Загрузка...

Негативные ионизирующие излучения


Основные характеристики ионизирующих излучений. Ионизирующим называется излучение, которое, проходя через среду, вызывает ионизацию или возбуждение молекул среды. Ионизирующее излучение, так же как и электромагнитное, не воспринимается органами чувств человека. Поэтому оно особенно опасно, так как человек не знает, что он подвергается его воздействию. Ионизирующее излучение иначе называют радиацией.
Радиация — это поток частиц (альфа-частиц, бета-частиц, нейтронов) или электромагнитной энергии очень высоких частот (гамма- или рентгеновские лучи).
Радиоактивное загрязнение — это форма физического (энергетического) загрязнения, связанного с превышением естественного уровня содержания радиоактивных веществ в среде в результате деятельности человека.
Вещества состоят из мельчайших частиц химических элементов — атомов. Атом делим и имеет сложное строение. В центре атома химического элемента находится материальная частица, называемая атомным ядром, вокруг которой вращаются электроны. Большинство атомов химических элементов обладают большой устойчивостью, т. е. стабильностью. Однако у ряда известных в природе элементов ядра самопроизвольно распадаются. Такие элементы называются радионуклидами. Один и тот же элемент может иметь несколько радионуклидов. В этом случае их называют радиоизотопами химического элемента. Самопроизвольный распад радионуклидов сопровождается радиоактивным излучением.
Самопроизвольный распад ядер некоторых химических элементов (радионуклидов) называется радиоактивностью.
Радиоактивное излучение бывает различного вида: потоки частиц с высокой энергией, электромагнитная волна с частотой более 1,5 ? 1017 Гц.
В соответствии с существующей классификацией ионизирующие (радиационные) воздействия делятся на следующие группы: альфа-излучение, бета- излучение, нейтронное излучение, гамме-излучение, рентгеновское излучение.
Испускаемые частицы бывают различных видов, но чаще всего испускаются альфа-частицы (а-излучение) и бета-частицы ((3-излучение). Альфа-частица тяжелая и обладает высокой энергией, это ядро атома гелия. Бета-частица примерно в 7336 раз легче альфа-частицы, но может обладать также высокой энергией. Бета-излучение — это потоки электронов или позитронов.
Радиоактивное электромагнитное излучение (его также называют фотонным излучением) в зависимости от частоты волны бывает рентгеновским (1,5 ? 1017…5 ? 1019 Гц) и гамма-излучением (более 5 ? 1019 Гц). Естественное излучение бывает только гамма-излучением. Рентгеновское излучение искусственное и возникает в электронно-лучевых трубках при напряжениях в десятки и сотни тысяч вольт.
Радионуклиды, испуская частицы, превращаются в другие радионуклиды и химические элементы. Радионуклиды распадаются с различной скоростью. Скорость распада радионуклидов называют активностью. Единицей измерения активности является количество распадов в единицу времени. Один распад в секунду носит специальное название беккерель (Бк). Часто для измерения активности используется другая единица — кюри (Ки), 1 Ки = 37 ? 109 Бк. Одним из первых подробно изученных радионуклидов был радий-226. Его изучили впервые супруги Кюри, в честь которых и названа единица измерения активности. Количество распадов в секунду, происходящих в 1 г радия-226 (активность) равна 1 Ки.
Время, в течение которого распадается половина радионуклида, называется периодом полураспада (Т1/2). Каждый радионуклид имеет свой период полураспада. Диапазон изменения Т1/2 для различных радионуклидов очень широк. Он изменяется от секунд до миллиардов лет. Например, наиболее известный естественный радионуклид уран-238 имеет период полураспада около 4,5 миллиардов лет.
При распаде уменьшается количество радионуклида и уменьшается его активность. Закономерность, по которой снижается активность, подчиняется закону радиоактивного распада:

А = А0 е-0,693t/T 1/2
где A0 — начальная активность, А — активность через период времени t.
Воздействие радиации на человека зависит от количества энергии ионизирующего излучения, которая поглощается тканями человека. Количество энергии, которая поглощается единицей массы ткани, называется поглощенной дозой. Единицей измерения поглощенной дозы является грей (1 Гр = 1 Дж/кг). Часто поглощенную дозу измеряют в радах (1 Гр = 100 рад).
Однако не только поглощенная доза определяет воздействие радиации на человека. Биологические последствия зависят от вида радиоактивного излучения. Например, альфа-излучение в 20 раз более опасно, чем гамма- или бета-излучение. Биологическая опасность излучения определяется коэффициентом качества К. При умножении поглощенной дозы на коэффициент качества излучения получается доза, определяющая опасность излучения для человека, которая получила название эквивалентной. Эквивалентная доза имеет специальную единицу измерения — зиверт (Зв). Часто для измерения эквивалентной дозы используется более мелкая единица — бэр (биологический эквивалент рада), 1 Зв = 100 бэр. Итак, основными параметрами радиации являются следующие (табл. 1. 1.).

