Иванов, Колегаев, Касилов - Основи охорони праці на морському транспорті (2003)

Альфа-випромінювання являє собою потік важких, позитив­ но заряджених часток, що складаються з протона і нейтрона — ядер гелію, що має невелику початкову швидкість і порівняно високий рівень енергії (від 3 до 9 МеВ). Пробіг альфа-часток, що випускаються переважно природними елементами (радій, торій, уран, полоній та ін.), порівняно невеликий. Так, у повітрі він становить 10... 11 см, а у біологічних тканинах — лише кіль­ ка десятків мікрометрів (ЗО...40 мкм). Альфа-частки, маючи по­ рівняно велику масу і низьку початкову швидкість, при взаємо­ дії з речовиною швидко втрачають свою енергію і поглинаються нею. Внаслідок цього вони мають найбільшу лінійну щільність іонізації, але низьку проникну здатність.

Бета-випромінювання являє собою потік негативно заряд­ жених часток — електронів чи позитивно заряджених часток — позитронів і виникає при розпаді природних і штучних радіоактив­ них елементів. Маючи високу швидкість поширення, що наближа­ ється до швидкості світла, бета-частки мають більший пробіг у се­ редовищі, ніж альфа-частки. Так, максимальний пробіг у повітрі бета-часток сягає кількох метрів, а у біологічних середовищах — 1...2 см. Значно менша маса і рівень енергії (0,0005...3,5 МеВ) бе­ та-часток визначають і більш низьку їх іонізуючу здатність. Вони мають більшу, ніж у альфа-часток, проникну здатність, яка зале­ жить від рівня енергії бета-випромінювача.

Гамма-випромінювання, що розглядається як потік гаммаквантів і являє собою електромагнітні коливання з дуже корот­ кою довжиною хвилі, виникає в процесі ядерних реакцій і радіо­ активного розпаду. Діапазон енергії гамма-випромінювань ле­ жить у межах 0,01...З МеВ. Воно має дуже високу проникну зда­ тність і малу іонізуючу здатність. Гамма-випромінювання гли­ боко проникає у біологічні тканини, викликаючи в них розриви молекулярних зв'язків.

Нейтронне випромінювання, що являє собою потік елемен­ тарних часток атомних ядер — нейтронів, має велику проникну здатність, яка залежить від енергії нейтронів і хімічної структу­ ри речовини, що опромінюється. Нейтрони не мають електрич­ ного заряду і мають масу, близьку до маси протона. Взаємодія нейтронів з середовищем супроводжується розсіюванням (пру­ жним чи не пружним) нейтронів на ядрах атомів, яке є результа­

120

том пружних або непружних зіткнень нейтронів з атомами опромінюваної речовини. У результаті пружних зіткнень, що супроводжуються зміною траєкторії нейтронів і передачею атомним ядрам частини кінетичної енергії, в і д б у в а є т ь с я з в и ч а й н а і о н і з а ц і я р е ч о в и н и .

При непружному розсіюванні нейтронів їхня кінетична енергія витрачається головним чином на радіоактивне збудження ядер се­ редовища, яке може викликати вторинне випромінювання, що складається як із заряджених часток, так і з гамма-квантів. Набуття речовинами, що опромінюються нейтронами, так званої наведеної радіації, збільшує можливість радіоактивного зараження і є важли­ вою особливістю нейтронного випромінювання.

Рентгенівське випромінювання — це електромагнітне випро­ мінювання, яке виникає при опроміненні речовини потоком елект­ ронів при досить високих напругах, що сягають сотні кіловольт. За характером впливу рентгенівське випромінювання подібне до гам­ ма-випромінювання. Воно відрізняється малою іонізуючою здатні­ стю і великою глибиною проникнення при опроміненні речовини. У залежності від величини електричної напруги в установці енергія рентгенівського випромінювання може бути в межах від 1 кеВ до 1МеВ.

Радіоактивні речовини спонтанно розпадаються, втрачаючи з часом свою активність. Ш в и д к і с т ь р о з п а д у є однією з важливих характеристик радіоактивних речовин. Кожному ізотопу притаманний певний період напіврозпаду, тобто час, за який роз­ падається половина ядер цього ізотопу. Періоди напіврозпаду бу­ вають невеликими (радон-222, протактиній-234 та ін. — декілька годин) і дуже великими (уран-238, радій, плутоній та ін. — сотні років).

