Ионизирующие излучения

Ионизирующее излучение –излучение, которое создается при радиоактивном распаде, ядерных превращениях, торможении заряженных частиц в веществе и образует при взаимодействии со средой ионы разных знаков. Другими последствиями этого взаимодействия являются: упругое соударение и возбуждение атомов. Процесс ионизации является наиболее важным эффектом, на котором построены почти все методы дозиметрии ядерных излучений. Радиоактивный распад приводит к образованию корпускулярных (a, β, нейтронное излучение) и фотонных излучений (g и рентгеновское)

Источник ионизирующего излучения - радиоактивное вещество или устройство, испускающее или способное испускать ионизирующее излучение. Источниками ионизирующего излучения в природе являются: космические излучения, радиоактивные нуклиды, распределенные в земле, воде, продуктах питания, растениях, животных и человеке. Естественный радиационный фон – неотъемлемый фактор окружающей среды, играющий важную роль в жизнедеятельности человека. Техногенный фон создается в процессе преобразовательной деятельности человека - это медицинские обследования; радон, накапливаемый зданиями; атомная энергетика и радиоактивные отходы; строительные материалы; полеты в авиалайнерах; бытовая техника (телевизоры и т.п.), ядерные взрывы и др. Таблица 10.2.1. Вклад различных источников излучения в облучение организма человека составляет (%)

Медицинское облучение	51, 5
Природный радиационный фон	43, 4
Ядерные испытания	2, 5
Стройматериалы	2, 0
Полеты в авиалайнерах	0, 3
Телевизоры	0, 28
Атомная энергетика	0, 08

Радиоактивное вещество- вещество в любом агрегатном состоянии, содержащее радионуклиды с активностью, на которые распространяются требования Норм и Правил радиационной безопасности.

Активность (А)- мера радиоактивности какого-либо количества радионуклида, находящегося в данном энергетическом состоянии в данный момент времени:

где dN - ожидаемое число спонтанных ядерных превращений из данного энергетического состояния, происходящих за промежуток времени dt. Единицей активности является беккерель (Бк). Использовавшаяся ранее внесистемная единица активности кюри (Кu) составляет 3, 7 10¹⁰ Бк.

Альфа-излучение (a-излучение) -ионизирующее излучение, состоящее из ядер гелия, испускаемых при ядерных превращениях. Длина пробега a-частицы в воздухе от 2 до 12 см, при этом на 1 см пути образуется около 50000 пар ионов. С повышением плотности материала проникающая способность излучения резко уменьшается, а количество пар ионов на 1 см пробега резко возрастает. α -частицы можно задерживать плотным листом бумаги. Человеческая кожа является для них непреодолимым препятствием. Опасны a-частицы при внутреннем облучении.

Бетта-излучение (b-излучение) -электронное (и позитронное) ионизирующее излучение с непрерывным энергетическим спектром, испускаемое при ядерных превращениях. Длина пробега электрона в воздухе достигает 169 см, а в биотканях 2, 5 см, при этом он создает в воздухе всего 50 пар ионов на 1 см пути. Поток b-частиц эффективно замедляется металлической фольгой.

Излучение нейтронное –излучение, обусловленное крупными незаряженными частицами - нейтронами, которые сами по себе не вызывают ионизации, но, взаимодействуя с веществом, создают наведённую радиоактивность в материалах или тканях, сквозь которые они проходят. Представляют большую опасность для живых организмов. Чувствительность живых существ к облучению тем выше, чем сложнее их организм. Ослабление нейтронного излучения эффективно осуществляется водородом, водой, парафином, полиэтиленом и др.

Гамма-излучение (g-излучение) и рентгеновское излучение–коротковолновые электромагнитные (фотонные) излучения ядерного происхождения. Длина волны g-излучения 10^-8см. Обладает большой проникающей способностью, половину энергии теряют при прохождении в воздухе 4-5 км. Могут вызывать лучевое поражение организма, вплоть до его гибели. Замедление рентгеновского и g-излучения наиболее эффективно происходит на тяжелых элементах: свинце, железе, тяжелом бетоне, воде и др. материалах.

