Лекции по дисциплине Безопасность жизнедеятельности
 Скачать 0.59 Mb.
|
|
Лекция 8. Ионизирующие излучения 1. Краткая характеристика различных видов ИИ. Источники ИИ. Ионизирующие излучения (ИИ) – это излучения, взаимодействие которых со средой приводит к образованию зарядов противоположных знаков. Другими словами, ИИ при взаимодействии с веществом способны создавать в нем заряженные атомы и молекулы – ионы. Возникает ионизирующее излучение при радиоактивном распаде, ядерных превращениях, а также при взаимодействии заряженных частиц, нейтронов, фотонного (электромагнитного) излучения с веществом. Практически в первые же годы после открытия ионизирующего излучения исследователи столкнулись с его отрицательными эффектами. В 1895 г. помощник Рентгена В. Груббе получил радиационный ожог рук при работе с рентгеновскими лучами, а А. Беккерель, открывший радиоактивность, положил однажды в карман пробирку с радием и получил сильный ожог кожи. Мария Кюри, с именем которой мы связываем начало научных исследований радиоактивности и становление ядерной физики, как считается, умерла от одного из злокачественных заболеваний крови, явившегося последствием длительного облучения. Крупнейшие специалисты, обеспокоенные вредным воздействием ионизирующих излучений, в конце 20-х годов создали Международную Комиссию по радиационной защите (МКРЗ), которая разрабатывала и продолжает разрабатывать правило работы с радиоактивными веществами. На основе рекомендаций МКРЗ национальные эксперты разрабатывают национальные нормативы в своих странах. В начале 50-х годов, когда мир уже знал о последствиях атомных бомбардировок японских городов, когда ядерные державы проводили испытания ядерного оружия в атмосфере, мировая общественность стала проявлять беспокойство по поводу воздействия ионизирующих излучений на человека и окружающую среду. Тогда, в 1955 г. Генеральная Ассамблея ООН основала Научный Комитет по действию атомной радиации (НКДАР) (United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation, UNSCEAR). Он занимается изучением действия радиации, независимо от ее источника на окружающую среду и население. Он не устанавливает норм радиационной безопасности, не дает рекомендаций, не изыскивает средств защиты, а служит источником сведений, на основе которых МКРЗ и национальные комиссии вырабатывают соответствующие нормы и рекомендации Виды излучений. А) Корпускулярное излучение. 1) Альфа-излучение представляет собой поток ядер гелия, испускаемых веществом при радиоактивном распаде или при ядерных реакциях. Энергия частиц – несколько МэВ. Пробег частиц в воздухе достигает 8-9 см, а в живой ткани – несколько десятков микрометров. Обладая сравнительно большой массой частицы быстро теряют свою энергию при взаимодействии с веществом, что обусловливает их низкую проникающую способность и высокую ионизирующую способность (на 1 см пути в воздухе – несколько десятков тыс. пар ионов). 2) Бета-излучение – поток электронов или позитронов, возникающих при радиоактивном распаде. Энергия – до нескольких МэВ. Максимальный пробег в воздухе – 1800 см, в живых тканях – 2,5 см. Ионизирующая способность излучения на три порядка (до нескольких десятков пар ионов на 1 см) ниже чем у α-частиц, а проникающая способность выше, т. к. при одинаковой с α-частицами энергии они обладают значительно меньшей массой и зарядом. 3) Нейтронное излучение. Нейтроны преобразуют свою энергию в т. н. упругих и неупругих взаимодействиях с ядрами атомов. При упругих взаимодействиях происходит обычная ионизация вещества. При неупругих взаимодействиях возникает вторичное излучение, которое может состоять как из заряженных частиц, так и квантов (гамма- излучение). Проникающая способность нейтронов существенно зависит от их энергии и состава атомов вещества, с которым они взаимодействуют. Б) Электромагнитное излучение. 1) Рентгеновское излучение – возникает в среде, окружающей источник излучения, в рентгеновских трубках, ускорителях электронов, электронно-лучевых трубках и т. п. Оно 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 атома. Оно обладает малой ионизирующей способностью, но большой проникающей способностью. 