 |
Основные опасности при авариях на радиационно-опасных объектах
|
|
|
|
РАДИАЦИОННО-ОПАСНЫЕ ОБЪЕКТЫ
И
РАДИАЦИОННОАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
Конспект лекций
Тверь 2009
УДК 355.58 (075.8)
ББК У69Я 731-2
Н 63
Николаенко Н.Г., Шверина О.В.
Н 63 Радиационно-опасные объекты и радиационная безопасность.
Учебное пособие. – Тверь: Тверской государственный университет, 2009. – 150 с.
Учебное пособие разработано в соответствии с программой обучения студентов университета по дисциплине «Безопасность жизнедеятельности». Даны характеристики различных источников радиационной опасности. Виды ионизирующих излучений и их негативные воздействия на биологическую ткань. Рассмотрены наиболее опасные радионуклиды и их влияние на организм человека. Излагаются вопросы радиационной безопасности, как научно-практической дисциплины так и как состояние защищенности нынешнего и будущего поколений людей от вредного воздействия на их организм ионизирующих излучений в соответствии с новыми Нормами радиационной безопасности (НРБ-99) и Санитарных правил. Дозиметрия ионизирующих излучений и методика оценки радиационной обстановки.
Предназначено для студентов вузов, а также может быть полезно преподавателям средних учебных заведений при подготовке и проведении занятий по курсу «Основы безопасности жизнедеятельности».
УДК 355.58 (075.8)
ББК У69Я 731-2
Печатается по решению научно-методического совета Тверского государственного университета.
© Николаенко Н.Г., 2009
© Тверской государственный
университет, 2009
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ. 4
1. ОСНОВНЫЕ ОПАСНОСТИ ПРИ АВАРИЯХ НА РАДИАЦИОННО-ОПАСНЫХ ОБЪЕКТАХ.. 5
2. ДРУГИЕ ИСТОЧНИКИ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ 18
3. НАИБОЛЕЕ ОПАСНЫЕ РАДИОИЗОТОПЫ.. 28
|
|
|
4. КАТАСТРОФА ВЕКА.. 43
5. РАДИАЦИОННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ. 46
5.1. НОРМЫ РАДИАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ.. 48
5.2. ТРЕБОВАНИЯ К ОГРАНИЧЕНИЮ ОБЛУЧЕНИЯ НАСЕЛЕНИЯ 52
5.2.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ.. 52
5.2.2. ОГРАНИЧЕНИЕ ТЕХНОГЕННОГО ОБЛУЧЕНИЯ В НОРМАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ 53
5.2.3.ОГРАНИЧЕНИЕ ПРИРОДНОГО ОБЛУЧЕНИЯ.. 53
5.2.4. ОГРАНИЧЕНИЯ МЕДИЦИНСКОГО ОБЛУЧЕНИЯ.. 54
5.3. ТРЕБОВАНИЯ ПО ОГРАНИЧЕНИЮ ОБЛУЧЕНИЯ НАСЕЛЕНИЯ В УСЛОВИХ РАДИАЦИОННОЙ АВАРИИ.. 55
5.4. НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ ДОЗИМЕТРИИ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ 59
5.5. КРИТЕРИИ ВМЕШАТЕЛЬСТВА НА ЗАГРЯЗНЕННЫХ ТЕРРИТОРИЯХ 62
5.5.1. КРИТЕРИИ ВМЕШАТЕЛЬСТВА НА ТЕРРИТОРИЯХ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ В РЕЗУЛЬТАТЕ РАДИАЦИОННЫХ АВАРИЙ.. 62
5.5.2. КРИТЕРИИ ВМЕШАТЕЛЬСТВА ПРИ ОБНАРУЖЕНИИ ЛОКАЛЬНЫХ РАДИОАКТИВНЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ.. 65
5.6. САНИТАРНЫЕ ПРАВИЛА ПРОЕКТИРОВАНИЯ.. 65
И ЭКСПЛУАТАЦИИ АЭС.. 65
5.7. ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ РАДИАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ 69
5.9. ПРАВА И ОБЯЗАННОСТИ ГРАЖДАН В ОБЛАСТИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ РАДИАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ.. 70
ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 71
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.. 72
ВВЕДЕНИЕ
В связи с бурным развитием ядерной энергетики, расширяющимися масштабами использования радиоактивных веществ (РВ) и источников ионизирующих излучений (ИИИ) в различных областях народного экономики и науки возрастает интерес к вопросам защиты от радиации не только со стороны специалистов, но и со стороны широких кругов населения.
