 |
Нормы радиационной безопасности
|
|
|
|
Лекция Ионизирующее излучение
Общие сведения
Ионизирующим называется излучение, которое, проходя через среду, вызывает ионизацию или возбуждение молекул среды. Ионизирующее излучение (ИИ), так же как и электро-магнитное, не воспринимается органами чувств человека. По-этому особенно опасно, так как человек не знает, что он подвер-гается его воздействию.
Различают естественные и искусственные источники ионизирующего излучения. Природное ИИ присутствует по-всюду. Оно поступает из космоса в виде космических лучей. Оно есть в воздухе в виде излучений радиоактивного радона и его вторичных частиц. Радиоактивные изотопы естественного происхождения проникают во все живые организмы и остаются
в них. Ионизирующего излучения невозможно избежать. Есте-ственный радиоактивный фон существовал на Земле всегда, и жизнь зародилась в поле его излучений, а затем – много–много позже – появился и человек. Эта природная (естественная) ради-ация сопровождает нас в течение всей жизни. Космическое из-лучение и радиоактивные вещества, находящиеся в окружаю-щей нас среде, являются источниками внешнего излучения. Радиоактивные вещества, содержащиеся в теле человека или по-ступающие в организм с вдыхаемым воздухом, пищей или во-
дой, обуславливают внутреннее облучение.
Физическое явление радиоактивности было открыто в
1896 г. А. Беккерелем и сегодня оно широко применяется во многих областях.
Источники ионизирующих излучений применяют для контроля качества сварных соединений, борьбы со статическим электричеством, дефектоскопии металлов, определения уровня агрессивных сред в замкнутых объёмах и др. Их используют в сельском хозяйстве, атомной энергетике, медицине и геологиче-ской разведке. Знаки «выхода» в зданиях и самолётах благодаря содержанию радиоактивного трития светятся в темноте в случае внезапного отключения электричества. Многие приборы пожарной сигнализации в жилых домах и общественных зданиях со-держат радиоактивный америций.
|
|
|
Различают ИИ электромагнитное (фотонное) и корпуску-лярное. К первому виду относятся рентгеновское и гамма– излучение; второй вид представляет собой поток частиц с мас-сой покоя, отличной от нуля (альфа– и бета–частиц, протонов, нейтронов и др.).
Наиболее известны альфа–частицы (представляющие со-бой ядра гелия и состоящие из двух протонов и двух нейтронов), бета–частицы (представляющие из себя электрон) и гамма– излучение (представляющее кванты электромагнитного поля определенного диапазона частот). Альфа–частица тяжёлая и об-ладает высокой энергией, это ядро атома гелия. Бета–частица примерно в 7336 раз легче альфа–частицы, но может обладать также высокой энергией. Бета–излучение – это потоки электро-нов и позитронов. Частота волны рентгеновского излучения со-ставляет 1,5·1017…5·1019 Гц, а гамма–излучения – более 5·1019 Гц.
α–излучение – это поток положительно заряженных ча-стиц ядер атомов гелия, скорость которых составляет примерно 20000 км/с. Этот поток обладает большой ионизирующей спо-собностью. Длина пробега частиц в воздухе составляет пример-но 10 см, а в других средах ещё меньше. Из–за высокой ионизи-рующей способности α – частицы крайне опасны при попадании внутрь организма, а также для глаз и слизистых оболочек.
β–излучение – это поток отрицательно заряженных частиц (электронов), скорость которого достигает скорости света. Про-никающая способность этих частиц выше, чем у α–частиц, но ионизирующая способность ниже, чем α–излучения.
|
|
|
Нейтронное излучение – поток нейтральных (незаряжен-ных) частиц с массой, близкой к массе атома водорода. Разли-чают медленные нейтроны (с энергией менее 0,5 кэВ), промежу-точные нейтроны (от 0,5 до 200 кэВ) и быстрые нейтроны (200 кэВ до 20 МэВ).
Фотонное излучение – это поток электромагнитных коле-баний, которые распространяются в вакууме с постоянной ско-ростью 300000 км/с. К нему относятся γ–излучение и рентгенов-ское излучение. Различие между ними определяются условиями образования, а также длиной волны и энергией. Характерной особенностью данного вида излучения является большая глуби-на проникновения и малая ионизирующая способность (меньше чем α и β – излучения).
