Методические указания по рад. гигиене_2007. Исследование объектов окружающей среды. Приборы для определения объемной и удельной активности объектов окружающей среды. Радиометрия
 Скачать 7.3 Mb.
|
|
Комптоновский эффект – энергия кванта частично поглощаются веществом, в результате образуется электрон и рассеянное излучение, энергия которого всегда меньше энергии первичного излучения. При этом эффекте происходит рассеяние падающего фотона излучения электроном атома, которому передается лишь часть энергии фотона.  Рис. 3. Схема Комптон-эффекта Так как направление движения фотона отличается от первоначального, то говорят о рассеянии фотона на электроне. В дальнейшем фотон может вновь претерпевать Комптон-эффект и т. д. Поэтому в отличие от фотоэлектронов энергия электронов отдачи, образующихся при эффекте Комптона, изменяется в широких пределах (от нуля до некоторого максимального значения). Средняя их энергия возрастает с увеличением энергии падающего излучения. Доля энергии, поглощенной комптоновскими электронами, в общем количестве поглощенной энергии увеличивается с жесткостью излучения. 3. Наконец, третий вид взаимодействия излучения с веществом - эффект образования заряженных пар - характеризуется возможностью превращения γ-кванта большой энергии (>1,02 Мэв) в пару частиц - электрон и позитрон. Энергия гамма-кванта преобразуется в энергию заряженных частиц - электрона и позитрона (при большой энергии гамма-кванта). Этот процесс вызывается столкновением γ-кванта с какой-либо заряженной частицей, например атомным ядром, в поле которой и образуется электронно-позитронная пара. Относительный вклад этого вида взаимодействия изменяется пропорционально Z3 и поэтому для тяжелых элементов он больше, чем для легких.  Рис. 4. Схема образования электронно-позитронных пар Следовательно, в зависимости от энергии падающего излучения преобладает тот или иной вид его взаимодействия с веществом. В большинстве случаев при облучении биологических объектов энергия используемого электромагнитного излучения находится в диапазоне 0,2–2 МэВ, поэтому наибольшей вероятностью обладает Комптон-эффект. По радиобиологической характеристике R- и гамма-излучения относятся к редкоионизирующим. Это проникающие излучения, имеют большие значения длины свободного пробега, который зависит от энергии излучения (в воздухе - до несколько км, в теле человека ослабляется в 3-4 раза). Средняя длина их пробега в веществе зависит также от его плотности. Она минимальна в материалах, подобных свинцу, используемых обычно в качестве защитных экранов.Защита от проникающего излучения основана на использовании материалов, содержащих тяжелые элементы - свинец, обедненный уран. Для стационарной защиты применяется монолитный гидратированный бетон, в рентгеновских кабинетах - баритовая штукатурка. Нейтроны. В отличие от заряженных частиц, нейтроны не несут электрического заряда, что позволяет им беспрепятственно проникать в глубь атомов; достигая ядер, они либо поглощаются ими, либо отталкиваются от них. При упругом рассеянии на ядрах углерода, азота, кислорода и других элементов, входящих в состав тканей, нейтрон теряет лишь 10–15% энергии, а при столкновении с почти равными с ним по массе ядрами водорода – протонами, энергия нейтрона уменьшается в среднем вдвое, передаваясь протону отдачи. Поэтому вещества, содержащие большое количество атомов водорода, – графит, вода, парафин – используют для защиты от нейтронного излучения; в них нейтроны быстро растрачивают свою энергию и замедляются. В результате такого упругого рассеяния образуются сильно ионизирующие протоны больших энергий. Атомные ядра при поглощении нейтронов становятся неустойчивыми и, распадаясь, порождают протоны, α-частицы и фотоны γ-излучения, также способные производить ионизацию. При таких ядерных реакциях могут образоваться радиоактивные изотопы элементов и возникнуть наведенная радиоактивность, в свою очередь тоже вызывающая ионизацию. Ионизируют вещество, наконец, и сами ядра отдачи, возникающие при ядерных превращениях. Таким образом и при нейтронном облучении конечный биологический эффект связан с ионизацией, производимой опосредованно вторичными частицами или фотонами. Следовательно, преимущественный вклад того или иного вида ядерного взаимодействия нейтронов зависит от их энергии, а также от состава облучаемого вещества. По величине энергии различают четыре вида нейтронов. 