Подобно тому как ΧΙΧ столетие было веком пара и электричества, двадцатое столетие стало, а двадцать первое станет тем более веком ядерной энергии, которая играет революционизирующую роль и вносит вклад в научно-технический прогресс. В настоящее время энергия ядра поставлена на службу человечеству. Пожалуй, нет ни одной отрасли науки и техники, где бы в той или иной мере не использовалась энергия, освобождаемая при ядерных превращениях. Радиоактивные изотопы успешно применяются в медицине для лечения злокачественных новообразований и других серьезных недугов, а также для диагностики ряда заболеваний и исследования функционального состояния организма. В промышленности при помощи радиоактивных изотопов ведется контроль качества изделий, контроль технологических процессов, определение структуры сплавов, проверка методов разделения веществ и т. д.
|
|
|
Применение РВ существенно расширило возможности экспериментальных исследований процесса изнашивания деталей и узлов машин, поведения смазочных материалов и трущихся частей машин, анализа жидких и газообразных сред.
Радиоактивные изотопы широко используют для борьбы с вредителями в сельском хозяйстве (с/х), для дезинфекции зерна, овощей, выведения новых сортов семян, ускорения протекания химических реакций, получения новых полимерных соединений, исследования каталитических процессов, холодной стерилизации перевязочных материалов и лекарственных препаратов, в геологической разведке и других областях народного хозяйства.
Используя РВ в качестве так называемых «меченых атомов», удалось изучить новые закономерности и сделать важные открытия в биологии, химии, металлургии и даже археологии.
Мы гордимся тем, что гений наших ученых впервые в мире заставил энергию, таившуюся в глубинах ядра, вращать турбины атомных электростанций и винты атомных ледоколов.
Естественно, что при таком широком использовании ядерной энергии с каждым годом растет число людей, которые могут подвергаться воздействию ионизирующего излучения. Поэтому так же, как и при массовом использовании любого другого вида энергии (тепловой, механической, электрической, химической), большое значение приобретают правильная организация труда и осуществление защитных и профилактических мероприятий.
Известно, что воздействие на человека большого количества тепловой, механической, электрической энергии или ряда химических веществ может нарушить нормальную жизнедеятельность организма, а иногда привести к смертельному исходу; точно так же и ионизирующие излучения в определенных дозах оказывают вредное воздействие на организм человека.
Важно подчеркнуть, что радиация имеет свойства, которые вызывают необходимость принимать специальные меры безопасности.
|
|
|
Известно, что наши органы чувств очень восприимчивы к изменению степени светового, механического или теплового воздействия, это помогает человеку ориентироваться в обстановке и принимать соответствующие меры предосторожности. В то же время наши органы чувств не приспособлены к восприятию ионизирующей радиации, поэтому без специальных приборов мы не можем судить о наличии радиации и ее уровне, следовательно, и о грозящей опасности. Поэтому развитие ядерной энергетики стимулировало развитие такой отрасли знаний, как радиационная безопасность, которая занимается разработкой эффективной системы контроля уровней радиации, определением допустимых уровней облучения, разработкой методов коллективной и индивидуальной защиты от воздействия радиации, вопросами организации труда в условиях воздействия излучения, особенно при авариях на радиационно-опасных объектах (РОО) с выбросом радиоактивных веществ в окружающую природную среду.
Опыт ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС (ЧАЭС) показал, что не только специалисты, но и население для своей безопасности обязано знать о вредном воздействии ИИ, о способах защиты и правилах поведения при нахождении на зараженной местности РВ.