2) Гамма-излучение – это электромагнитное (фотонное) излучение, испускаемое при ядерных превращениях или взаимодействии частиц. Его энергия находится в пределах 0,01 - 3 МэВ. Длины волн меньше, чем длины волн рентгеновского излучения. Поскольку с уменьшением длины волны проникающая способность излучения возрастает, гамма-излучение обладает весьма высокой проникающей способностью. Ионизирующая способность его, соответственно, мала. Единицы активности и дозы ионизирующих излучений. Активность (А) радиоактивного вещества – число спонтанных ядерных превращений в этом веществе за малый промежуток времени. 1 Бк (беккерель) равен одному ядерному превращению в секунду. В литературе, изданной до 1996 года часто ввстречается прежняя (внесистемная) единица – Кюри (Ки): 1 Ки = 3,7 *1010 Бк. Экспозиционная доза характеризует источник излучения по эффекту ионизации. При дозиметрическом контроле используется также мощность экспозиционной дозы. В системе СИ поглощенная доза измеряется в кг-1 и имеет специальное название грей (Гр). Ранее широко использовалась Дж внесистемная единица «рад». Величина поглощенной дозы зависит от свойств излучения и поглощающей среды. В дозиметрической практике часто сравнивают радиоактивные препараты по их излучению. Если два препарата при тождественных условиях измерения создают одну и ту же мощность экспозиционной дозы, то говорят, что они имеют одинаковый эквивалент. Гамма-эквивалент источника – условная масса точечного источника 226Ra, создающего на некотором расстоянии такую же мощность экспозиционной дозы как и данный источник. Единица – 1кг-экв Ra. В связи с тем, что одинаковая доза различных видов излучения вызывает в живом организме различное биологическое действие, введено понятие эквивалентной дозы. Эквивалентная доза – величина, введенная для оценки радиационной опасности хронического облучения излучением произвольного состава. До 1996 года в СССР, а затем в в СНГ в качестве единицы измерения эквивалентной дозы использовался «бэр» – поглощенная доза любого вида излучения, которая вызывает равный биологический эффект с дозой в 1 рад рентгеновского излучения. Таким образом, бэр – “биологический эквивалент рада”. С 1996 года на территории России использование старых внесистемных единиц «рад», «бэр», а также «кюри» в литературе, официальных документах не допускается. В системе СИ единицей измерения для эквивалентной дозы является зиверт (Зв). Соотношение с прежней единицей то же, что и для поглощенной дозы: 1Зв = 100 бэр. При определении эквивалентной дозы следует учитывать также, что одни части тела (органы; ткани) более чувствительны к облучению, чем другие: например, при одинаковой эквивалентной дозе облучения возникновение рака в легких более вероятнее, чем в щитовидной железе, мышечной ткани, а облучение половых желез особенно опасно из-за риска генетических повреждений. Поэтому дозы облучения органов и тканей также следует учитывать с разными коэффициентами. Эффективная эквивалентная доза используется для оценки риска отдаленных последствий облучения. Просуммировав индивидуальные эквивалентные дозы, мы получим коллективную эффективную эквивалентную дозу, которая измеряется в человеко-зивертах (чел-Зв). Однако многие радионуклиды распадаются очень медленно (например, уран 238 - п/п = 4,47 млрд. лет, U234 – 245000 лет, торий 230 – 8000 лет, Ra226 – 1600 лет) и останутся радиоактивными и отдаленном будущем. Коллективную эффективную эквивалентную дозу, которую получат многие поколения людей от какого-либо радиоактивного источника за все время его дальнейшего существования называют ожидаемой (полной) коллективной эффективной эквивалентной дозой. Источники ионизирующих излучений. Источники ионизирующих излучений подразделяются на природные и искусственные. К природным источникам относятся космическое излучение и природные радионуклиды, содержащиеся в окружающей среде и поступающие в организм человека с воздухом, водой и пищей. Искусственные источники излучения разделяются на медицинские (диагностические и радиотерапевтические процедуры) и техногенные (искусственные и специально сконцентрированные человеком природные радионуклиды, генераторы ионизирующего излучения и др.). В отличие от электромагнитного излучения радиочастотного диапазона и диапазона промышленных частот, ионизирующее излучение присуще окружающей