1. Быстрые нейтроны – с энергией более 100 кэВ. К быстрым относят прежде всего нейтроны деления, образующиеся в ядерных реакторах при делении ядер U, a также при спонтанном распаде 252Cf. Нейтроны деления обладают широким спектром энергий с модальной величиной 1 МэВ. Быстрые нейтроны получают и в циклотронах в результате бомбардировки дейтронами (ускоренными до энергии в несколько МэВ) бериллиевой мишени. В зависимости от энергии дейтронов образуются нейтроны соответствующих энергий. Наконец, в результате ядерной реакции, возникающей при облучении тритиевой мишени пучками дейтронов, ускоренных до энергии около 300 кэВ, образуются практически моноэнергетические нейтроны с энергией 14 МэВ. 2. Промежуточные нейтроны имеют энергию от 100 до 1 кэВ. 3. Энергия медленных нейтронов – меньше 1 кэВ. 4. Тепловые нейтроны обладают энергией теплового движения, которая составляет при комнатной температуре всего около 0,025 эВ. Наибольшее практическое значение в радиобиологии имеют быстрые нейтроны. Все остальные, однако, образуясь по мере замедления в тканях быстрых нейтронов, также вносят свой вклад в общий процесс поглощения энергии. Нейтроны относят к плотноионизирующим излучениям, так как протоны отдачи обладают выраженной ионизирующей способностью, а ЛПЭ более 10 кэВ/мкм. Однако их возникновение происходит на большой глубине из-за высокой проникающей способности нейтронов. Итак, все виды ионизирующих излучений сами или опосредованно вызывают возбуждение или ионизацию атомов и молекул биосистем. Однако при облучении объектов разными видами ионизирующей радиации в равных дозах возникают количественно, а иногда и качественно различные биологические эффекты, что связано с пространственным распределением выделяющейся при взаимодействии энергии в облучаемом микрообъеме, т. е. с ЛПЭ и с характером взаимодействия. ДОЗЫ ИЗЛУЧЕНИЯ Доза есть количественная характеристика излучения и определяется энергией, поглощенной веществом. Поглощенная доза - фундаментальная дозиметрическая величина - есть количество энергии излучения, поглощенное единицей массы облучаемого тела. В системе СИ поглощенная доза измеряется в Дж/кг и имеет специальное название - Грей (Гр), производные единицы – миллигрей (мГр), микрогрей (мкГр). Использовавшаяся ранее внесистемная единица «рад» равна 0,01 Гр. D = de/dm, где de - средняя энергия, переданная ионизирующим излучением веществу, находящемуся в элементарном объеме, a dm - масса вещества в этом объеме. Но эта величина не учитывает того, что при одинаковой поглощенной дозе разные виды излучения вызывают разный биологический эффект. Поэтому введено понятие эквивалентная доза - это поглощенная доза, умноженная на коэффициент, отражающий способность данного вида излучения повреждать ткани организма (взвешивающий коэффициент) HT,R = DT,R × WR где: DT,R - средняя поглощенная доза в органе или ткани Т, WR - взвешивающий коэффициент для излучения R. При воздействии различных видов излучений с различными взвешивающими коэффициентами эквивалентная доза определяется как сумма эквивалентных доз этих излучений: HT = ∑ HT,R Единицей измерения эквивалентной дозы является Зиверт (Зв), производные единицы – миллизиверт (мЗв), микрозиверт (мкЗв). Специальная (внесистемная) единица – Бэр, которая равна 0,01 Зв. Взвешивающий коэффициент выступает как регламентированное значение относительной биологической эффективности (ОБЭ). ОБЭ определяется отношением дозы рентгеновского излучения к дозе любого другого вида излучения, вызывающей тот же биологический эффект. Например, гибель культуры клеток в эксперименте вызывают 10 Гр рентгеновского излучения и 0,5 Гр альфа-излучения. Значит, ОБЭ = DR/Dα = 10/0,5 = 20. Таким образом ОБЭ = 20 означает, что биологический эффект при воздействии альфа-излучения в 20 раз выше, чем рентгеновского излучения. Относительная биологическая эффективность находится в прямой зависимости от линейной передачи энергии (ЛПЭ). При воздействии ионизирующего излучения на организм человека следует учитывать и другие факторы, например, равномерность или неравномерность облучения, распределение дозы во времени, пол, возраст, соматическое состояние и т.