Биологическое действие ионизирующих излучений – биохимические, физиологические, генетические и др. изменения, возникающие в живых клетках и организмах в результате действия ионизирующих излучений. В основе биологического действия излучений лежат процессы ионизации и возбуждения молекул, радиационно-химические реакции, изменяющие функции биополимеров, главным образом ДНК (рис. 10.2.1.). При значительных дозах облучения усиливаются генетические изменения и различные неблагоприятные последствия, вплоть до гибели клеток и организмов.

Рис.10.2.1. Биологическое действие ионизирующих излучений

Внутреннее облучениепроисходит при попадании радионуклидов с воздухом, водой, пищей, через поврежденную кожу. Является для человека более опасным, т.к. происходит контактное облучение, резко увеличивается доза облучения, зависящая от времени действия радионуклида в организме, в облучении участвуют наиболее активные a-частицы, радиоактивные вещества избирательно концентрируются в отдельных органах, усиливая локальное облучение. Последствия внутреннего облучения более тяжелые.

Внешнее облучение –облучение от источника, находящегося вне организма. Этот путь облучения связан с

и рентгеновскими излучениями, а также некоторыми высоко энергитическими β -частицами, способными проникать в поверхностные слои кожи. Биологическое действие разных видов излучений различно. Основной дозиметрической величиной для оценки возможного ущерба здоровью является эквивалентная доза.

Лучевая болезнь –заболевание, возникающее при воздействии на организм ионизирующих излучений в дозах, превышающих предельно допустимые. Острые поражения развиваются при однократном равномерном облучении всего тела и поглощенной дозе 0, 25 Гр. При дозе 0, 25-0, 5 Гр могут наблюдаться скоропроходящие изменения в крови. При дозе 1, 5-2, 0 Гр возникает легкая форма лучевой болезни (тошнота, рвота в первые сутки после облучения, продолжительная лимфопения). При дозе 2, 5-4, 0 Гр возникает лучевая болезнь средней тяжести с возможным 20% смертельным исходом. Доза 4, 0-6, 0 Гр вызывает тяжелую форму лучевой болезни с 50% смертельным исходом. Доза 6 Гр является, безусловно, смертельной.

Естественный радиационный фон –эквивалентная доза ионизирующего излучения, создаваемая космическим излучением и излучением естественно распределенных природных радионуклидов в поверхностных слоях Земли, приземной атмосфере, продуктах питания, воде, в организме человека. Естественный радиационный фон на уровне моря определяется в пределах 0, 5 мГр/год, на высоте 1500 м уже в пределах 1 мГр/год. Допустимое значение эффективной дозы от суммарного воздействия природных источников для населения не устанавливается. Снижение облучения достигается путем установления системы ограничений на облучение населения от отдельных природных источников излучения. При проектировании новых зданий жилищного и общественного назначения предусматривают, чтобы среднегодовая активность продуктов радона не превышала 100 Бк/м³, а мощность эффективной дозы гамма-излучения не превышала мощность дозы на открытой местности более чем на 0, 2 мкЗв/ч.

Гигиеническое нормирование –осуществляется: - СанПиН 2.6.1.2523-09 (НРБ-99/2009) «Нормы радиационной безопасности»; - СП2.6.1.799-99 «Основные санитарные правила обеспечения радиационной безопасности». Нормы устанавливают основные дозовые пределы облучения (допустимая доза облучения) и допустимые уровни многофакторного воздействия и контрольные уровни для трех категорий населения. При нормировании учитывают как детерминированный (пороговый) эффект (табл.3) действия радиации, так и стохастический (беспороговый).

Таблица 10.2.2. Основные пределы доз

Нормируемые величины	Пределы доз
персонал (группа А)	население
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 глаза	150 мЗв	15 мЗв
коже	500 мЗв	50 мЗв
кистях и стопах	500 мЗв	50 мЗв

Пределы доз персонала группы Б равны 1/4 значений для персонала группы А.

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

При проведении профилактических медицинских рентгенологических исследований и научных исследований практически здоровых лиц годовая эффективная доза облучения этих лиц не должна превышать 1 мЗв.

Детерминированный эффект - радиационный эффект (табл. 10.2.3.), который обязательно возникнет при облучении индивидуума в дозе, превышающей пороговую. Тяжесть проявления эффекта возрастает с увеличением дозы. Каждый эффект имеет свою пороговую дозу, однако, она в ограниченной степени может также зависить от облучаемого индивидуума.

Таблица 10.2.3.

