Ионизирующее излучение вызывает в организме цепочку обратимых и необратимых изменений. Пусковым механизмом воздействия являются процессы ионизации и возбуждения атомов и молекул в тканях. Диссоциация сложных молекул в результате разрыва химических связей - прямое действие радиации. Существенную роль в формировании биологических эффектов играют радиационно-химические изменения, обусловленные продуктами радиолиза воды. Свободные радикалы водорода и гидроксильной группы, обладая высокой активностью, вступают в химические реакции с молекулами белка, ферментов и других элементов биоткани, что приводит к нарушению биохимических процессов в организме. В результате нарушаются обменные процессы, замедляется и прекращается рост тканей, возникают новые химические соединения, не свойственные организму. Это приводит к нарушению деятельности отдельных функций и систем организма.

Индуцированные свободными радикалами химические реакции развиваются с большим выходом, вовлекая в процесс сотни и тысячи молекул, не задействованных излучением. В этом состоит специфика действия ионизирующего излучения на биологические объекты. Эффекты развиваются в течение разных промежутков времени: от нескольких секунд до многих часов, дней, лет.

Ионизирующая радиация при воздействии на организм человека может вызвать два вида эффектов, которые клинической медициной относятся к болезням: детерминированные пороговые эффекты (лучевая болезнь, лучевой ожог, лучевая катаракта, лучевое бесплодие, аномалии в развитии плода и др.) и стохастические (вероятностные) беспороговые эффекты (злокачественные опухоли, лейкозы, наследственные болезни).

Острые поражения развиваются при однократном равномерном гамма-облучении всего тела и поглощенной дозе выше 0,5 Гр. При дозе 0,25-0,5 Гр могут наблюдаться временные изменения в крови, которые быстро нормализуются. В интервале дозы 0,5-1,5 Гр возникает чувство усталости, менее чем у 10% облученных могут наблюдаться рвота, умеренные изменения в крови. При дозе 1,5- 2,0 Гр наблюдается легкая форма острой лучевой болезни, которая проявляется продолжительной лимфопенией, в 30-50% случаев - рвота в первые сутки после облучения. Смертельные исходы не регистрируются.

Лучевая болезнь средней тяжести возникает при дозе 2,5- 4,0 Гр. Почти у всех облученных в первые сутки наблюдаются тошнота, рвота, резко снижается содержание лейкоцитов в крови, появляются подкожные кровоизлияния, в 20% случаев возможен смертельный исход, смерть наступает через 2-6 недель после облучения. При дозе 4,0-6,0 Гр развивается тяжелая форма лучевой болезни, приводящая в 50% случаев к смерти в течение первого месяца. При дозах, превышающих 6,0 Гр, развивается крайне тяжелая форма лучевой болезни, которая почти в 100% случаев заканчивается смертью вследствие кровоизлияния или инфекционных заболеваний. Приведенные данные относятся к случаям, когда отсутствует лечение. В настоящее время имеется ряд противолучевых средств, которые при комплексном лечении позволяют исключить летальный исход при дозах около 10 Гр.

Хроническая лучевая болезнь может развиться при непрерывном или повторяющемся облучении в дозах, существенно ниже тех, которые вызывают острую форму. Наиболее характерными признаками хронической лучевой болезни являются изменения в крови, ряд симптомов со стороны нервной системы, локальные поражения кожи, поражения хрусталика, пневмосклероз (при ингаляции плутония-239), снижение иммунореактивности организма.

Степень воздействия радиации зависит от того, является облучение внешним (при попадании радиоактивного изотопа внутрь организма) или внутренним. Внутреннее облучение возможно при вдыхании, заглатывании радиоизотопов и проникновении их в организм через кожу.

Некоторые радиоактивные вещества поглощаются и накапливаются в конкретных органах, что приводит к высоким локальным дозам радиации. Кальций, радий, стронций и др. накапливаются в костях, изотопы йода вызывают повреждение щитовидной железы, редкоземельные элементы вызывают преимущественно опухоли печени. Равномерно распределяются изотопы цезия, рубидия, вызывая угнетение кроветворения, атрофию семенников, опухоли мягких тканей. При внутреннем облучении наиболее опасны альфа-излучающие изотопы полония и плутония.

Способность вызывать отдаленные последствия: лейкозы, злокачественные новообразования, раннее старение - одно из коварных свойств ионизирующего излучения.

Гигиеническая регламентация ионизирующего излучения осуществляется Нормами радиационной безопасности НРБ-99 (Санитарными правилами СП 2.6.1.758-99). Основные дозовые пределы облучения и допустимые уровни устанавливаются для следующих категорий облучаемых лиц:

• - персонал - лица, работающие с техногенными источниками (группа А) или находящиеся по условиям работы в сфере их воздействия (группа Б);
• - все население, включая лиц из персонала, вне сферы и условий их производственной деятельности.

Для категорий облучаемых лиц устанавливают три класса нормативов: основные пределы доз - ПД (табл. 3.13), допустимые уровни, соответствующие основным пределам доз, и контрольные уровни.

Таблица 3.13. Основные пределы доз (извлечение из НРБ-99)

* Для лиц группы Б все дозовые пределы не должны превышать 0,25 дозовых пределов группы А.

Доза эквивалентная НТ н - поглощенная доза в органе или ткани От н, умноженная на соответствующий взвешивающий коэффициент для данного излучения УЯ:

Единицей измерения эквивалентной дозы является Дж o кг-1, имеющий специальное наименование - зиверт (Зв).

Значения №д для фотонов, электронов и мюонов любых энергий составляет 1, для а- частиц, осколков деления, тяжелых ядер - 20.

Доза эффективная - величина, используемая как мера риска возникновения отдаленных последствий облучения всего тела человека и отдельных его органов с учетом их радиочувствительности. Она представляет собой сумму произведений эквивалентной дозы в органе НхТ на соответствующий взвешивающий коэффициент для данного органа или ткани ]¥т:

где НхТ- эквивалентная доза в ткани Г за время т.

Единица измерения эффективной дозы так же, как эквивалентной дозы, - Дж o кг" (зиверт).

Значения У/у для отдельных видов ткани и органов приведены ниже.

Вид ткани, орган: ¥т

гонады..............................................................................................0,2

костный мозг...............................................................................0,12

печень, грудная железа, щитовидная железа...................0,05

кожа................................................................................................0,01

Основные пределы доз облучения не включают в себя дозы от природного и медицинского облучения, а также дозы, полученные вследствие радиационных аварий. На эти виды облучения устанавливаются специальные ограничения.

Эффективная доза для персонала не должна превышать за период трудовой деятельности (50 лет) 1000 мЗв, а для населения за период жизни (70 лет) - 7 мЗв.

В табл. 3.14 приведены значения допустимого радиоактивного загрязнения рабочих поверхностей, кожи, спецодежды, спецобуви, средств индивидуальной защиты персонала.