ОСНОВНЫЕ ОПАСНОСТИ ПРИ АВАРИЯХ НА РАДИАЦИОННО-ОПАСНЫХ ОБЪЕКТАХ
Действие ионизирующий радиации на живой организм интересовало мировую науку с момента открытия и первых шагов применения радиоактивного излучения. В конце 1920-х гг. была создана Международная комиссия по радиационной защите (МКРЗ), которая разрабатывала и разрабатывает правила работы с радиоактивными веществами. Научный комитет ООН изучает широкий спектр вопросов, связанных с ИИ, особенно сейчас, когда сфера практического применения энергии ядра в мирных целях весьма и весьма обширна, это:
- энергетика − атомные электростанции, транспортные установки с ядерным «горючим» (паровозы, пароходы, ледоколы, подводные лодки, самолеты и т.д.), прямое превращение энергии излучения в электрическую (атомные элементы, батареи и т.д.);
|
|
|
- «меченые атомы» для научного исследования и практического использования в биологии и с/х, медицине, химии и химической промышленности, металлургии, автоматике и телемеханике, в геологической разведке при определении возраста пород;
- ионизирующие излучения для научного исследования и практических целей − дефектоскопия, медицина, стерилизация, химия и химическая промышленность, геологическая разведка, автоматика и телемеханика, светящиеся составы и т.д. Радиация по своей природе вредна для жизни. Малые дозы облучения могут «запустить» не до конца еще установленную цепь событий, приводящую к раку или генетическим повреждениям. При больших дозах радиация может разрушить клетки, повредить ткани и органы и явиться причиной скорой гибели организма. Однако нельзя все вышеназванные области применения ядерной энергии отнести к радиационно-опасным объектам.
Что же такое радиационно-опасные объекты? Радиационно-опасные объекты − это предприятия, при аварии на которых или при разрушении которых могут произойти массовые радиационные поражения людей, животных, растений и радиоактивное заражение окружающей природной среды. К ним относятся:
1. Предприятия ядерного топливного цикла − урановая промышленность, радиохимическая промышленность, ядерные реакторы разных типов, предприятия по переработке ядерного топлива и захоронению радиоактивных отходов.
2. Научно-исследовательские и проектные организации, имеющие ядерные установки и стенды.
3. Транспортные ядерные энергетические установки.
4. Военные объекты.
В предлагаемой классификации объектов промышленности рассматриваются только два вида радиационно-опасных (см. табл. 1). Это атомные электростанции (АЭС), являющиеся лишь частью ядерного топливного цикла, который начинается с добычи и обогащения урановой руды, следующий этап − производство ядерного топлива. Отработанное на АЭС ядерное топливо подвергают вторичной обработке, чтобы извлечь из него уран и плутоний. Заканчивается цикл захоронением радиоактивных отходов. На каждой стадии ядерного топливного цикла в окружающую среду попадают РВ, а особенно при авариях. Второй вид радиационно-опасных объектов − научно-исследовательские организации, имеющие ядерные установки, где тоже в случае аварии РВ попадают в окружающую природную среду.
Таблица 1
Классификация РОО
| Признаки потенциальной опасности | Типовые объекты | Степени потенци-альной опасности | Характер аварий по масштабам последствий |
| Заражение РВ ОПС Радиационные поражения людей, животных, растений | АЭС, НИИ с ядерными установками (реакторами и стендами) | 1-я степень 2-я степень | Локальная, местная, территори-альная, федеральная, трансгра-ничная |
| Время действия поражающих факторов | Защитные мероприятия и способы защиты | Меры профилактики (предупреждения) | |
| От нескольких секунд до десятков сотен лет | Радиационная разведка Оценка радиационной обстановки Локализация источника заражения Оповещение персонала и населения Йодная профилактика населения Использование ЗС ГО и СИЗ Использование противорадиационных препаратов Использование защитных свойств зданий, техники, домов, квартир и т.д. Эвакуация населения из зоны заражения Проведение дозиметрического контроля | Совершенствование противоаварийной защиты Повышение надёжности оборудования Соблюдение правил эксплуатации оборудования |
|
|
|
Радиационная авария − потеря управления источником ионизирующего излучения, вызванная неисправностью оборудования, неправильными действиями работников (персонала), стихийными бедствиями или иными причинами, которые могли привести или привели к облучению людей выше установленных норм или радиоактивному загрязнению окружающей среды.
Радиоактивное загрязнение − присутствие радиоактивных веществ на поверхности, внутри материала, в воздухе, в теле человека или в другом месте в количестве, превышающем установленные нормы.
Потенциальная опасность названных предприятий определяется количеством РВ, которое может поступить в окружавшую природную среду в результате аварий на них. Этот показатель, в свою очередь, зависит от мощности ядерной установки. Так, средняя мощность одной установки АЭС составляет примерно 800 МВт, а научно-исследовательских организаций − на несколько порядков меньше. На основании этого такие объекты по степени их опасности можно условно разделить на две группы: АЭС и НИИ с ядерными установками и стендами. Аварии на них классифицируются как по возможным масштабам последствий, так и по нормам эксплуатации (проектные, проектные с наибольшими последствиями, запроектные).
