8.9. Характеристика іонізуючих випромінювань

На підприємствах харчової промисловості і в науково-дослідних лабораторіях все більше застосування отримують різні джерела іонізуючих випромінювань, бо іонізуючі випромінювання успішно використовуються в деяких технологічних процесах; контрольно-вимірювальній апаратурі.

Випромінювання, яке здатне при взаємодії з речовиною прямо чи посередньо створювати в ній атоми і молекули-іони, називається іонізуючим.

Іонізуючі випромінювання являють собою α , β і γ – випромінювання.

Альфа-промені являють собою потік α-частинок, які є ядрами атому гелію і мають позитивний заряд. Вони мають малу проникну здатність, тому що втрачають велику кількість енергії при зіткненні із атомами.

Бета-промені потік β-частинок - електронів (негативний заряд) і позитронів (позитивний заряд), що мають однакову масу. Характеризуються меншою іонізуючою і більшою проникною здатністю, ніж α-промені.

Гамма-промені це потік γ-квантів, які являють собою електромагнітні випромінювання з дуже короткою довжиною хвилі. Вони мають велику проникну здатність і малу іонізуючу дію.

Більшість радіоактивних ізотопів випромінюють практично одночасно α-, β-частинки і γ-кванти.

Об'єкт із вмістом радіоактивного матеріалу чи технічний пристрій, випромінюючий або здатний в певних умовах випускати іонізуюче випромінювання, називають джерелом іонізуючого випромінювання.

Самочинне (спонтанне) ядерне перетворення називається радіоактивним розпадом.

Активність радіонукліда в джерелі (зразку) - відношення числа dN спонтанних (самодовільних) ядерних перетворень, які проходять в джерелі (зразку) за інтервал часу dt до цього інтервалу

А = dN/dt

Одиниця активності радіонукліду беккерель (Бк). Позасистемна одиниця активності - кюрі (Кі):

1 Кі = 3,700·1010 Бк

Відношення активності радіонукліда в джерелі до його маси, об'єму (для об'ємних джерел), площі поверхні (для поверхневих джерел) чи до довжини (для лінійних джерел) джерела називають питомою, об'ємною, поверхневою чи лінійною активністю джерела відповідно.

Основною фізичною величиною, яка визначає ступінь радіаційної дії, є поглинута доза іонізуючого випромінювання.

Поглинута доза іонізуючого випромінювання Д відношення середньої енергії dW, переданої іонізуючим випромінюванням, речовини в елементарному об'ємі, до маси dm речовини в цьому об'ємі

Д = dW / dm

Допускається замість терміна "поглинута доза випромінювання" вживати коротшу форму "доза випромінювання".

Одиниця поглинутої дози в системі одиниць (СІ) - грей (Гр).

Позасистемною одиницею поглинутої дози іонізуючого випромінювання являється рад:

1 рад = 0,01 Дж/кг = 0,01 Гр

Для оцінки впливу на середовище побічно іонізуючих випромінювань використовують також поняття керма (К).

Одиниця керми грей співпадає з одиницею поглинутої дози.

У випадку рентгенівського і гамма-випромінювань існує поняття експозиційної дози в системі одиниць (СІ), це кулон на кілограм (Кл/кг).

На практиці до нещодавно користувалися позасистемною одиницею експозиційної дози - рентген (Р). Відмітимо, що 1 Р = 258·10-4 Кл/кг.

Доза, поглинута масою речовини в одиницю часу, називається потужністю дози.

При однаковій дозі, поглинутій в біологічній тканині, ефект в залежності від виду випромінювання може бути різним. У зв'язку з цим кожному виду випромінювання відповідає певна відносна біологічна ефективність (ВБЕ), яка залежить також від енергії випромінювання.

Регламентовані значення ВБЕ, встановлені для контролю ступеня радіаційної безпеки при хронічному опромінюванні, називають коефіцієнтом якості випромінювання к (змінюється в межах від 1 до 20).

Одиниця еквівалентної дози в СІ - зіверт (Зв).

Іншими словами, зіверт одиниця еквівалентної дози будь-якого виду випромінювання в біологічній тканині, яке створює такий самий біологічний ефект, як і поглинута доза в 1 Гр зразкового рентгенівського чи γ-випромінювання. Позасистемна одиниця еквівалентної дози бер (біологічний еквівалент рада).

