Іонізуючі випромінювання
Джерела і область застосування іонізуючих випромінювань
Розвиток
ядерної енергетики та широке застосування джерел іонізуючих випромінювань (ІІ)
в різних галузях науки і техніки створили потенційну загрозу радіаційної
небезпеки для людини і забруднення навколишнього середовища радіоактивними
речовинами.
Основними
нормативними документами, що регулюють радіаційну безпеку, є:
·
ГН 2.6.1.054-99. Норми радіаційної безпеки (НРБ-99);
·
ОСП-72/87. Основні санітарні правила роботи з радіоактивними речовинами і
іншими джерелами іонізуючих випромінювань;
·
федеральний закон "Про радіаційної безпеки населення" (№ 3-ФЗ від 9 січня
1996 року).
Радіація
(від латинського слова radiatio - випромінювання) характеризується променистої енергією.
Іонізуючим випромінюванням називають потоки часток й електромагнітних квантів,
що утворюються при ядерних перетвореннях, тобто в результаті радіоактивного
розпаду. Найчастіше зустрічаються такі різновиди іонізуючих випромінювань, як
рентгенівське й гамма-випромінювання, потоки альфа-частинок, електронів, нейтронів і
протонів. Іонізуюче випромінювання прямо або побічно викликає іонізацію середовища,
тобто утворення заряджених атомів або молекул - іонів.
Альфа-частинки
мають незначний пробіг (дані пробігу альфа-частинок наведені в
залежності від енергії.):
·
у повітрі - до 11 см;
·
в біологічних тканинах - 30-130 мкм;
·
в алюмінії - 16-69 мкм.
Бета-частинки
мають більшу проникаючої і меншої іонізуючої здатністю, ніж
альфа-частинки.
Пробіг
бета-частинок становить:
·
в повітрі кілька метрів;
·
в біологічних тканинах - кілька сантиметрів;
·
в алюмінії - кілька міліметрів.
Найважливішим
властивістю рентгенівського випромінювання є його велика проникаюча
здатність.
Джерелами
ІІ можуть бути природні та штучні радіоактивні речовини, різного роду
ядерно-технічні установки, медичні препарати, численні
контрольно-вимірювальні пристрої (дефектоскопія металів, контроль якості
зварних з'єднань). Вони використовуються також в сільському господарстві, геологічної
розвідці, при боротьбі зі статичною електрикою і ін
Фахівці
та інші працівники можуть стикатися з іонізуючого випромінювання при
виконання робіт на прискорювачах заряджених частинок (синхрофазотрону), а також
на атомних електростанціях, уранових рудниках і ін
Деякі
характеристики основних радіоактивних елементів представлені в таблиці 3.
Таблиця
3
Характеристики
основних радіоактивних елементів
Назва
елемента
Характеристика елемента і запобіжні заходи
Період
напіврозпаду
1
2
3
Радон-222
Газ, що випускає альфа-частинки. Постійно утворюється в
гірських породах. Газ небезпечний при накопиченні в шахтах, підвалах, на 1 поверсі.
Необхідна вентиляція (провітрювання).
3,8 доби
Ксенон-133
Газоподібні ізотопи. Постійно утворюються і розпадаються в
процесі роботи атомного реактора. Як захист використовують ізоляцію.
5 діб
Йод-
131
випускають бета-частинки і гамма-випромінювання. Утворюється при
роботі атомного реактора. Накопичується в щитовидній залозі людини. У
як захист від внутрішнього опромінення застосовують "йодну дієту", тобто
вводять в раціон людини стабільний йод.
8 діб
Криптон-85
Важкий газ, що випускає бета-частинки і гамма випромінювання.
Входить до складу відпрацьованого паливного елемента реактора. Виділяється при їх
зберіганні. Захист у використанні ізольованих приміщень.
10 років
Стронцій-90
Метал, що випускає бета-частинки. Основний продукт поділу
в радіоактивних відходах. Накопичується в кісткових тканинах людини. Захист,
перш за все, у контролі їжі і т.п.
29 років
Цезій-
137
Метал, що випускає бета-частинки і гамма-випромінювання.
Накопичується в клітинах м'язової тканини. Захист, перш за все, у контролі їжі
і т.п.
30 років
Радій-
226
Метал, що випускає гам-аізлученіе, альфа і бета-частинки.