нас естественной (природной) среде и человек всегда подвергался и подвергается облучению естественного радиационного фона, состоящим из: а) космического излучения; б) излучения естественно распределенных природных радиоактивных веществ (на поверхности земли, в приземной атмосфере, продуктах питания, воде и др.). Естественный фон внешнего излучения на территории нашей страны создает мощность эквивалентной дозы 0,36-1,8 мЗв/год или 0,036-018 бэр/год. Примерно половина радиационного природного фона доходит до организма через воздух при облучении легких за счет радиоактивных газов радона (222Rn), торона (220Rn) и их продуктов распада. Радон, в свою очередь, происходит от радия, повсеместно присутствующего в почве, стенах зданий и других объектах среды. Если полы в доме со щелями, а вентиляция помещений слабая, то в некоторых местах и домах индивидуальные дозы на легкие могут доходить до устрашающих уровней (иногда даже до 100 бэр в год). Кроме естественного фона облучения человек облучается и другими источниками, например при медицинском обследовании. Источники ИИ на производстве. В условиях производства человек может облучаться при работе с радиационными дефектоскопами, толщиномерами, плотномерами и др. измерительной техникой, использующей рентгеновское излучение и радиоактивные изотопы, с термоэлектрическими генераторами, установками рентгеноструктурного анализа, высоковольтными электровакуумными приборами, а так же при работе с радиоактивными веществами. 2. Биологическое действие ионизирующих излучений Механизм действия ИИ на биологические объекты Биологический эффект ионизирующих излучений тем больше, чем больше произошло актов ионизации в живом веществе. Другими словами, биологическое действие излучения зависит от числа образованных пар ионов или соответственно, величины поглощенной энергии. Ионизации живой ткани приводит к разрыву молекулярных связей и изменению химической структуры различных соединений. Такие изменения на молекулярном уровне приводят в конечном итоге к гибели клеток. Так под влиянием излучений в живой ткани происходит расщепление воды на атомарный водород Н + и гидроксильную группу ОН - , которые, обладая высокой химической активностью, вступают в соединения с другими молекулами ткани и образуют новые химические соединения, не свойственные здоровой ткани. Таким образом, в результате прошедших изменений нормальное течение биохимических процессов и обмен веществ нарушается. Нарушение процессов жизнедеятельности организма выражается в таких расстройствах как: торможение функций кроветворных органов, нарушение нормальной свертываемости крови и повышение хрупкости кровеносных сосудов, расстройство деятельности желудочно-кишечного тракта, снижение сопротивляемости инфекциям, истощение организма и др. Говоря о биологическом действии ионизирующих излучений, следует различать внешнее и внутренне облучение. Под внешним облучением понимают такое воздействие излучения на человека, когда источник радиации расположен вне организма и исключена вероятность попадания радиоактивных веществ внутрь организма. Внешнее облучение возможно при работе на рентгеновских аппаратах и ускорителях или же при работе с радиоактивными веществами, находящимися в герметичных ампулах. Наиболее опасными при внешнем облучении являются бета-излучение, нейтронное излучение, гамма- и ренгеновское излучения. Биологический эффект зависит от дозы облучения, вида излучения, времени воздействия, размеров облучаемой поверхности, ее локализации на теле, индивидуальной чувствительности организма. Внутреннее облучение происходит при попадании радиоактивного вещества внутрь организма при вдыхании воздуха, загрязненного радиоактивными элементами, через пищеварительный тракт, и, в редких случаях, через кожу. При попадании радиоактивного вещества внутрь организма человек подвергается непрерывному облучению до тех пор, пока радиоактивное вещество не распадается или не выведется из организма. Этот вид облучения может вызывать поражения различных внутренних органов. Воздействие радиации на организм человека. Все многообразие отрицательных воздействий радиации на человеческий организм можно свести к так называемым пороговым (детерминированным) эффектам и беспороговым (стохастическим). Пороговые, или детерминированные эффекты облучения это биологические эффекты излучения, в отношении которых предполагается существование порога, выше которого тяжесть эффекта зависит от дозы. Пороговые эффекты возникают при облучении в течение всей жизни в дозах, превышающих 0,1 Зв, или 100 мЗв в год. Рассмотрим пороговые эффекты облучения - радиационные поражения. Радиационные поражения могут быть острыми и хроническими. Острые поражения (острая лучевая болезнь, далее - ОЛБ) наступают при облучении большими дозами в течение короткого промежутка времени. Хронические лучевые поражения бывают общие и местные. Они развиваются в скрытой форме в результате систематического облучения дозами больше предельно допустимой, поступающими как при внешнем облучении, так и при попадании радиоактивных веществ внутрь организма. Важно иметь в виду, что все перечисленные виды воздействия радиации на организм относятся к т. н. пороговым эффектам, которые возникают при облучении в течении всей жизни в дозах, превышающих 100 мЗв в год. Кроме пороговых эффектах существуют еще стохастические (беспороговые). Это вредные биологические эффекты излучения, не имеющие дозового порога. Принимается, что вероятность возникновения этих эффектов пропорциональна дозе, а тяжесть их проявления не зависит от дозы. В связи с этим существует понятие радиационного риска, который определяется как вероятность того, что у человека в результате облучения возникнет какой-либо конкретный вредный эффект /1/. К стохастическим, или беспороговым эффектам относятся онкологические заболевания (лейкозы, рак), наследственные болезни, мутации. 3. Нормирование ионизирующих излучений. В Федеральном законе «О радиационной безопасности населения» сказано следующее: «Радиационная безопасность населения - состояние защищенности настоящего и будущего поколений людей от вредного для их здоровья воздействия ионизирующего излучения» (статья 1). «Граждане Российской Федерации, иностранные граждане и лица без гражданства, проживающие на территории Российской Федерации, имеют право на радиационную безопасность. Это право обеспечивается за счет проведения комплекса мероприятий по предотвращению радиационного воздействия на организм человека ионизирующего излучения выше установленных норм, правил и нормативов, выполнения гражданами и организациями, осуществляющими деятельность с использованием источников ионизирующего излучения, требований к обеспечению радиационной безопасности» (статья 22). В настоящее время предельно допустимые уровни ионизирующего облучения определяются “Нормами радиационной безопасности НРБ-2000, пришедшими на смену НРБ-96”, и “Основными правилами работы с радиоактивными веществами и другими источниками ионизирующих излучений ОСП-72/87”. НРБ-96, в частности, определяет цель радиационной безопасности как охрану здоровья людей от вредного воздействия ионизирующего излучения путем соблюдения основных принципов и норм радиационной безопас ности без необоснованных ограничений полезной деятельности при использовании излучения в различных областях хозяйства , в науке и медицине. Обеспечение радиационной безопасности определяется следующими основными принципами: • принципом нормирования - т.е. непревышением допустимых пределов индивидуальных доз облучения граждан от всех источников ионизирующего излучения; • принципом обоснования - запрещением всех видов деятельности по использованию источников ИИ, при котором полученная для человека и общества польза не превышает риск возможного вреда, причиненного дополнительным к естественному радиационному фону; • принципом оптимизации - поддержании на возможно низком и достижимом уровне с учетом экономических и социальных факторов индивидуальных доз облучения и числа облучаемых лиц при использовании любого источника ИИ. В соответствии с НРБ установлены следующие категории лиц. Персонал - лица, работающие с техногенными источниками ИИ (группа А) или находящиеся по условиям работы в сфере их воздействия (группа Б). Представители группы Б не работают непосредственно с ИИ, но по условиям размещения рабочих мест могут подвергаться воздействию радиоактивных веществ и других источников излучения, применяемых в учреждениях и удаляемых во внешнюю среду с отходами. Группа В – все население, включая лиц из персонала, вне сферы их производственной деятельности. Основные дозовые пределы внешнего и внутреннего облучения от техногенных источников в контролируемых, т.