Тема 11 ,,Випромінювання оптичного діапазону.”
Тема 12
,,Іонізуюче випромінювання.”
1. Види іонізуючих випромінювань, їх фізична природа та особливості розповсюдження.
Дуже складна та багатопланова природа радіації створює труднощі у володінні знаннями про основні радіобіологічні закономірності її дії і усвідомленні меж реальної небезпеки. Серед органів чуття людини природа не передбачила апарат, який би сигналізував про наявність радіації, її рівні і степені небезпеки. Неможливість виявлення радіації без використання спеціальних приладів, відсутність досвіду контакту з нею, безумовно створює психологічну основу для емоційної напруги і реактивних станів. Складність і багатоплановість радіації, багатообразність одиниць для кількісної оцінки випромінювань затруднюють сприяння і розуміння проблем, які зв’язані з її біологічною дією на людину. Рівень радіації - оцінка дії іонізуючого випромінювання на атмосферне повітря за одиницю часу. (одиниця вимірювання Р/год, фоновим допустимим рівнем радіації є 50 мкР/год).
Іонізуючим випромінюванням називається любе випромінювання, яке прямо чи побічно викликає іонізацію середовища (тобто утворення заряджених атомів чи молекул – іонів).
Іонізуючі властивості мають космічні промені, а також природні іонізуючі випромінювання Землі, тобто поклади радіоактивних речовин.
Штучними джерелами іонізуючих випромінювань є: ядерні реактори, прискорювачі заряджених частин, рентгенівські установки, штучні радіоактивні ізотопи.
Джерела іонізуючих випромінювань широко використовуються в різних областях народного господарства. Наприклад: для дефектоскопії металів, контролю якості зварних з’єднань, автоматичного контролю технологічних операцій, визначення рівня агресивного середовища в замкнутих об’ємах, боротьба з статичною електрикою. Іонізуючі випромінювання використовуються також в сільському господарстві, геологічній розвідці, медицині, атомній енергетиці і т.п.
Контакт з іонізуючими випромінюваннями має велику небезпеку для здоров’я і життя людини. Однак, при виконанні певних технологічних і операційних вимог, використання радіоактивних речовин є безпечним.
Радіоактивність – це властивість деяких хімічних елементів (урану, торію, полонію, плутонію) самовільно розпадатись і випускати невидимі випромінювання.
Радіоактивні речовини розпадаються з строго визначеною швидкістю, яка вимірюється періодом напіврозпаду, тобто часом, за який розпадається половина всіх атомів. Радіоактивний розпад не може бути зупинений чи прискоренийяким-небуть способом. (Атомні станції – сповільнюють).
До іонізуючих випромінювань відносяться: корпускулярні випромінювання – (альфа, бета і нейрони) і електромагнітні випромінювання (гама та рентгенівське), які мають здатність при взаємодії з речовиною утворювати в ній заряджені атоми і молекули – (іони).
Альфа–частини представляють собою потік ядер гелію, який випускається речовиною (який несе подвійний позитивний заряд і масу, яка рівна 4). Їх енергія не перевищує кількох МеВ (мегаелектронвольт). Чим більша енергія частинки, тим більша повна іонізація, яку вона створює в речовині. Пробіг альфа-частинок,які випускають радіоактивні речовини, становить 8-10 см. в повітрі, 10-50 мм. в алюмінії, а в м’якій біологічній тканині – кілька десятків (30 мікронів) ( 0,03…0,04 мм). Маючи порівняно велику масу, альфа-частинки швидко тратять свою енергію при взаємодії з речовиною, що обумовлено їх низькою проникаючою спосібністю і високою питомою іонізацією, яка утворюється в повітрі на 1 см. шляху – кілька десятків тисяч пар іонів (до 30 тисяч пар іонів).
Бета частинки – потік електронів чи позитронів, який виникає при радіоактивному розпаді. Швидкість їх близька до швидкості світла (300 000 км/с), максимальна енергія лежить в діапазоні кількох МеВ (до 3 МеВ). Максимальний пробіг в повітрі складає 18 метрів, в металах – 1мм, в біологічних тканинах – 1-2см. Іонізуюча можливість бета-частинок менша (кілька десятків пар на 1 мм. пробігу), а проникаюча можливість вища, як альфа-частинок, так як вони мають значно меншу масу і більшу швидкість розповсюдження в речовині.
