ЛЕКЦІЯ 10. ІОНІЗУЮЧЕ ВИПРОМІНЮВАННЯ.

План

1.  Джерела, властивості та види іонізуючого випроміню­вання.

2.  Дія іонізуючого випромінювання на організм людини.

2.  Основні параметри іонізуючого випромінювання та його нормування.

3.     Методи дозиметричного контролю іонізуючого випромі­нювання

4.   Захист від іонізуючого випромінювання.

 

1.    Джерела, властивості та види іонізуючого випроміню­вання.

 

Одна з найбільших технологічних катастроф на планеті — аварія на ЧАЕС у 1986 р. — показала, що може зробити навіть мирний атом, у ви­падку якщо з ним невміло поводитись. Тоді від іонізуючого випроміню­вання непоправні втрати понесли й підрозділи ОВС, що працювали в зоні лиха. Оскільки саме на ОВС покладена охорона об’єктів, де зберігаються радіоактивні речовини, питання радіаційної безпеки є дуже актуальним для працівників міліції.

Іонізуюче випромінювання (радіоактивність) — це будь-яке ви­промінювання, взаємодія якого із середовищем призводить до утворення електричних зарядів різних знаків. Воно має місце при розпаді ядер деяких природних елементів (уран, радій, торій і т. п.), штучних радіоактивних ізотопів. З точки зору фізики, це потоки елементарних частинок, які швид­ко рухаються. Їх хвилеподібне електромагнітне випромінювання, маючи велику енергію, здатне спричиняти іонізацію навколишнього середовища (повітря, матеріалів, живої тканини), тобто утворення позитивно і нега­тивно заряджених атомів і молекул (іонів), які змінюють фізико-хімічні властивості речовини.

Енергія випромінювання витрачається на утворення іонів. Тому чим більше утворюється іонів, тим менший шлях в речовині пройдуть хвилі до повної втрати енергії, тобто від іонізуючої здатності залежить проникли­вість та швидкість руху.

До основних видів іонізуючого випромінювання належать:

-              альфа-частинки (ядра гелію), які рухаються зі швидкіс­тю 20 000 км/с, мають велику питому іонізацію і малу проникли­вість (в повітрі 9-11 см, рідких і твердих середовищах — 0,099 мм). Одяг захищає людину від цих променів, але небезпечним є попа­дання цього випромінювання всередину людини;

-              бета-частинки — рухаються з швидкістю світла (300 000 км/с). Вони мають меншу здатність до іонізації, але більш проникливі (в повітрі — 20 м, воді і тілі людини — 3 см, металі — 1 см). Одяг поглинає до 50% цих променів. Небезпечним є безпосереднє по­падання цих часточок на шкіру, в очі й всередину організму;

-              нейтронне випромінювання — це потік нейтронів з швидкіс­тю 20 000 км/с, що легко проникають в живу тканину і захоплю­ються ядрами атомів, руйнуючи їх. Добрими захисними матеріа­лами від них є поліетилен, парафін, вода;

-              гамма-випромінювання — це електромагнітні промені з до­вжиною хвилі 10-8-10-11см, які утворюються при альфа- і бета- розпаді атомів. Випромінювання відбувається окремими порція­ми (квантами) і розповсюджується зі швидкістю світла. Іонізуюча здатність його менша, ніж в а- і р-частках, але значно більша про никливість (в повітрі — сотні метрів, у воді — 23 см, сталі — 3 см, дереві — 30 см, бетоні — 19 см). Добре захищають від цих проме­нів екрани з тяжких металів (свинець);

- рентгенівське випромінювання — електромагнітні промені, але позаядерного походження, які володіють високою проникливою здатністю (довжина від 5 до 0,004 нм).

Основну частину опромінення населення земної кулі одержує від природних джерел. Це опромінення з космосу та від радіоактивних речо­вин, що знаходяться у земній корі.

Космічні промені можуть досягати поверхні землі або взаємодіяти з її атмосферою, породжуючи повторне випромінювання і призводячи до утворення різноманітних радіонуклідів.

Штучними джерелами іонізуючих випромінювань є ядерні вибухи, ядерні установки для виробництва енергії, ядерні реактори, прискорювачі заряджених частинок, рентгенівські апарати, прилади апаратури засобів зв’язку високої напруги тощо.