е. в неаварийных условиях, приведены ниже. Для лиц из персонала (группа А): эффективная доза 20 мЗв в год в среднем за любые последовательные 5 лет, но не более 50 мЗв; Для лица из населения в год 1 мЗв в год в среднем за любые последовательные 5 лет, но не более 5 мЗв в год. Дозы облучения персонала группы Б не должны превышать 1/4 значений для персонала группы А. Для оперативного контроля, а также учитывая, что при работе с радиоактивными веществами возможно загрязнение ими рабочих поверхностей, попадание их в воздух и организм человека, используется также нормирование по другим параметрам, являющимся производными от основных дозовых пределов: пределы годового поступления (ПГП), допустимые среднегодовые объемные активности (ДОА), удельные активности (ДУА) и т.д., а также контрольные уровни. Контрольные уровни устанавливаются администрацией учреждения по согласованию с органами Госсанэпиднадзора. Их численные значения должны учитывать достигнутый в учреждении уровень радиационной безопасности и обеспечивать условия, при которых радиационное воздействие будет ниже допустимого. Документ НРБ-2000 формулирует и требования к ограничению облучения населения. Дело в том, что, несмотря на то, что пороговые эффекты облучения возникают лишь при дозах * 10 бэр в год, МКРЗ придерживается предельно возможной в интересах защиты индивидуума концепции о вредности радиации в самых малых дозах, начиная с нуля и объявляет вредным даже природный вековой фон. Считается, что каждый 1 бэр (10 мЗв) у человека, полученный в течение жизни на все тело, может привести к потере 5 суток жизни. Радиационная безопасность населения обеспечивается путем ограничения облучения от всех основных источников. Свойства основных источников и возможности регулирования облучения населения их излучением существенно различны. В связи с этим облучение населения излучением природных, техногенных и медицинских источников регламентируется раздельно с применением разных методологических подходов и технических способов. При этом следует принимать меры как по снижению дозы излучения у отдельных лиц, так и по уменьшению числа лиц, подвергающихся облучению. Работа с радиоактивными изотопами. Работы с радионуклидами Правила (ОСП) подразделяют на два вида: с закрытыми источниками ИИ; с открытыми источниками ИИ. Закрытыми источниками ИИ называются любые источники, устройство которых исключает попадание радиоактивных веществ в воздух рабочей зоны. Открытые источники ИИ могут загрязнять воздух рабочей зоны. В связи с этим существуют отдельные требования к работе с закрытыми и открытыми источниками ионизирующих излучений на производстве. Работы с радионуклидами нормируются в зависимости от класса опасности радионуклида (А, Б, В, Т) и класса опасности работ (I, II, III). При работе с установками , использующими рентгеновское излучение (пульты, флюоресцирующие экраны, электронные лампы, видеоконтрольные устройства), нормируется мощность экспозиционной дозы При работе с установками, где рентгеновское излучение является побочным фактором (высоковольтные электронные лампы, микроскопы, осциллографы, электронно- лучевые трубки, установки для плавления, сварки и т. п.) также нормируется Рэксп в любой точке пространства (на расстоянии 5 см от корпуса установки) в зависимости от продолжительности рабочей недели. При 41-часовой недели – Рэкспдоп * 0,288 мР/час. На случай чрезвычайной ситуации, вызванной радиационной аварией существует так называемое планируемое повышенное облучение. Планируемое повышенное облучение персонала при ликвидации аварии выше установленных дозовых пределов разрешается только в тех случаях, когда нет возможности принять меры, исключающие их превышение, и может быть оправдано лишь спасением жизни людей, предотвращением дальнейшего развития аварии и облучения большого числа людей. Планируемое повышенное облучение допускается только для мужчин старше 30 лет лишь при их добровольном письменном согласии, после информирования о возможных дозах облучения при ликвидации аварии и риске для здоровья. 3. |