Таблица 3.14. Допустимые уровни радиоактивного загрязнения рабочих поверхностей, кожи, спецодежды, спецобуви и средств индивидуальной защиты, част/(см-1 - мин) (извлечение из НРБ-99)

Объект загрязнения	а-активные нуклиды		(і-активные нуклиды
	отдельные	прочие
Неповрежденная кожа, полотенца, спецбелье, внутренняя поверхность лицевых частей средств индивидуальной защиты
Основная спецодежда, внутренняя поверхность дополнительных средств индивидуальной защиты, наружная поверхность спецобуви
Наружная поверхность дополнительных средств индивидуальной защиты, снимаемой в сан шлюзах
Поверхности помещений периодического пребывания персонала и находящегося в них оборудования

Радиацией называется лучеобразное распространение чего-либо от центра к окружности.

Существуют разные виды радиации, которые, в отличие от видимого света и тепла, не воспринимаются нашими органами чувств. Человек живет в мире, где нет мест, в которых отсутствовала бы радиация. Считается, что именно способность радиоактивного излучения вызывать мутации послужила основной причиной непрерывной эволюции биологических видов. По оценкам биологов, с начала возникновения жизни на Земле эволюционировало около 1 млрд видов живых организмов. В настоящее время, по разным оценкам, осталось от 2 до 15 млн видов флоры и фауны. Без воздействия радиации на нашей планете, вероятно, не появилось бы такого разнообразия форм жизни. Наличие радиационного фона - одно из обязательных условий жизни на Земле, радиация так же необходима для жизни, как свет и тепло. При небольшом увеличении радиационного фона обмен веществ в организме человека несколько улучшается, при снижении радиационного фона рост и развитие живых организмов замедляется на 30 - 50%. При "нулевой" радиации семена растений перестают произрастать, а живые организмы размножаться. Поэтому не следует поддаваться радиофобии - страху перед радиацией, однако необходимо знать, какую угрозу несут высокие уровни радиации, научиться избегать ее, а при необходимости и выживать в условиях радиационной опасности. Естественная радиация является природным компонентом среды обитания человека. Условно радиационное излучение можно разделить на ионизирующее и неионизирующее. Неионизирующее излучение - это свет, радиоволны, радиоактивное тепло от Солнца. Этот вид радиации не вызывает повреждений в организме человека, хотя и оказывает вредное воздействие при наличии высокой интенсивности. Радиация считается ионизирующей в том случае, если она способна разрывать химические связи молекул, составляющих живые организмы. Ионизирующую радиацию для простоты называют просто радиацией, а ее количественную характеристику - дозой. Для регистрации показателей и характеристик радиоактивного излучения служат специальные приборы - дозиметры и радиометры.

Нормальным радиационным фоном считается величина 10 - 16мкР/ч.

Под воздействием естественного радиационного фона человек подвергается внешнему и внутреннему облучению. Источники внешнего облучения - это космическое излучение и естественные радиоактивные вещества, расположенные на поверхности и в недрах Земли, в атмосфере, воде, растениях. Космическая радиация включает в себя галактическое и солнечное излучения. Интенсивность космического излучения зависит от геомагнитной широты (возрастает от экватора к северным широтам), высоты над уровнем моря. По сравнению с дозой космического облучения, получаемого людьми вблизи экватора, на широте Москвы она возрастает в 1,5 раза, на высоте 2 км - в 3 раза, 4 км - в 6 раз, в самолете на высоте 12 км - в 150 раз. Уровень космического излучения существенно повышается при вспышках на Солнце.

Основное количество естественных радиоактивных веществ содержится в горных породах, слагающих толщу земной коры, Они распределены в земной коре неравномерно, в зависимости от типа горных пород; соответственно и доза облучения у людей, живущих в разных местах, будет различна. На Земле существует 5 географических районов, где естественный радиационный фон существенно увеличен. Эти места расположены в Бразилии, Индии, Франции, Египте и на острове Ниц в Тихом океане. Так, на некоторых пляжах курортного города Гуарапари (Бразилия) уровень радиации превышает норму примерно в 500 раз. Связано это с тем, что город стоит на песках, богатых торием.

Внутреннее облучение человека от естественных источников на 2/3 происходит от попадания радиоактивных веществ в организм с пищевыми продуктами, питьевой водой, вдыхаемым воздухом. Довольно часто радионуклиды поступают в организм человека по так называемым пищевым или биологическим цепочкам. Например, радионуклид, находящийся в почве, с водой попадает в растения, растения съедает корова, вместе с молоком или мясом от этой коровы радиоактивное вещество попадает в организм человека.

Наибольший вклад в естественное внутреннее облучение человека вносит радиоактивный газ - радон. Этот газ повсеместно высвобождается из земной коры. При длительном воздействии радона у человека могут развиться онкологические заболевания. По данным Научного комитета ООН по действию атомной радиации, причиной почти 20% всех заболеваний раком легких может быть воздействие на организм радона и продуктов его распада. Концентрация радона в закрытых помещениях в 8 раз выше, чем на улице. Радон дает 44% суммарной радиационной дозы на территории России.
Появление источников искусственной радиации способствовало увеличению радиационной нагрузки на человека. Люди периодически подвергаются воздействию излучения от телевизоров, компьютеров, медицинских рентгеновских аппаратов, радиоактивных атмосферных осадков, выпадающих после испытаний ядерного оружия, а также в результате работы АЭС.

Существенный источник повышения радиационного фона на планете - аварии на АЭС. Причины таких чрезвычайных ситуаций разнообразны - от ошибок в работе персонала и износа оборудования до злого умысла. Высока вероятность террористических атак на АЭС. В единичных случаях чрезвычайные ситуации на АЭС могут перерасти в катастрофы, наносящие огромный ущерб. В 2004 г. на предприятиях Российской Федерации зарегистрированы 4 аварии с выбросом радиоактивных веществ (в 2005 г. - 0).

В настоящее время в мире насчитывается около 45 тыс. ядерных боеголовок. При ядерных взрывах радиационное поражение людей происходит за счет проникающей радиации и радиоактивного загрязнения местности (рис. 3.7).

Рис.3.7.

Проникающая радиация - поток гамма-лучей и нейтронов, испускаемых из зоны ядерного взрыва во все стороны в течение несколько секунд.
Радиоактивное загрязнение - это результат выпадения из облака взрыва огромного количества радиоактивных веществ. Выпадая на земную поверхность, они создают зараженный уча сток, называемый радиоактивным следом.

Искусственное и естественное радиоактивное излучения схожи по своей природе и могут оказывать вредное воздействие на здоровье человека.

Действие
ионизирующего излучения:

• действие излучения на организм неощутимо человеком (люди не имеют органов чувств, которые воспринимали бы ионизирующее излучение);
• ионизирующее излучение может оказывать вредное воздействие на здоровье человека (границы между вредом и пользой радиации пока не установлены, поэтому к любому ионизирующему излучению следует относиться как к опасному);
• индивидуальные особенности организма человека проявляются лишь при небольших дозах радиации (чем моложе человек, тем выше его чувствительность к облучению; начиная с 25 лет, человек становится наиболее устойчивым к облучению);
• чем больше доза облучения, полученная человеком, тем выше вероятность появления у него лучевой болезни;
• видимые поражения кожного покрова, недомогание, характерное для лучевой болезни, появляются не сразу, а лишь некоторое время спустя;
• суммирование доз происходит скрытно (со временем дозы излучения суммируются, что приводит к лучевым заболеваниям).