Захист укриття та притулку.
1600 років
Вуглець-14
випускають бета-частинки. Природний природний ізотоп
вуглецю. Використовується при визначенні віку археологічного матеріалу.
5500 років
Плутоній-239
що випускають альфа-частинки. Міститься у радіоактивних
відходах. Захист якісне поховання радіоактивних відходів.
24000 років
Калій-
40
випускають бета-частинки і гамма-випромінювання. Міститься і
заміщається (виводиться) у всіх рослинах і тварин.
1,3 млрд. років
Рентгенівське
випромінювання являє собою електромагнітне випромінювання високої частоти і
короткою довжиною хвилі, що виникає при бомбардуванні речовини потоком
електронів. Найважливішою властивістю рентгенівського випромінювання є його велика
проникаюча здатність. Рентгенівські промені можуть виникати в рентгенівських
трубках, електронних мікроскопах, потужних генераторах, в випрямних лампах,
електронно-променевих трубках і ін
Гамма-випромінювання
відноситься до електромагнітного випромінювання і являє собою потік квантів
енергії, що поширюються зі швидкістю світла. Вони мають більш короткими
довжиною хвиль, ніж рентгенівське випромінювання. Гамма-випромінювання вільно проходить
через тіло людини та інші матеріали без помітного ослаблення і може
створювати вторинне і розсіяне випромінювання в середовищах, через які проходить.
Інтенсивність опромінення гамма-променями знижується обернено пропорційно до квадрату
відстані від точкового джерела.
Нейтронні
випромінювання - це потік нейтральних частинок. Ці частки вилітають з ядер атомів
при деяких ядерних реакціях, зокрема, при реакції поділу ядер урану і
плутонію. Внаслідок того, що нейтрони не мають електричного заряду,
нейтронне випромінювання володіє великою проникаючою здатністю. Залежно
від кінетичної енергії нейтрони умовно поділяються на: швидкі; надшвидкі;
проміжні; повільні й теплові. Нейтронні випромінювання виникає при роботі
прискорювачів заряджених частинок і реакторів, що утворюють потужні потоки швидких і теплових
нейтронів. Відмінною особливістю нейтронного випромінювання є
здатність перетворювати атоми стабільних елементів в їх радіоактивні ізотопи,
що різко підвищує небезпеку нейтронного опромінення.
Одиниці радіоактивності і доз опромінення
Речовини,
здатні створювати іонізуюче випромінювання, розрізняються активністю (А), тобто
числом радіоактивних перетворень за одиницю часу. У системі СІ за одиницю
активності прийнято одне ядерне перетворення в секунду (розпад/с). Ця одиниця
отримала назву бекерель (Бк). Позасистемною одиницею вимірювання активності
є кюрі (Кі), що дорівнює активності нукліда, в якому відбувається 3,7 * 1010
актів розпаду в одну секунду, тобто
1
Ки = 3,7 * 1010 Бк.
Одиниці
активності кюрі відповідає активність 1 г радію (Ra). Для характеристики
іонізуючих випромінювань введено поняття дози опромінення. Розрізняють три дози
опромінення: поглинута, еквівалентна та експозиційна.
Ступінь,
глибина і форма променевих поразок, що розвиваються, серед біологічних об'єктів
при дії на них іонізуючого випромінювання, в першу чергу залежать від
величини поглиненої енергії випромінювання або поглиненої дози (Дпогл).
Поглинена
доза - енергія, поглинена одиницею маси речовини, що опромінюється. За одиницю
поглиненої дози опромінення прийнятий грей (Гр), що визначається як джоуль на
кілограм (Дж/кг). Відповідно:
1
Гр = 1 Дж/кг.
В
радіобіології та радіаційної гігієни широке застосування отримала позасистемна
одиниця поглиненої дози - рад.
Рад
- Це така поглинена доза, при якій кількість поглиненої енергії в 1 г
будь-якої речовини становить 100 ерг незалежно від виду та енергії випромінювання.
Відповідність
гріючи і рада наступна: 1 Гр = 100 рад.