При введенні в організм радіоактивних елементів з корот­ ким періодом напіврозпаду шкідливий вплив радіації і хвороб­ ливих явищ припиняються досить швидко.

2.8.2. Дози радіаційного опромінення

Мірою кількості радіоактивних речовин є їхня активність С, яка виражається числом розпадів атомних ядер в одиницю

121

часу. За одиницю активності приймають розпад за секунду

(розиад/с).

Ця одиниця в системі СІ отримала назву Бекерель (Бк). Один Бекерель відповідає одному розпаду в секунду для будьякого радіонукліда. Позасистемною одиницею5*активності є кю­ рі. Кюрі (Кі) — це активність радіоактивної речовини, в якій розпадається 3,7-Ю10 ядер за секунду. 1 Кі = 3,7-Ю10 Бк. Звичай­ но користуються одиницями більш дрібними — мілікюрі (мКі) і мікрокюрі (мкКі).

Розрізняють експозиційну, поглинену та еквівалентну дозу випромінювання.

Е к с п о з и ц і й н а д о з а — кулон на кілограм (Кл/кг) — характеризує дію іонізуючого випромінювання

де Q — заряд одного знака, утворений при радіоактивному опроміненні повітря, Кл (кулон);

т — маса повітря, кг.

Позасистемною одиницею експозиційної дози випроміню­ вання є рентген (Р): 1 Рентген — це доза радіоактивного випро­ мінювання, яке в 1 см3 сухого повітря при нормальних атмосфе­ рних умовах створює іони, що несуть заряд кожного знака в од­ ну електростатичну одиницю.

Важливе значення для ефекту опромінення має потужність дози опромінення. За позасистемну одиницю потужності дози опромінення прийнято рентген на секунду (Р/с).

Потужність експозиційної дози (Ампер на кілограм) визна­ чається за формулою:

де t — час опромінення.

Поглинена доза випромінювання (Дж/кг) характеризує по­ глинаючі властивості середовища, що опромінюється, і багато в

5 Позасистемні одиниці, які використовуються у наукових роботах, встановлено стандартами на одиниці по окремих видах вимірювань. Співвідношення цих одиниць з відповідними одиницями системи СІ наведено у довідковій літературі.

122

чому залежить від виду випромінювання. Ця одиниця одержала назву Грей (Гр).

де Е — енергія випромінювання, Дж; т — маса середовища, що поглинула енергію, кг.

Позасистемною одиницею поглиненої дози випромінювання прийнято радій. 1 рад. = 10“2 Гр.

Більш дрібними одиницями є мілірад (мрад) і мікрорад (мкрад).

Потужність поглиненої дози, Вт/кг:

Рі ю і ’л — Г ) , ю п / Ї —- Е/(ті) .

Для оцінки неоднакового біологічного ефекту, спричинено­ го однією і тією самою дозою різних видів іонізуючих випромі­ нювань, введено поняття еквівалентної дози, яка характеризу­ ється поглиненою дозою випромінювання і коефіцієнтом відно­ сної біологічної ефективності, який називається коефіцієнтом якості (Кк) різних випромінювань при впливі їх на людину.

Одиниця еквівалентної дози в системі СІ — Зіверт (Зв). Один Зіверт відповідає дозі в 1 Дж/кг (для рентгенівського, у- і (3-випромінювань).

Позасистемною одиницею еквівалентної дози випроміню­ вання є бер (біологічний еквівалент Рентгена).

Бер — доза будь-якого виду іонізуючого випромінювання, що спричиняє такий самий біологічний вплив, як і доза рентгенівсь­ кого чи гамма-випромінювання в 1 Рентген.

Коефіцієнт якості для гамма- і рентгенівського випромі­ нювання, бета-часток, електронів і позитронів дорівнює оди­ ниці.

Для альфа-випромінювань, протонів і нейтронів (з енергією часток до 500 кеВ) величина коефіцієнта в десять разів менше одиниці.

Потужність випромінювання радіоактивних препаратів при­ йнято порівнювати з потужністю гамма-випромінювань, які

123

приймають за еталон випромінювання (еквівалент). Вважається, що два радіоактивних ізотопи мають однаковий гаммаеквівалент, якщо при рівноцінних умовах вимірювання вони створюють однакову потужність експозиційної дози.

