ИОНИЗИРУЮЩИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ И ЗАЩИТА ОТ НИХ РАДИАЦИОННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ Ионизирующим

Ионизирующим излучением называется излучение, взаимодействие которого с веществом приводит к

образованию в этом веществе ионов разного знака. ИИ состоит из заряженных и незаряженных частиц, к которым относят и фотоны.
Энергию ИИ измеряют в электрон-вольтах [эВ] 1Эв=1,6• 10-10Дж


Источники ИИ:

Естественные источники ИИ: Искусственные источники радиации:
 
-космические лучи; -медицинские процедуры;
-земная радиация; -атомная энергетика.

 

Различают корпускулярное и фотонное ИИ

Корпускулярное ионизирующее излучение – поток элементарных частиц с массой покоя, отличной от нуля, образующихся при радиоактивном распаде, ядерных превращениях, либо генерируемых на ускорителях. К нему относятся: α- и β - частицы, нейтроны (n), протоны (p).

распространяются в вакууме со скоростью 300 000 км/с. Включает: -гамма,

рентгеновское (характеристическое и тормозное) излучения. Обладая одной и той же природой, эти виды ЭМИ различаются условиями образования.

Естественной радиоактивностью называется самопроизвольное превращение ядер неустойчивых изотопов в ядра изотопов других химических элементов.

ПРИРОДА РАДИАЦИИ

Атомы, имеющие ядра с одинаковым количеством протонов, но различающиеся по числу нейтронов, относятся к разновидностям одного итого же химического элемента и называются изотопами.

Ядра всех изотопов составляют группу, которая получила название «нуклидов».

ядра. Естественно-радиоактивные семейства:
семейство урана 92U238 , семейство
тория 90Th232.

В каждом из
радиоактивных семейств
происходит альфа и бета распад и заканчивается на устойчивых ядрах свинца.

Периодом полураспада называется время, за которое распадается половина первоначального количества ядер.

Периоды полураспада изменяются в очень широких пределах: 4,5 млрд. лет у урана, у радия 1590 лет, у радона 3,8 суток, у одного из изотопов полония –1,5 10-4с.

Количественной характеристикой радиоактивного вещества является активность, которая определяет число радиоактивных превращений в секунду.
Единицы измерения:

Беккерель 1Бк=1 распад/с (СИ) Кюри 1 Ки=3,7 1010 Бк.

По своим характеристикам эта частица представляет собой ядро атома

гелия и называется «альфа частицей»
Энергия α частиц, испускаемых различными радионуклидами, лежит в пределах 2-8 МэВ. При этом ядра данного радионуклида испускают α частицы, обладающие одной и той же энергией.
При выбросе альфа -частицы за счет уменьшения в ядре атомов протонов образуется новый химический элемент.

α

электроны

Поле ядра

Элементы ядра

Ионизация и возбуждение

Торможение

Захват ядром

Альфа-частица, попадая в любое вещество, теряет свою энергию в результате взаимодействия с электронами атома, полем ядра и самим ядром

в результате взаимодействия с электронами атома, полем ядра и самим

ядром. Новый элемент по своей природе может быть радиоактивным, т.е. иметь неустойчивое ядро. В этом случае его называют искусственно радиоактивным.

Пример: 5В10 + α 7N14 + γ

Расстояние, проходящее альфа -частицей в веществе, называется проникающей
способностью альфа -частицы.
Пробег альфа - частицы в воздухе составляет 8-9 см, в мягкой биологической
ткани несколько десятков микрометров. Удельная ионизация, т. е число пар ионов
, создаваемых частицей в единице объема массы среды или на единице длины пути.
У альфа частиц наибольшая ионизирующая способность и наименьшая
проникающая способность. Удельная ионизация достигает от 25 до 60 тыс. пар
ионов на 1 см. пути в воздухе.

Защита от альфа - частиц: достаточно обеспечить удаление от источника излучения
на 8-10 см, чтобы гарантировать полную защиту от нее.
Но необходимо помнить, что попадание альфа -частицы внутрь организма
чрезвычайно опасно. Продукты питания и вода требуют тщательного контроля перед
употреблением, если есть подозрение на их загрязнение радиоактивным веществом.

из нейтронов ядра может превращаться в протон или наоборот протон

может превращаться в нейтрон.
В первом случае процесс преобразования нейтрона в протон сопровождается образованием и выбросом в молекулярное пространство частицы, которая имеет заряд и массу электрона. Эту частицу называют бета - частицей, а процесс ее образования - электронным бета - распадом.