Гама-випромінювання – це високочастотні електромагнітні випромінювання, які виникають при переході атомів з одного енергетичного стану в інший в процесі ядерних реакцій чи радіоактивного розпаду. Гама-промені мають велику проникаючу здатність – (вони вільно проходять через тіло людини та інші матеріали) і мають малу іонізуючу дію. Енергія їх лежить в границях від 0,01 до 10 МеВ.
Рентгенівське випромінювання – це електромагнітні випромінювання з дуже короткою довжиною хвилі (0,006-2нм), які виникають при бомбардуванні речовини потоком електронів. Рентгенівське випромінювання являє собою діапазон енергії квантів, які є в границях від 1КеВ до 1МеВ, в залежності від величини прискорюючої напруги між атодом і катодом. Рентгенівські промені можна створити в любих електровакуумних установках, в яких використовується достатньо велика напруга (десятки і сотні кіловольт). Рентгенівське випромінювання має малу іонізуючу здатність і велику глибину проникнення.
Нейтронне випромінювання – характеризується тим, що нейтрони при проходженні через речовину взаємодіють тільки з ядрами атомів, передають їм частину енергії, а самі змінюють напрямок свого руху. Ядра атомів ,,вискакують” з електронної оболонки, і проходячи через речовину, проводять їх іонізацію. Нейтрони також створюють і наведену реактивність. Нейтрони тратять частину своєї енергії при зіткненні з атомами водню. Тому в якості сповільнювачів нейтронів використовують легкі речовини – вуглець, парафін.
2. Основні одиниці вимірювання та дози радіоактивності.
Активність (А) радіактивного ізотопа – це число розпадів атомних ядер за одиницю часу.
За одиницю активності приймають розпад в секунду – одиниця беккерель (Бк).
Спеціальною одиницею активності є кюрі.
Кюрі
(Кі) – це активність ізотопа, в якого за
1 сек. відбувається 3,7*
розпадів
ядер атома (1 Кі =
Бк)
Похідні одиниці (які використовуються на практиці):
1
мКі (мілікюрі) = 1Кі
1
мкКі (мікрокюрі) = 1Кі
Для характеристики джерела випромінювання щодо ефекту іонізації розрізняють експозиційну дозу, поглинаючу дозу і еквівалентну дозу.
Експозиційна доза (Х) – представляє собою відношення повного заряду іонів одного знаку, який виникає в малому об’ємі повітря, до маси повітря в цьому об’ємі
.
За одиницю експозиційної дози приймають кулон (:) на кілограм - (кл/кг).
Спеціальною одиницею експозиційної дози (позасистемною ) є рентген (Р),
1Р = 2,58*10-4 Кл/кг.
1 рентген (Р) – це доза, яка в 1см3 сухого повітря при нормальних умовах утворює в повітрі іони, які несуть заряд кожного знаку в одну електростатичну одиницю.
Ця одиниця характеризує іонізуючу здатність рентгенівського і гама-випромінювання в повітрі, але не поглинаючу енергію.
Похідні від рентгена є:
1 мілірентген (мР) = 10-3 Р;
1 мікрорентген (мкР) = 10-6 Р.
Поглинаюча доза випромінювання – це відношення середньої енергії (Е) випромінювання, в деякім об’ємі середовища, до маси (m) цього об’єму,
За одиницю поглинаючої дози випромінювання береться джоуль (:) на кілограм (Дж/кг).
Спеціальною одиницею поглинаючої дози випромінювання є рад,
1 рад = 10-2Дж/кг = 100 ерг.
Похідними одиницями є:
Мілірад
(мрад) =
Мікрорад
(мкрд) =
Новою одиницею поглинаючої дози в системі СІ є – Грей (Гр),
1 Гр = 1 Дж/кг = 100 рад.
Величина поглинаючої дози залежить від властивостей випромінювання і поглинаючого середовища.
При опроміненні людини дозою 0,25-0,5 Гр можливі зміни в крові, понад 1 Гр - розвивається враження всього організму, при 2 - 4 Гр - без лікування можлива смерть, вище 6 - 10 Гр - летальність 100 %.