д. Концепция ОБЭ, таким образом, применима только в радиобиологии. Для нормирования же в радиационной гигиене используется взвешивающий коэффициент (WR). Значения взвешивающих коэффициентов составляют 1 (для фотонов и электронов), 20 (для альфа-частиц и тяжелых ядер отдачи), от 5 до 20 для нейтронов в зависимости от их энергии. Эффективная доза (E) - величина, используемая как мера риска возникновения отдаленных последствий облучения всего тела человека и отдельных его органов с учетом их радиочувствительности. Она представляет сумму произведений эквивалентной дозы в органе (H) на соответствующий взвешивающий коэффициент для данного органа или ткани: E = ΣHT × WT , где: E - эффективная доза; HT - эквивалентная доза в ткани Т; WT - взвешивающий коэффициент для ткани Т. Единица измерения эффективной дозы - Зиверт (Зв). Нормами радиационной безопасности (НРБ 99) также определены понятия «доза на орган», «доза эквивалентная или эффективная ожидаемая», «доза эффективная коллективная». Доза эффективная коллективная - мера коллективного риска возникновения стохастических эффектов облучения; она равна сумме индивидуальных эффективных доз. Единица эффективной коллективной дозы - человеко-зиверт (чел.-Зв). МОЩНОСТЬ ДОЗЫ - отношение приращения дозы (поглощенной, эквивалентной, эффективной) dD, dH, dE за интервал времени dt к этому интервалу времени: D=dD/dt (Гр/сек), H=dH/dt (Зв/сек), E=dE/dt (Зв/сек). На практике за единицу времени могут приниматься час, минута. В литературе и практике дозиметрического контроля продолжают широко использоваться также такие понятия, как экспозиционная доза и мощность экспозиционной дозы. ЭКСПОЗИЦИОННАЯ ДОЗА (X) определяется электрическим зарядом ионов разного знака, возникающих при ионизации в 1 кг сухого воздуха. Используется только для регистрации и оценки дозы рентгеновского и гамма-излучений в воздухе. Единица измерения в системе СИ - кулон на килограмм (Кл/кг), внесистемная единица экспозиционной дозы - рентген (Р), производные – миллирентген (мР), микрорентген (мкР). 1Р = 2,58 × 10-4 Кл/кг Экспозиционная доза, отнесенная к единице времени, называется мощностью экспозиционной дозы и измеряется в амперах на кг (А/кг – системная единица), внесистемные единицы - Р/час, мР/час, мкР/час, мкР/сек и т.д. Зависимость между поглощенной дозой (D) и экспозиционной дозой (X) выражается формулой: X = f × D , где f - коэффициент, зависящий от плотности среды. Для воздуха f=0,88, для мышечной ткани, воды -0,95, для костной ткани - 3-4, жировой - 0,5-0,6. Таким образом, в целом для организма человека коэффициент f приблизительно равен 1, следовательно, экспозиционная доза равна поглощенной (как и мощности доз), а 1 рентген равен 0,01 Гр. БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ. РАДИАЦИОННЫЙ ФОН ИЗЛУЧЕНИЯ. РЕГЛАМЕНТАЦИЯ ОБЛУЧЕНИЯ КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:
Самостоятельная работа: Измерить и оценить уровень естественного радиационного фона на территории, прилегающей к учебному корпусу, с использованием дозиметров ДБГ-01Н и ДБГ-06Т МЕХАНИЗМ БИОЛОГИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ Биологическое действие ионизирующего излучения условно можно подразделить на: 1) первичные физико-химические процессы, возникающие в молекулах живых клеток и окружающего их субстрата; 2) нарушения функций целого организма как следствие первичных процессов. В результате облучения в живой ткани, как и в любой среде, поглощается энергия и возникают возбуждение и ионизация атомов облучаемого вещества. Поскольку у человека (и млекопитающих) основную часть массы тела составляет вода (около 75%), первичные процессы во многом определяются поглощением излучения водой клеток, ионизацией молекул воды с образованием высокоактивных в химическом отношении свободных радикалов типа ОН+ или Н+ и последующими цепными каталитическими реакциями (в основном окислением этими радикалами молекул белка). Это есть косвенное (непрямое) действие излучения через продукты радиолиза воды. Прямое действие ионизирующего излучения взывает деструкцию липидов, белков и других биомолекул, разрыв наименее прочных связей, отрыв радикалов и другие денатурационные изменения. Необходимо заметить, что прямая ионизация и непосредственная передача энергии тканям тела не объясняют повреждающего действия излучения. Так, при абсолютно смертельной дозе, равной для человека 6 Гр на все тело, в 1 см3 ткани образуется 1015 ионов, что составляет одну ионизационную молекулу воды из 10 млн. молекул. В дальнейшем под действием первичных процессов в клетках возникают функциональные изменения, подчиняющиеся