Таблица 1. 1. Основные параметры радиации

Параметр Единица международной системы (СИ) Единица Соотношение между единицами
Активность беккерель (Бк) кюри (Ки) 1Ки = 37-109Бк
Период полураспада секунда минута сутки
год —


Поглощенная доза грей (Гр) рад 1 Гр = 100 рад
Эквивалентная доза зиверт(Зв) бэр 1 Зв= 100 бэр
Искусственные источники радиации. Кроме облучения от естественных источников радиации, которые были и есть всегда и везде, в XX веке появились и дополнительные источники излучения, связанные с деятельностью человека.
Прежде всего — это использование рентгеновского излучения и гамма-излучения в медицине при диагностике и лечении больных. Дозы, получаемые при соответствующих процедурах, могут быть очень большими, особенно при лечении злокачественных опухолей лучевой терапией, когда непосредственно в зоне опухоли они могут достигать 1000 бэр и более. При рентгенологических обследованиях доза зависит от времени обследования и органа, который диагностируется, и может изменяться в широких пределах — от нескольких бэр при снимке зуба до десятков бэр — при обследовании желудочно-кишечного тракта и легких. Флюрографические снимки дают минимальную дозу, и отказываться от профилактических ежегодных флюорографических обследований ни в коем случае не следует. Средняя доза, получаемая людьми от медицинских исследований, составляет 0,15 бэр в год.
Во второй половине XX века люди стали активно использовать радиацию в мирных целях. Различные радиоизотопы используют в научных исследованиях, при диагностике технических объектов, в контрольно-измерительной аппаратуре и т. д. И наконец — ядерная энергетика. Ядерные энергетические установки используют на атомных электрических станциях (АЭС), ледоколах, кораблях, подводных лодках. В настоящее время только на атомных электрических станциях работают свыше 400 ядерных реакторов общей электрической мощностью свыше 300 млн кВт. Для получения и переработки ядерного горючего создан целый комплекс предприятий, объединенных в ядерно-топливный цикл (ЯТЦ).
ЯТЦ включает предприятия по добыче урана (урановые рудники), его обогащению (обогатительные фабрики), изготовлению топливных элементов, сами АЭС, предприятия вторичной переработки отработанного ядерного горючего (радиохимические заводы), по временному хранению и переработке образующихся радиоактивных отходов ЯТЦ и, наконец, пункты вечного захоронения радиоактивных отходов (могильники). На всех этапах ЯТЦ радиоактивные вещества в большей или меньшей степени воздействуют на обслуживающий персонал, на всех этапах могут происходить выбросы (нормальные или аварийные) радионуклидов в окружающую среду и создавать дополнительную дозу на население, особенно проживающее в районе предприятий ЯТЦ.
Откуда появляются радионуклиды при нормальной работе АЭС? Радиация внутри ядерного реактора огромна. Осколки деления топлива, различные элементарные частицы могут проникать через защитные оболочки, микротрещины и попадать в теплоноситель и воздух. Целый ряд технологических операций при производстве электрической энергии на АЭС могут приводить к загрязнению воды и воздуха. Поэтому атомные станции снабжены системой водо- и газоочистки. Выбросы в атмосферу осуществляются через высокую трубу.
При нормальной работе АЭС выбросы в окружающую среду малы и оказывают небольшое воздействие на проживающее по близости население.
Наибольшую опасность с точки зрения радиационной безопасности представляют заводы по переработки отработанного ядерного горючего, которое обладает очень высокой активностью. На этих предприятиях образуется большое количество жидких отходов с высокой радиоактивностью, существует опасность развития самопроизвольной цепной реакции (ядерная опасность).
Очень сложна проблема борьбы с радиоактивными отходами, которые являются весьма значимыми источниками радиоактивного загрязнения биосферы.
Однако сложные и дорогостоящие системы защиты от радиации на предприятиях ЯТЦ дают возможность обеспечить защиту человека и окружающей среды до очень малых величин, существенно меньших существующего техногенного фона. Другая ситуация имеет место при отклонении от нормального режима работы, а особенно при авариях. Так, произошедшая в 1986 г. авария (которую можно отнести к катастрофам глобального масштаба — самая крупная авария на предприятиях ЯТЦ за всю историю развития ядерной энергетики) на Чернобыльской АЭС привела к выбросу в окружающую среду лишь 5 % всего топлива. В результате в окружающую среду было выброшено радионуклидов с общей активностью 50 млн Ки. Этот выброс привел к облучению большого количества людей, большому количеству смертей, загрязнению очень больших территорий, необходимости массового переселения людей.
Авария на Чернобыльской АЭС ясно показала, что ядерный способ получения энергии возможен лишь в случае принципиального исключения аварий крупного масштаба на предприятиях ЯТЦ.