1 бер=0,01 Зв.

Різні органи чи тканини мають різні чутливості до випромінювання. Тому в останні роки для випадків нерівномірного опромінювання різних органів чи тканин тіла людини уведено поняття ефективної еквівалентної дози НЕ. Взагалі ефективна еквівалентна доза при нерівномірному опромінюванні органів і тканин дорівнює такій еквівалентній дозі при рівномірному опромінюванні всього організму, за якої ризик несприятливих наслідків буде такий самий, як і при даному нерівномірному опромінюванні.

Одиниці ефективної еквівалентної дози співпадають з одиницями еквівалентної дози.

Біологічна дія іонізуючих випромінювань

Кожному біологічному виду властива своя міра чутливості до дії іонізуючої радіації, яка характеризує його радіочутливість. Енергія іонізуючого випромінювання при проходженні через біологічну тканину передається атомам і молекулам. Це приводить до утворення іонів і збуджених молекул. Наступний акт хімічний етап ураження клітини.

В основі первинних радіаційно-хімічних змін молекул лежать два механізми: 1) прямої дії, коли дана молекула зазнає зміну (іонізацію, збудження) безпосередньо при взаємодії з випромінюванням; 2) непрямої дії, коли молекула безпосередньо не поглинає енергію іонізуючого випромінювання, а отримує її шляхом передачі від іншої молекули.

Щоб уникнути шкідливої дії іонізуючих випромінювань, необхідно створити умови, що виключають опромінення організму дозами вище гранично допустимих і зменшують вміст радіоактивних речовин у повітрі, воді, їжі і т.д. до концентрацій нижче гранично допустимих.

Допустимі рівні опромінення людини та інших біологічних об'єктів

Гранично допустима доза опромінення - це найбільша доза, дія якої на організм не викликає в ньому утворення незворотних соматичних і генетичних змін, що виявляються сучасними методами дослідження.

У відповідності із санітарними нормами встановлені три категорії осіб, що опромінюються.

Категорія А (професійні працівники) особи, які постійно чи тимчасово працюють безпосередньо із джерелами іонізуючих випромінювань.

Категорія Б обмежена частина населення - особи, які не працюють безпосередньо із джерелами іонізуючого випромінювання, але за умовами проживання чи розміщення робочих місця можуть зазнавати впливу радіоактивних речовин та інших джерел випромінювання, які використовуються на підприємств; і виводяться у зовнішнє середовище.

Категорія В населення області, країни.

Як відзначалось, різні органи і тканини тіла людини мають різну радіочутливість. Критичним органом називається орган, тканина чи частина тіла, опромінення яких в умовах нерівномірного опромінення організму може заподіяти найбільше ушкодження здоров'ю даної особи або його потомкам. За рівнем зменшення радіочутливості встановлюються три групи критичних органів:

I група все тіло і червоний кістковий мозок;

II група м'язи, щитовидна залоза, жирова тканина, печінка, нирки,

селезінка, шлунково-кишковий тракт, легені, кришталик ока та інші органи, які не увійшли до І і III груп;

IIІ група шкіряний покрив, кісткова тканина, кісті, передпліччя, голінки та стопи.

Як основні дозові межі для осіб категорії А встановлюється гранично допустима доза за календарний рік, для осіб категорії Б - межа дози за календарний рік. Основні дозові межі встановлюються для індивідуальної максимальної еквівалентної дози в критичному органі.

Таблиця 13.

Основні дозові межі для різних груп критичних органів, мЗв/рік

Група критичних органів

Гранично допустима доза для категорії А

Межа дози для категорії Б

І

II

III

50

150

300

5

15

30

Гранично допустима доза (ГДД) найбільше значення індивідуальної еквівалентної дози за календарний рік, при якому рівномірне опромінення протягом 50 років не може викликати в стані здоров я персоналу (категорія А) несприятливих змін, що виявляються сучасними методами.

Межа дози (МД) таке найбільше значення індивідуальної еквівалентної дози за календарний рік у критичної групи осіб, при якому рівномірне опромінення протягом 70 років не може викликати в стані здоров'я несприятливих змін, які виявляються сучасними методами.