6.2 «Исследование радиационного фона и основных методов защиты от воздействия внешнего ионизирующего излучения»

6.2.1 Общие сведения

Ионизирующие излучения получили свое название благодаря способности вызывать ионизацию атомов и молекул в облучаемом веществе. Элементарный акт взаимодействия излучения с веществом – поглощение энергии кванта валентным электроном, приводящее к переходу атома или молекулы в возбужденное состояние вплоть до высвобождения электрона. При освобождении электрона оставшаяся часть атома или молекулы, приобретая положительный заряд, становится положительным ионом. При возврате возбужденного атома или молекулы в исходное состояние без освобождения электрона выделяется излучение определенной энергии. Все ионизирующие излучения по своей физической природе подразделяются на электромагнитные и корпускулярные. Электромагнитные излучения – это рентгеновское излучение, γ-излучение радиоактивных элементов и тормозное излучение. Рентгеновское излучение возникает при воздействии на вещество сильного электростатического поля (при разности потенциалов более 10-12 килоВольт). Взаимные превращения и распады радиоактивных элементов сопровождаются появлением γ - излучения. Тормозное излучение возникает при прохождении через вещество сильно ускоренных заряженных частиц. Видимый свет и радиоволны - тоже электромагнитные излучения, но они не ионизируют вещество, ибо характеризуются большой длиной волны (то есть малой энергией) или, как принято говорить, меньшей жесткостью. Все остальные виды ионизирующих излучений можно рассматривать как пучки элементарных ядерных частиц, ядер элементов или ионов – корпускулярные излучения. Большинство из них - заряженные частицы: β - частицы (электроны, позитроны), протоны - ядра атомов водорода, дейтроны (ядра атомов тяжелого водорода - дейтерия), α - частицы (ядра атомов гелия), тяжелые ионы (ионы и ядра атомов других химических элементов). Кроме того, к корпускулярным излучениям относят и не имеющие заряда ядерные частицы - нейтроны.

Наряду с ионизирующей способностью, характерным свойством ионизирующих излучений является их проникающая способность в облучаемое вещество. Глубина проникновения ионизирующих излучений в вещество зависит, с одной стороны, от природы излучения, заряда составляющих его частиц и их энергии, а с другой стороны - от состава и плотности облучаемого вещества.

Электромагнитное ионизирующее излучение обладает большой проникающей способностью, так как поглощается в веществе незначительно.

Поглощение электромагнитного пучка одной энергии в однородном веществе описывает зависимость

где и I(x) - интенсивности соответственно падающего излучения и излучения, прошедшего через вещество толщиной х;

µ - линейный коэффициент поглощения, который характеризует поглощающую способность вещества.

Для корпускулярных ионизирующих излучений проникающая способность значительно меньше. Это можно объяснить либо наличием у частиц, ионизирующих вещество, электрического заряда, либо при его отсутствии наличием значительной массы частиц (нейтроны).

Проникающую способность корпускулярных ионизирующих излучений удобно характеризовать величиной пробега частиц в веществе.

В таблице 6.2 представлены характерные значения пробегов частиц в воздухе для α-, β- e- протонного излучений.

Таблица 6.2-Значения пробегов частиц

Вид ионизирующего излучения	Диапазон энергии частиц, МэВ	Диапазон, пробегов частиц, см
α	4,0 – 10,0	2,5 – 10,6
β	0,01 – 8,0	0,002 – 34,400
протонное	1,0 – 15,0	0,002 – 0,003

При облучении биологических объектов разными видами ионизирующей радиации в одинаковых условиях возникают количественно, а иногда и качественно различные биологические эффекты, что связано с пространственным распределением проникающей радиации в био- логическом объекте. Это приводит к ионизации атомов и молекул не только на внешней поверхности объекта, но и во внутренних органах и тканях, или исключительно во внутренних органах и тканях.

Каждому биологическому объекту свойственна своя мера чувствительности к действию ионизирующей радиации, своя радиочувствительность. Например, в канале ядерного реактора обнаружены бактерии, названные микрококк радиорезистентный, которые не только не погибают, но живут и размножаются в этих условиях. Степень радиочувствительности сильно варьируется и в пределах одного биологического вида, а для определенного индивидуума зависит также от возраста и пола. Кроме того, даже в одном организме различные клетки и ткани значительно различаются по радиочувствительности и наряду с чувствительными (кроветворные ткани, эпителий слизистой тонкого кишечника), имеются радиационно-устойчивые ткани (мышечные, нервные, костные). Хотя обычно ткани, относящиеся к радиорезистивным по непосредственным лучевым реакциям, оказываются весьма радиочувствительны по отдаленным последствиям.

