Вопросы для самоконтроля

1. Дать определение радиоактивности и активности. Закон радиоактивного распада. Виды активности и единицы их измерения.

2. Какими параметрами характеризуются источники ионизирующего излучения?

3. Виды ионизирующего излучения?

4. Характеристика альфа-излучения и его свойств.

5. Характеристика бета-излучения и его свойств.

6. Характеристика гамма- излучения и его свойств.

7. Характеристика нейтронного излучения и его свойств.

8. Поле ионизирующего излучения. Какими величинами характеризуется поле ионизирующего излучения, единицы их измерения?

9. Экспозиционная доза. Поглощенная доза. Эквивалентная доза. Эффективная доза. Характеристика этих величин, единицы их измерения?

10. Взаимодействие заряженных частиц с веществом.

11. Взаимодействие гамма-излучения с веществом.

12. Закон ослабления гамма-излучения?

Задачи

1). Определить период полураспада радиоактивного источника, если за 17 месяцев его активность уменьшилась на 20%.

2). Через сколько времени активность источника, изготовленного из Со⁶⁰ , уменьшится в 5 раз?

3). Определить постоянную распада радионуклида, если известно, что за 1 час его активность уменьшается на 20%.

4) Определить массу m в граммах изотопа Со⁶⁰, обладающего активностью 1 кюри .

5). Определить активность 0,1 гр. Со⁶⁰.

6) Гамма- источники Cs¹³⁷ помещены в железный шкаф, имеющий защитную свинцовую плиту толщиной 35 мм. Определить кратность ослабления интенсивности широкого пучка гамма-излучений защитной плитой.

7) Плотность потока гамма-квантов с энергией 2 МэВ составляет 10³ квант/см² · сек. Определить допустимую продолжительность работы в поле данного излучения в течении рабочего дня. Допустимая мощность экспозиционной дозы составляет 1 мР/ч.

8) Определить интенсивность гамма-излучений с энергией гамма-квантов Е_γ = 1,5 МэВ, создающих мощность экспозиционной дозы в 1 Р/ч.

9) При градуировке дозиметрического прибора используется Со⁶⁰ ( К_γ = 13 Р· см ² /ч· мкюри) с активностью 230 мкюри. Сколько часов в день можно проработать без защиты, если расстояние от источника до рабочего места равно 3 м? Допустимая мощность дозы составляет 1 мР/ч .

10) Градуировка дозиметрических приборов производится в течение 4 часов в день с использованием Со⁶⁰ ( К_γ = 13 Р· см ² /ч· мкюри) с активностью 10 мкюри. Определить допустимое расстояние R, на которое должен быть удален источник от оператора, чтобы доза облучения не превышала допустимую.

2. Воздействие ионизирующего излучения на человека и окружающую среду

2.1. Эффекты облучения организма человека

Процессы взаимодействия ионизирующего излучения с веществом в живых клетках организма приводят к специфическому биологическому действию, завершающемуся повреждением организма. В процессе этого повреждающего действия условно можно выделить три этапа: а) первичное действие ионизирующего излучения; б) влияние радиации на клетки; в) действие радиации на целый организм.

Ионизация. За время порядка 10^-12 секунды после того, как ионизирующее излучение начинает действовать на организм происходит ионизация атомов и молекул клеток организма.

Физико-химические изменения. И свобод- ный электрон, и ионизированный атом обычно не могут долго пребывать в таком состоянии и а течение следующих 10^-9 – 10^-8 секунды участвуют в сложной цели реакций, в результате которых образуются новые молекулы, включая и такие чрез­вычайно реакциониоспособные, как "свободные радикалы".

Химические изменения. В течение следующих 10^-6 секунды образовавшиеся свободные радикалы реагируют как друг с другом, так и с другими молекулами и через цепочку реакций, еще не изученных до конца, могут вызвать химическую модификацию важных в биологическом отношении молекул, необходимых для нормального функционирования клетки.

Биологические эффекты. Биохимические изменения могут произойти как через несколько секунд, так и через десятилетия после облучения и явиться причиной немедленной гибели клеток или таких изменений в них, которые могут привести к раку.

Рис. 2.1. Механизм действия ионизирующего излучения на живые организмы

Первичное звено этого действия — возбуждение и ионизация молекул, в результате чего возникают свободные радикалы (пря­мое действие излучения) или начинается химическое превраще­ние (радиолиз) воды, продукты которого (радикал ОН~, пероксид водорода Н₂О₂ и др.) вступают в химическую реакцию с молекулами биологической системы (см. рис.2.1).

