Биологическая защита реактора.

Работающий ядерный энергетический реактор является мощным источником различных видов радиоактивного излучения (радиоактивное излучение реактора N=250 Мэв эквивалентно излучению около 1000 т радия).

По характеру воздействия на вещество, в том числе и на клетки живого организма, радиоактивного излучения могут быть разделены на две группы:

1. заряженные корпускулярные частицы: α и β – частицы, протоны и др.

2. нейтроны и все виды электромагнитного излучения (γ-излучения).

Заряженное вещество взаимодействует с электронами атомов, с электрическим полем ядер и сравнительно быстро теряет свою энергию.

Поэтому они обладают малой проникающей способностью. Нейтроны в следствии отсутствия электрического заряда не взаимодействуют с электронами атомов и слабо взаимодействуют с электрическим полем ядер, поэтому они обладают большой проникающей способностью.

γ-излучения взаимодействуют с орбитальными электронами атомов и нуклонами ядер, а также с их эл. полями. В результате этого взаимодействия – ослабление I-го γ-излучения. При прохождении через вещество I-го γ-излучения происходят сложные процессы: многократное рассеянное излучение, вторичное γ-излучение, отражение от границ раздела фаз, изменение спектров излучения и γ-излучение обладают большой проникающей способностью, которая зависит от значения энергии излучения.

Воздействие радиоактивных излучений на вещество связано с поглощением энергии, приводящей к возбуждению и ионизации атомов вещества.

Биологический эффект воздействия на живой организм заключается в ионизации воды ткани, происходящей по реакции:

H₂O H₂O⁰+_-1e⁰ этот электрон

-1e⁰+H₂O H₂O¹; распад H2O⁰ H0+OH;

H₂O¹ OH¹+H

Свободные радикалы вызывают в организме биохимические процессы, ведущие к изменению в клетках крови и ткани, в частности к уменьшению в крови количества лейкоцитов, что снижает защитную способность организма (свободные радикалы OH и Н, не изменяющие заряда реагирующего с белками организма. При этом образуется энергетический окислитель – перекись водорода ОН+ОН Н₂О₂).

Комплекс изменений в организме называется лучевой болезнью. Своеобразие опасности радиоактивных излучений связано с отсутствием у человека органов чувств, немедленно реагирующих на эти излучения.

Одним из основных условий обеспечения радиационной безопасности реакторной установки является тщательная надежная герметизация реактора и всего I контура. Однако ввиду большой проникающей способности и γ-излучений следует иметь конструктивную биологическую защиту, назначение которой запланировано в снижении интенсивности радиоактивных излучений снаружи защиты во всех случаях до значений, не превышающих допустимых уровней.

Единицы измерения и допустимые уровни радиоактивного излучения.

Число частиц, испускаемых за 1 сек. характеризует интенсивность (активность) излучения источника.

За единицу активности α и β – радиоактивного излучения принимают кюри = активности 1 г радия (3,7*10¹⁰ распадов в сек).

Концентрация распределенных радиоактивных источников измеряется в единицах:

При расчете защиты, кроме активности источника, важными являются также понятия поток излучения и поток энергии.

Поток излучения – число частиц или γ-квантов, проходящих через единицу поверхности (см²) в единицу времени 1 сек. Поток энергии – произведение потока излучения на энергию частиц или γ-квантов. Поток энергии измеряется в мега электрон-вольтах на 1 см² в 1 см (Мэв/ см³*сек).

Для количественной оценки влияния облучения на организм и на приборы вводится понятие о дозе излучения – количество энергии, поглощенное единицей массы среды, подвергнутой воздействию ионизирующих излучений. За единицу дозы принят - рентген. Рентген – доза рентгеновских или γ-лучей, при которой 1нсм³ в- (вес 0,001293г) образуются ионы с суммарным зарядом = одной электростатической единице количества электричества каждого знака.

Из этого определения следует, что доза 1р соответствует образованию 2,08*10⁹ пар ионов на 1нсм³ воздуха. Для воздуха работа ионизации = 33эв, следовательно: 1р = 2,08*10⁹ *33эв/см³ = 6,86*10¹⁰ эв/см³ = 0,11 .

При дозе облучения 1р в 1г биологической ткани поглощают 93рг энергии (т.е. на 11% > чем в воздухе). Это количество называется масс-рентгеном или тканевым рентгеном. Международный конгресс радиологов (1953г) рекомендовал единицу поглощения энергии – рад, соответствующую поглощению 100эрг энергии на 1г облученного вещества, вместо 1фэр (физический эквивалент рентгена) соответствующий поглощению 8,5 эрг в 1г вещества.

Рентген – единица дозы безотносительно ко времени облучения. Доза отнесенная к единице времени называется мощностью дозы (р/час). Каждый вид радиоактивного излучения обладает присущей ему относительной биологической эффективностью (обэ) воздействия на живые ткани.

Так, например, при одинаковых количествах поглощенной энергии облучение тепловыми опаснее облучения γ-лучами, облучение α-частицами опаснее облучения тепловыми . Важно не только количество образованных на 1г ткани, но и то как они распределены. Если биологическая эффективность рентгеновских или γ-лучей (средняя ударная ионизация – до 100 пар ионов в 1мл воды) принять за единицу, то обэ других видов излучений (по данным Международной комиссии по радиологической защите:

к-т обэ

Рентгеновские или γ-лучи - 1

β- частицы - 1

тепловые - 3

Быстрые протоны, α-частицы -10

Если дозу в единицах рад* соответствующий обэ, то получим дозу в единицах бэр ( биологического эквивалента рентгена). Бэр – количество энергии, поглощенной живой тканью при облучении любым видом ионизирующей радиации и вызвавшей такой же биологический эффект, как поглощенная доза

1 рад рентг. имп. γ-излучения. 1 бэр = 1рад*обэ.

Предельно допустимая доза ПДД (или ПД уровень) облучения для кроветворных органов установлена 0,1 бэр в неделю (такая же доза для хрусталика глаза. Другими критическими органами является еще кожа, полов. органы). При такой дозе получаемой ежедневно в течении многих десятков лет, в организме человека не должно произойти необратимых изменений.

Предельно допустимой концентрацией радиоактивных веществ в организме считается концентрация, при которой недельная доза облучения ткани не превышает 0,1 бэр.

Эти данные необходимы для уяснения медико-биологических основ радиационной безопасности.