Серед техногенних джерел іонізуючого опромінення сьогодні лю­дина найбільш опромінюється під час медичних процедур і лікування, пов’язаного із застосуванням штучних джерел радіації.

2.   Дія іонізуючого випромінювання на організм людини.

В ураженому організмі атоми і молекули клітин іонізуються, в резуль­таті чого відбуваються складні фізико-хімічні процеси, які впливають на характер подальшої життєдіяльності людини. Згідно з одними погляда­ми, іонізація атомів і молекул, що виникає під дією радіації, веде до розі­рвання зв’язків у молекулах клітин, що призводить до загибелі останніх. Згідно з іншими уявленнями, у формуванні біологічних наслідків радіації відіграють роль продукти радіолізу води, яка становить біля 70% маси ор­ганізму людини. При іонізації води утворюються вільні радикали Н- та ОН+, а у присутності кисню — перекисні сполуки, що є сильними окис­лювачами. Останні атакують молекули білків, руйнуючи їх, у результаті чого утворюються сполуки, не властиві живому організму. Це призводить до порушення обміну речовин і життєдіяльності всього організму.

Специфічність дії іонізуючого випромінювання полягає в тому, що інтенсивність хімічних реакцій, індуційованих вільними радикалами, під­вищується, й до них втягується багато сотень і тисяч молекул, не пору­шених опроміненням. Цим відрізняється дія радіації від дії інших видів енергії (теплова, електрична та ін.). Інші особливості дії іонізуючої енергії на організм людини полягають у тому, що вона не проявляє впливу на органи чуття, її дози можуть кумулюватись і накопичуватися в організмі (кумулятивні ефекти) і діяти не тільки на даний живий організм, але і на його нащадків (генетичний ефект).

Радіаційне опромінення може бути зовнішнім і внутрішнім. Якщо радіоактивні речовини знаходяться поза організмом і опромінюють його ззовні, то у цьому випадку говорять про зовнішнє опромінення. Ззовні може викликати ураження людини рентгенівське, гамма- та нейтронне ви­промінювання. А якщо ж іонізуючі частинки знаходяться у повітрі, яким дихає людина, або у їжі чи воді і потрапляють в середину організму через шлунково-кишковий тракт, то таке опромінення називають внутрішнім.

Внутрішнє опромінення в середньому становить 2/3 ефективної екві­валентної дози опромінення, яку людина одержує від природних джерел радіації (вуглець-14, калій-40, уран-238, торій-232). З відомих на сьогодні близько 2000 радіоактивних ізомерів 70 є природними.

Радіаційне випромінювання може спричиняти ураження окремих ділянок шкіри, тіла, органів або загальне захворювання — променеву хворобу, яка може виникати у гострій (за короткий проміжок опромінення великими дозами) чи хронічній формі (при систематичному опроміненні дозами, які перевищують допустимий рівень). Вражаючий ефект зале­жить від виду опромінення, тривалості дії, індивідуальних особливостей людини тощо.

 

3.      Основні параметри іонізуючого випромінювання та його нормування.

 

До основних параметрів іонізуючого випромінювання відносять: екс­позиційну, поглинальну, еквівалентну дози та рівень радіації.

Експозиційна доза — кількісна оцінка дії іонізуючого випроміню­вання на атмосферне повітря. Ця величина являє собою відношення по­вного заряду іонів одного знака до маси повітря у визначеному об’ємі. Системна одиниця експозиційної дози — кулон-на-килограм (Кл/кг). Застосовується і несистемна одиниця — рентген (Р).

Поглинальна доза — фізична величина, яка дорівнює відношен­ню середньої енергії, переданої випромінюванням, що поглинаєть­ся одиницею маси опроміненої речовини. Вона вимірюється в греях (Гр). 1 Гр = 1 Дж/кг. Застосовується і позасистемна одиниця — рад (1 рад = 0,01 Гр= 0,01 Дж/кг).

При опроміненні людини дозою 0,25-0,5 Гр можливі зміни в крові, понад 1 Гр — розвивається враження всього організму, при 2-4 Гр — без лікування можлива смерть, вище 6-10 Гр — летальність 100%.