Ионизирующие излучения имеют ряд общих свойств, два из которых являются наиболее важными: способность прони-кать через материалы различной толщины; ионизировать воздух и живые клетки организма.
Мерой радиоактивности какого–либо количества радио-нуклида, находящегося в данном энергетическом состоянии в данный момент времени, является активность: А=dN/dt, где dN – ожидаемое значение числа спонтанных ядерных переходов с данного уровня энергии за отрезок времени dt. Единицей актив-ности является беккерель (Бк), 1 Бк равен одному распаду в се-кунду. Использовавшаяся ранее внесистемная единица активно-сти кюри (Ки) составляет 3,7·1010 Бк. Время, в течении которого распадается в среднем половина исходных атомов, называется периодом полураспада T1/2. Период полураспада связан с посто-янной распада λ соотношением: T 1/2 =ln2/λ=0,693/λ.
Зависимость активности от времени описывается выраже-
нием: A(t)=λ·N(t)=A 0 ·e –λt =A 0 ·2^(T 1/2) –1, где A 0 – активность в начальный момент времени, A 0 =λ·N 0, где N 0 – число радиоак-тивных атомов в начальный момент времени.
Дозиметрические единицы
Основным параметром, характеризующим поражающее действие проникающей радиации, является доза излучения.
Доза излучения – это количество энергии ионизирующих излучений, поглощенной единицей массы облучаемой среды. Различают экспозиционную, поглощенную, эквивалентную и эффективную дозы.
Экспозиционная доза D э представляет собой отношение полного заряда Q ионов одного знака, возникающих в малом объёме воздуха к массе m воздуха в этом объёме (обычно берут отношение компонентов dQ и dm): D э =dQ/dm. За единицу D э принимают кулон на килограмм (Кл/кг). Применяют и внеси-стемную единицу рентген (Р), 1Р=2,58·10–4 Кл/кг.
|
|
|
Биологическое действие ИИ на живой организм определя-ется поглощённой дозой излучения D погл, представляющей собой отношение средней энергии dЕ, переданной излучением веще-ству в элементарном объёме: D погл =dЕ/dm. Единицей поглощён-ной дозы является грей (Гр), 1Гр=1 Дж/кг. Применяется также единица рад, 1рад=0,01 Гр.
Для наглядного представления о величине энергии равной 1 Дж вспомним, что 1 Дж – это кинетическая энергия, которую приобретает тело массой 100 г при свободном падении с высо-ты, равной 1 м, или 1 Дж – это энергия, которая необходима, чтобы повысить температуру 1 г воды на 0,24 0С.
Поглощённая доза является основной дозиметрической величиной, характеризующей не самоизлучение, а его воздей-ствие на вещество.
Поглощённая доза не отражает в полной мере действия
ИИ на живой организм, так как биологический эффект зависит не только от величины поглощённой энергии, но и от ряда дру-гих параметров, обусловленных характером и условиями облу-чения (равномерность распределения в организме, плотность ионизации, дробность облучения, мощность дозы и др.). Плот-ность ионизации является главным фактором, поскольку число пар ионов, образованных на единицу пути, в веществе у α– частиц существенно больше, чем у β–частиц (электронов), то биологический эффект при одной и той же дозе (величине по-глощённой энергии) будет больше при облучении α–частицами, чем β–частицами или γ–излучением.
Действие ИИ на организм зависит от пространственного распределения поглощённой энергии, характеризуемого линей-ной передачей энергии заряженных частиц в среде.
Радиационную опасность хронического действия излуче-ния произвольного состава оценивают по эквивалентной дозе D экв облучения,определяемой как произведение поглощённойдозы на средний коэффициент качества К к излучения в данной точке ткани: D экв =D погл ·К к Измеряют эквивалентную дозу в зи-вертах (Зв=Дж/кг). Применяют также биологический эквивалент рада (бэр), 1 бэр=0,01 Зв. Зиверт равен эквивалентной дозе из-лучения, при которой поглощённая доза равна 1 Гр и коэффици-ент Кк=1. Отнесённые к единице времени поглощённая экспози-ционная и эквивалентная дозы представляют собой мощности соответствующих доз. Коэффициент качества К к, используемый для сравнения биологического действия различных видов излучения при обос-новании радиационной защиты, – безразмерный параметр, кото-рый характеризует зависимость неблагоприятных последствий облучения человека в малых дозах от полной линейной переда-чи энергии излучения.
|
|
|
Значения К к для некоторых видов излучения при длитель-ном облучении всего тела следующие: фотоны, электроны и ио-ны любых энергий – 1; нейтроны с энергией от 10кэВ до 100 кэВ и 2 МэВ до 20 МэВ – 10, от 100 кэВ до 2 МэВ – 20, менее 10 кэВ и более 20 МэВ – 5; α–частицы, осколки деления, тяжёлые ядра – 20.