В результате воздействия радиации в организме человека нарушается течение биохимических процессов и обмена веществ. В зависимости от поглощенной дозы и индивидуальных особенностей организма изменения могут быть обратимыми или необратимыми. При небольшой дозе пораженная ткань восстанавливает свою функциональную деятельность, большая доза при длительном воздействии может вызвать необратимое поражение отдельных органов или всего организма в целом.

При возникновении ЧС, сопровождающейся ионизирующим излучением, необходимо предпринять все меры, чтобы полученная доза была как можно меньше. Существует три действенных способа защиты от радиации: защита временем, защита расстоянием, защита экранированием и поглощением (рис. 3.8).

Рис. 3.8.

Защита временем подразумевает ограничение времени пребывания на местности или объектах, пораженных радиоактивным загрязнением (чем короче промежуток времени, тем меньше полученная доза облучения).

Под защитой расстоянием понимается эвакуация людей из мест, где отмечается или ожидается высокий уровень радиации.

В условиях невозможности проведения эвакуации осуществляется защита экранированием и поглощением. При этом способе защиты используются убежища, укрытия и средства индивидуальной защиты.

Оповещение населения о радиоактивном загрязнении организуется органами ГО ЧС.

"Радиационная опасность" - сигнал, который подается при выявлении начала радиоактивного заражения данного населенного пункта (района) или при угрозе радиоактивного заражения в течение ближайшего часа. Он доводится до населения по местным радио и телевизионным сетям, а также подается сиренами. После уведомления о радиационной опасности населению следует незамедлительно действовать согласно полученным по средствам массовой информации рекомендациям.

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).

Загрязнение производственной среды веществами, являющимися источниками ионизирующего излучения, называется радиоактивным загрязнением.

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 .10 17 Гц.

Испускаемые частицы бывают различных видов, но чаще всего испускаются альфа-частицы (α-излучение) и бета-частицы (β-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 . 10 17 ...5 . 10 19 Гц) и гамма-излучением (более 5 . 10 19 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 (Ku), 1 Ku = 37 .10 9 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 Ku.

Время, в течение которого распадается половина радионуклида, называется периодом полураспада (Т 1/2). Каждый радионуклид имеет свой период полураспада. Диапазон изменения Т 1/2 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:

где А 0 — начальная активность, А — активность через период времени t .

Виды ионизирующих излучений

Ионизирующие излучения возникают при работе приборов, в основе действия которых лежат радиоактивные изотопы, при работе электровакуумных приборов, дисплеев и т.д.

К ионизирующим излучениям относятся корпускулярные (альфа-, бета-, нейтронные) и электромагнитные (гамма-, рентгеновское) излучения, способные при взаимодействии с веществом создавать заряженные атомы и молекулы-ионы.

Альфа-излучение представляет собой поток ядер гелия, испускаемых веществом при радиоактивном распаде ядер или при ядерных реакциях.

Чем больше энергия частиц, тем больше полная ионизация, вызванная ею в веществе. Пробег альфа-частиц, испускаемых радиоактивным веществом, достигает 8-9 см в воздухе, а в живой ткани — нескольких десятков микрон. Обладая сравнительно большой массой, альфа-частицы быстро теряют свою энергию при взаимодействии с веществом, что обусловливает их низкую проникающую способность и высокую удельную ионизацию, составляющую в воздухе на 1 см пути несколько десятков тысяч пар ионов.

Бета-излучение - поток электронов или позитронов, возникающих при радиоактивном распаде.

Максимальный пробег в воздухе бета-частиц — 1800 см, а в живых тканях — 2,5 см. Ионизирующая способность бета-частиц ниже (нескольких десятков пар на 1 см пробега), а проникающая способность выше, чем альфа-частиц.

Нейтроны, поток которых образует нейтронное излучение, преобразуют свою энергию в упругих и неупругих взаимодействиях с ядрами атомов.

При неупругих взаимодействиях возникает вторичное излучение, которое может состоять как из заряженных частиц, так и из гамма- квантов (гамма-излучение): при упругих взаимодействиях возможна обычная ионизация вещества.

Проникающая способность нейтронов в значительной степени зависит от их энергии и состава вещества атомов, с которыми они взаимодействуют.

Гамма-излучение - электромагнитное (фотонное) излучение, испускаемое при ядерных превращениях или взаимодействии частиц.

Гамма-излучение обладает большой проникающей способностью и малым ионизирующим действием.

Рентгеновское излучение возникает в среде, окружающей источник бета-излучения (в рентгеновских трубках, ускорителях электронов) и представляет собой совокупность тормозного и характеристического излучения. Тормозное излучение — фотонное излучение с непрерывным спектром, испускаемое при изменении кинетической энергии заряженных частиц; характеристическое излучение — это фотонное излучение с дискретным спектром, испускаемое при изменении энергетического состояния атомов.

Как и гамма-излучение, рентгеновское излучение обладает малой ионизирующей способностью и большой глубиной проникновения.

Источники ионизирующего излучения

Вид радиационного поражения человека зависит от характера источников ионизирующих излучений.

Естественный фон излучения состоит из космического излучения и излучения естественно-распределенных радиоактивных веществ.

Кроме естественного облучения человек подвержен облучению и из других источников, например: при производстве рентгеновских снимков черепа — 0,8-6 Р; позвоночника — 1,6-14,7 Р; легких (флюорография) — 0,2-0,5 Р: грудной клетки при рентгеноскопии — 4,7- 19,5 Р; желудочно-кишечного тракта при рентгеноскопии — 12-82 Р: зубов — 3-5 Р.

Однократное облучение в 25-50 бэр приводит к незначительным скоропроходяшим изменениям в крови, при дозах облучения 80-120 бэр появляются признаки лучевой болезни, но без летального исхода. Острая лучевая болезнь развивается при однократном облучении 200-300 бэр, при этом летальный исход возможен в 50% случаев. Летальный исход в 100% случаев наступает при дозах 550- 700 бэр. В настоящее время существует ряд противолучевых препаратов. ослабляющих действие излучения.

Хроническая лучевая болезнь может развиться при непрерывном или повторяющемся облучении в дозах, существенно ниже тех, которые вызывают острую форму. Наиболее характерными признаками хронической формы лучевой болезни являются изменения в крови, нарушения со стороны нервной системы, локальные поражения кожи, повреждения хрусталика глаза, снижение иммунитета.

Степень зависит от того, является облучение внешним или внутренним. Внутреннее облучение возможно при вдыхании, заглатывании радиоизотопов и проникновении их в организм человека через кожу. Некоторые вещества поглощаются и накапливаются в конкретных органах, что приводит к высоким локальным дозам радиации. Например, накапливающиеся в организме изотопы йода могут вызывать поражения щитовидной железы, редкоземельные элементы — опухоли печени, изотопы цезия, рубидия — опухоли мягких тканей.