Первичные процессы ионизации не вызывают больших нарушений в живых тканях. Повреждающее действие излучения связано, по-видимому, с вторичными реакциями, при которых происходит разрыв связей внутри сложных органических молекул, например SН-групп в белках, хромофорных групп азотистых оснований в ДНК, ненасыщенных связей в липидах и пр.

Вредное воздействие ионизирующего излучения на человеческий организм возможно в результате как внешнего облучения, когда источник излучения находится вне организма, так и внутреннего, возникающего при попадании радиоактивных веществ внутрь организма (с пищей, пылью или водой). При этом в результате внешнего облучения человек подвергается воздействию ионизирующего излучения только во время пребывания его вблизи от источника излучения. Внутреннее облучение действует длительно, до тех пор, пока радиоактивные вещества не будут выведены из организма естественным путем или в результате радиоактивного распада.

Последствия облучения организма заключаются в разрыве молекулярных связей; в изменении химической структуры соединений, входящих в состав организма; в образовании химически активных радикалов, обладающих высокой токсичностью; в нарушении структуры генного аппарата клетки. В результате изменяется наследственный код и происходят мутагенные изменения, приводящие к возникновению и развитию злокачественных образований, к наследственным заболеваниям, к врожденным порокам развития детей и появлению мутантов в последующих поколениях. Все они могут быть разделены на соматические, когда эффект облучения возникает у облученного, и наследственные, если он проявляется у потомства.

Характер действия ионизирующих излучений на организм зависит от величины поглощенной дозы, времени облучения, мощности дозы, площади или объема облучаемых тканей и органов и вида облучения. Опасными являются любые дозы облучения, даже на уровне фоновых. При малых дозах облучения биологический эффект носит стохастический (вероятностный) характер, причем вероятность его пропорциональна дозе, но не имеет дозового порога, а тяжесть заболевания не зависит от нее. При относительно больших дозах облучения биологический эффект носит нестохастический характер, когда имеется наличие дозового порога, выше которого тяжесть поражения уже зависит от величины дозы. Учитывая это обстоятельство, а также то, что вероятность заболевания при малых дозах облучения (в целом) крайне мала, при рассмотрении вопросов защиты населения имеется в виду, в основном, нестохастический характер облучения, когда отрицательные последствия облучения могут быть предотвращены установлением порога дозы.

Фактор времени имеет важнейшее значение для последствий облучения в связи с процессом восстановления, протекающим в тканях и органах. При малой мощности дозы скорость развития поражений соизмерима со скоростью восстановительных процессов. С увеличением мощности дозы процессы восстановления отстают от разрушительных процессов, а это приводит к ускоренному развитию лучевой болезни.

По характеру распределения дозы во времени различают острое и пролонгированное, одноразовое и фракционированное облучение. Под острым понимают кратковременное облучение при высокой мощности дозы децигрей в минуту (100 Гр/мин) и более, под пролонгированным - относительно продолжительное облучение при низкой мощности дозы (доли грея в час и менее).

Как острое, так и пролонгированное облучение может быть однократным или фракционированным, когда между дозами облучения имеются интервалы. Кроме того, известно хроническое облучение, проходящее длительно и в малых дозах..

Так как альфа- и бета-излучения обладают незначительной проникающей способностью, они не могут проходить через одежду и кожный покров к внутренним органам человека. Вместе с тем, облучение бета-частицами открытых участков тела человека способно вызывать лучевые ожоги ("ядерный загар"), последствиями которых могут быть различные заболевания кожи, вплоть до онкологических. Кроме того, частицы, обладающие наибольшей энергией (в первую очередь бета-частицы), могут проникать через кожу непосредственно в кровоток. Однако наибольшую опасность корпускулярные излучения представляют при внутреннем облучении - попадании их источников внутрь организма (с пищей, водой и пылью). Обладая высокой биологической активностью (особенно α-частицы), альфа- и бета-излучения воздействуют непосредственно на внутренние органы и кровоток.

Рис. 2.2. Классификация лучевых синдромов человека

Защита от их воздействия обеспечивается исключением попадания радиоактивных веществ на кожные покровы (защищают любые виды одежды) и внутрь организма (контроль загрязнения воды и продуктов, применение СИЗОД).

Вследствие способности фотонных излучений и нейтронного потока проходить через преграды, одежду и тело человека, ионизируя все его структуры, они представляют одинаковую опасность и при внешнем, и при внутреннем облучении.

При фотонном облучении степень поражения организма, кроме поглощенной дозы, в значительной мере зависит от площади облучаемой поверхности. Чем меньше ее размеры, тем меньше биологический эффект. Так например, при облучении участка тела площадью 6 см² с дозой 4 - 5 Зв заметного биологического эффекта не наблюдается, при такой же дозе на все тело - 50% облученных может погибнуть.