующих частиц: дистанционное управление; использование манипуляторов, захватов, щипцов; применение роботов; полная автоматизация технологического процесса.

Защита по времени Z_тτ – сокращение продолжительности работы в поле излучения. В соответствии с нормами и видом возможного излучения устанавливается время пребывания персонала в поле действия ионизирующего излучения. При этом работник, получивший за любой промежуток времени дозу, превышающую предельно допустимую, обязан покинуть опасную зону.

Если возможность полной защиты человека с помощью технических средств исчерпана, то используются средства индивидуальной защиты Z_сиз. Выбор материала для средств индивидуальной защиты обусловлен видом излучения. К средствам индивидуальной защиты относятся халаты, тапочки, хлопчатобумажные комбинезоны, спецбелье, пленочные хлорвиниловые фартуки и нарукавники или пленочные халаты, тапочки и ботинки. Для защиты глаз от мягкого бета-излучения используют очки из обычного стекла, от жесткого бета-излучения – силикатный плексиглас толщиной 2,2 – 2,5 мм, от гамма-излучений – свинцовые стекла и стекла с фосфатом вольфрама, от нейтронов – стекла с боросиликатом кадмия или фтористыми соединениями. К средствам индивидуальной защиты можно отнести противорадиационный костюм с включением свинца. Лучшим поглотителем гамма-лучей является свинец. Медленные нейтроны хорошо поглощаются бором и кадмием. Быстрые нейтроны предварительно замедляются с помощью графита. Для защиты от загрязнения рук работающим выдаются перчатки (резиновые или из просвинцованной резины), а для защиты от радиоактивной пыли – респираторы и противогазы. На время ликвидации аварий, ремонтных работ применяют изолирующие пневмокостюмы или костюмы с автономным питанием. В качестве спецобуви применяются ботинки из искусственной кожи или лавсановой ткани, формованные сапоги из специальной резины. Все средства индивидуальной защиты должны легко очищаться от радиоактивных веществ и быть стойкими к воздействию кислот.

Защита организационно-техническими методами Z_от включает: системы блокировки и сигнализации, контроль, знаки безопасности.

Необходим постоянный контроль за уровнем излучения и за дозами облучения персонала. Для измерения дозы облучения за время работы персоналу выдается личный дозиметр типа ДКП-50-А; он позволяет измерять дозы облучения от 0,1 до 5 мЗв при мощности дозы излучения от 0,05 до 20 мЗв/ч. Защита от внутреннего облучения заключается в устранении непосредственного контакта работающих с радиоактивными веществами и предотвращение попадания их в воздух рабочей зоны. Кроме того, существует контроль за наличием, расходованием и хранением радиоактивных материалов.

При работе с радиоактивными источниками используются знаки безопасности:

• запрещающие – «Запрещается принимать пищу», «Проход запрещен»;

• предупреждающие – «Опасно. Радиоактивные вещества или ионизирующее излучение»;

• предписывающие – «Работать в средствах защиты органов дыхания», «Работать в защитной одежде», «Работать в защитной обуви» и т.д.

Защита организационными методами Z_ор – это обучение персонала безопасным методам обращения с радиоактивными веществами. К работе с радиоактивными веществами допускаются люди, прошедшие специальное обучение и инструктаж.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Виды ионизирующих излучений и их основные физические характеристики.

2. Основные единицы измерения ионизирующих излучений.

3. Что такое экспозиционная, поглощенная, эквивалентная и эффективная дозы излучения?

4. Охарактеризуйте биологическое действие ионизирующих излучений на организм человека.

5. Каковы способы защиты от ионизирующих излучений?

6. Каковы средства индивидуальной защиты от ионизирующих излучений?

7. Из каких материалов изготавливаются экраны для защиты от ионизирующих излучений?

15