Еквівалентна доза (Н) – величина, яка введена для оцінки радіаційної небезпеки хронічного опромінення і визначається добутком поглинаючої дози (Д) на середній коефіцієнт якості випромінювання (з таблиць).
Н=Д*Кя
Нова одиниця еквівалентної дози є – зіверт (Зв).
Спеціальною одиницею еквівалентної дози є бер (біологічний еквівалент рентгена). 1 Зв = 100 бер; 1 Зв = Дж/кг;
Похідні одиниці: мілізіверт, мілібер, мікрозіверт, мікробер.
Еквівалентна доза і коефіцієнт якості повинні використовуватись тільки для цілей радіаційної безпеки при значеннях Н не більше 5 ГДД.
Величину експозиційної дози на робочому місці можна вирахувати за такою формулою
,
де А – активність джерела, мКі;
Ку –
гама-постійна ізотопу, яка береться із
таблиць
t – час опромінення (год);
R – відстань від джерела до робочого місця в (см).
Поглинута еквівалентна та експозиційна доза за одиницю часу (1с) називається потужністю дози й вимірюється в Гр/с (1 Гр/с = 1 Вт/кг).
3.Біологічна дія іонізуючих випромінювань на організм людини.
В ураженому організмі атоми і молекули клітин іонізуються, в результаті чого відбуваються складні фізико-хімічні процеси, які впливають на характер подальшої життєдіяльності людини. Чим більше проходить в речовині актів іонізації під дією випромінення, тим більший біологічний ефект. Іонізація живих тканин організму приводить до розриву молекулярного зв’язку і зміни хімічного складу структури різних з’єднань. Зміна в хімічному складі значної кількості молекул приводить до загибелі клітин. Під впливом іонізуючих випромінювань в організмі може відбуватися: заторможення функцій кровотворних органів, порушення нормального згортання крові, збільшення хрупкості судин, розлад діяльності шлунково-кишечного тракту, зниження опору організму інфекційним захворюванням.
Розрізняють зовнішнє і внутрішнє опромінення.
Зовнішнє опромінення – це джерело іонізуючих випромінювань, розміщене ззовні організму. Внутрішнє опромінення – це попадання радіоактивних речовин всередину організму, при вдиханні повітря, при питті зараженої води. Це опромінення дуже небезпечне, так як викликає довго не заживаючі язви, які поражають різні органи.
В результаті дії на людину всіх природніх джерел радіації (космічні промені, радіоактивні речовини Землі, оточуючі предмети, вода, земля) – середня сумарна доза опромінення складає приблизно 125 мбер в рік.
Крім природного опромінення, людина опромінюється і іншими джерелами. Наприклад: при просвічування шлунку – 1.5-3 Р, зубів – 3-5 Р, легень (фотографія) – 0,15-0,2 Р, рентгеноскопія – 4,7-19 Р, при перегляді телепередач безпосередньо біля телевізора (з великим екраном) – 0,5 мР/год.
Одноразове опромінення в дозі:
25-50 бер – призводить до незначних швидкопроходящих змін в крові;
80-120 бер – появляються початкові ознаки променевої хвороби;
270-300 бер – гостра променева хвороба (можлива смерть в 20% випадках);
550-700 бер – смерть наступає в 50% випадках.
Захворювання, які викликані радіацією, можуть бути гострими і хронічними. Гострі ураження наступають при опроміненні великими дозами на протязі короткого часу. Хронічні захворювання бувають як загальні,так і місцеві. Розвиваються вони завжди в скритій формі.
Наслідки променевої хвороби – це підвищена можливість появи злоякісних пухлин і хвороби кровотворних органів.
Розрізняють 3 степені променевої хвороби:
- для першої степені – легкої степені променевої хвороби – характерні незначні болі голови; в’ялість; слабість; порушення сну і апетиту;
- для другої степені – вказані признаки хвороби для першої степені посилюються, також виникає порушення обміну речовин; судинні і серцеві зміни; розлад органів травлення і т.п.;
- для третьої степені хвороби – є ще більш різке проявлення перерахованих симптомів. Порушується діяльність генетичних органів; проходить зміна центральної нервової системи; бувають крововиливи; випадання волосся.