уже биологическим законам жизни клеток. Наиболее важные изменения в клетках: а) повреждение механизма митоза (деления) и хромосомного аппарата облученной клетки; б) блокирование процессов обновления и дифференцировки клеток; в) блокирование процессов пролиферации и последующей физиологической регенерации тканей. Наиболее радиочувствительными являются клетки постоянно обновляющихся тканей и органов (костный мозг, половые железы, селезенка и т. п.). Изменения на клеточном уровне, гибель клеток приводят к таким нарушениям функций отдельных органов и межорганных взаимосвязанных процессов в организме, которые вызывают различные последствия для организма или гибель организма.  Таблица 1. ОСНОВНЫЕ ПОСЛЕДСТВИЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ЧЕЛОВЕКА
 РАДИАЦИОННЫЙ ФОН ИЗЛУЧЕНИЯ Под радиационным фоном (РФ) понимают ионизирующие излучения от природных источников космического и земного происхождения, а также от искусственных радионуклидов, рассеянных в биосфере в результате деятельности человека. Различают природный (естественный) радиационный фон и искусственный радиационный фон. ЕСТЕСТВЕННЫЙ РАДИАЦИОННЫЙ ФОН (ЕРФ) обусловлен ионизирующим излучением от природных источников космического и земного происхождения. Космические лучи представляют собой поток частиц (протонов, альфа-частиц, тяжелых ядер) и жесткого гамма-излучения (это т.н. первичное космическое излучение). При взаимодействии его с атомами и молекулами атмосферы возникает вторичное космическое излучение, состоящее из мезонов и электронов. Естественные радиоактивные элементы земли условно могут быть разделены на 3 группы: 1. Элементы радиоактивных семейств урана, тория и актиноурана. 2. Не связанные с первой группой радиоактивные элементы - калий-40, кальций-48, рубидий-87 и др. 3. Радиоактивные изотопы, возникающие под воздействием космического излучения - углерод-14 и тритий. Большая часть естественных радиоактивных элементов содержится в горных породах, образующих толщу земной коры. Среднее содержание в них калия, тория, урана и радия представлено в таблице 2. Таблица 2. СРЕДНЕЕ СОДЕРЖАНИЕ КАЛИЯ, ТОРИЯ, УРАНА И РАДИЯ В ЗЕМНЫХ ПОРОДАХ, %
Количество радионуклидов, содержащихся в почве, в значительной мере определяется концентрацией радионуклидов в материнской породе. В почвах, возникших из продуктов разрушения кислых магматических пород, больше урана, радия, тория, калия, чем в почвах, образованных из ультраосновных и основных пород. Глинистые почвы за счет высокого содержания коллоидных фракций, хорошо сорбирующих и удерживающих радионуклиды, всегда богаче радиоактивными элементами, чем песчаные. В современных условиях достаточно высокую дозовую нагрузку на население оказывают ионизирующие излучения от природных источников, претерпевших определенные изменения в результате деятельности человека: извлечение из недр полезных ископаемых, внесение минеральных удобрений, строительные материалы (особенно гипс, бетон), воздействие радона (подвалы, первые этажи жилых зданий), сжигание топлива, авиаперелеты и т.д. ИСКУССТВЕННЫЙ РАДИАЦИОННЫЙ ФОН (ИРФ) обусловлен излучением от рассеянных в биосфере искусственных радионуклидов (цезий-137, стронций-90 и др.), за счет глобальных выпадений и радиационных аварий. Фоновое облучение человека, обусловленное природными источниками, составляет около 3,5 мЗв/год и складывается из 1 мЗв/год за счет внешнего облучения (в т.ч. облучения за счет космического излучения - 0,3 мЗв/год и естественных радионуклидов - 0,7 мЗв/год), примерно 2,2 мЗв/год за счет радона и 0,3 мЗв за счет пищи и воды (средние значения по РФ в 2003 году). Относительную степень радиационной безопасности населения характеризуют следующие значения эффективных доз от природных источников излучения: - менее 2 мЗв/год - облучение не превышает средних значений доз для населения страны от природных источников излучения; - от 2 до 5 мЗв/год - повышенное облучение; - более 5 мЗв/год - высокое облучение. Усредненный естественный радиационный фон местности складывается из космического излучения и излучения от естественных радионуклидов земли и составляет около 0,12 мкЗв/час или 12 мкр/час. Оценивая радиационный фон местности, измеряют мощность дозы в воздухе на высоте 110 см от поверхности земли. Проводят 3-5 измерений с выведением среднего показателя. РАДИАЦИОННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||