Дозовые пороги возникновения некоторых детерминированных эффектов облучения

Состояние	При кратко-временном облучении, Зв	При хроническом многолетнем облучении, Зв/год
Легкое угнетение кроветворения (лейкоцитопения, нарушение иммунитета)	0, 15	0, 40
Временная стерильность мужчин	0, 15	0, 40
Постоянная стерильность мужчин	3, 5-6, 00	2, 00
Постоянная стерильность женщин	2, 5-6, 00	0, 2 (после накопления дозы ≥ 6 Зв)
Помутнение хрусталика глаза	5, 00	0, 15 (после накопления дозы ≥ 8, 00 Зв)
Легкая степень лучевой болезни (гамма и рентгеновское облучение)	1..2
Тяжелая лучевая болезни, гибель 50% (гамма и рентгеновское облучение)	4..6
Кишечная форма лучевой болезни (гамма и рентгеновское облучение)	≥ 10

Стохастический эффект –беспороговый эффект, вероятность развития которого увеличивается при больших дозах, а тяжесть проявления от дозы не зависит. Стохастические эффекты могут быть соматическими (рак, лейкемия) или генетическими и имеют, как правило, отдаленные по времени (до 30-40 лет) последствия.

Категории населения – согласно НРБ-99: категория А – лица, которые постоянно или временно работают непосредственно с источниками ионизирующих излучений; категория Б – лица, которые не работают непосредственно с источниками ионизирующего излучения, но по условиям проживания или размещения рабочих мест могут подвергаться воздействию радиоактивных веществ и др. источников излучения, применяемых в учреждении или удаляемых во внешнюю среду; категория В – население страны, республики, края, области.

Доза облучения –количество энергии ионизирующего излучения, поглощаемой в 1г вещества, характеристика радиационной опасности. Различают: экспозиционную, поглощенную, эквивалентную и эффективную дозу.

Экспозиционная доза –характеризует излучение по эффекту ионизации и выражает энергию излучения, преобразованную в кинетическую энергию заряженных частиц, в единице массы атмосферного воздуха. Выражается в кулонах/килограмм (Кл/кг) в системе СИ. Внесистемной единицей гамма или рентгеновского излучения является рентген (Р).

Рентген –внесистемная единица экспозиционной дозы. 1Р соответствует образованию 2, 1. 10⁹ пар ионов в 1см³ воздуха при 0^оС и давлении 760 мм рт. ст. 1Р=2, 58.10^-4Кл/кг.

Поглощенная доза (D)- величина энергии ионизирующего излучения, переданная веществу:

где de - средняя энергия, переданная ионизирующим излучением веществу, находящемуся в элементарном объеме, а dm - масса вещества в этом объеме. Энергия может быть усреднена по любому определенному объему, и в этом случае средняя доза будет равна полной энергии, переданной объему, деленной на массу этого объема. В единицах СИ поглощенная доза измеряется в джоулях, деленных на килограмм (Дж/кг), и имеет специальное название - грей (Гр). Использовавшаяся ранее внесистемная единица 1 рад равна 0, 01 Гр.

Грей – единица поглощённой дозы излучения в СИ, обозначается Гр. Названа в честь английского ученого Грея. 1 Гр равен энергии в 1 Дж, поглощенной в 1 кг вещества. 1 Гр = 1 Дж/кг = 100 рад. Доза излучения 3-5 Гр является смертельной для 50% облученных – смерть наступает в течение одного-двух месяцев вследствие поражения клеток костного мозга. Доза облучения 10-50 Гр – на 100% смертельна, смерть наступает через одну-две недели от кровоизлияния в желудочно-кишечный тракт. Доза 100 Гр вызывает смерть в результате поражения центральной нервной системы в течение нескольких часов или дней.

Эквивалентная доза (H_{T, R}) - поглощенная доза в органе или ткани, умноженная на соответствующий взвешивающий коэффициент для данного вида излучения, W_R:

где D_{T, R} - средняя поглощенная доза в органе или ткани, а W_R - взвешивающий коэффициент для излучения R. При воздействии различных видов излучения с различными взвешивающими коэффициентами эквивалентная доза определяется как сумма эквивалентных доз для этих видов излучения.

Единицейэквивалентной дозы является зиверт (Зв).