Во втором случае процесс преобразования протона в нейтрон сопровождается образованием и выбросом в молекулярное пространство частицы такой же массы, но с положительным зарядом. Эту частицу называют позитрон, а процесс ее образования - позитронным бета - распадом.
β –излучение – это поток электронов или позитронов. Максимальная энергия
β – частиц у известных в настоящее время радионуклидов может достигать
3,0 – 3,5 МэВ. Скорость движения частицы при вылете из ядра составляет до 270000 км/ч. В некоторых случаях ядро атома после выброса бета-частицы может оказаться в возбужденном состоянии и переход его в стабильное состояние будет сопровождаться излучением в молекулярное пространство гамма - кванта энергии.

результате взаимодействия с электронами нейтрального атома и полем ядра.
Так

как заряд и масса бета -частицы во много раз меньше массы и заряда альфа -частицы, то она на каждой единице пути образует меньшее число пар ионов, теряя при этом меньшую долю энергии.
Поэтому пробег бета - частицы в веществе больше, чем альфа -частицы.
Бета излучение имеет существенно меньшую ионизирующую способность и большую проникающую способность. Средняя величина удельной ионизации в воздухе около 100 пар ионов на 1 см. пути, а максимальный пробег составляет нескольких метров при больших энергиях.
Защита от бета частиц: так как бета частицы полностью поглощаются слоями вещества, то защитные конструкции можно изготовлять из любого материала, но наиболее целесообразно их изготовление из оргстекла (плексигласа), алюминия, стекла и др. При этом необходимо помнить, что пробег альфа- и бета -частиц в веществе во столько раз меньше или больше их пробега в воздухе, во сколько раз плотность вещества соответственно больше или меньше плотности воздуха.

поток электромагнитных волн. По своим характеристикам
они близки к рентгеновским

лучам, но обладают большей энергией, т.к.
их частота колебаний выше (ƛ<0,03нм).
По своей природе гамма-излучение ядерного происхождения. Оно сопровождает
радиоактивный распад ядра или переход ядра из одного энергетического состояния в
другое. Поскольку длина волны гамма-излучения соизмерима с размерами атомов,
а энергия квантов составляет десятки килоэлектрон вольт (кэВ) и более, то проникающая
способность его очень велика.
Гамма излучение взаимодействует с электронами атома, полем ядра,
протонами и нейтронами ядра.

Защита от гамма-излучения: так как гамма-излучение не обладает массой и
электрическим зарядом, то какой бы ни была взята толщина слоя
вещества нельзя полностью поглотить поток ЭМВ гамма квантов, можно только ослабить
его интенсивность в любое число раз.


Толщина слоя вещества, после прохождения которого интенсивность гамма-излучения
ослабляется в 2 раза, называется слоем половинного ослабления.
При изготовлении защитных конструкций от гамма-излучения используют материал
большой плотности: свинец, бетон и др.

– свинец; 2 – сталь; 3 – бетон; 4 –

грунт; 5 – дерево.
 

(атмосферы достигают нейтроны и протоны), ядерные реакции и ядерные превращения

отдельных элементов. По своим энергетическим характеристикам нейтроны делятся на три группы:

тепловые (Е < 0,5 КэВ),
быстрые (Е = 0,1 - 10 МэВ) и
сверхбыстрые (Е > 10 МэВ).

При прохождении через вещество нейтроны взаимодействуют только с ядрами атомов.
Упругое рассеивание. Под действием полученной энергии ядро атома "выскакивает" из электронной оболочки и в молекулярном пространстве производит ионизацию нейтральных атомов. Такие ядра называются ядрами отдачи. Источником отрицательных ионов являются электроны этого атома. В процессе столкновений энергия нейтрона постепенно уменьшается и приближается к энергии теплового движения. Тепловой нейтрон будет блуждать в веществе до тех пор, пока его не захватит одно из ядер атома. При этом образуется изотоп исходного вещества, а избыток энергии ядра, полученный за счет потери скорости движения нейтроном, излучается в окружающее пространство в виде гамма кванта, т. е.
 
 zXA + 0n1 zXA+1 + γ

в 1 МэВ стал тепловым, потребуется порядка 25 столкновений с

ядром водорода, или порядка 100 столкновений с ядром углерода, или порядка 2100 столкновений с ядром урана.
В зависимости от исходного вещества поглощение атомом нейтрона может привести к образованию искусственного радиоактивного изотопа.  
27Co59 + n  27Co60 + γ

Не только тепловые, но и быстрые нейтроны могут быть захвачены ядрами атомов. При этом из ядра атома может быть выброшена любая частица (альфа, протон или нейтрон), а избыток энергии, образовавшийся за счет прекращения движения нейтрона, в виде гамма-кванта излучается в окружающее пространство, т.е.

zXA + n   z-2XA+1 + + ɣ;
 zXA + n   z-1XA + p + ɣ;
 zXA + n  zXA + n  + ɣ.