Персонал віком до 18 років не допускається до роботи з джерелами
іонізуючого випромінювання.
4.Нормування іонізуючих випромінювань.
Основним державним документом, що встановлює систему радіаційно-гігієнічних регламентів для забезпечення прийнятих рівнів опромінення як для окремої людини, так і для суспільства є ДНАОП 00.3-3.24-97 ,,Норми радіаційної безпеки України” (НРБУ-97).
Також гранично-допустимі рівні іонізуючих втпомінювань визначаються ,,Нормами радіаційної безпеки” - НРБ-76/87 та ,,Основними санітарними правилами роботи з радіоактивними і іншими джерелами іонізуючих випромінювань” - ОСП-72.
За допустимими основними дозовими границями, встановлюються такі категорії осіб, які опромінюються:
- категорія А – персонал - професійні працівники, що мають безпосередній зв'язок з джерелами іонізуючого випромінювання. Загальна доза опромінення на рік - 5 бер (50 мЗв).
- категорія Б – обмежена частина населення - люди, які за умов проживання або розміщення можуть піддаватись опроміненню. Для них гранична доза опромінення - 0,5 бер/рік.
- категорія В – решта населення держави. Доза не нормується, але не повинна перевищувати природній фон - від 40 до 200 мбер/рік.
Різні тканини тіла неоднаково радіо чутливі. В залежності від сприймання опромінення органами людини, вони поділяються на 3 групи критичних органів:
I-а група - все тіло, гонади (статеві залози, що виробляють статеві клітини) та червоний кістковий мозок;
II-а група - м’язи, щитовидна залоза, жирова тканина, печінка,нирки, селезінка, шлунково-кишковий тракт, легені,кристалик ока та інші органи, за виключенням тих, які відносяться до 1 і 3 групи;
III-я група - шкіра, кісткова тканина, кістки, передпліччя, гомілка, долоні, ступні.
В якості основних дозових границь, в залежності від групи критичних органів, для категорії А встановлена гранично-допустима доза за рік (ГДД), для категорії Б – визначена границя дози за рік (ГД).
|
Дозові границі зовнішнього та внутрішнього опромінення, бер за рік |
Група критичних органів | ||
|
I |
II |
III | |
|
Гранично-допустима доза для категорії А, (ГДД) |
5 |
15 |
30 |
|
Границя дози для категорії Б, (ГД) |
0,5 |
1,5 |
3 |
ГДД – це найбільше значення індивідуальної еквівалентної дози за рік, яка при рівномірній дії на протязі 50 років не викликає в стані здоров’я персоналу (категорія А) несприятливих змін, які можуть виявити сучасними методами.
Еквівалентна доза Н (бер), яка накоплена в критичнім органі за час Т (років) з початку професійної роботи, не повинна перевищувати значень, які одержуємо з формули: Н = ГДД*Т.
В
любому випадку доза, яка накопичується
до 30 років, не повинна перевищувати 12
ГДД. Якщо доза, яка одержана працівником,
за попередній період роботи з джерелом
іонізуючих випромінювань, залишається
невідомою, то потрібно виходити з
передбачення, що він щорічно одержував
по 1 ГДД. Одноразове
зовнішнє опромінення при дозі5
ГДД, а також одноразове поступання в
організм радіонуклідів
5
ГДД – розглядається як потенційно
небезпечне. Кожне аварійне
опромінення
як 2 ГДД
повинно бути так скомплектовано, щоб в
наступні 5 років, доза не перевищувала
еквівалентної дози Н (бер/рік).
А кожне аварійне опромінення більше як 5 ГДД повинно бути скомплектовано так, щоб в наступні 10 років доза не перевищувала еквівалентної дози Н (бер/рік).
Для людей, які працюють з радіоактивними речовинами, обов’язковий індивідуальний дозиметричний контроль і спеціальні медичні органи.
Обмеження опромінення населення (категорія Б) визначається можливим виникненням віддалених ефектів і генетичних наслідків. Регламентація і контроль за опроміненням населення категорії В відноситься до компетенції Міністерства здоров’я (України).