Взвешивающие коэффициенты для отдельных видов излучения при расчете эквивалентной дозы (W_R) - используемые в радиационной защите множители поглощенной дозы, учитывающие относительную эффективность различных видов излучения в индуцировании биологических эффектов (табл. 10.2.4.). Таблица 10.2.4. Значения коэффициентов при внешнем облучении

Фотоны любых энергий
Электроны и мюоны любых энергий
Нейтроны с энергией менее 10 кэВ
от 10 кэВ до 100 кэВ
и от 2 МэВ до 20 МэВ
от 100 кэВ до 2 МэВ
более 20 МэВ
Протоны с энергией более 2 МэВ, кроме протонов отдачи
Альфа-частицы, осколки деления, тяжелые ядра

Зиверт –единица эквивалентной дозы в СИ. Представляет собой единицу поглощённой дозы, умноженную на коэффициент, учитывающий радиационную опасность для организма разных видов излучения. 1 Зв = 1 Дж/кг (для рентгеновского, g и b - излучений). Названа в честь физика Р. Зиверта.

Бэр – биологический эквивалент рентгена (бэр), внесистемная единица эквивалентной дозы ионизирующего излучения. 1бэр = 0, 01Дж/кг=0, 01 Зв.

Эффективная доза (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 сумму произведений эквивалентной дозы в органах и тканях на соответствующие взвешивающие коэффициенты:

где H_T - эквивалентная доза в органе или ткани T, а W_T - взвешивающий коэффициент для органа или ткани T. Единица эффективной дозы - зиверт (Зв).

Взвешивающие коэффициенты для тканей и органов при расчете эффективной дозы (W_T) - множители эквивалентной дозы в органах и тканях, используемые в радиационной защите для учета различной чувствительности разных органов и тканей в возникновении стохастических эффектов радиации (табл. 10.2.5.) Таблица 10.2.5. Взвешивающие коэффициенты для тканей и органов

Гонады	0, 20
Костный мозг (красный), толстый кишечник, легкие, желудок	0, 12
Мочевой пузырь, грудная железа, печень, пищевод, щитовидная железа	0, 05
кожа, клетки костных поверхностей	0, 01

Мощность дозы - доза излучения за единицу времени (секунду, минуту, час).

Защита от ионизирующих излучений – базируется на четырех принципах: защита количеством – предполагает проведение работы с минимальным количеством радиоактивного вещества, если это возможно; защита временем – имеет целью ограничить время нахождения человека в радиационной обстановке при проведении ремонтных или аварийных работ, а также при посещении необслуживаемых помещений с обязательным радиационным контролем и ограничением получаемой дозы в пределах установленных нормами; защита расстоянием – используется при небольших дозах излучения и основывается на удалении рабочих мест от источника, излучение которого ослабляется атомами воздуха, достигается за счет дистанционного управления или автоматизации процессов, как самостоятельная мера или в сочетании с экранированием; защита экранами – устраивается при значительной радиоактивности источника излучений. На основании закона ослабления излучения в веществе подбирается материал защиты и рассчитывается толщина и конфигурация экрана. Наибольшая толщина экрана требуется для защиты от рентгеновского и гамма-излучения, а также потока нейтронов, особенно с энергией более 0, 1 МэВ. Конструктивно экраны могут решаться в виде глобальных или локальных защит, размещаемых стационарно или в передвижном виде, а также в виде средств индивидуальной защиты: передники, костюмы из просвинцованной резины. Различают средства коллективной защиты от внешнего и внутреннего облучения. Средства защиты от внешнего облучения по конструктивному исполнению подразделяются на: - оградительные устройства - сухие, жидкостные, смешанные стационарные или передвижные; - предупредительные устройства - дисциплинирующие и ограничительные барьеры. Средства защиты от внутреннего облучения в зависимости от способа защиты подразделяются на: - герметизирующие устройства: защитные камеры, защитные боксы, защитные сейфы, капсулы; - защитные покрытия лакокрасочные, полимерные, металлические, керамические, стеклянные; - устройства очистки воздуха и жидкостей вентиляционные, фильтрующие, конденсационные; фиксирующие; - средства дезактивации: дезактивирующие растворы и сухие материалы.

Контроль радиационный - получение информации о радиационной обстановке в организации, в окружающей среде и об уровнях облучения людей (включает дозиметрический и радиометрический контроль).

Дозиметрические приборы (дозиметры)– устройства, предназначенные для измерения доз ионизирующих излучений или величин, связанных с дозами, могут служить для измерения доз одного вида излучений или смешанного излучения.