В
зв'язку з тим, що однакова поглинена доза різних видів іонізуючого
випромінювання викликає в одиниці маси біологічної тканини різне біологічне
дію, введено поняття еквівалентної дози (Декв), яка визначається як
добуток поглиненої дози на середній коефіцієнт якості діючих видів
іонізуючих випромінювань. Коефіцієнт якості (Ккач) характеризує залежність
несприятливих біологічних наслідків опромінення людини від здатності
іонізуючого випромінювання різного виду передавати енергію опромінюваної середовищі
(табл. 4). По суті, біологічні ефекти, викликані будь-якими іонізуючими
випромінюваннями, порівнюються з ефектом від рентгенівського випромінювання.
Таблиця
4
Значення
Ккач для різних видів іонізуючого випромінювання
Вид випромінювання
Коефіцієнт
якості (Ккач)
Рентгенівське і гамма-випромінювання
Електрони і позитрони, бета-частинки
Протони
Нейтрони теплові
Нейтрони швидкі
Альфа-частинки і важкі ядра віддачі
1
1
10
3
10
20
В
як одиницю вимірювання еквівалентної дози в системі СІ прийнятий зіверт (Зв).
Зіверт
- Еквівалентна доза будь-якого виду іонізуючого випромінювання, поглинена 1 кг
біологічної тканини і приносить такий же біологічний ефект (шкода), як і
поглинена доза фотонного випромінювання в 1 Гр. Існує також позасистемна
одиниця еквівалентної дози іонізуючого випромінювання - бер (біологічний
еквівалент рентгену). При цьому відповідність наступна:
Декв
= Дпогл * Ккач або 1 Зв = 1 Гр * Ккач;
1
Зв = 100 рад * Ккач = 100 бер.
Для
оцінки еквівалентної дози, отриманої групою людей (персонал об'єкту народного
господарства, жителі населеного пункту і т.п.), використовується поняття колективна
еквівалентна доза (Декв.к.) - це середня для населення доза, помножена на
чисельність населення (у людино-зіверт).
Поняття
експозиційна доза (Дексп) служить для характеристики рентгенівського і
гамма-випромінювання і визначає міру іонізації повітря під дією цих променів.
Вона дорівнює дозі фотонного випромінювання, при якому в 1 кг атмосферного повітря
виникають іони, що несуть заряд електрики в 1 кулон (Кл). Відповідно:
Дексп
= Кл/кг.
Позасистемною
одиницею експозиційної дози рентгенівського і гамма-випромінювання є рентген
(Р). При цьому відповідність наступна:
1
Р = 2,58 * 10-4 Кл/кг або 1 Кл/кг = 3,88 * 103 Р.
Поглинена,
еквівалентна і експозиційна дози, віднесені до одиниці часу, носять
назва потужності відповідних доз. Наприклад:
·
потужність поглиненої дози (Рпогл) - Гр/с або рад/с;
·
потужність еквівалентної дози (реквієм) - Зв/с або бер/с;
·
потужність експозиційної дози (Рексп) - Кл/(кг * с) або Р/с.
Для
спрощеної оцінки інформації з однотипного іонізуючого випромінювання можна
використовувати наступні співвідношення:
·
1 Гр (100 рад) = 100 бер = 100 Р = 1 Зв (з точністю до 10-15 %);
·
радіоактивне забруднення щільністю 1 Кі/м2 еквівалентно потужності
експозиційної дози 10 Р/г, або потужність експозиційної дози іонізуючого
випромінювання 1 Р/год відповідає забрудненню в 10 мкКі/см2.
Біологічна дія іонізуючих випромінювань і
способи захисту від них
Розрізняють
два види ефекту впливу на організм іонізуючих випромінювань: соматичний і
генетичний. При соматичному ефекті, негативні наслідки виявляються
безпосередньо у опромінюється, при генетичному - у його потомства.
Соматичні
ефекти можуть бути ранніми або віддаленими. Ранні виникають в період від
декількох хвилин до 60 діб після опромінення. До них відносять почервоніння і
лущення шкіри, помутніння кришталика ока, ураження кровотворної системи,
променева хвороба, летальний результат. Віддалені соматичні ефекти проявляються
через кілька місяців або років після опромінення у вигляді стійких змін шкіри,
злоякісних новоутворень, зниження імунітету, скорочення
тривалості життя.
При
вивченні дії випромінювання на організм були виявлені такі особливості:
1.
Висока ефективність поглиненої енергії, навіть малі її кількості можуть
викликати глибокі біологічні зміни в організмі.
2.