Согласно последней оценке МАГАТЭ, в 2009 г. мощность АЭС будет составлять 900-1000 ГВт, а активность отходов этой промышленности во всём мире к этому времени достигнет примерно 1012 кюри. Для сравнения укажем, что активность стронция-90, накопившегося в атмосфере в результате испытания ядерного оружия, составляет около 107 кюри.
При нормальной работе ядерных установок выбросы радиоактивных материалов в окружающую природную среду (ОПС) очень невелики, и это количество выбросов у разных реакторов колеблется в широких пределах: зависит не только от типа реактора и не только от разных конструкций реактора одного и того же типа, но также и от двух разных реакторов одной конструкции.
В процессе работы АЭС образуются различные отходы, которые по своему агрегатному состоянию могут быть жидкими, твердыми и газообразными, а в зависимости от масштаба производства или использования РВ их активность может варьироваться в очень широких пределах − от нескольких милликюри до десятков и тысяч кюри.
Отработавшее ядерное топливо АЭС с реакторами типа РБМК, ЭГП и АМБ хранится непосредственно на станциях. Увеличение количества отработанного ядерного топлива (ОЯТ) и сохраняющаяся тенденция к его постоянному росту на площадках АЭС, в том числе в непосредственной близости от крупных населенных пунктов, снижает уровень ядерной безопасности. Как видим, АЭС является не только источником энергии, но и «фабрикой» изотопов. Это продукты деления урана и продукты, искусственно полученные в результате воздействия мощных потоков нейтронов на стабильные элементы конструкции реактора, − всего около 200 радионуклидов.
На всех этапах использования ядерной энергии, начиная с получения ядерного топлива, эксплуатации реактора, переработки радиоактивных отходов и заканчивая их захоронением и применением метода «меченых атомов», человек подвергается воздействию радиации.
Чтобы правильно представить себе, что происходит в организме под воздействием излучения, рассмотрим кратко процессы взаимодействия излучения с веществом.
Ионизирующее излучение (ИИ) − излучение, которое создается при радиоактивном распаде, ядерных превращениях, торможении заряженных частиц в веществе и образует при взаимодействии со средой ионы разных знаков.
Итак, возникающие в процессе радиоактивного распада или при осуществлении ядерных реакций излучения, проходя через вещество, взаимодействует с атомами и молекулами среды, передавая им свою энергию.
В зависимости от вида излучения процессы взаимодействия с веществом протекают по-разному. Поэтому целесообразно кратко рассмотреть взаимодействие с веществом заряженных частиц (альфа - и бета-частицы), а также нейтронов и гамма-квантов.
Альфа-частицы представляют собой поток положительно заряженных частиц − ядер атомов гелия. Альфа-частица состоит из двух протонов и двух нейтронов, поэтому ядро атома любого химического элемента, испуская такую частицу, превращается в ядро атома другого химического элемента, имеющего заряд на две, а массовое число на четыре единицы меньше, чем исходное ядро. Так, например, из плутония-239 при таком превращении образуется уран-235. Начальная скорость альфа-частиц достигает 10-20 тыс. км/с. Обладая большой энергией и зарядом, альфа-частица при столкновении с атомами среды ионизирует их. Например, в воздухе одна альфа-частица образует около 30−40 тыс. пар ионов на 1 см пути. Вследствие большой ионизирующей способности пробег альфа-частицы очень мал: в воздухе ее пробег составляет несколько сантиметров, а в жидких и твердых веществах − несколько микрон. Растратив всю свою энергию на ионизацию среды, альфа-частицы присоединяют свободные электроны и превращаются в атомы гелия. Поражающее действие альфа-частиц связано с ионизацией ими атомов биологической ткани. Однако опасность от альфа-частиц возникает только при попадании альфа-радиоактивных веществ внутрь организма. Внешнее облучение альфа-частицами не представляет опасности, поскольку они легко поглощаются одеждой и верхним слоем кожи.
Бета-частицы − это поток быстрых электронов или позитронов. Соответственно этому различают электронный бета-распад (распад с испусканием электрона) и позитронный бета-распад (распад с испусканием позитрона). При электронном бета-распаде происходит превращение одного из нейтронов ядра в протон, поэтому вновь образованное ядро имеет атомный номер на единицу больше по сравнению с исходным ядром, а массовое число его остается прежним. Например, естественный радиоактивный изотоп висмут-83 превращается в изотоп с атомным номером 84 и тем же массовым числом 209, т.е. в полоний-84. При позитронном бэта-распаде происходит превращение одного из протонов ядра в нейтрон и, следовательно, атомный номер этого ядра уменьшается на единицу, а массовое число остается без изменения. Следует отметить, что позитронный бета-распад встречается очень редко и только у искусственных радиоактивных изотопов.