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. , 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 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.

1. Кафедра БЖД

1. Контрольная работа

по дисциплине: Безопасность жизнедеятельности

на тему: Ионизирующие излучения

1. Пермь, 2004

Введение

Ионизирующим излучением называют излучения, взаимодействие которых со средой приводит к образованию электрических зарядов различных знаков.

Ионизирующее излучение – такое излучение, которым обладают радиоактивные вещества.

Под влиянием ионизирующих излучений у человека возникает лучевая болезнь.

Главной целью радиационной безопасности является охрана здоровья населения, включая персонал, от вредного воздействия ионизирующего излучения путем соблюдения основных принципов и норм радиационной безопасности без необоснованных ограничений полезной деятельности при использовании излучения в различных областях хозяйства, в науке и медицине.

Нормы радиационной безопасности (НРБ-2000) применяются для обеспечения безопасности человека в условиях воздействия на него ионизирующего излучения искусственного или природного происхождения.

Основные характеристики ионизирующих излучений

Ионизирующим излучением называют излучения, взаимодействие которых со средой приводит к образованию электрических зарядов различных знаков. Источники этих излучений широко используются в технике, химии, медицине, сельском хозяйстве и других областях, например при измерении плотности почв, обнаружении течей в газопроводах, измерении толщины листов, труб и стержней, антистатистической обработке тканей, полимеризации пластмасс, радиационной терапии злокачественных опухолей и др. Однако следует помнить, что источники ионизирующего излучения представляют существенную угрозу здоровью и жизни использующих их людей.

Существует 2 вида ионизирующих излучений:

корпускулярное, состоящее из частиц с массой покоя, отличной от нуля (альфа- и бета-излучение и нейтронное излучение);

электромагнитное (гамма-излучение и рентгеновское) с очень малой длиной волны.

Альфа-излучение представляет собой поток ядер гелия, обладающих большой скоростью. Эти ядра имеют массу 4 и заряд +2. Они образуются при радиоактивном распаде ядер или при ядерных реакциях. В настоящее время известно более 120 искусственных и естественных альфа-радиоактивных ядер, которые, испуская альфа-частицу, теряют 2 протона и 2 нейрона.

Энергия альфа-частиц не превышает нескольких МэВ (мега-электрон-вольт). Излучаемые альфа-частицы движутся практически прямолинейно со скоростью примерно 20000 км/с.

Под длиной пробега частицы в воздухе или других средах принято называть наибольшее расстояние от источника излучения, при котором еще можно обнаружить частицу до ее поглощения веществом. Длина пробега частицы зависит от заряда, массы, начальной энергии и среды, в которой происходит движение. С возрастанием начальной энергии частицы и уменьшением плотности среды длина пробега увеличивается. Если начальная энергия излучаемых частиц одинакова, то тяжелые частицы обладают меньшими скоростями, чем легкие. Если частицы движутся медленно, то их взаимодействие с атомами вещества среды более эффективно и частицы быстрее растрачивают имеющийся у них запас энергии.

Длина пробега альфа-частиц в воздухе обычно менее 10 см. За счет своей большой массы при взаимодействии с веществом альфа-частицы быстро теряют свою энергию. Это объясняет их низкую проникающую способность и высокую удельную ионизацию: при движении в воздушной среде альфа-частица на 1 см своего пути образует несколько десятков тысяч пар заряженных частиц – ионов.

Бета-излучение представляет собой поток электронов или позитронов, возникающих при радиоактивном распаде. В настоящее время известно около 900 бета-радиоактивных изотопов.

Масса бета-частиц в несколько десятков тысяч раз меньше массы альфа-частиц. В зависимости от природы источника бета-излучений скорость этих частиц может лежать в пределах 0,3 – 0,99 скорости света. Энергия бета-частиц не превышает нескольких МэВ, длина пробега в воздухе составляет приблизительно 1800 см., а в мягких тканях человеческого тела ~ 2,5 см. Проникающая способность бета-частиц, выше, чем альфа-частиц (из-за меньших массы и заряда).

Нейтронное излучение представляет собой поток ядерных частиц, не имеющих электрического заряда. Масса нейтрона приблизительно в 4 раза меньше массы альфа-частиц. В зависимости от энергии различают медленные нейтроны (с энергией менее 1 КэВ (кило-электрон-Вольт) = 10 3 эВ), нейтроны промежуточных энергий (от 1 до 500 КэВ) и быстрые нейтроны (от 500 КэВ до 20 МэВ). При неупругом взаимодействии нейтронов с ядрами атомов среды возникает вторичное излучение, состоящее из заряженных частиц и гамма-квантов (гамма-излучение). При упругих взаимодействиях нейтронов с ядрами может наблюдаться обычная ионизация вещества. Проникающая способность нейтронов зависит от их энергии, но она существенно выше, чем у альфа- или бета-частиц. Нейтронное излучение обладает высокой проникающей способностью и представляет для человека наибольшую опасность из всех видов корпускулярного излучения. Мощность нейтронного потока измеряется плотность потока нейтронов.

Гамма-излучение представляет собой электромагнитное излучение с высокой энергией и с малой длиной волны. Оно испускается при ядерных превращениях или взаимодействии частиц. Высокая энергия (0,01 – 3 МэВ) и малая длина волны обусловливает большую проникающую способность гамма-излучения. Гамма-лучи не отклоняются в электрических и магнитных полях. Это излучение обладает меньшей ионизирующей способностью, чем альфа- и бета-излучение.

Рентгеновское излучение может быть получено в специальных рентгеновских трубах, в ускорителях электронов, в среде, окружающей источник бета-излучения, и др. Рентгеновское излучение представляет собой один из видов электромагнитного излучения. Энергия его обычно не превышает 1 МэВ. Рентгеновское излучение, как и гамма-излучение, обладает малой ионизирующей способностью и большой глубиной проникновения.

Для характеристики воздействия ионизирующего излучения на вещество введено понятие дозы излучения. Дозой излучения – называется часть энергии, переданная излучением веществу и поглощенная им. Количественной характеристикой взаимодействия ионизирующего излучения и вещества является поглощенная доза излучения (Д), равная отношению средней энергии dE, переданной ионизирующим излучением веществу в элементарном объеме, к массе облученного вещества в этом объеме dm:

До недавнего времени за количественную характеристику только рентгеновского и гамма-излучения, основанную на их ионизирующем действии, принималась экспозиционная доза Х – отношение полного электрического заряда dQ ионов одного знака, возникающих в малом объеме сухого воздуха, к массе воздуха dm в этом объеме, т.е.

Для оценки возможного ущерба здоровья при хроническом воздействии ионизирующего излучения произвольного состава введено понятие эквивалентной дозы (Н). Эта величина определяется как произведение поглощенной дозы Д на средний коэффициент качества излучения Q (безразмерный) в данной точке ткани человеческого тела, т.е.:

Существует еще одна характеристика ионизирующего излучения – мощность дозы Х (соответственно поглощенной, экспозиционной или эквивалентной) представляющая собой приращение дозы за малый промежуток времени dx, деленное на этот промежуток dt. Так, мощность экспозиционной дозы (х или w, Кл / кг · с) составит:

Х = W = dx / dt

Биологическое действие рассмотренных излучений на организм человека различно.