У випадку радіаційної аварії головне санітарно-епідеміологічне управління Міністерства здоров’я, виходячи з масштабу аварії встановлює тимчасові допустимі рівні опромінення і допустимі поступання радіонуклідів в середину організму.
Забруднення радіоактивними речовинами вимірюється числом альфа і бета частинок, які вилітають з 1 см2 поверхні за 1 хвилину.
5. Загальні принципи захисту при роботі з радіоактивними речовинами.
Умови безпеки при використанні радіоактивних ізотопів в промисловості вимагають проведення захисних заходів не тільки у відношенні людей, які безпосередньо працюють з радіоактивними речовинами, але і у відношенні людей, які знаходяться у приміщеннях поряд, а також населення, яке живе на близькій відстані від підприємства.
Забезпечення безпеки працюючих з радіоактивними речовинами створюється таким чином (шляхом):
- екранування;
- встановлення ГДД опромінення;
- будівельно-планувальні рішення;
- використання ЗІЗ і колективного захисту;
- зонування приміщень і територій.
Захист працюючих з радіоактивними ізотопами від шкідливих наслідків випромінювання створюється системою технічних, санітарно-гігієнічних і лікувально-профілактичними заходами.
Приміщення, в яких працюють з радіоактивними ізотопами, повинно бути окреме, ізольоване від інших приміщень і спеціально обладнане. Стіни, стеля і двері роблять гладкими, щоб не було тріщин. Всі кути в приміщенні закругляються для облегшення прибирання. Стіни покривають масляною фарбою на висоту 2 м. Підлога виготовляється з щільних матеріалів, які не вбирають рідини. Вона покривається лінолеумом чи поліхлорвініловим пластиком. В приміщенні необхідно передбачати повітряне опалення. Обов’язково повинна бути припливно-витяжна вентиляція не менше як з 5-ти разовим кратним обміном повітря.
Для роботи з газоподібними аерозольними радіоактивними речовинами використовують бокси. Для цього в боксі створюють розріджене повітря, щоб не було витікання повітря з боксу (100-200 Па). Для роботи з радіоактивними речовинами використовують також спеціальні витяжні шафи.
До технічних засобів відносяться обладнання різних екранів з матеріалів, які відбивають і поглинають радіоактивне випромінювання. Екрани роблять як стаціонарні так і пересувні. При розрахунку захисних екранів визначають їх матеріал і товщину.
6. Правила зберігання,обліку і транспортування радіоактивних речовин, ліквідація відходів.
Радіоактивні речовини потрібно зберігати так, щоб їхнє випромінювання не могло спричинити шкоди обслуговуючому персоналу. Для зберігання і транспортування РАР використовують контейнери, стінки якого служать захисним екраном. Контейнери виготовляють з свинцю, чавуну, сталі або алюмінію. При зберіганні контейнери розміщують у підвальних або заглиблених приміщеннях. Товщина сінки контейнера розраховується, виходячи з вимог, щоб доза опромінення на поверхні контейнера і на певній відстані від нього, не перевищувала заданої безпечної величини.
Облік РАР повинен показувати фактичну наявність їх на любе число, а також забезпечувати щоденний контроль за їх використанням. Радіоактивні речовини рахуються по активності, яка вказується в супроводжувальних документах. Видача РАР із сховищ на робочі місця проводиться відповідальною особою тільки з дозволу керівника і оформляється письмово. Два рази в рік комісія, яку призначає керівник, перевіряє наявність РАР за їх ефективністю.
Транспортувати РАР потрібно таким чином, щоб була виключена всяка можливість розливу чи висипання. Перевозити РАР можна як залізницею, так і пароплавом і літаком. В границях міста РАР транспортується тільки окремою машиною.
Одним із важливих правил, якого потрібно дотримуватися при обробці і видаленні радіоактивних відходів – це їх розділення в місці утворення. Концентровані відходи потрібно збирати окремо і не змішувати з розбавленими. Кращою системою видалення відходів є централізована. Всі відходи і скиди РАР потрібно збирати і знешкоджувати у відповідності з встановленими правилами. Радіоактивні розчини дозволяється зливати в загальну каналізацію при умові, що активність 1 л. не перевищує 107 Кюрі.
