Ионизирующие излучения и защита от них

С ионизирующим излучением и его особенностями человечество познакомилось совсем недавно: в 1895 году немецкий физик В.К. Рентген обнаружил лучи высокой проникающей способности, возникающие при бомбардировке металлов энергетическими электронами (Нобелевская премия, 1901 г.), а в 1896 г. А.А. Беккерель обнаружил естественную радиоактивность солей урана.

Нет необходимости говорить о том положительном, что внесло в нашу жизнь проникновение в структуру ядра, высвобождение таившихся там сил. Но как всякое сильнодействующее средство, особенно такого масштаба, радиоактивность внесла в среду обитания человека вклад, который к благотворным никак не отнесёшь.

Появилось также число пострадавших от ионизирующей радиации, а сама она начала осознаваться как опасность, способная привести среду обитания человека в состояние, не пригодное для дальнейшего существования.

Причина не только в тех разрушениях, которые производит ионизирующее излучение. Хуже то, что оно не воспринимается нами органолептически: ни один из органов чувств человека не предупредит его о приближении или сближением с источником радиации. Человек может находиться в поле смертельно опасного для него излучения и не иметь об этом ни малейшего представления.

Такими опасными элементами, в которых соотношение числа протонов и нейтронов превышает 1…1,6, т.е. Р > 1…1,6. В настоящее время из всех элементов таблицы Д.И. Менделеева известно более 1500 изотопов. Из этого количества изотопов лишь около 300 стабильных и около 90 являются естественными радиоактивными элементами.

Продукты ядерного взрыва содержат более 100 нестабильных первичных изотопов. Большое количество радиоактивных изотопов содержится в продуктах деления ядерного горючего в ядерных реакторах АЭС.

Таким образом, источниками ионизирующего излучения являются искусственные радиоактивные вещества, изготовленные на их основе медицинские и научные препараты, продукты ядерных взрывов при применении ядерного оружия, отходы атомных электростанций при авариях на них.

Понятие ионизирующего излучения. Основные методы обнаружения ИИ.

Радиационная опасность для населения и всей окружающей среды связана с появлением ионизирующих излучений (ИИ), источником которых являются искусственные радиоактивные химические элементы (радионуклиды), которые образуются в ядерных реакторах или при ЯВ. Радионуклиды могут попадать в окружающую среду в результате аварий на радиационно-опасных объектах (АЭС и др. объектах ядерного топливного цикла – ЯТЦ), усиливая радиационный фон земли.

Ионизирующими излучениями
называют излучения, которые прямо или косвенно способны ионизировать среду (создавать раздельные электрические заряды). Вообще к ИИ относят: рентгеновское и g-излучения; излучения, состоящие из потока заряженных (a+
, b±, протонов р+
, тяжёлые ядра отдачи) и незаряженных частиц - p, m, k - мезонов, мюонов и др. частиц.

При авариях реакторов образуются a+
,b±
частицы и g-излучение. При ЯВ дополнительно образуются нейтроны -n°
.

Рентгеновское и g
-излучение
обладают высокой проникающей и достаточно ионизирующей способностью (gв воздухе может распространяться до 100м и косвенно создать 2-3 пары ионов за счёт фотоэффекта на 1 см пути в воздухе). Они представляют собой основную опасность как источники внешнего облучения. Для ослабления g-излучения требуются значительные толщи материалов.

Бета- частицы
(электроны b-
и позитроны b+
) краткобежны в воздухе (до 3,8м/МэВ), а в биоткани – до несколько миллиметров. Их ионизирующая способность в воздухе 100-300 пар ионов на 1 см пути. Эти частицы могут действовать на кожу дистанционно и контактным путём (при загрязнении одежды и тела), вызывая «лучевые ожоги». Опасны при попадании внутрь организма.

Альфа – частицы
(ядра гелия) a+
краткобежны в воздухе (до 11 см), в биоткани до 0,1 мм. Они обладают большой ионизирующей способностью (до 65000 пар ионов на 1 см пути в воздухе) и особо опасны при попадании внутрь организма с воздухом и пищей. Облучение внутренних органов значительно опаснее наружного облучения.

Заметим, что ионизирующая способность альфа и бета – частиц будет во многом зависеть от энергии, с которой они покидают «материнское» («дочернее») ядро. Проходя через среду (биологическую ткань) ИИ ионизируют ее, что приводит к физико-химическим или биологическим изменениям свойств среды(ткани). При ионизации организма нарушаются обменные процессы, нормальное функционирование нервной, эндокринной, имунной, дыхательной, сердечно-сосудистой и др. систем, в результате чего люди (животные) заболевают. Элементы технических устройств, особенно радиоэлектронной аппаратуры, при ионизации теряют или изменяют свои свойства и параметры, а при сильном облучении могут выйти из строя. Короче говоря, все живое и «неживое» не терпит излишнего облучения.