Воздействие ионизирующих излучений.
В организме человека радиация вызывает цепочку обратимых и необратимых изменений. Пусковым механизмом воздействия являются процессы ионизации и возбуждения молекул и атомов в тканях. Важную роль в формировании биологических эффектов играют свободные радикалы Н+ и ОН- , образующиеся в процессе радиолиза воды (в организме содержится до 70 % воды). Обладая высокой химической активностью, они вступают в химические реакции с молекулами белка, ферментов и других элементов биологической ткани, вовлекая в реакции сотни и тысячи молекул, не затронутых излучением, что приводит к нарушению биохимических процессов в организме. Под воздействием радиации нарушаются обменные процессы, замедляется и прекращается рост тканей, возникают новые химические соединения, не свойственные организму (токсины). А это в свою очередь влияет на процессы жизнедеятельности отдельных органов и систем организма: нарушаются функции кроветворных органов (красного костного мозга), увеличивается проницаемость и хрупкость сосудов, происходит расстройство желудочно-кишечного тракта, снижается сопротивляемость организма (ослабевает иммунная система человека), происходит его истощение, перерождение нормальных клеток в злокачественные (раковые) и др.
Ионизирующее излучение вызывает поломку хромосом, после чего происходит соединение разорванных концов в новые сочетания. Это приводит к изменению генного аппарата человека. Стойкие изменения хромосом приводят к мутациям, которые отрицательно влияют на потомство.
Перечисленные эффекты развиваются в различные временные промежутки: от секунд до многих часов, дней, лет. Это зависит от полученной дозы и времени, в течение которого она была получена.
Острое лучевое поражение (острая лучевая болезнь) возникает тогда, когда человек в течение нескольких часов или даже минут получает значительную дозу. Принято различать несколько степеней острого лучевого поражения (табл. 1. 2.).

Таблица 1. 2. Последствия острого лучевого поражения
Степень Доза, бэр Последствия
— < 50 Отсутствие клинических симптомов
— 50…100 Незначительное недомогание, которое обычно проходит
? 100…200 Лёгкая степень лучевой болезни
?? 200..400 Средняя степень лучевой болезни
??? 400…600 Тяжёлая степень лучевой болезни
?V >600 Крайне тяжёлая степень лучевой болезни. В большинстве случаев наступает смерть

Эти градации весьма приблизительны, поскольку зависят от индивидуальных особенностей каждого организма. Например, наблюдались случаи гибели людей и при дозах менее 600 бэр, зато в других случаях удавалось спасти людей и при дозах более 600 бэр.
Острая лучевая болезнь может возникнуть у работников или населения при авариях на объектах ЯТЦ, других объектах, использующих ионизирующие излучения, а также при атомных взрывах.
Хроническое облучение (хроническая лучевая болезнь) возникает при облучении человека небольшими дозами в течение длительного времени. При хроническом облучении малыми дозами, в том числе и от радионуклидов, попавших внутрь организма, суммарные дозы могут быть весьма большими. Наносимое организму повреждение, по крайней мере частично, восстанавливается. Поэтому доза в 50 бэр, приводящая при однократном облучении к болезненным ощущениям, при хроническом облучении, растянутом во времени на 10 и более лет, к видимым явлениям не приводит.
Степень воздействия радиации зависит от того, является ли облучение внешним или внутренним (облучение при попадании радионуклида внутрь организма). Внутреннее облучение возможно при вдыхании загрязненного радионуклидами воздуха, при заглатывании зараженной питьевой воды и пищи, при проникновении через кожу. Некоторые радионуклиды интенсивно поглощаются и накапливаются в организме. Например, радиоизотопы кальция, радия, стронция накапливаются в костях, радиоизотопы йода — в щитовидной железе, радиоизотопы редкоземельных элементов повреждают печень, радиоизотопы цезия, рубидия угнетают кроветворную систему, повреждают семенники, вызывают опухоли мягких тканей. При внутреннем облучении наиболее опасны альфа-излучающие радиоизотопы, т. к. альфа-частица обладает из-за своей большой массы очень высокой ионизирующей способностью, хотя ее проникающая способность не велика. К таким радиоизотопам относятся изотопы плутония, полония, радия, радона.