Защита от нейтронного потока: так как при каждом столкновении с ядром нейтрон теряет тем большую часть энергии, чем ближе масса ядра к массе нейтрона, то для защитных конструкции используется материал с малым атомным номером (парафин, вода, полиэтилен и др.).При защите от нейтронов всегда необходимо предусматривать защиту от гамма-излучения .

делятся на две категории     1) Соматические (телесные) - возникающие

в организме человека, который подвергался облучению.     2) Генетические - связанные с повреждением генетического аппарата и проявляющиеся в следующем или последующих поколениях: это дети, внуки и более отдаленные потомки человека, подвергшегося облучению.
В результате ионизации живой ткани происходит разрыв молекулярных связей, изменение химической структуры различных соединений, что в свою очередь приводит к гибели клеток.

лучевой дерматит, лучевая катаракта, лучевое бесплодие, анамалии в развитии плода

и др.
Первые возникают когда число клеток, погибших в результате облучения, потерявших способность воспроизводства или нормального функционирования, достигает критического значения, при котором заметно нарушаются функции пораженных органов

наследственные болезни, могут возникать при любых дозах облучения. С увеличением

дозы повышается не тяжесть этих эффектов, а вероятность (риск) их появления

условно разделить на три этапа: физико-химические изменения, химические изменения и

биологические изменения.

На первом этапе при облучении биологической ткани наибольшая вероятность распада (радиолиза) молекул воды, которая составляет 60-70% массы биологической ткани. Под действием ИИ на воду образуются свободные радикалы Н+ и ОН- Таким образом, на первом этапе под действием ионизирующих излучений в биологической ткани происходит распад молекул воды, т.е. изменение ее физико-химических свойств.

Второй этап - химически активные группы, взаимодействуя, друг с другом или с нейтральными атомами вещества могут образовать новые молекулы с другими свойствами, которые несовместимы с молекулами ткани. Например, взаимодействия Н+ и ОН- через ряд превращений могут привести к образованию перекиси водорода (H2O2). Свободные радикалы вызывают разрушения цепочек макромолекул (белков и нуклеиновых кислот), что может привести как к массовой гибели клеток, так и канцерогенезу и мутагенезу. Наиболее подвержены воздействию ионизирующего излучения активно делящиеся (эпителиальные, стволовые, также эмбриональные) клетки.
В биологической ткани произошли химические изменения. биологической ткани произошли химические изменения.

взаимодействие с рядом расположенными живыми клетками и разрушает их. Так

происходит омертвление биологической ткани.
Продукты радиолиза вступают в химические реакции с молекулами тканей, образуя соединения, не свойственные здоровому организму. Это приводит к нарушению деятельности отдельных функций или систем, а также жизнедеятельности организма в целом.
Общим для всех форм лучевой болезни является нарушение функций всех органов и систем из-за разрушения ткани. В первую очередь поражаются система кроветворения и кровообращения, кишечно-желудочный тракт, ЦНС. Наблюдается общая интоксикация организма (слабость, головные боли, нарушение сна, тошнота и т.д.).
Появляется кровоточивость десен, под кожей появляются характерные кровоизлияния, через некоторое время начинают выпадать волосы. Резко падает сопротивляемость организма к возбудителям инфекционных заболеваний.
Первым признаком облучения организма может служить резкое сокращение лейкоцитов в крови. Например, при общем облучении организма дозой 50 рад. через сутки в крови резко сократится количество лейкоцитов и это можно обнаружить при анализе крови.
Воздействия ионизирующих излучений на организм человека имеют ряд особенностей: действия их на организм человека не ощутимы; имеется скрытый период проявления; действия доз суммируются; обладают мутагенным воздействием.
 

(Х) характеризует ионизирующую способность рентгеновского и гамма-излучения в воздухе.

В единицах СИ экспозиционная доза измеряется в кулонах на килограмм (Кл/кг), внесистемной единицей является рентген (Р).

Поглощенная доза (D) - это энергия любого вида ионизирующего излучения, поглощенная единицей массы любого вещества.
В единицах СИ поглощенная доза измеряется в джоулях, деленных на килограмм и имеет специальное название грей (Гр), т.е.
1 Гр = 1дж/кг.
Внесистемной единицей поглощенной дозы является рад, при которой 1г. облучаемого вещества поглощает энергию в 100 эрг, т.е.
1рад = 100эрг/г = 0,01Дж/кг = 0,01Гр.

.Эквивалентная доза (НT,R ) - это поглощенная доза в органе или ткани, умноженная на соответствующий взвешивающий коэффициент для данного излучения.
При расчете эквивалентной дозы взвешивающие коэффициенты берутся равными:
фотоны любых энергий - 1;
электроны и мюоны любых энергий - 1;
нейтроны энергий менее 10 кэВ - 5;
нейтроны энергий от 10 кэВ до 100 кэВ - 10;
нейтроны энергий от 100 кэВ до 2 МэВ - 20;

20 МэВ - 10;

нейтроны энергий более 2 МэВ - 5;

протоны энергий более 2 МэВ - 5;
альфа - частицы и тяжелые ядра - 20.