Еквівалентна доза — оцінна характеристика радіаційної небезпеки хронічної дії, що визначається як добуток поглиненої дози на коефіцієнт якості випромінювання. За одиницю випромінювання еквівалентної дози прийнятий зіверт (Зв). Зв = 1 Дж/кг. Використовують також позасистем­ну одиницю — бер (біологічний еквівалент рентгена), 1 бер = 0,01 Зв.

Рівень радіації — оцінка дії іонізуючого випромінювання на атмос­ферне повітря за одиницю часу. Одиниця виміру — Р/год. Фоновим до­пустимим рівнем радіації є 50 мкР/год.

Нормами радіаційної безпеки в Україні (НРБУ — 97) встановлені три категорії (А, Б, В) опромінення людей:

А — професійні працівники, що мають безпосередній зв’язок з джере­лами іонізуючого випромінювання. Загальна доза опромінення на рік — 5 бер (50 мЗв);

Б — люди, які за умов проживання або розміщення можуть піддаватися опроміненню. Для них гранична доза опромінення — 0,5 бер/рік;

В — решта населення держави. Доза не нормується, але не повинна пе­ревищувати природний фон — від 40 до 200 мбер/рік.

Різні тканини тіла неоднаково радіочутливі. Всього виділено три гру­пи критичних органів, опромінення яких є дуже небезпечним:

I   група — все тіло, гонади (статеві залози) і червоний кістковий мозок. Опромінення до­пускається для професійних працівників не більше як 30 мДж/кг на квар­тал і не більше як 50 мДж/кг на рік, а для інших осіб — 5 мДж/кг на рік;

II   група — м’язи, щитовидна залоза, жирова тканина, печінка, нир­ки, шлунково-кишковий тракт, легені, селезінка. Допустима доза опромі­нення персоналу — 80 мДж/кг на квартал і 150 мДж/кг на рік. Для інших осіб — 15 мДж/кг на рік;

III   група — шкіра, кісткова тканина, кисті рук, передпліччя, гомілка, ступня. Допустима доза для обслуговуючого персоналу — 150 мДж/кг на квартал і 300 мДж/кг на рік, для інших осіб — 30 мДж/кг на рік.

Допустима доза опромінення наведена у табл. 1.

Група критичних

Гранично допустима доза для

Границі дози для осіб

органів

осіб категорії А

категорії Б

і

50

5

іі

150

15

ііі

300

30

 

Таблиця1.

У 1982 р. Науковий комітет ООН запропонував величину середньо­річної дози природного опромінення, з урахуванням техногенного підси­лення фону, — 200 мбер/рік.

При рівномірному одноразовому опроміненні тіла людини дозою 1-10 Зв розвивається гостра променева хвороба (ГПХ). Розрізняють 4 сту­пеня ГПХ: легкий, при дозі 1-2 Зв; середній — 2-4 Зв; важкий — 4-6 Зв; вкрай важкий — 6-10 Зв.

Внаслідок дії радіації може спостерігатися:

а)      соматичний ефект — ушкодження різних органів тіла;

б)      соматико-стохастичний ефект — пухлини органів, тканин, зло­якісні пухлини;

в)      генетичний ефект — мутації хромосом і генів, порушення спадко­вості.

Для уникнення небезпечних генетичних ефектів впливу іонізуючого випромінювання існує кілька правил безпеки:

-   до безпосередньої роботі з джерелами іонізуючого випромінюван­ня допускаються особи не молодше 18 років;

-  до 30-літнього віку накопичена доза не повинна перевищува­ти 12-кратну (ГДД);

-  для жінок до 40 років доза опромінення в тазовій ділянці не пови­нна переважати 1 бер за будь-які два місяці.

Може бути дозволене перевищення ГДД, якщо воно виправдане по­рятунком людей і запобіганням розвитку аварій та опромінення великої кількості людей: у два рази — один раз на рік і в п’ять разів — один раз у житті з компенсацією зменшення опромінення в наступні п’ять років.