Гигиеническое нормирование ионизирующего излучения осуществляется по СП 2.6.1-758—99. Нормы радиационной безопасности (НРБ-99). Устанавливаются дозовые пределы эквивалентной дозы для следующих категорий лиц:
• персонал — лица, работающие с источниками радиации (группа А) или находящиеся по условиям работы в сфере их воздействия (группа Б);
• все население, включая лиц из персонала, вне сферы и условий в их производственной деятельности.

В табл. 1.3. приведены основные дозовые пределы облучения. Основные дозовые пределы облучения персонала и населения, указанные в таблице, не включают в себя дозы от природных и медицинских источников ионизирующего излучения, а также дозы, полученные в результате радиационных аварий. На эти виды облучения в НРБ-99 устанавливаются специальные ограничения.
Таблица 1.3. Основные дозовые пределы облучения (извлечение из НРБ-99)

Нормируемые величины Дозовые пределы, Зв

лица из персонала* (группа А) лица из населения
Эффективная доза 20 мЗв в год в среднем за любые последовательные 5 лет, но не более 50 мЗв в год 1 мЗв в год в среднем за любые последовательные 5 лет, но не более 5 мЗв в год
Эквивалентная доза за год в: хрусталике
коже**
кистях и стопах
150
500
500
15
50
50
* Дозы облучения, как и все остальные допустимые производные уровни персонала группы Б, не должны превышать 1/4 значений для персонала группы А. Далее все нормативные значения для категории персонала приводятся только для группы А.
** Относится к среднему значению в покровном слое толщиной 5 мг/см2. На ладонях толщина покровного слоя — 40 мг/см2.

Помимо дозовых пределов облучения в НРБ-99 устанавливаются допустимые уровни мощности дозы при внешнем облучении, пределы годового поступления радионуклидов, допустимые уровни загрязнения рабочих поверхностей и т. д., которые являются производными от основных дозовых пределов. Числовые значения допустимого уровня загрязнения рабочих поверхностей приведены в табл.1.4.
Для ряда категорий персонала устанавливаются дополнительные ограничения. Например, для женщин в возрасте до 45 лет эквивалентная доза, приходящаяся на нижнюю часть живота, не должна превышать 1 мЗв в месяц.
При установлении беременности женщин из персонала работодатели обязаны переводить их на другую работу, не связанную с излучением.
Для учащихся в возрасте до 21 года, проходящих обучение с источниками ионизирующего излучения, принимаются дозовые пределы, установленные для лиц из населения.
Таблица1.4. Допустимые уровни общего радиоактивного загрязнения рабочих поверхностей, частиц /(см2 ? мин) (извлечение из НРБ-99)

Объект загрязнения ?-активные нуклиды ?-активные нуклиды

отдельные прочие

Неповрежденная кожа, полотенца, спецбелье, внутренняя поверхность лицевых частей средств индивидуальной защиты 2 2 200
Основная спецодежда, внутренняя поверхность дополнительных средств индивидуальной защиты, наружная поверхность спецобуви 5 20 2000
Наружная поверхность дополнительных средств индивидуальной защиты, снимаемой в саншлюзах 50 200 10 000
Поверхности помещений постоянного пребывания персонала и находящегося в них оборудования 5 20 2000
Поверхности помещений периодического пребывания персонала и находящегося в них оборудования 50 200 10 000

Контрольные вопросы
1. Укажите основные виды ионизирующих излучений.
2. В чем отличие фотонного ионизирующего излучения от ЭМИ?
3. Какими параметрами характеризуется радиация и ее источники? Укажите единицы измерения радиационных доз и активности радионуклидов.
4. Назовите источники радиации в промышленности и на производстве.
5. Расскажите о воздействии радиации на человека.
6. Когда возникает острая и хроническая лучевая болезнь? Степени лучевой болезни.
7. Какими путями можно получить облучение и от чего зависит степень воздействия радиации?
8. Как и по каким параметрам осуществляется гигиеническое нормирование ионизирующего излучения

Загрузка...