Единицей измерения эквивалентной дозы в системе СИ является зиверт (Зв)
1 Зв=1 Гр·к, =1 Дж/кг при к=1, где к – коэффициент качества.
Внесистемной единицей эквивалентной дозы является бэр - биологический эквивалент рада. 1 бэр - это такая поглощенная доза любого излучения, которая вызывает тот же биологический эффект, что и 1 рад гамма - излучения, т.е. 1Зв = 100 бэр.
Как мера риска возникновения отдельных последствий облучения всего тела человека и отдельных его органов с учетом их радиационной чувствительности используется
Эффективная доза (Е). - поглощенная в организме энергия ионизирующего излучения, усредненная с учетом разного биологического воздействия различных видов излучения и неодинаковой чувствительности к ним органов и тканей. Измеряется в зивертах (Зв) или (1 Зв - 10 бэр).
Определяется по формуле
E = ∑ HT(t) · WT,
где HT(t) — эквивалентная доза в ткани T за время t;
WT — взвешивающий коэффициент для ткани T.
Взвешивающие коэффициенты для тканей (органов) при расчете эффективной дозы:

- 0,2;
костный мозг (красный) - 0,12;
толстый кишечник - 0,12;
легкие - 0,12;
желудок - 0,12;
мочевой пузырь - 0,05;
грудная железа - 0,05;
печень - 0,05;
пищевод - 0,05;
щитовидная железа - 0,05;
кожа - 0,01;
клетки костных поверхностей - 0,01;
остальное - 0,05.
 

При оценке опасности воздействия ионизирующего излучения на организм человека важно знать скорость накопления дозы или мощность дозы излучения (Р), которая представляет собой приращение дозы за интервал времени к этому интервалу времени. P/ч, Гр/ч, рад/ч, бэр/ч, Зв/ч
За единицу мощности дозы принято: или их производные значения в разных сочетаниях.

радиационной безопасности населения" № 3-ФЗ от 09.01.96 г.;
Федеральный закон "О

санитарно-эпидемиологическом благополучии населения" №52-ФЗ от 30.03.99 г.;
Федеральный закон "Об использовании атомной энергии" № 170-ФЗ от 21.11.95 г.;
Закон РСФСР "Об охране окружающей природной среды" № 2060-1 от 19.12.91г.;

Нормы радиационной безопасности НРБ – 99 (СП.2.6.1.758-99)
применяются для обеспечения безопасности человека во всех условиях воздействия на него ионизирующего излучения искусственного или природного происхождения. Распространяются на следующие виды воздействий ионизирующих излучений на человека:
-облучение в условиях нормальной эксплуатации технических источников ионизирующих излучений;
-облучение в условиях радиационной аварии ;
-облучение природными источниками ионизирующих излучений;

облучаемых лиц: - персонал (группы А и Б);
для населения за

период жизни – (70 лет) - 70мЗв;

для персонала за период трудовой деятельности (50 лет) - 1000мЗв.

Б. Ограничение облучения населения природными источниками ИИ.

Основными природными источниками ионизирующего облучения являются естественный фон, излучения зданий и сооружений, а также внутреннее облучение за счет естественных радионуклидов в питьевой воде и продуктах питания.

должно быть предусмотрено, чтобы мощность дозы гамма-излучения в них не

превышала мощности на открытой местности более чем на 0,2 мкЗв/ч (30мкбэр/ч), а объемная среднегодовая активность изотопов радона и тория в воздухе помещений (Av) не превышала 100 Бк/м3.
В эксплуатируемых зданиях объемная среднегодовая активность изотопов радона и торона в воздухе жилых помещений не должна превышать 200 Бк/м3.
При более высоких значениях применяются защитные мероприятия.
Эффективная доза за счет естественных радионуклидов в питьевой воде не должна превышать 0,1мЗв . Эквивалентная доза за счет естественного фона составляет порядка 0,1 бэр в год.

В. Медицинское облучение населения источниками ИИ.

При проведении профилактических медицинских рентгенологических исследований практически здоровых лиц эффективная годовая доза облучения не должна превышать 1 мЗв (0,1бэр).

Мероприятия по ограничению облучения населения в условиях радиационной аварии проводятся

в зоне радиационной аварии (ЗРА).
При анализе сложившейся обстановки в условиях радиационной аварии рассматривается два предела параметров: уровень А и уровень Б.
Критерии для принятия неотложных решений в начальном периоде радиационной аварии.