Скорость движения бета-частиц колеблется в очень широких пределах и может приближаться к скорости света. Бета-частицы так же, как и альфа-частицы, ионизируют атомы среды, но их ионизирующая способность в сотни раз меньше ионизирующей способности альфа-частиц. Поэтому бета-частицы проходят в среде значительно больший путь: в воздухе − несколько метров, в твердых телах − несколько миллиметров. Бета-излучение почти наполовину ослабляется летней одеждой.
Гамма-излучение представляет собой электромагнитное излучение, подобное рентгеновским лучам. Оно распространяется со скоростью света. Ионизирующая способность гамма-излучения в десятки раз меньше, чем бета-частиц, в связи с этим оно обладает большей проникающей способностью. В воздухе гамма-излучение распространяется на сотни метров, свободно проникая сквозь одежду и слабо поглощаясь защитными материалами, например, для гамма-излучения с энергией 1 Мэв слой половинного ослабления в воздухе равен примерно 100 м, а в свинце – 1см.
Гамма-излучение в процессе прохождения через вещество взаимодействует с электронами атомов, электрическим полем ядра, а также с протонами и нейтронами, входящими в состав ядра. При всех процессах взаимодействия гамма-излучения с веществом часть энергии излучения преобразуется в кинетическую энергию электронов, которые, проходя через вещество, производят ионизацию.
Нейтроны представляют собой поток незаряженных частиц, при прохождении через вещество взаимодействуют только с ядрами атомов. Основными видами взаимодействия нейтронов со средой являются их рассеяние при соударениях с ядрами атомов среды (аналогично столкновению двух бильярдных шаров) и захват ядрами атомов. Для нейтронов, обладающих большой энергией − порядка 0,5 Мэв и более (10 − 20 Мэв), т.е. быстрых нейтронов, характерно упругое или неупругое рассеяние, состоящее в том, что нейтроны, взаимодействуя с ядрами атомов, передают им часть своей энергии. Нейтроны, потерявшие после ряда столкновений почти всю энергию до 0,1 эв, т.е. тепловые нейтроны, наиболее вероятно будут испытывать процесс радиационного захвата ядрами атомов среды и, таким образом, прекратят свое самостоятельное существование. Подводя итоги, можно отметить, что при всех процессах взаимодействия нейтронов с веществом образуются либо заряженные частицы − ядра отдачи, непосредственно производящие ионизацию, либо гамма-кванты, которые производят ионизацию за счет вторичных частиц.
Альфа- и бета- частицы, гамма-излучение, нейтроны, протоны, ядра отдачи, многозарядные ионы, которые принято называть проникающим или ионизирующим излучением, при прохождении через вещество расходуют свою энергию в основном на ионизацию и возбуждение. Известно, что время жизни ионизированных и возбужденных атомов ничтожно мало, порядка 10−6 с. В простых веществах в процессе рекомбинации (воссоединение положительных и отрицательных ионов) образуются молекулы исходного вещества, т.е. в результате ионизация не вызывает изменения химического состава вещества.
Если же происходит ионизация или возбуждение сложных молекул, то это приведет либо к разрушению молекулы, либо к образованию химически свободных радикалов с ненасыщенными валентностями; последние могут инициировать ряд химических реакций, вследствие чего возникают новые химические соединения. В биологических объектах образование свободных радикалов или распад молекул приводят к изменению биохимических процессов в организме. Известно, что 2/3 общего состава ткани человека составляют вода и углерод; вода под воздействием излучения расщепляется на водород и гидроксильную группу ОН−, которые либо непосредственно, либо через цепь вторичных превращений образуют продукты с высокой химической активностью: гидратный окисел НО2, перекись водорода Н2О2. Эти соединения взаимодействуют с молекулами органического вещества ткани, окисляя и разрушая ее, т.е. нарушается нормальное течение биохимических процессов и обмен веществ в организме.