Альфа-частицы, проходя через вещество и сталкиваясь с атомами, ионизируют (заряжают) их, выбивая электроны. В редких случаях эти частицы поглощаются ядрами атомов, переводя их в состояние с большей энергией. Эта избыточная энергия способствует протеканию различных химических реакций, которые без облучения не идут или идут очень медленно. Альфа-излучение производит сильное действие на органические вещества, из которых состоит человеческий организм (жиры, белки и углеводы). На слизистых оболочках это излучение вызывает ожоги и другие воспалительные процессы.

Под действием бета-излучений происходит радиолиз (разложение) воды, содержащейся в биологических тканях, с образованием водорода, кислорода, пероксида водорода H 2 O 2 , заряженных частиц (ионов) OH – и HO – 2 . Продукты разложения воды обладают окислительными свойствами и вызывают разрушение многих органических веществ, из которых состоят ткани человеческого организма.

Действие гамма- и рентгеновского излучений на биологические ткани обусловлено в основном образующимися свободными электронами. Нейтроны, проходя через вещество, производят в нем наиболее сильные изменения по сравнению с другими ионизирующими излучениями.

Таким образом, биологическое действие ионизирующих излучений сводится к изменению структуры или разрушению различных органических веществ (молекул), из которых состоит организм человека. Это приводит к нарушению биохимических процессов, протекающих в клетках, или даже к их гибели, в результате чего происходит поражение организма в целом.

Различают внешнее и внутреннее облучение организма. Под внешним облучениемпонимают воздействие на организм ионизирующих излучений от внешних по отношению к нему источников.Внутреннее облучениеосуществляется радиоактивными веществами, попавшими внутрь организма через дыхательные органы, желудочно-кишечный тракт или через кожные покровы. Источники внешнего излучения – космические лучи, естественные радиоактивные источники, находящиеся в атмосфере, воде, почве, продуктах питания и др., источники альфа-, бета-, гамма, рентгеновского и нейтронного излучений, используемые в технике и медицине, ускорители заряженных частиц, ядерные реакторы (в том числе и аварии на ядерных реакторах) и ряд других.

Радиоактивные вещества, вызывающие внутреннее облучение организма, попадают в него при приеме пищи, курении, питье загрязненной воды. Поступление радиоактивных веществ в человеческий организм через кожу происходит в редких случаях (если кожа имеет повреждения или открытые раны). Внутреннее облучение организма длится до тех пор, пока радиоактивное вещество не распадется или не будет выведено из организма в результате процессов физиологического обмена. Внутреннее облучение опасно тем, что вызывает длительно незаживающие язвы различных органов и злокачественные опухоли.

При работе с радиоактивными веществами значительному облучению подвергаются руки операторов. Под действием ионизирующих излучений развивается хроническое или острое (лучевой ожог) поражение кожи рук. Хроническое поражение характеризуется сухостью кожи, появлением на ней трещин, изъявлением и другими симптомами. При остром поражении кистей рук возникают отеки, омертвление тканей, язвы, на месте образования которых возможно развитие злокачественных опухолей.

Под влиянием ионизирующих излучений у человека возникает лучевая болезнь. Различают три степени ее: первая (легкая), вторая и третья (тяжелая).

Симптомами лучевой болезни первой степени являются слабость, головные боли, нарушение сна и аппетита, которые усиливаются на второй стадии заболевания, но к ним дополнительно присоединяются нарушения в деятельности сердечно-сосудистой системы, изменяется обмен веществ и состав крови, происходит расстройство пищеварительных органов. На третьей стадии болезни наблюдаются кровоизлияния выпадение волос, нарушается деятельность центральной нервной системы и половых желез. У людей, перенесших лучевую болезнь, повышается вероятность развития злокачественных опухолей и заболеваний кроветворных органов. Лучевая болезнь в острой (тяжелой) форме развивается в результате облучения организма большими дозами ионизирующих излучений за короткий промежуток времени. Опасно воздействие на организм человека и малых доз радиации, так как при этом могут произойти нарушение наследственной информации человеческого организма, возникнуть мутации.

Низкий уровень развития легкой формы лучевой болезни возникает при эквивалентной дозе облучения приблизительно 1 Зв, тяжелая форма лучевой болезни, при которой погибает половина всех облученных, наступает при эквивалентной дозе облучения 4,5 Зв. 100%-ный смертельный исход лучевой болезни соответствует эквивалентной дозе облучения 5,5–7,0 Зв.

В настоящее время разработан ряд химических препаратов (протекторов), существенно снижающих негативный эффект воздействия ионизирующего излучения на организм человека.

В России предельно допустимые уровни ионизирующего облучения и принципы радиационной безопасности регламентируются «Нормами радиационной безопасности» НРБ-76, «Основными санитарными правилами работы с радиоактивными веществами и другими источниками ионизирующих излучений» ОСП72-80. В соответствии с этими нормативными документами нормы облучения установлены для следующих трех категорий лиц:

Для лиц категории А основным дозовым пределом является индивидуальная эквивалентная доза внешнего и внутреннего излучения за год (Зв/год) в зависимости от радиочувствительности органов (критические органы). Это предельно допустимая доза (ПДД) – наибольшее значение индивидуальной эквивалентной дозы за год, которое при равномерном воздействии в течение 50 лет не вызовет в состоянии здоровья персонала неблагоприятных изменений, обнаруживаемых современными методами.

Для персонала категории А индивидуальная эквивалентная доза (Н , Зв), накопленная в критическом органе за времяТ (лет) с начала профессиональной работы, не должна превышать значения, определяемого по формуле:

Н = ПДД ∙ Т . Кроме того, доза, накопленная к 30 годам, не должна превышать 12 ПДД.

Для категории Б установлен предел дозы за год (ПД, Зв/год), под которым понимают наибольшее среднее значение индивидуальной эквивалентной дозы за календарный год у критической группы лиц, при котором равномерное облучение в течении 70 лет не может вызвать в состоянии здоровья неблагоприятных изменений, обнаруживаемых современными методами. В табл.1 приведены основные дозовые пределы внешнего и внутреннего облучений в зависимости от радиочувствительности органов.

Таблица 1 – Основные значения дозовых пределов внешнего и внутреннего облучений

^

Работа № 14

ИОНИЗИРУЮЩИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ

Общие сведения
Излучения, взаимодействия которых со средой приводят к образованию ионов разных знаков и радикалов, называются ионизирующими. При этом различают корпускулярное и фотонное излучения. Корпускулярное излучение представляет собой поток элементарных частиц: a – и b – частицы, нейтроны, протоны, мезоны и др. Элементарные частицы возникают при радиоактивном распаде, ядерных превращениях или генерируются на ускорителях. Заряженные частицы в зависимости от величины кинетической энергии могут вызывать непосредственно ионизирующее излучение при столкновении с веществом. Нейтроны и другие нейтральные элементарные частицы при взаимодействии с веществом непосредственно ионизации не производят, но в процессе взаимодействия со средой они высвобождают заряженные частицы (электроны, протоны и т.д.), способные ионизировать атомы и молекулы среды, через которую они проходят. Такие излучения принято называть косвенными ионизирующими излучениями.