Відходи
з ізотопами, які мають невеликий період
напіврозпаду, дозволяється поміщати в
спеціальні бетонні ями і тримати їх там
до втрати активності.
Радіоактивні відходи з великим періодом
напіврозпаду, необхідно зацементувати
в блоки, які закопують в землю на глибину
не менше як 2,5 м. Ганчірки,
папір і інші матеріали, які заряджені
РАР, можна спалювати тільки при умові,
що активність 1 л аерозолю не перевищує Кюрі.
Захоронення відходів. В США і інших країнах бетонні блоки викидають в Атлантичний океан на відстань близько 300 км від берега. Є ще варіант – злив рідких відходів в океан, які не перевищують ГДК.
Недалеко від нас є могильник біля Львова (в Чорнобильській зоні є близько 90 могильників). Пункт для захоронення радіоактивних відходів (могильник) потрібно розміщати не ближче 20 км від міста чи району (бажано в лісі) з санітарно-захисною зоною не менше 1000м (1км) і де не повинні випасатись тварини. Територія пункту захоронення (могильник) обноситься огорожею з попереджувальними знаками і забезпечуються постійною охороною.
7. Засоби індивідуального захисту від іонізуючих випромінювань. Дозиметричний контроль.
При роботі з радіоактивними ізотопами обов’язково потрібно використовувати заходи індивідуального захисту (ЗІЗ), але вони тільки доповнюють основні заходи захисту і самостійно в багатьох випадках не можуть забезпечити повної безпеки. ЗІЗ запобігають від попадання забруднень на шкіру і в середину організму, захищають від альфа- і частково від бета-випромінювань. Працюючі з радіоактивними речовинами обов’язково повинні носити спецодяг, спецвзуття, захищати руки рукавицями, очисними окулярами.
У випадках можливого забруднення повітря радіоактивним пилом, газами чи парою – додатково використовувати респіратори (ШБ-1 Лепесток). Також використовуються ще спеціальні пневматичні костюми з пластичних матеріалів (ЛГ-4), а також гумові чоботи.
При використанні ЗІЗ потрібно обов’язково звертати увагу на послідовність їх вдягання і знімання. Після роботи з радіоактивними речовинами необхідно добре вимити руки і обличчя, а також перевірити їх чистоту дозиметричними приладами.
Безпеку роботи з РАР і джерелами випромінювання можна забезпечити тоді, коли є організований систематичний контроль за рівнем зовнішнього і внутрішнього опромінення персоналу, а також за рівнем радіації навколишнього середовища. Всі, хто працює з РАР повинні бути забезпечені індивідуальними дозиметрами для контролю дози гама-випромінювань, яку одержує кожен працівник окремо.
Для виявлення і кількісного вимірювання радіоактивного випромінювання використовують такі методи:
- іонізаційний – реєстрація випромінювань та здатності газів під дією радіоактивних випромінювань робитися провідниками електричного струму (лічильник Гейгера);
- сцинтиляційний – здатність деяких твердих та рідких речовин люмінувати під дією радіоактивних випромінювань (ці речовини називається фосорозами, флуорами, люмінофорами);
- фотографічний – ґрунтується на здатності фото емульсійного шару під дією РАР темніти після проявлення);
- хімічний – здатність деяких розчинів змінювати свій колір під дією іонізуючих випромінювань.
Промисловість випускає різні дозиметричні прилади:
- індикаторні – які дозволяють головним чином швидко визначити джерело радіоактивного випромінювання;
- вимірювальні – які вимірюють швидкість дози і потужність випромінення.
За своїм характером і цілями дозиметричні прилади діляться на :
- прилади для вимірювання зовнішніх потоків випромінювань
(мікрорентгенометр ,,Кактус” і МРМ-2);
- прилади для вимірювання активності повітря (установки з паперовими і
електричними фільтрами);
- прилади для вимірювання рівня забрудненості поверхні (універсальний
радіометр ТНСС, переносний радіометр РУП-1);
- установки сигнального і дозиметричного контролю (дозиметри ДП-5А, ДП-5Б, ДП-5В, ,,Припять”).