Исследование радиационного фона и основных методов защиты от воздействия внешнего ионизирующего излучения

Ионизирующие излучения получили свое название благодаря способности вызывать ионизацию атомов и молекул в облучаемом веществе. Эле­ментарный акт взаимодействия излучения с веществом - поглощение энер­гии кванта валентным электроном, приводящее к переходу атома или моле­кулы в возбужденное состояние вплоть до высвобождения электрона. При освобождении электрона оставшаяся часть атома или молекулы, приобре­тая положительный заряд, становится положительным ионом. При возвра­те возбужденного атома или молекулы в исходное состояние без освобожде­ния электрона выделяется излучение определенной энергии.

Все ионизирующие излучения по своей физической природе подразделяются на электромагнитные и корпускулярные. Электромагнитные излучения - это рентгеновское излучение, -излучение радиоактивных элементов и тормозное излучение. Рентгеновское излучение возникает при воз­действии на вещество сильного электростатического поля (при разности потенциалов более 10-12 кВ). Взаимные превращения и распады радиоактивных элементов сопровождаются появлением -излучения. Тормозное излучение возникает при прохождении через вещество сильно ускоренных заряженных частиц. Видимый свет и радиоволны - тоже электромагнит­ные излучения, но они не ионизируют вещество, ибо характеризуются боль­шой длиной волны (то есть малой энергией) или, как принято говорить, меньшей жесткостью.

Все остальные виды ионизирующих излучений можно рассматривать как пучки элементарных ядерных частиц, ядер элементов или ионов - корпускулярные излучения. Большинство из них - заряженные частицы: -час-тицы (электроны, позитроны), протоны - ядра атомов водорода, дейтроны (ядра атомов тяжелого водорода-дейтерия), -частицы (ядра атомов ге­лия),

тяжелые ионы (ионы и ядра атомов других химических элементов).

Кроме того, к корпускулярным излучениям относят и не имеющие заряда ядер­ные частицы - нейтроны.

Наряду с ионизирующей способностью характерным свойством ионизирующих излучений является их проникающая способность в облучаемое вещество. Глубина проникновения ионизирующих излучений в вещество зависит, с одной стороны, от природы излучения, заряда составляющих его частиц и их энергии, а с другой стороны, - от состава и плотности облучаемого вещества.

Электромагнитное ионизирующее излучение обладает большой проникающей способностью, так как поглощается в веществе незначительно.

Поглощение электромагнитного пучка одной энергии в однородном веществе описывает зависимость

(5.1)

где и - интенсивности, соответственно, падающего излучения и излучения, прошедшего через вещество толщиной x;

– линейный коэффициент поглощения, который характеризует поглощающую способность вещества.

При облучении биологических объектов разными видами ионизирую­щей радиации в одинаковых условиях возникают количественно, а иногда и качественно различные биологические эффекты, что связано с пространствен­ным распределением проникающей радиации в биологическом объекте. Это приводит к ионизации атомов и молекул не только на внешней поверхности объекта, но и во внутренних органах и тканях или исключительно во внут­ренних органах и тканях.

Каждому биологическому объекту свойственна своя мера чувствительности к действию ионизирующей радиации, своя радиочувствительность. Например, в канале ядерного реактора обнаружены бактерии, названные микрококк радиорезистентный, которые не только не погибают, но живут и размножаются в этих условиях. Степень радиочувствительности сильно варьируется и в пределах одного биологического вида, а для определенного индивидуума зависит также от возраста и пола. Кроме того, даже в одном организме различные клетки и ткани значительно различаются по радиочувствительности и наряду с чувствительными (кроветворные ткани, эпителий слизистой тонкого кишечника), имеются радиационно-устойчивые тка­ни (мышечные, нервные, костные). Хотя обычно ткани, относящиеся к радиорезистивным по непосредственным лучевым реакциям, оказываются весьма радиочувствительны по отдаленным последствиям.

В качестве критерия радиочувствительности обычно используют величину ЛД50 - летальную дозу, облучение в которой вызывает 50 %-ную гибель биологических объектов.

Различают экспозиционную, поглощенную и эквивалентную дозы излучения.

Экспозиционная доза - это доза излучения в воздухе. Она характеризует потенциальную опасность воздействия ионизирующих излучений при об­щем и равномерном облучении тела человека. Экспозиционная доза в систе­ме единиц СИ измеряется в кулонах на килограмм (Кл/кг). Внесистемной единицей экспозиционной дозы излучения является рентген (Р).