Рентгеновское и гамма-излучение прежде всех других видов ИИ нашли практическое применение, особенно в биологии и медицине. В то же время исторически наиболее ранним и хорошо разработанным методом регистрации излучения является ионизационный, широко используемый и сейчас. В связи с этим предпринимались попытки установить такие единицы измерения излучения, которые позволили бы связать ионизационный эффект с поглощенной энергией излучения. В 1928 г. в качестве такой единицы был принят рентген (р). Однако это создавало ряд неудобств, так как рентген был введен для оценки поглощенной энергии только для рентгеновского и гамма-излучения и не учитывал другие виды ИИ в воздухе и радиационный эффект в других средах. Это потребовало пересмотра ранее существовавшей терминологии и введения рада − новой единицы поглощенной дозы, являющейся универсальной для всех видов излучения и однозначно связанной с радиационными эффектами, возникающими под воздействием излучения.
Ввиду того, что ионизационные методы измерения до настоящего времени широко используются на практике и многочисленная дозиметрическая аппаратура отградуирована в рентгенах, эта единица не исключена из арсенала метрологических единиц. Поэтому в ГОСТе наряду с единицей рад осталась единица рентген.
Сейчас для характеристики дозы по эффекту ионизации применяется так называемая экспозиционная доза рентгеновского и гамма-излучений.
Экспозиционная доза (Дэкв.) − количественная характеристика фотона излучения, которая основана на его ионизирующем действии в сухом атмосферном воздухе и представляет собой отношение суммарного заряда всех ионов каждого знака, созданных фотонами, к массе воздуха в этом объеме. За единицу принят кулон на килограмм − 1 Кл/кг.
Кулон на килограмм − экспозиционная доза фотонного излучения, при которой сопряженная с этим излучением корпускулярная эмиссия на килограмм сухого атмосферного воздуха производит в воздухе ионы, несущие заряд в 1 кулон электричества каждого знака. Внесистемной единицей экспозиционной дозы является рентген.
Рентген (р) − доза фотонного излучения в воздухе, при которой сопряженная с этим излучением корпускулярная эмиссия, возникающая в 0,001233 (1 см) сухого воздуха при нормальных условиях (при температуре 0 °С и давлении 760 мм рт. ст.), создает ионы, несущие одну электростатическую единицу количества электричества каждого знака.
1 Кл/кг = 3,876*103 р. Мощность дозы измеряется в системе СИ единицей ампер на килограмм - А/кг; внесистемная единица - рентген в секунду - р/с 1 А/кг = 3,376*103 р/с.
Однако изменения, происходящие в облучаемом объекте под воздействием различного рода излучений, больше всего зависят от поглощенной энергии. Поэтому наиболее удобной характеристикой излучения, определяющей степень его воздействия на организм, является поглощенная энергия излучения.
На 7-м Международном конгрессе радиологов (Копенгаген, 1953 г.) энергию любого вида излучения, поглощенную 1 г вещества, было рекомендовано называть поглощенной дозой, а единицу поглощенной дозы − радом (рад).
Поглощенная доза (Дп) − отношение средней энергии, переданной любым ионизирующим излучением веществу в элементе объема, к массе вещества; в этом объеме.
Рад − единица поглощенной дозы, при которой количество поглощенной энергии 1 г любого вещества равно 100 эрг, независимо от вида и энергии ионизирующего излучения.
В системе СИ за единицу поглощенной дозы излучения принят джоуль на килограмм − Дж/кг.
Джоуль на килограмм − поглощенная доза излучения, измеряемая энергией в один джоуль любого ионизирующего излучения, переданная массе облученного вещества в один килограмм. Дж/кг = 1 Грей (Гр).
Связь между единицами - 1Гр = 1 Дж/кг = 100 рад = 104 эрг/г. Мощность поглощенной дозы - скорость изменения поглощенной дозы в единицу времени рад/с: Гр/с - Дж/кг*с; 1 Гр/с – 102 рад/с.
Соотношение между поглощенной дозой и экспозиционной дозой для воздуха имеет вид Д = 0,87 Дп; для мышечной ткани Д = 0,93 Дп.
Таким образом, измерив ионизацию в воздухе в условиях электронного равновесия, мы можем судить о поглощенной энергии в биологической ткани, но не можем оценить радиационную опасность хронического облучения разными видами ИИ, так как различные виды ИИ оказывают различное биологическое действие при одной и той же поглощенной дозе.
В 1959 г. Международная комиссия по радиологическим единицам (МКРЕ) рекомендовала использовать коэффициент относительной биологической эффективности (ОБЭ) как в радиологии, так и в радиационной защите. Коэффициент ОБЭ доказывает, во сколько раз данный вид излучения оказывает более сильное биологическое действие, чем рентгеновское и гамма-излучение, при одинаковой поглощенной энергии 1 г ткани, т. е. коэффициент ОБЭ служит для сопоставления биологического действия разных видов ИИ с рентгеновским и гамма-излучением.