К фотонному излучению относят: гамма-излучение, характеристическое, тормозное, рентгеновское излучения. Указанные излучения представляют собой электромагнитные колебания очень высоких частот (Гц), которые возникают при изменении энергетического состояния атомных ядер (гамма - излучение), перестройке внутренних электронных оболочек атомов (характеристическое), взаимодействии заряженных частиц с электрическим полем (тормозное) и других явлениях. Фотонное излучение также является косвенно ионизирующим. Кроме ионизирующей способности к основным характеристикам ионизирующих излучений относятся энергия, измеряемая в электрон – вольтах, и проникающая способность.

Источником излучения называют объект, содержащий радиоактивный материал или техническое устройство, испускающее или способное в определенных условиях испускать излучение. К числу таких объектов относятся: радионуклиды, ядерные устройства (ускорители, атомные реакторы), рентгеновские трубки.

Технологии, методики и приборы, использующие ионизирующие излучения, получили широкое распространение в промышленности, в медицине и науке. Это, в первую очередь, атомные электростанции, надводные и подводные корабли с атомными установками, рентгеновские установки для медицинского, научного и промышленного назначения и др.
^

Биологическое воздействие излучений.

Излучение является вредным фактором для живой природы и, особенно, человека. Биологически вредное воздействие излучения на живой организм определяется в первую очередь дозой поглощенной энергии и производимым при этом эффектом ионизации, т. е. плотностью ионизации. Большая часть поглощенной энергии расходуется на ионизацию живой ткани, что нашло свое отражение и в определении излучений как ионизирующих.

Ионизирующие излучения оказывают на биологическую ткань прямое и непрямое воздействие. Прямое - разрыв внутриатомных и внутримолекулярных связей, возбуждение атомов или молекул, образование свободных радикалов. Наиболее важное значение имеет радиолиз воды. В результате радиолиза образуются высокореактивные радикалы, которые вызывают вторичные реакции окисления по любым связям, вплоть дo изменения химического строения ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) с последующими генными и хромосомными мутациями. В этих явлениях и заключается опосредованное (непрямое) действие излучения. При этом следует отметить, что особенность воздействия ионизирующих излучений состоит в том, что в химические реакции, индуцированные реактивными радикалами, вовлекаются сотни и тысячи молекул, не затронутых непосредственно излучением. Таким образом, результат воздействия ионизирующих излучений в отличие от других видов излучений зависит в большей степени от формы, в которой их энергия передается биологическому объекту.

Негативные последствия воздействия ионизирующих излучений на организм человека условно делятся на соматические и генетические. Генетические эффекты воздействия излучений проявляются в отдаленные промежутки времени у потомства облученных. Соматические последствия, в зависимости от степени и характера облучения, могут проявляться непосредственно в виде острой или хронической формы лучевой болезни. Лучевая болезнь, в первую очередь, характеризуется изменением состава крови (уменьшением числа лейкоцитов в крови – лейкопенией), а также появлением тошноты, рвоты и подкожных кровоизлияний, изъязвлений. Острая форма лучевой болезни возникает у человека при однократном облучении свыше 100 P (рентген) – 1 степень лучевой болезни, а при 400 P (3-я степень) наблюдается 50% смертельных случаев, что связано в первую очередь с потерей иммунитета. При экспозиционной дозе свыше 600 Р (4-я степень) погибают 100% облученных. В отношении поражения от ионизирующего излучения природа поставила человека в самые тяжелые условия по сравнению с другими живыми существами. Так, средние смертельные дозы (50%) составляют: обезьяна-550 , кролик - 800, черви - 20000 , а амеба - 100000, вирусы - более 1000000 P.
^ Единицы доз.
Общей единицей (мерой) воздействия ионизирующего излучения на человека является доза. Различают следующие основные виды доз: поглощенная, эквивалентная, эффективная, экспозиционная.

^ Доза поглощенная (D) – величина энергии ионизирующего излучения, переданная веществу:

Где
– средняя энергия, переданная ионизирующим излучением веществу, находящемуся в элементарном объеме,
– масса вещества в этом объеме.

^ Доза эквивалентная (Н) – сумма поглощенных доз в органах или тканях, умноженных на соответствующий взвешивающий коэффициент для данного вида излучения :

где - средняя поглощенная доза в органе или ткани i - того ионизирующего излучения.

Взвешивающие коэффициенты учитывают относительную опасность различных видов излучения в индуцировании неблагоприятных биологических эффектов и зависят от ионизирующей способности излучений. Для различных видов излучения значения взвешивающих коэффициентов составляют:

Фотоны любых энергий, электроны ………………………1

Нейтроны с энергией менее 10 кэВ…………………………5

От 10 кэВ до 100 кэВ……………….10

Альфа-частицы………………………………………………20

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

где - взвешивающий коэффициент для органа или ткани, который характеризует относительный риск на единицу дозы по выходу отдаленных последствий при облучении данного органа по отношению к облучению всего тела. При облучении организма в целом =1, а при облучении отдельных органов составляет: гонады (половые железы) - 0,2; желудок – 0,12; печень – 0,05; кожа – 0,01 и т.д.
- эквивалентная доза в соответствующем органе или ткани.

^ Экспозиционная доза (X) - это количественная характеристика фотонного излучения, основанная на его ионизирующем действии в сухом атмосферном воздухе и представляющая собой отношение суммарного заряда (dQ) ионов одного знака, возникающих в воздухе при полном торможении всех вторичных электронов и позитронов, которые были образованы фотонами в малом объеме воздуха, к массе воздуха (dm) в этом объеме (справедливо для фотонного излучения с энергией до 3 МэВ):

На практике в качестве характеристики ионизирующего излучения широко используется единица рентген (Р), которая является внесистемной единицей экспозиционной дозы (при прохождении излучения через 1 куб.см воздуха создаются ионы, несущие заряд в 1 электростатическую единицу каждого знака). Экспозиционную дозу в рентгенах и поглощенную дозу в радах для биологических тканей можно считать совпадающими с погрешностью до 5%, которая вызвана тем, что экспозиционная доза не учитывает ионизацию, обусловленную тормозным излучением электронов и позитронов.

Единицы измерения доз в системе СИ и внесистемные единицы измерения приведены в таблице 1.