Наявність прихованого (інкубаційного) періоду прояву дії іонізуючих
випромінювань.
3.
Дія від малих доз може сумуватися або накопичуватися.
4.
Генетичний ефект - вплив на потомство.
5.
Різні органи живого організму мають свою чутливість до опромінення.
6.
Не кожен організм (чоловік) у цілому однаково реагує на опромінення.
7.
Опромінення залежить від частоти впливу. При одній і тій самій дозі опромінення
шкідливі наслідки будуть тим менше, чим більш дрібно її було отримано в часі.
Іонізуюче
випромінювання може впливати на організм як при зовнішньому (особливо
рентгенівське й гамма-випромінювання), так і при внутрішньому (особливо альфа-частинки)
опроміненні. Внутрішнє опромінення відбувається при потраплянні всередину організму через
легені, шкіру та органи травлення джерел іонізуючого випромінювання.
Внутрішнє опромінення більш небезпечне, ніж зовнішнє, так як потрапили всередину
джерела ШІ піддають безперервному опроміненню нічим не захищені внутрішні
органи.
Під
дією іонізуючого випромінювання вода, яка є складовою частиною організму
людини, розщеплюється, і утворюються іони з різними зарядами. Отримані
вільні радикали і окислювачі взаємодіють з молекулами органічного
речовини тканини, окислюючи і руйнуючи її. Порушується обмін речовин. Відбуваються
зміни в складі крові - знижується рівень еритроцитів, лейкоцитів,
тромбоцитів і нейтрофілів. Поразка органів кровотворення руйнує імунну
систему людини та призводить до інфекційних ускладнень.
Місцеві
поразки характеризуються променевими опіками шкіри та слизових оболонок. При
сильних опіках утворюються набряки, пухирі, можливо, відмирання тканин (некрози).
Смертельні
поглинені дози для окремих частин тіла наступні:
·
голова - 20 Гр;
·
нижня частина живота - 50 Гр;
·
грудна клітка - 100 Гр;
·
кінцівки - 200 Гр.
При
опроміненні дозами, в 100-1000 разів перевищує смертельну дозу, людина може
загинути під час одноразового опромінення ( "смерть під променем ").
Біологічні
порушення залежно від сумарної поглиненої дози опромінення представлені в
таблиці 5.
Таблиця
5
Біологічні
порушення при одноразовому (до 4-х діб) опроміненні всього тіла людини
Доза
опромінення, (Гр)
Характер біологічних наслідків опромінення
До 0,25
Видимих порушень немає
0,25-0,50
Можливі зміни в крові
0,50-1,00
Зміни в крові, працездатність порушена
1 - 2
Легкий ступінь променевої хвороби (одужання у 100%
постраждалих)
2 - 4
Середній ступінь променевої хвороби (одужання у 100% постраждалих
за умови лікування)
4 - 6
Важкий ступінь променевої хвороби (одужання у 50-80%
постраждалих за умови спеціального лікування)
більше 6
Вкрай важка променева хвороба (одужання у 30-50%
постраждалих за умови спеціального лікування)
6 -10
Перехідна форма (результат непередбачуваний)
більше 10
100%-ий смертельний результат через кілька діб
100
Смертельний результат через кілька годин
1000
Смертельний результат через кілька хвилин
В
залежно від типу іонізуючого випромінювання можуть бути різні заходи захисту:
·
зменшення часу опромінення;
·
збільшення відстані до джерел іонізуючого випромінювання;
·
огорожу або герметизація джерел іонізуючого випромінювання
·
обладнання та пристрій захисних засобів;
·
організація дозиметричного контролю;
·
застосування заходів гігієни та санітарії.
В
Росії на основі рекомендацій Міжнародної комісії з радіаційного захисту
застосовується метод захисту населення нормуванням. Розроблені норми
радіаційної безпеки враховують три категорії опромінюваних осіб:
А
- Персонал, тобто особи, які постійно аботимчасово працюють з джерелами
іонізуючого випромінювання;
Б
- Обмежена частина населення, тобто особи, які безпосередньо не зайняті на роботі
з джерелами іонізуючих випромінювань, але за умовами проживання або розміщення
робочих місць можуть піддаватися впливу іонізуючих випромінювань;
В
- Все населення.