Последствия облучения для людей могут быть самыми различными. Они во многом определяются величиной дозы облучения и временем её накопления. Возможные последствия облучения людей при длительном хроническом облучении, зависимость эффектов от дозы однократного облучения приведены на рис. 1.

Таблица 1.

Последствия облучения людей.

Радиационные эффекты облучения

Чтобы избежать ужасных последствий ИИ, необходимо производить строгий контроль служб радиационной безопасности с применением приборов и различных методик. Для принятия мер защиты от воздействия ИИ их необходимо своевременно обнаружить и количественно оценить. Воздействуя на различные среды ИИ вызывают в них определенные физико-химические изменения, которые можно зарегистрировать. На этом основаны различные методы обнаружения ИИ.

К основным относятся:

-ионизационный, в котором используется эффект ионизации газовой среды, вызываемой воздействием на неё ИИ, и как следствме – изменение ее электропроводности;

-сцинтилляционный, заключающийся в том, что в некоторых веществах под воздействием ИИ образуются вспышки света, регистрируемые непосредственным наблюдением или с помощью фотоумножителей;

-химический, в котором ИИ обнаруживаются с помощью химических реакций, изменения кислотности и проводимости, происходящих при облучении жидкостных химических систем;

-фотографический, заключающийся в том, что при воздействии ИИ на фотопленку на ней в фотослое происходит выделение зерен серебра вдоль траектории частиц.

-метод, основанный на проводимости кристаллов, т.е. когда под воздействием ИИ возникает ток в кристаллах, изготовленных из диэлектрических материалов и изменяется проводимость кристаллов из полупроводников и др.

Основы радиоактивной безопасности. Нормы радиационной безопасности (НРБ-99).

Под радиационной безопасностью понимается состояние защищённости настоящего и будущего поколения людей, материальных средств и окружающей среды от вредного воздействия ИИ.

Радиационная безопасность регламентируется помимо Закона «О радиационной Безопасности» - НРБ-99.

Таблица 2.

Зависимость эффектов от дозы однократного[1]
(кратковременного) облучения человека.

Основные положения НРБ-99 сводятся к следующим.

1. Требования НРБ-99 распространяются на следующие виды воздействия ИИ на человека:

а) облучение персонала и населения в условиях радиационной аварии;

б) облучение персонала и населения в условиях нормальной эксплуатации техногенных источников ИИ;

в) облучение работников предприятий и населения природными источниками ИИ;

г) медицинское облучение населения.

Требования НРБ сформулированы для каждого вида облучения.

2. Требования НРБ не распространяются на источники ИИ, создающие годовую эффективную дозу не более 10 мкЗв (1 мбэр) и коллективную годовую дозу не более 1 чел - Зв при любых условиях их использования, а также на космическое излучение на поверхности земли и облучение, создаваемое содержащимися в организме человека калием-40, на которые практически невозможно влиять. Освобождаются автоматически от регламентации следующие источники: генераторы излучений, разрешённые органами Госсанэпиднадзора без радиационного контроля; генераторы, мощность которых в условиях нормальной эксплуатации создаёт мощность эквивалентной дозы в любой точке на расстоянии 0,1 м от любой доступной поверхности аппаратуры не превышает 1,0мкЗв/ч (0,1 мбэр/ч); генераторы излучения, максимальная энергия которых не превышает 5 кэВ; радиоактивные вещества, удельная или суммарная активность которых меньше установленных норм ( приводятся в специальном приложении НРБ).

3. Устанавливаются ряд терминов и определений. Основные дозиметрические величины и единицы их измерения приведены в таблице

4. Установлен нижний предел радиоактивного загрязнения.

Под ним понимается присутствие РВ техногенного происхождения на поверхности или внутри материала или тела человека, в воздухе или в др. месте, которые может привести к облучению в индивидуальной дозе более 10 мкЗв/год (1 мбэр/год).

5. Установлены следующие категории облучаемых лиц:

а) персонал (лица, работающие с техногенными источниками – группа А, или находящиеся по условиям работы в сфере их воздействия – группа Б);

б) всё население, включая лиц из персонала вне сферы и условий их производственной деятельности.

Для всех категорий облучаемых лиц устанавливаются три класса нормативов:

а) основные дозовые пределы (таблица 2);

б) допустимые уровни монофакторного (для одного радионуклида или одного вида внешнего излучения, пути поступления) воздействия, являющиеся производными от основных дозовых пределов: пределы годового поступления, допустимые среднегодовые объёмные активности ДОА) и удельные активности ДУА) и т.д.

Причём в практике дозиметрических измерений могут также широко использоваться:

-Эффективная - коллективная, полувековая и другие дозы;

-Десятичные кратные и дольные части указанных единиц – дека, гекто, кило, мега, деци, санти, милли, микро и другие;

-Активность – удельная (Бк/кг), объёмная (мкКи/литр), поверхностная (мкКи/см2
) или Ки/км2
и другие.

Таблица 3.

Основные дозиметрические величины и единицы их измерения.