Таблица 1

Доза	Единицы СИ	Внесистемные единицы
Поглощенная	Дж/кг, Грей (Гр)	1 рад=0,01 Гр
Эквивалентная	Грей = Зиверт (Зв)	1 бэр=0,01 Зв
Эффективная	Зиверт = Зиверт (Зв)
Экспозиционная	Кулон/кг, (Кл/кг)	Рентген (Р) 1Р=2,58 ∙ 10 -4 Кл/кг 1 Р = 1 рад = 0,013 Зв (в биол.тканях)

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

Характеристикой активности радионуклида (самопроизвольного распада) является отношение числа спонтанных ядерных превращений, происходящих в источнике за единицу времени. Единицей радиоактивности является беккерель (Бк) . Беккерель равен активности радионуклида в источнике, в котором за время 1с происходит одно спонтанное ядерное превращение. Внесистемная единица активности - кюри (Ки). 1 Ки = 3,700 10 10 Бк Активность радионуклидов зависит от времени. Время, в течение которого распадается половина исходных атомов, называется периодом полураспада. Так, например, период полураспада йода
8,05 суток, а у урана
- 4,5 млрд. лет
^ Нормы радиационной безопасности.
Основным документом, регламентирующим допустимые уровни воздействия излучений на организм человека, в нашей стране, является «Нормы радиационной безопасности» (НРБ - 99). С целью снижения необоснованного облучения нормирование осуществляется дифференцированно для различных категорий облучаемых лиц, в зависимости от условий контакта с источниками излучений и места проживания. Нормы устанавливают следующие категории облучаемых лиц:

Персонал (группы А и Б);

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

Нормы облучения также дифференцированы в отношении различной радиочувствительности органов и частей тела человека.

Предельно допустимая доза (ПДД) - наибольшее значение индивидуальной эквивалентной дозы за год, которое при рaвномерном воздействии в течение 50 лет не вызовет в состоянии здоровья персонала неблагоприятных изменений, обнаруживаемых современными методами.

Предел дозы (ПД) - предельная эквивалентная доза за год для ограниченной части населения. ПД устанавливают меньшим, чем ПДД в 10 раз для предотвращения необоснованного облучения этого контингента людей. Значения ПДД и ПД в зависимости от группы критических органов приведены ниже в таблице 2.

Закономерности биологического эффекта излучения на живую ткань определяют основные принципы защиты - снижение плотности потока излучения и времени его действия. Время контакта с излучением в режиме нормальной эксплуатации установки является регулируемым и контролируемым параметром. Плотность облучающего потока зависит от мощности источника, его физических характеристик и инженерной защиты источника.
Таблица 2.

^ Основные пределы доз

* Примечание: дозы облучения для персонала группы Б не должны превышать ¼ значений для персонала группы А.
^ Защитные мероприятия.
Под инженерной защитой понимают любую среду (материал), расположенную между источником и зоной размещения людей или оборудования для ослабления потоков ионизирующих излучений. Защиту принято классифицировать по назначению, типу, компоновке, форме и геометрии. По назначению защиту подразделяют на биологическую, радиационную и тепловую.

Биологическая защита должна обеспечивать уменьшение дозы облучения персонала до предельно допустимых уровней. При радиационной защите должна быть обеспечена степень радиационных повреждений различных объектов, подвергающихся облучению, до допустимых уровней. Тепловая защита обеспечивает снижение радиационного энерговыделения в защитных композициях до допустимых уровней.

Основными свойствами излучений, определяющими условия безопасности обращения с ними, являются ионизирующая и проникающая способность. Ионизирующая способность излучения отражена в значении взвешивающего коэффициента, а проникающая - характеризуется величиной линейного коэффициента поглощения.

Закон ослабления излучения в веществе, в зависимости от его толщины (х), можно записать в следующем виде:

где n - скорость счета импульсов тока при наличии защитного материала толщиной х, имп/с,

n ф - скорость счета импульсов тока за пределами зоны влияния источника излучения, т.е. фона, имп/с,

n о - скорость счета импульсов тока без защитнoго материала, имп/с.

Из формулы (2) выводим выражение для расчета линейного коэффициента ослабления:

представленной по результатам измерений ослабления излучения за различными толщинами для одного материала. В этом случае эта зависимость будет иметь вид прямой с наклоном определяемым значением линейного коэффициента ослабления, т.е. m = tq а.

Поглощение излучения в веществе зависит от природы излучения, а также от состава и плотности самого вещества. Ниже в таблице 3 представлена зависимость коэффициента ослабления для излучения фотонной природы:

Поглощение корпускулярных ионизирующих излучений происходит значительно интенсивнее фотонных. Это можно объяснить либо наличием у частиц, ионизирующих вещество, электрического заряда, либо при его отсутствии наличием значительной массы ионизирующих частиц (нейтронов). Поглощение корпускулярных излучений удобно характеризовать величиной свободного пробега частиц в веществе.

Таблица 3

Энергия гамма-излучения, МэВ	Коэффициент ослабления, см -1
	Воздух	оргстекло	железо	свинец
0,1	0,198	0,172	2,81	59,9
0,5	0,111	0,006	0,82	1,67
1,0	0,081	0,07	0,45	0,75
2,0	0,057	0,05	0,33	0,51
5,0	0,036	0,03	0,24	0,48
10,0	0,026	0,022	0,23	0,62

В таблице 4 представлены харaктерные значения свободных пробегов частиц в воздухе для a -, b - и протонного излучений.
Таблица 4

Вид ионизирующего излучения	Диапазон энергии, МэВ	Диапазон свободных Пробегов, см
a	4,0 -10,0	2,5-10,6
b	0,01-8,00	22-1400
протонное	1,0-15,0	0,002-0,003

^ Геометрическое ослабление излучений.
Для точечных источников поток излучения, кроме указанной выше закономерности ослабления при прохождении в веществе, будет ослабляться за счет геометрической расходимости, подчиняющейся закону обратных квадратов

,

где I - мощность источника, R - расстояние от источника.

Геометрически источники могут быть точечными и протяженными. Протяженные источники представляют собой суперпозицию точечных источников и могут быть линейными, поверхностными или объемными. Физически точечным можно считать такой источник, максимальные размеры которого много меньше расстояния до точки детектирования и длины свободного пробега в материале источника.

Для точечного изотропного источника определяющую роль в ослаблении плотности излучения в воздухе играет геометрическое расхождение. Ослабление за счет поглощения в воздухе, например, для источника с энергией, равной 1 МэВ на расстоянии 3 м, составляет 0,2%.
^ Регистрация излучений. Оборудование и порядок исследований .
Применяемые в области радиационного контроля приборы по своему назначению подразделяются на дозиметры, радиометры и спектрометры. Дозиметры служат для измерения поглощенной дозы ионизирующего излучения или ее мощности. Радиометры служат для измерения плотности потока излучений и активности радионуклидов. Спектрометры служат для измерения распределения излучений по энергии частиц или фотонов.

Основа регистрации любого вида излучений – его взаимодействие с веществом детектора. Под детектором понимается устройство, на вход которого поступают ионизирующее излучение и на выходе появляются регистрируемый сигнал. Тип детектора определяется природой сигнала - при световом сигнале детектор называется сцинтилляционным, при импульсах тока - ионизационным, при появлении пузырьков пара - пузырьковая камера, а при наличии капелек жидкости - камера Вильсона. Вещество, в котором происходит преобразование энергии ионизирующего излучения в сигнал, может быть газом, жидкостью или твердым телом, что и дает соответствующее название детекторам: газовые, жидкостные и твердотельные.