2.8.3. Біологічний ефект впливу іонізуючих випромінювань на людину

Біологічний ефект впливу іонізуючих випромінювань на людину визначається дозою і тривалістю опромінення, ступенем іонізації речовини тканин, що залежить від кількості поглиненої енергії, періодом напіврозпаду і хімічною природою ізотопу, розмірами поверхні організму, що опромінюється, а також шви» дкістю виведення радіоактивної речовини з організму.

Іонізуючі речовини мають властивість затримуватися і на­ копичуватися в організмі. Частина з них, маючи незначний пері­ од напіврозпаду, виводиться з організму через органи виділення. При цьому шкідливий вплив радіації припиняється.

Найбільшу небезпеку представляють радіоактивні ізотопи, що мають тривалий період напіврозпаду і вибіркову властивість накопичуватися у певних, життєво важливих, так званих к р и ­ т и ч н и х о р г а н а х людини. Так, радіоактивний кобальт за­ тримується в кровотворних органах (у селезінці, кістковому моз­ ку), фосфор — у кісткових тканинах тощо. При цьому тривалість безперервного опромінення організму буде залежати від періоду напіврозпаду ізотопу, що накопичується, і швидкості виведення його з організму. Під критичним розуміється орган, опромінення якого обумовлює найбільше ураження всього організму.

Іонізація біологічних тканин приводить до зміни їхньої хімі­ чної структури, в результаті чого в організмі утворюються хімі­ чні сполуки, не властиві живим тканинам. Під впливом цих з'єд­ нань в організмі збуджуються складні біохімічні процеси, що приводять до гострих чи хронічних променевих захворювань.

Велика доза опромінення може призвести до важкого ура­ ження всього організму і негайної смерті людини.

Променева хвороба може мати гострий чи хронічний пере­ біг. Г о с т р і у р а ж е н н я настають при опроміненні значни­

124

ми дозами радіації протягом невеликого відрізка часу. Хвороб­ ливі явища виявляються циклічно. При кваліфікованому ліку­ ванні через 20...25 днів після початку хвороби може наступити видужання. На жаль, не завжди видужання дозволяє повернути людину до активного життя. Часто відзначаються випадки тяж­ ких наслідків променевої хвороби (повна втрата працездатності, раннє старіння, необоротні зміни в клітинах кісткового мозку та ін.). Х р о н і ч н і у р а ж е н н я , які є результатом систематич­ ного опромінення невеликими дозами, розвиваються поступово в міру нагромадження радіоактивного матеріалу в організмі.

Для променевої хвороби характерні важкі ураження критич­ них органів, порушення нормального згортання крові, втрата еластичності кровоносних судин, розлад серцево-судинної і центральної нервової системи, порушення діяльності полових залоз, внутрішні крововиливи та ін. Важкими наслідками про­ меневої хвороби є схильність до ракових захворювань і необо­ ротні зміни в генній структурі людини.

Променева хвороба може розвиватися як під впливом зов­ нішнього, так і внутрішнього опромінення.

П р и з о в н і ш н ь о м у о п р о м і н е н н і джерело іонізу­ ючої радіації знаходиться поза організмом. У цьому випадку по­ трапляння радіоактивних речовин всередину організму виключено. Зовнішнє опромінення може статися при роботах з прискорювача­ ми елементарних часток, рентгенівськими апаратами, з розгерме­ тизованими контейнерами радіоактивних джерел та ін. При зовні­ шньому опроміненні найбільшу небезпеку становлять гамма-, рен­ тгенівське, а також нейтронне випромінювання.

Жорсткі рентгенівське і гамма-випромінювання, глибоко проникаючи в тканини, можуть призвести до важкого ураження житгєво важливих органів людини.

Адьфа і бета-частки, які мають низьку проникну здатність, при зовнішньому опроміненні становлять меншу небезпеку. їх­ ній вплив виражається в ураженні очей і шкіряних покривів.

Дія радіоактивного джерела при зовнішньому опроміненні лю­ дини обмежується часом безпосереднього контакту чи роботи з ним. Опромінення негайно припиняється після видалення джерела.