Цих норм необхідно дотримуватись:

-    при ймовірності різкого погіршення ситуації доза опромінення не повинна перевищувати 10 бер = 0,1 Зв;

- при порятунку людей допустима доза 25 бер = 0,25 Зв;

-  при опроміненні дозою 25 бер особовий склад з небезпечної зони виводиться і надалі до роботи в небезпечній зоні не допускається.

 

4. Методи дозиметричного контролю іонізуючого випромі­нювання.

 

Для контролю доз іонізуючого випромінювання використовують іо­нізаційний, сцинциляційний, фотографічний, хімічний методи.

Іонізаційний метод дозиметричного контролю базується на здатності газів під дією випромінювання ставати провідниками електричного стру­му. На цьому принципі працюють іонізаційні камери та газові лічильники.

Сцинциляційний метод ґрунтується на здатності деяких твердих, рідких та газоподібних речовин світитися під дією іонізуючих випро­мінювань. Світлові спалахи через фотопомножувачі подаються на елек­тронні лічильні схеми. За інтенсивністю спалахів оцінюється доза ви­промінювання.

Фотографічний метод базується на здатності фотоемульсії змінюва­ти свої властивості під дією випромінювання. Фотопластинка в світло­захисному папері розташовується в зоні впливу випромінювання. Потім пластинка проявляється, і за ступенем почорніння робиться висновок про дозу випромінювання.

Хімічний метод полягає в здатності деяких хімічних речовин зміню­вати свій колір під впливом іонізуючого випромінювання. За густиною забарвлення робиться висновок про дозу випромінювання.

Усі дозиметричні прилади поділяються на дві групи: 1) прилади для кількісних вимірювань дози та потужності дози опромінення; 2) індика­торні прилади для швидкого виявлення джерел випромінювання. Оцінку радіаційної обстановки проводять за допомогою дозиметрів ДП-5А, ДП-5Б, ДП-5В, “Прип’ять”.

 

5. Захист від іонізуючого випромінювання.

 

Захист від впливу радіоактивних речовин та іонізуючих випроміню­вань можна реалізувати використанням технічних та організаційних за­ходів. До технічних заходів відносяться екранування, герметизація, дис­танційне керування.

Установка екранів біля джерел випромінювання дозволяє істотно знизити дозу опромінення. Розміри, товщина та матеріал екрана залежить від виду випромінювання. Захистом від а-частинок є шар повітря товщи­ною кілька сантиметрів, одяг, рукавиці; від -випромінювання захисним екраном може бути шар повітря товщиною кілька метрів або шар алюмі­нію товщиною кілька міліметрів, оскільки ці види випромінювання ма­ють низку проникну здатність; у- та рентгенівське випромінювання мають велику проникну здатність, тому для екранів використовують матеріали з великою атомною вагою (свинець, вольфрам), оскільки цими матеріала­ми випромінювання поглинається найбільш інтенсивно. Товщина екранів залежить від величини енергії випромінювання та кратності послаблення і коливається у межах від кількох міліметрів до десятків сантиметрів. Для оглядових вікон використовується свинцеве скло.

Захистом від внутрішнього опромінення є герметизація радіоактив­них речовин. Радіоактивні речовини розташовується у спеціальних кон­тейнерах. На контейнерах з радіоактивним речовинами має бути знак ра­діоактивної небезпеки.

Роботи з радіоактивними речовинами слід при можливості виконува­ти на віддалі у витяжних шафах, боксах, камерах, застосовуючи для меха­нічних дій спеціальні маніпулятори або дистанційне керування.

До індивідуальних засобів захисту належать халати, комбінезони, ша­почки, шоломи, гумові рукавиці, окуляри, респіратори, спеціальні пневмо- костюми з подачею повітря. Індивідуальні засоби захисту ефективні при впливі а-випромінювання і малоефективні при впливі у-випромінювання. Засоби захисту періодично дезактивуються.

 

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

1.У чому полягає небезпека для організму людини іонізуючого випромінювання?

2. Які існують заходи та засоби захисту від іонізуючих випромінювань?

3. Іонізуюче випромінювання та його дія на організм людини.

4. Види, властивості та одиниці вимірювання іонізуючих випромі­нювань.

5. Захист від дії іонізуючого випромінювання.

6. Методи і прилади для вимірювання іонізуючих випромінювань.