В данной работе применяется прибор, совмещающий функции дозиметра и радиометра - переносной геологоразведочный СРП-68-01. Прибор состоит из выносного блока детектирования БДГЧ-01, переносного пульта, который содержит схему измерения и стрелочный прибор.

В СРП-68-01 используется сцинтилляционный детектор на основе неорганического монокристалла натрий-йод (NaI). Принцип работы детектора заключается в следующем. Излучение, взаимодействуя с веществом сцинтиллятора, создает в нем вспышки света. Фотоны света попадают на фотокатод и выбивают из него фотоэлектроны. Ускоренные и умноженные электроны собираются на аноде. Каждому электрону, поглощенному в сцинтилляторе, соответствует импульс тока в анодной цепи фотоэлектронного умножителя, следовательно, измерению может подлежать как среднее значение анодного тока, так и число импульсов тока в единицу времени. В соответствии с этим различают токовый (интегрирующий) и счетный режимы сцинтилляционного дозиметра.

Стрелочный прибор в измерительном комплексе позволяет снимать значения для двух режимов работы дозиметра:

Мощность экспозиционной дозы, мкР/ч;

Средняя скорость счета импульсов тока, имп/с.

В качестве источника ионизирующего излучения в работе используется контрольная калибровочная метка, которая содержит радионуклид 60 Co с энергией гаммa - квантов:1.17 МэВ и 1.37 МэВ.

Экспериментальные исследования выполняются на лабораторном стенде, основу которого составляет сцинтилляционный геологоразведочный прибор СРП-68-01. Схема стенда представлена на рис. 1 и 2.

Рис.1. Блок-схема установки

Здесь: 1 - переносной пульт измерения; 2 –измерительная линейка; 3 –исследуемые материалы, 4 - радиоактивный источник; 5 -трубка детектора; 6 - защитный экран.

Рис. 2. Передняя панель измерительного прибора.

Здесь: 1 - переключатель рода работ; 2 - переключатель пределов и режимов измерений; 3 - измерительная шкала пересчетного прибора; 4 - регулятор уровня звукового сигнала.

Следует заметить, что число актов радиационного распада и число зарегистрированных радиометром импульсов тока являются случайными величинами, подчиняющимися закону Пуассона. По этой причине каждое измерение следует повторять пять раз с интервалом в минуту и за результат принимать среднее значение.

Для подготовки установки к измерениям необходимо:

• 
  включить пульт измерения путем установки переключателя рода работ (п.1 на рис.2) в положение «5»;
• 
  освободить измерительное окно на радиоактивном источнике, сняв защитный экран.

Порядок измерения

1. Измерения мощности экспозиционной дозы в зависимости от расстояния от источника излучений:

Установить переключатель пределов и режимов измерений (п.2 на рис.2) в нижнее положение «mR/ч», в котором измеряется мощность экспозиционной дозы в мкР/ч;

Снять значения мощности экспозиционной дозы с измерительной шкалы пересчетного прибора (п.3 на рис.2), двигая трубку детектора (п.2 на рис.1) вдоль измерительной линейки, в зависимости от расстояния до кассеты в соответствии с вариантом задания. Измерения при расстояниях более 60 см необходимо выполнить дополнительно на режимах измерения - имп/с, т.е. переключатель пределов и режимов измерений (п.2 на рис.2) необходимо установить в положение (S -1). При этом расстоянии значения мощности экспозиционной дозы и скорости счета будут соответствовать уровню фона в помещении.

Установить трубку детектора вдоль измерительной линейки на расстоянии 1,5 см от источника излучения и трубка должна находится в этом положении постоянно в течении всей серии измерений по п. 2 (для обеспечения одинаковой степени ослабления излучения из-за геометрической расходимости);

Установить переключатель пределов и режимов измерений (п.2 на рис.2) в положение «S -1 », в котором идет счет импульсов тока в имп/с;

Снять значение плотности потока в отсутствии защитных материалов между измерительным окном и детектором;

Снять значение плотности потока для различных образцов материалов в соответствии с вариантом задания, устанавливаемых между измерительным окном и детектором;

Снять значение плотности потока для различных материалов в соответствии с вариантом задания, устанавливаемых между измерительным окном и детектором. При этом образец необходимой толщины собирается из ряда образцов.
^ Обработка результатов опытов и расчетные задания

1. 
   Измерения мощности экспозиционной дозы в зависимости от расстояния от источника излучений:

- построить график изменения мощности экспозиционной дозы в зависимости от расстояния от источника излучения;

2. Измерения плотности потока гамма - квантов за слоем защитных материалов:

^ Условия безопасности при проведении работ.

Активность источника по паспорту составляла 0,04 мкKu. Источник защищен свинцовым экраном, обеспечивающий мощность эквивалентной дозы на поверхности не более 0,6 мкЗв/ч, и на расстоянии 0,4м от источника уровень излучения от него близок к фону. Указанные параметры источника и условия его защиты в соответствии с НРБ -96 обеспечивают безопасность исполнителя в ходе выполнения исследований.

^ ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ

Параметры	Значения по вариантам
	1	2	3	4
Измерения по п.1 Значения расстояний от источника излучений до детектора, см	0; 4; 8;15; 25;45;70	0; 5; 10;20; 35; 50; 75	0; 6; 12; 18;25;40;65	0;4;9;18; 28;40;65
Измерения по п.2 Наименование защитных материалов и значения толщин, мм	Орг.стек. -15	Орг.стек.	Орг.стек. -15	Орг.стек
Расчет эффективной дозы: Расстояние до источника излучения, см Время облучения, час

^ Вопросы для самоконтроля
1. Какие известны группы ионизирующих излучений? Какие существуют ионизирующие излучения? Их основные характеристики.

2. Воздействие ионизирующих излучений на биологическую ткань. Особенности этого воздействия.

3. Признаки лучевой болезни. Степени лучевой болезни.

4. От чего зависит степень воздействия ионизирующих излучений на организм человека?

5. Дозы ионизирующих излучений. Их физический смысл. Единицы измерения доз. Соотношения между единицами доз.

6. Нормирование ионизирующих излучений. От чего зависят предельно допустимые дозы.

7. Что понимается под инженерной защитой от ионизирующих излучений?

8. Какие материалы обеспечивают наилучшую защиту от воздействия
частиц, частиц, излучения и почему?

9. Какие известны методы регистрации ионизирующих излучений?
Ефремов С.В., Малаян К.Р., Малышев В.П., Монашков В.В. и др.

Безопасность . Лабораторный практикум.
Учебное пособие

Корректор

Технический редактор

Директор Издательства Политехнического университета ^ А.В. Иванов

Лицензия ЛР №020593 от 07.08.97

Налоговая льгота – Общероссийский классификатор продукции

ОК 005-93, т. 2; 95 3005 – учебная литература

Подписано в печать 2011. формат 60х84/16.

Усл.печ.л. . Уч.изд.л. . Тираж 200. Заказ

_________________________________________________________________________

Санкт-Петербургский государственный политехнический университет.

Издательство Политехнического университета,

Член Издательско-полиграфической ассоциации университетов России.

Адрес университета и издательства:

195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29.