В качестве критерия радиочувствительности обычно используют величину ЛД50 - летальную дозу, облучение в которой вызывает 50%-ную гибель биологических объектов. В таблице 6.3 представлены данные о радиочувствительности различных биологических объектов к дозам γ - излучения, вызывающих 50%-ную смертность.

Таблица 6.3-Радиочувствительность биологических объектов

Биологический вид	Доза, Гр	Биологический вид	Доза, Гр
Овца	1,5-2,5	Осел	2,0-3,8
Собака	2,5-3,0	Человек	2,5-3,5
Обезьяны	2,5-6,0	Мыши	6,0-15,0
Крысы	7,0-9,0	Птицы	8,0-20,0
Рыбы	8,0-20,0	Кролик	9,0-10,0
Хомяки	9,0-10,0	Змея	80,0-200,0
Насекомые	10,0-100,0	Растения	10,0-1500,0

Различают экспозиционную, поглощенную и эквивалентную дозы излучения.

Общее представление о количестве падающей на объект энергии излучения за время облучения может быть получено измерением так называемой экспозиционной дозы Х , определяемой как

,

где dQ - полный заряд ионов одного знака, возникающих в воздухе;

dm - масса воздуха в данном объеме.

Экспозиционная доза – это доза излучения в воздухе. Она характеризует потенциальную опасность воздействия ионизирующих излучений при общем и равномерном облучении тела человека. Экспозиционная доза в системе единиц СИ измеряется в кулонах на килограмм (Кл/кг). Внесистемной единицей экспозиционной дозы излучения является рентген (Р).

Рентген - это доза гамма - излучения, под действием которого в 1 кубическом см сухого воздуха при нормальных условиях (температура 0°С и давление 760 мм рт. ст.) создаются ионы, несущие одну электростатическую единицу количества электричества каждого знака. Дозе в 1P соответствует образование 2,08×пар ионов в 1 кубическом см воздуха. Как видно из определения, экспозиционную дозу удобнее всего использовать для характеристики электромагнитных ионизирующих излучений.

Эффект от воздействий ионизирующих излучений на объект при прочих равных условиях прежде всего определяется величиной энергии ионизирующей излучения, переданной веществу поглощенной дозой D

где - средняя энергия, переданная ионизирующим излучением веществу, находящемуся в элементарном объеме;

dm - масса вещества в этом объеме.

Поглощенная доза - более точно характеризует воздействие ионизирующих излучений на биологические ткани. В системе единиц СИ она измеряется в греях (Гр). 1Гр - это такая поглощенная доза, при которой 1 кг облучаемого вещества поглощает энергию в 1 Дж, следовательно, 1Гр = 1Дж/кг. Использовавшаяся ранее внесистемная единица рад равна 0,01Гр. Доза в органе или ткани (DТ) – средняя поглощенная доза в определенном органе или ткани человеческого тела

где m – масса органа или ткани,

D – поглощенная доза в элементе T массы dm.

Для сравнительной оценки биологического действия разных видов излучения или смешанных излучений при равных поглощенных дозах используется понятие эквивалентной дозы

где - средняя поглощенная доза в органе или ткани Т;

WR – взвешивающий коэффициент для излучения R.

Он определяется как отношение поглощенной дозы "эталонного" излучения к поглощенной дозе данного излучения, обусловливающего тот же биологический эффект. В качестве эталонного излучения принимают рентгеновское излучение. В таблице 6.4 приведены значения взвешивающих коэффициентов для отдельных видов ионизирующих излучений.

Таблица 6.4-Значения коэффициента качества

Вид излучения	Значение WR
Фотоны любых энергий	1
Электроны и мюоны любых энергий	1
Нейтроны	5-20
Протоны с энергией более 2 МэВ, кроме протонов отдачи	5
α - частицы, осколки деления, тяжелые ядра	20

В качестве единицы эквивалентной дозы в системе СИ используется зиверт (Зв), используемая ранее внесистемная единица биологический эквивалент рада (бэр) равна 0,01 Зв.

Доза эффективная (Е) – величина, используемая как мера риска возникновения отдаленных последствий облучения всего тела человека и отдельных его органов и тканей с учетом их радиочувствительности. Она представляет сумму произведений эквивалентной дозы в органах и тканях на соответствующие взвешивающие коэффициенты

где - эквивалентная доза в органе или ткани Т;

- взвешивающий коэффициент для органа или ткани Т.