Гранично
допустима доза - це найбільше значення індивідуальної еквівалентної дози за
рік, що при рівномірному впливі протягом 50 років не викличе в
стані здоров'я персоналу несприятливих змін, що виявляються
сучасними методами.
Кожен
житель Землі (категорія В) протягом всього свого життя щорічно опромінюється
дозою в середньому 250-400 мбер. Отримана доза складається із природного і
штучних джерел іонізуючого випромінювання.
Природні
джерела дають сумарну річну дозу приблизно 200 мбер (космос до 30 мбер,
грунт до 38 мбер, радіоактивні елементи у тканинах людини до 37 мбер, газ
радон до 80 мбер та інші джерела).
Штучні
джерела додають щорічну еквівалентну дозу опромінення приблизно в 150-200
мбер (медичні прилади та дослідження порядку 100-150 мбер, перегляд
телевізора близько 1-3 мбер, ТЕЦ на вугіллі до 6 мбер, наслідки випробувань
ядерної зброї до 3 мбер та інші джерела).
Всесвітньої
організацією охорони здоров'я гранично допустима (безпечна) еквівалентна
доза опромінення для жителя планети визначена в 35 бер, за умови її
рівномірного накопичення протягом 70 років життя.
Нижче
пропонуються рекомендації загального характеру щодо захисту від іонізуючого випромінювання
різного типу.
Від
альфа-частинок можна захиститися шляхом:
1)
збільшення відстані до джерел іонізуючих випромінювань, тому що альфа-частинки
мають невеликий пробіг;
2)
використання спецодягу та спецвзуття, тому що проникаюча спроможність альфа-частинок
невисока;
3)
виключення попадання джерел альфа-частинок з їжею, водою, повітрям і через
слизові оболонки, тобто застосування протигазів, масок, окулярів і т.п.
В
як захист від бета-частинок використовують:
1)
огородження (екрани), з урахуванням того, що лист алюмінію товщиною кілька
міліметрів повністю поглинає потік бета-частинок;
2)
методи та способи, що виключають потрапляння джерел бета-частинок всередину
організму.
Захист
від рентгенівського і гамма-випромінювання необхідно організовувати з урахуванням того,
що ці види випромінювання відрізняються великою проникаючою здатністю. Найбільш
ефективні наступні заходи (як правило, використовуються в комплексі):
1)
збільшення відстані до джерела випромінювання;
2)
скорочення часу перебування в небезпечній зоні;
3)
екранування джерела випромінювання матеріалами з великою щільністю (свинець,
бетон та ін);
4)
використання захисних споруд (протирадіаційних укриттів, підвалів і
тощо) для населення;
5)
використання індивідуальних засобів захисту органів дихання, шкірних покривів і
слизових оболонок;
6)
дозиметричний контроль зовнішнього середовища та продуктів харчування.
При
використання різного роду захисних споруд слід враховувати, що
потужність експозиційної дози іонізуючого випромінювання знижується відповідно до
величиною коефіцієнта ослаблення (Косл).
Деякі
величини Косл наведені в таблиці 6.
Таблиця
6
Середні
значення коефіцієнта послаблення дози радіації
Найменування укриттів та транспортних засобів або
умови розташування населення (військ)
Косл
Відкрите розташування на місцевості
Заражені траншеї, канави, окопи, щілини
Знову відриті траншеї, канави, окопи, щілини
Перекриття траншеї, канави, окопи і т.п.
ТРАНСПОРТНІ ЗАСОБИ
Залізничні платформи
Автомобілі, автобуси і криті вагони
Пасажирські вагони
Бронетранспортери
Танки
промислових і адміністративних будівель
Виробничі одноповерхові будівлі (цехи)
Виробничі та адміністративні триповерхові будівлі
ЖИТЛОВІ БУДИНКИ КАМ'ЯНІ
Одноповерхові
(підвал)
Двоповерхові
(підвал)
Триповерховий
(підвал)
П'ятиповерховий
(підвал)
ЖИТЛОВІ БУДИНКИ ДЕРЕВ'ЯНІ
Одноповерхові
(підвал)
Двоповерхові
(підвал)
В СЕРЕДНЬОМУ ДЛЯ НАСЕЛЕННЯ
Міського
Сільського
1
3
20
50
1,5
2
3
4
10
7
6
10
40
15
100
20
400
27
400
2
7
8
12
8
4
Список літератури
Для
підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://www.ssga.ru/