Коэффициент ОБЭ зависит от вида и энергии ИИ, величины дозы, при которой сравнивается биологическая эффективность, от времени облучения, характера воздействия излучения (однократное острое или многократное хроническое облучение), от вида ткани (органа), используемого для оценки биологического эффекта, от температуры, содержания кислорода, щелочности среды и др.
В настоящее время коэффициент ОБЭ рекомендуют использовать только при сравнительных исследованиях действия различных видов ИИ в радиобиологии, а при расчете защиты рекомендуют коэффициент качества (КК), коэффициент распределения (КР) и взвешивающие коэффициенты (ВК). Поэтому для оценки радиационной опасности хронического облучения различных видов ИИ вводится понятие эквивалентная доза.
Эквивалентная доза (Дэкв) − доза любого вида излучения в биологической ткани, которая создает такой же биологический эффект, как и поглощенная доза эталонного рентгеновского или гамма-излучения.
Дэкв = Дп *ВК (Зв), т.е. доза эквивалентная - это поглощенная доза в органе или ткани, умноженная на соответствующий взвешивающий коэффициент (ВК) для данного вида излучения, учитывающий относительную эффективность в индуцировании биологических эффектов.
За единицу измерения эквивалентной дозы принят биологический эквивалент рада (бэр), в системе СИ используется зиверт (Зв).
Бэр − единица дозы любого ИИ в биологической ткани, которое создаёт такой же биологический эффект, как и поглощенная доза в 1 рад эталонного рентгеновского и гамма - излучений.
Соотношение между единицами − 1 Зв = 100 бэр = 1Гр.
Соотношения между предельно допустимой мощностью эквивалентной дозы, мощностью поглощенной дозы и взвешивающим коэффициентом без учета коэффициента распределения (КР) представлены в табл. 2.
Таблица 2
| Вид излучения | Допустимая мощность дозы | ВК | |||
| Бэр/нед. | Бэр/год 5,0 | Рад/нед. | Рад/год | ||
| Гамма- и бета-излучение | 0,1 | 0,1 0,001 | 5,0 | ||
| Альфа- частицы и протоны | 0,1 | 5,0 | 0,5 | ||
| Многозарядные ионы и ядра отдачи | 0,1 | 5,0 | 0,005 | 0,25 | |
| Тепловые нейтроны | 0,1 | 5,0 | 0,033 | 1,67 | |
| Быстрые нейтроны | 0,1 | 5,0 | 0,01 | 0,5 |
Как указывалось выше, при воздействии ИИ на организм происходит нарушение жизнедеятельности отдельных органов и тканей, а также всего организма в целом.
Изменения, происходящие в организме под воздействием радиации, могут проявиться в виде клинических эффектов, либо через сравнительно короткий промежуток времени после облучения (часы, дни) - острые лучевые поражения, либо через длительный промежуток времени (годы или даже десятилетия) − так называемые отдаленные последствия. Кроме того, под воздействием ИИ в организме может произойти нарушение структурных элементов, ответственных за наследственность. Причем в большинстве случаев эти изменения, будучи безвредными для данного индивидуума, могут оказаться опасными для последующих поколений. Поэтому при оценке опасности от облучения, которому могут подвергаться отдельные контингенты людей и популяция в целом, радиационные эффекты принято дифференцировать на соматические и генетические (детерминированные и стохастические эффекты).
К соматическим детерминированным эффектам относятся те изменения в состоянии здоровья, которые произошли у данного индивидуума в результате облучения. Соматические детерминированные эффекты проявляются в виде острой или хронической лучевой болезни, локальных лучевых повреждений отдельных органов и/или тканей (лучевая катаракта, лучевой дерматит), а также в виде отдаленных реакций организма на облучение (лучевое бесплодие, аномалии развития плода и т.д.).
Для острых лучевых поражений характерно наличие связи между дозой облучения и реакцией организма. Причем острые лучевые поражения имеют порог, т.е. они проявляются после превышения некоторой дозы облучения (ниже порога эффект отсутствует, а выше − тяжесть эффекта зависит от дозы).