Санитарно-защитная зона- территория вокруг радиационного объекта, на которой уровень облучения людей в условиях нормальной эксплуатации техногенных источников ионизирующего излучения может превысить установленный предел дозы облучения населения.

Дезактивация- удаление или снижение радиоактивного загрязнения с какой-либо поверхности или из какой-либо среды. Дезактивация сооружений, транспорта и специальной техники достигается сметанием, стряхиванием, обмыванием водой, моющими растворами. Для дезактивации применяют различные вещества (вода, моющие растворы, сорбенты и др.) и технические средства, например, специальные машины и приборы, машины коммунального хозяйства, сельскохозяйственную технику и т.д. Особое значение в условиях массированного ядерного удара имеет дезактивация в результате естественного радиоактивного распада.

Ионы в атмосфере –атмосферные ионы, электрически заряженные частицы, находящиеся в атмосфере. Возникают в верхних слоях атмосферы под действием преимущественно ультрафиолетового и корпускулярного излучений Солнца, а в нижних слоях атмосферы в основном благодаря радиоактивному излучению, космическим лучам и др., вызывающим ионизацию нейтральных молекул или атомов. В результате образуются свободные электроны и положительно заряженные молекулы (атомы) – положительные ионы. В 1см³ чистого воздуха у поверхности Земли содержится 500-1000 легких ионов, причем положительно заряженных обычно на 10-20% больше, чем заряженных отрицательно. С высотой концентрация и подвижность лёгких ионов в тропосфере возрастают; на высоте 10 км, например, их концентрация может превышать указанную величину приблизительно в 10 раз. В городах и индустриальных районах концентрация тяжелых ионов может доходить до 100 000 в 1 см³; одновременно с ростом числа тяжелых ионов в атмосфере уменьшается концентрация легких ионов: она может упасть до 10 в 1 см³. Концентрация легких и тяжелых ионов неодинакова в различных географических пунктах, она меняется и в течение суток и года. Обычно концентрация легких ионов максимальна рано утром и минимальна в полдень; в летнее время легких ионов больше, чем в зимнее. Много ионов возникает около водопадов, фонтанов, а также при коронировании острых предметов в сильных электрических полях (во время грозы или сильной бури и др.); электропроводность воздуха также зависит от числа лёгких ионов. Увеличение числа отрицательных ионов стимулирует активность людей, с ростом числа положительных ионов связаны большая утомляемость, появление головных болей. Концентрация ионов в атмосфере может быть измерена с помощью счетчиков ионов, а распределение концентраций по подвижности определяется с помощью ионных спектрометров.

Вопросы для подготовки к тестированию: 1. От чего зависит степень воздействия на организм человека ЭМП промышленного диапазона? 2. Какими значениями напряженности электрического поля ограничивают воздействие на человека ЭМП промышленного диапазона в районе жилой застройки, внутри помещений, на рабочем месте? 3. Какое воздействие оказывают на организм человека ЭМП промышленного диапазона? 4. На какие группы подразделяют ЭМИ радиочастотного диапазона для нормирования воздействий? 5. Какие органы человека особенно чувствительны к воздействию ЭМИ радиочастотного диапазона? 6. Какие изменения происходят в организме при длительном воздействии ЭМИ радиочастотного диапазона? 7.Какие ЭМИ радиочастотного диапазона оказывают на организм человека особенно сильное воздействие и какое? 8. Какие меры защиты от ЭМП и ЭМИ применяют? 9. Какие материалы используют в качестве экранов, отражающих ЭМИ? 10. Какие материалы используют в качестве экранов, поглощающих ЭМИ? 11. Какое биологическое действие оказывают ионизирующие излучения на организм человека? 12. Что такое стохастический эффект? 13. Что такое детерминированный эффект? 14. Для каких групп населения устанавливают пределы доз НРБ-99? 15.По какому эффекту определяется, и в каких единицах измеряется доза экспозиционная? 16. Что показывает, и в каких единицах измеряется поглощенная доза? 17. По какому эффекту определяется, и в каких единицах измеряется эквивалентная доза? 18. Что показывает, и в каких единицах измеряется эффективная доза? 19. На каких принципах базируется защита от ионизирующих излучений? 20. Какие экраны используют для защиты от a, β, ϒ, нейтронных и рентгеновских излучений?

© 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.