В н у т р і ш н є о п р о м і н е н н я може відбутися при по­ траплянні іонізуючих речовин всередину організму через органи

125

дихання, травний тракт і через шкіру. При цьому найбільшу не­ безпеку являє їх проникнення через органи дихання. Небезпека внутрішнього опромінення полягає в тому, що в цьому випадку людина піддається шкідливому впливу радіоактивної речовини п о с т і й н о д о ї ї п о в н о г о р о з п а д у чи в и в е д е н н я з о р г а н і з м у .

Ізотопи з коротким строком життя, отримані людиною в ре­ зультаті внутрішнього опромінення, а також іонізуючі речовини природних джерел радіації і космічного випромінювання, що попадають в організм із їжею, водою і повітрям, виводяться з нього внаслідок складних радіаційних і хіміко-біологічних реа­ кцій, обумовлених безперервним обміном речовин між люди­ ною і зовнішнім середовищем.

Під виливом випромінювань природного фону отримана людиною сумарна доза безпечного для здоров’я опромінення становить близько 125 мбер/рік. Крім іонізуючих випроміню­ вань природних джерел радіації, людина одержує радіоактивні заряди в результаті рентгеноскопії внутрішніх органів (від 0,1 до 5 Р), при перебуванні поблизу екранів діючих радіолокаційних і телевізійних установок (до 0,5 мр/год.) та ін.

Початкові ознаки променевої хвороби з’являються при дозах опромінення, що складають 80... 120 бер.

При деякій дозі опромінення в організмі не відбувається не­ оборотних змін, що виявляються сучасними методами дослі­ джень. Такі дози, що називаються гранично допустимими доза­ ми іонізуючих опромінювань (ГДД), визначаються нормами ра­ діаційної безпеки НРБУ-97.

Для працівників, зв'язаних із постійною роботою з радіоак­ тивними джерелами, гранично припустима доза (бер) розрахо­ вується за формулою

D < 5(N - 18),

де N — вік людини.

Максимально допустима сумарна доза усіх видів опромі­ нення для людини 30-річного віку становить 60 бер. Допустима максимальна одинична доза опромінення для чоловіків визначе­ на у 2,3 бер, а для жінок — 1,3 бер.

126

Тривалий вплив на організм іонізуючих випромінювань у дозах, що перевищують гранично допустимі рівні, може привес­ ти до променевої хвороби. Однократне опромінення дозою в 250...300 бер викликає променеву хворобу з можливим смерте­ льним наслідком.

// \ У

\ 2 Я Л . Захист від іонізуючих випромінювань

Проведення захисних заходів визначається основними пра­ вилами роботи з радіоактивними речовинами та іншими джере­ лами радіоактивних випромінювань відповідно до документів «Норми радіаційної безпеки» НРБ-76/87, «Основні санітарні правила роботи з радіоактивними речовинами та іншими джере­ лами іонізуючих випромінювань» ОСП-72/87, 1988 і «Норми радіаційної безпеки України» НРБУ-97.

Цими нормами передбачено три категорії людей, що ризи­ кують одержати опромінення:

■категорія А — персонал, який професійно працює з ра­ діоактивними речовинами;

■категорія Б — особи, що безпосередньо не працюють із радіоактивними речовинами, але за умовами розташу­ вання їхніх робочих місць чи проживання можуть потра­ пити під вплив радіації;

■категорія В — всі інші жителі країни.

Заходи при використанні радіоактивних речовин поділяють­ ся на організаційно-профілактичні і технічні. Організаційнопрофілактичні включають строгий контроль схоронності радіо­ активних ізотопів, встановлення порядку навчання персоналу й оформлення дозволу на допуск до робіт, організацію дозимет­ ричного контролю, дотримання режиму робочого дня, дотри­ мання заходів особистої гігієни, застосування так званого захис­ ту часом і відстанню, встановлення і дотримання гранично до­ пустимої дози опромінення.

До технічних заходів захисту від радіоактивних випроміню­ вань належать: застосування відбиваючих і поглинаючих екра­ нів, контейнерів і боксів для роботи і транспортування, застосу­ вання індивідуальних засобів захисту.

127

З метою забезпечення безпеки робіт з радіоактивними речо­ винами передбачається дистанційне управління устаткуванням (маніпулятори, що копіюють дії оператора, та ін.). Оптимальним вирішенням питання є механізація й автоматизація виробничих процесів, що виключає можливість безпосереднього контакту людини з небезпечним середовищем. Умови безпеки при роботі з радіоактивними ізотопами визначаються їхнім агрегатним ста­ ном (твердий, рідкий, газоподібний) і видом радіоактивного ви­ промінювання. При незначній активності іонізуючих випромі­ нювань забезпечується тільки захист персоналу, що проводить роботи в приміщенні, де розташовані радіоактивні ізотопи.