Так, накопленный к настоящему времени большой материал, полученный путем экспериментирования на животных, а также путем обобщения многочисленных данных о состоянии здоровья рентгенологов, радиологов и других лиц, которые подвергались воздействию радиации, показывает, что при однократном облучении всего тела в дозе до 0,25 Зв (25 бэр) НЕЛЬЗЯ ОБНАРУЖИТЬ каких-либо изменений в состоянии здоровья человека. Не наблюдается также изменений крови, которая прежде всего реагирует на лучевое воздействие. При однократном облучении всего тела в дозе 0,25−0,5 Зв (25-50 бэр) ТОЖЕ ОТСУТСТВУЮТ внешние признаки лучевого поражения. Однако могут наблюдаться временные изменения в крови, которые быстро нормализуются.
Облучение в дозе 0,5−1 Зв (50-100 бэр) вызывает чувство усталости без серьезной потери трудоспособности: менее чем у 10 % облученных может появиться рвота, наблюдаются умеренные изменения в составе крови. Вскоре состояние здоровья нормализуется.
В случае однократного облучения в дозах больше 1 Зв (100 бэр) возникают различные формы острой лучевой болезни. Так, при облучении в дозе 1−2 Зв (100-200 бэр) наблюдается легкая форма лучевой болезни. Скрытый период продолжается 3−5 недель, после чего появляются недомогание, общая слабость, тошнота, головокружение, повышение температуры. В 30−50 % случаев может наблюдаться рвота в первые сутки после облучения. После выздоровления трудоспособность людей, как правило, сохраняется. Смертельные исходы отсутствуют.
Лучевая болезнь средней степени тяжести возникает при облучении в дозе 2−4 Зв (200−400 бэр). Почти у всех облученных в первые сутки после воздействия наблюдается тошнота и рвота (2−3 суток). Затем наступает скрытый период, длящийся 15−20 суток. Резко снижается содержание лейкоцитов, появляются подкожные кровоизлияния. В 20 % случаев возможен смертельный исход, который наступает через 2-6 недель после облучения.
При облучении в дозе 4−6 Зв (400-600 бэр) развивается тяжелая форма лучевой болезни. Первичная реакция резко выражена. Скрытый период составляет 5−10 суток. Болезнь протекает интенсивно и тяжело. В течение месяца после облучения смертельный исход возможен у 50 % облученных.
Крайне тяжелая форма острой лучевой болезни наблюдается после воздействия излучения в дозе свыше 6 Зв (600 бэр). Через 2−4 ч после облучения появляется рвота. В крови почти полностью исчезают лейкоциты, появляются множественные подкожные кровотечения, кровавый понос. Смертность − 100 %. Причиной смерти чаще всего являются инфекционные заболевания и кровоизлияния.
Приведенные данные о последствиях облучения относятся к случаю без терапевтического вмешательства. В настоящее время имеется ряд противолучевых препаратов, которые позволяют значительно, в 8-10 раз, ослабить воздействие излучения, и накоплен опыт комплексного лечения лучевой болезни.
Как отмечалось выше, под воздействием радиации могут быть повреждены генетические структуры, в результате чего неблагоприятные последствия облучения могут проявиться в последующих поколениях. Генетические эффекты будут наблюдаться только в том случае, если поврежденный ген соединится с геном, имеющим такое же повреждение. Поэтому вероятность появления генетических эффектов, обусловленных радиацией, зависит не только от дозы облучения, но и от количества лиц всей популяции, которые подвергаются облучению.
Кроме того, ионизирующие излучения вызывают вредные биологические эффекты (злокачественные опухоли, лейкозы, наследственные болезни), не имеющие дозового порога (беспороговые) возникновения (так называемые стохастические эффекты излучения), вероятность появления которых пропорциональна дозе облучения и для которых тяжесть проявления не зависит от дозы.
Степень поражения организма зависит не только от дозы облучения, длительности облучения, но и от размера облучаемой поверхности: с уменьшением облучаемой поверхности уменьшается и биологический эффект. Кроме того, он зависит от степени чувствительности различных органов и тканей.
Так, например, смертельные поглощенные дозы я для головы − 20 Зв, нижней части живота − 30 Зв, верхней части живота − 50 Зв, грудной клетки − 100 Зв и для конечности − 200 Зв.
Индивидуальные особенности организма человека проявляются лишь при небольших поглощенных дозах. Чем человек моложе, тем выше его чувствительность к облучению; особенно высока она у детей, взрослый человек в возрасте 25 лет и старш
|
|
|