Рентген - это доза гамма-излучения, под действием которого в 1 кубическом см сухого воздуха при нормальных условиях (температура 0 °С и давление 760 мм рт. ст.) создаются ионы, несущие одну электростатичес­кую единицу количества электричества каждого знака. Дозе в 1 Р соответ­ствует образование пар ионов в 1 кубическом см воздуха. Как видно из определения, экспозиционную дозу удобнее всего использовать для характеристики электромагнитных ионизирующих излучений.

Поглощенная доза более точно характеризует воздействие ионизиру­ющих излучений на биологические ткани. В системе единиц СИ она измеря­ется в греях (Гр). 1 Гр - это такая поглощенная доза, при которой 1 кг облу­чаемого вещества поглощает энергию в 1 Дж, следовательно, 1 Гр = 1 Дж/кг. Использовавшаяся ранее внесистемная единица рад равна 0,01 Гр.

Для сравнительной оценки биологического действия разных видов излучения или смешанных излучений при равных поглощенных дозах используется понятие эквивалентной дозы

(5.4)

где DT,R - средняя поглощенная доза в органе или ткани Т;

WR - взвешивающий коэффициент для излучения R.

Он определяется как отношение поглощенной дозы «эталонного» излучения к поглощенной дозе данного излучения, обусловливающего тот же биологический эффект. В качестве эталонного излучения принимают рентгеновское излучение.

В качестве единицы эквивалентной дозы в системе СИ используется зиверт (Зв), используемая ранее внесистемная единица - биологический эквивалент - рада (бэр) равна 0,01 Зв.

Доза эффективная (E) - величина, используемая как мера риска возникновения отдаленных последствий облучения всего тела человека и отдель­ных его органов и тканей с учетом их радиочувствительности. Она представ­ляет сумму произведений эквивалентной дозы в органах и тканях на соот­ветствующие взвешивающие коэффициенты.

(5.5)

где HT- эквивалентная доза в органе или ткани ,Т;

WT- взвешивающий коэффициент для органа или ткани Т.

Единицей эквивалентной дозы является зиверт (Зв). Единицы измерения экспозиционной, поглощенной и эквивалентной доз в системе СИ и внесистемные единицы измерения приведены в таблице 5.5.

Таблица 5.5

Доза СИ Внесистемная
Экспозиционная Поглощенная Эквивалентная Кулон/кг = Кл/кг Джоуль/кг = Дж/кг = Грей = Гр Зиверт (Зв) Рентген = Р = 0,258 103 Кл/кг рад=10 -2Гр бэр=10 -23в

 

Для характеристики изменения дозы во времени вводится понятие мощности дозы. Мощности экспозиционной, поглощенной и эквивалентной доз соответственно определяются как:

P3 = dX/dt; Pn=dD/dt; Pэкв = dH/dt.

Единицами измерения мощности дозы являются: Кулон на килограмм в секунду (Кл/кгс), рентген в час (Р/ч); Грей в секунду (Гр/с), рад в час (рад/ ч); Зиверт в секунду (Зв/с), бэр в час (бэр/ч)

Основными документами, регламентирующими действие ионизирующих излучений в РФ, являются "Нормы радиационной безопасности" (НРБ-99) и "Санитарные правила" (СП 2.6.1.758 - 99). Эти документы регламенти­руют основные требования по обеспечению радиационной безопасности и распространяются на предприятия, учреждения, лаборатории и другие орга­низации всех министерств и ведомств, которые производят, обрабатыва­ют, применяют, хранят или транспортируют естественные и искусственные радиоактивные вещества, другие источники ионизирующих излучений.

НРБ устанавливают следующие категории облучаемых лиц: - персонал группы А и Б (профессиональные работники);

- все население, включая лиц из персонала, вне сферы и условий их производ­ственной деятельности.

Устанавливаются также три группы критических органов в порядке убывания радиочувствительности:

1 группа - все тело, гонады и костный мозг;

2 группа - мышцы, щитовидная железа, жировая ткань, печень, поч­ки, селезенка, желудочно-кишечный тракт, легкие, хрусталики глаз и другие органы, исключая относящиеся к 1 и 3 группам;

3 группа - кожный покров, костная ткань, кисти, предплечья, лодыж­ки и стопы.

Для каждой категории облучаемых лиц устанавливаются два класса нормативов: основные дозовые и допустимые уровни.