Ці приміщення мають бути ізольовані від всіх інших і обла­ днані спеціальними пристроями для роботи з радіоактивними речовинами, а також автономною вентиляцією і засобами інди­ відуального захисту. Залежно від інтенсивності випромінювання визначаються безпечні відстані від джерел випромінювання, а також матеріал і розміри екранів, що відбивають і поглинають радіоактивні речовини.

У зв’язку з малою проникаючою здатністю альфа-часток захист від їхнього зовнішнього впливу не є складною задачею.

Небезпека зовнішнього опромінення усувається шляхом не­ значного віддалення від джерела (захист відстанню) або уста­ новкою найпростішого екрану (аркуша паперу, картону, скла, фольги чи плексигласу). Альфа-випромінювання небезпечні тільки при внутрішньому опроміненні, захист від якого досяга­ ється виключенням безпосереднього контакту з радіоактивними речовинами.

Для захисту від зовнішнього опромінення бета-частинками застосовуються екрани зі скла, алюмінію, плексигласу, полісти­ ролу товщиною від 3 до 5 мм. Інтенсивність бета-випроміню- вання можна знизити також збільшенням відстані від джерела і скороченням часу перебування в зоні впливу випромінювання.

Для захисту від гаммаірентгенівських випромінювань засто­ совують екрани (стаціонарні й переносні), матеріал і розміри яких визначаються виходячи з потужності випромінювача, відстані до нього і часу випромінювання. Ступінь ослаблення жорстких гам­ ма- і рентгенівських випромінювань забезпечується екранами, ви­ готовленими з речовин, що мають велику густину і високий поряд­

128

ковий атомний номер. Такими речовинами є с в и н е ц ь , б а ­ р и т т а і н . При створенні стаціонарних екранів для захисту від гамма-, а також нейтронних випромінювань як надійний і економі­ чний засіб використовується бетон. Для зменшення товщини екра­ нів з б е т о н у до нього додають речовини з високим порядко­ вим атомним номером ( б а р и т т а ін .). Для виготовлення екра­ нів знайшли застосування важкі сплави з порошків міді та нікелю на керамічній основі. Як захисний матеріал від гамма-випроміню- вань часто застосовуються також с в и н ц е в а г у м а і в о д а .

Для захисту від нейтронного випромінювання використову­ ються речовини з малим атомним номером, у складі молекул яких є водень (вода, парафін, поліетилен та ін.). У зв'язку з тим, що нейтронне випромінювання майже завжди супроводжується потужними потоками гамма-випромінювань, захист від нейт­ ронного випромінювання повинен одночасно забезпечувати і захист від гамма-випромінювання.

При невеликій активності джерела випромінювання і немо­ жливості створення стаціонарного захисту використовується так званий з а х и с т в і д с т а н н ю і ч а с о м . Захист відстанню полягає у віддаленні працюючих від джерела випромінювання на безпечну відстань. Захист часом — це встановлення періоду ро­ боти з радіоактивними джерелами, протягом якого доза опромі­ нення, отримана працюючими, не перевищить безпечної норми.

Для оглядових отворів в екранах застосовуються прозорі матеріали з надійними захисними і добрими оптичними власти­ востями: свинцеве і вапняне скло, а також скло з рідкими по­ глиначами з бромистого чи хлористого цинку. Робота з гаммаджерелами проводиться з а д о п о м о г о ю у н і в е р с а л ь ­ н и х м а н і п у л я т о р і в , що копіюють дії операторів. Розра­ хунок захисних пристроїв має передбачати можливість усіх ви­ дів зовнішнього і внутрішнього опромінення організму людини з урахуванням іонізуючих випромінювань природних джерел радіації.

Захист від внутрішнього опромінення забезпечується в и ­ к л ю ч е н н я м б е з п о с е р е д н ь о г о к о н т а к т у л ю д и ­ н и з радіоактивним середовищем і застосуванням спеціального інструмента й устаткування (маніпуляторів, герметичних боксів тощо) при роботі з радіоактивними речовинами.

129