Единицей эквивалентной дозы является зиверт (Зв).

Единицы измерения экспозиционной, поглощенной и эквивалентной доз в системе СИ и внесистемные единицы измерения приведены в таблице 6.5.

Таблица 6.5-Единицы измерения доз

Доза	СИ	Внесистемная
Экспозиционная	Кулон/кг=Кл/кг	Рентген=Р=0,258×Kл/кг
Поглощенная	Джоуль/кг=Дж/кг=Грей=Гр	рад=Гр
Эквивалентная	Зиверт (Зв)	бэр=3в

Для характеристики изменения дозы во времени вводится понятие мощности дозы. Мощности экспозиционной, поглощенной и эквивалентной доз соответственно определяются как

Единицами измерения мощности дозы являются: Кулон на килограмм в секунду (Кл/(кг⋅с)), рентген в час (Р/ч); Грей в секунду (Гр/с), рад в час (рад/ч); Зиверт в секунду (Зв/с), бэр в час (бэр/ч).

Основными документами, регламентирующими действие ионизирующих излучений в РФ, являются “Нормы радиационной безопасности” (НРБ- 99) и “Санитарные правила” (СП 2.6.1.758 – 99). Эти документы регламентируют основные требования по обеспечению радиационной безопасности и распространяются на предприятия, учреждения, лаборатории и другие организации всех министерств и ведомств, которые производят, обрабатывают, применяют, хранят или транспортируют естественные и искусственные радиоактивные вещества, другие источники ионизирующих излучений. НРБ устанавливают следующие категории облучаемых лиц:

– персонал группы А и Б (профессиональные работники);

– все население, включая лиц из персонала, вне сферы и условий их производственной деятельности.

Устанавливаются также три группы критических органов в порядке убывания радиочувствительности:

1 группа - все тело, гонады и костный мозг;

2 группа - мышцы, щитовидная железа, жировая ткань, печень, почки, селезенка, желудочно-кишечный тракт, легкие, хрусталики глаз и другие органы, исключая относящиеся к 1 и 3 группам;

3 группа - кожный покров, костная ткань, кисти, предплечья, лодыжки и стопы.

Для каждой категории облучаемых лиц устанавливаются два класса нормативов: основные дозовые и допустимые уровни.

Для категорий облучаемых лиц устанавливаются три класса нормативов:

– основные пределы доз (ПД), приведенные.

– допустимые уровни монофакторного воздействия (для одного радионуклида, пути поступления или одного вида внешнего облучения), являющихся производными от основных пределов доз: пределы годового поступления (ПГП), допустимые среднегодовые объемные активности (ДОА), среднегодовые удельные активности (ДУА) и др.;

– контрольные уровни (дозы, уровни, активности, плотности потоков и др.). Их значения должны учитывать достигнутый в организации уровень радиационной безопасности и обеспечивать условия, при которых радиационное воздействие будет ниже допустимого.

Вывод: В данной работе мы исследовали радиационный фон и рассмотрели основные методы защиты от ионизирующего излучения.

Список литературы

1. СНиП 23-05-95. Строительные нормы и правила. Естественное и искусственное освещение.

2. Безопасность жизнедеятельности. Безопасность технологических процессов и производств. Учебн. Пособие для вузов / Кукин П.П. и др. − М.: Высшая школа, 2009.

3. Безопасность производственных процессов : Справочник /Под ред. С.В. Белова. − М.: Машиностроение, 2001.

4. СанПиН 2.2.4.548-96. Санитарные правила и нормы. Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений.

5. Лагунов Л.Ф., Осипов Г.А. Борьба с шумом в машиностроении. - М.: Машиностроение, 1980.

6. СН 2.2.4/2.1.8.562-96. Санитарные нормы. “Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки”.

7. ПУЭ. Правила устройства электроустановок. 7-ое издание. − М.: Энергоиздат, 2003.

8. Безопастность жизнедеятельности: Учебн. /Под ред. С.В.Белова. – М.: Высшая школа, 1999

9. Бубнова Н.Я. Безопасность жизнедеятельности. Учеб.- методическая разработка.-Пенза: Изд-во Пенз.гос. технол. академии, 2004.

10.Бубнова Н.Я. Безопасность жизнедеятельности: Конспект лекций. Ч .1. Издание второе, переработанное. - Пенза: Изд-во Пенз. гос. технол. академии, 2004.

29