При воздействии различных видов излучения с различны-ми взвешивающими коэффициентами эквивалентная доза опре-деляется как сумма эквивалентных доз для R видов излучения:
D экв =ΣD экв ·R.
В ряде случаев облучению подвергается не всё тело, а один или несколько органов. Такая ситуация чаще всего реали-зуется при внутреннем облучении, т.е. при поступлении радио-нуклидов в организм с вдыхаемым воздухом или пищевыми продуктами. Радионуклид, ка и неактивный нуклид данного хи-мического элемента, накапливается в том или ином органе. В частности радионуклиды йода поступают преимущественно в щитовидную железу, радия и стронция – в костную ткань, поло-ния – в печень, селезёнку, почки и т.д.
Поскольку органы и ткани человека обладают различной радиочувствительностью, то для оценки риска возникновения отдалённых последствий при облучении всего организма или отдельных органов используется понятие эффективной эквива-лентной дозы (Е). Единица этой дозы – зиверт (Зв). Она также как и эквивалентная доза применима только для хронического облучения в малых дозах и является мерой оценки ущерба для здоровья по выходу отдалённых последствий.
По определению: E=ΣD экв ·W T, а ΣW T =1, где D экв – эквива-лентная доза в органе или ткани Т; W T – взвешивающий коэф-
фициент для органа или ткани Т, который характеризует отно-сительный риск на единицу дозы по выходу отдалённых послед-ствий при облучении данного органа по отношению к облучению всего тела. Значения W T для различных видов излучения составляют: гонады – 0,20; красный костный мозг, лёгкие, тол-стый кишечник, желудок – 0,12; молочные железы женщин, щи-товидная железа, печень, пищевод, мочевой пузырь – 0,05; клет-ки костных поверхностей, кожа – 0,01; прочие органы – 0,05.
|
|
|
Из представленных данных следует, что при облучении например, только щитовидной железы (W T =0,05) эффект по от-далённым последствиям будет составлять всего 5 % от того эф-фекта, который может быть реализован при облучении всего те-ла. Соответственно он равен 20 % для гонад, 12 % для лёгких и т.д.
Биологическое действие ИИ
Радиоактивные излучения разного типа с разным энерге-тическим спектром характеризуются разной проникающей и ионизирующей способностью. Эти свойства определяют харак-тер их воздействия на живое вещество биологических объектов.
При изучении действия излучения на организм были определены следующие особенности:
– высокая эффективность поглощенной энергии. Малые количества поглощенной энергии вызывают глубокие биологи-ческие изменения в организме;
–наличие скрытого (инкубационного) периода. Этот пе-риод называют периодом мнимого благополучия. Продолжи-тельность часто его сокращается при облучении в больших до-зах;
– действие от малых доз может суммироваться или накап-ливаться. Этот эффект называется кумуляцией;
– излучение воздействует не только на данный живой ор-ганизм, но и на его потомство. Это так называемый генетиче-ский эффект;
– различные органы живого организма имеют свою чув-ствительность к облучению. При ежедневном воздействии дозы 0,002 – 0,005 Гр уже наступают изменения в крови;
– не каждый организм в целом одинаково реагирует на облучение;
– облучение зависит от частоты. Одноразовое облучение в большой дозе вызывает более глубокие последствия, чем фрак-ционированное. при воздействии на организм приводит к сложным физическим, химическим и биологическим процессам в тканях. При этом происходит ионизация атомов и молекул живой мате-рии, в частности молекул воды, содержащихся в органах и тка-нях, что ведёт к нарушению нормального течения биологиче-ских процессов и обмена веществ в организме. Поглощённые дозы излучения и индивидуальные особенности организма определяют обратимые и необратимые процессы в нём. При ма-лой дозе поражённая ткань восстанавливает свою функциональ-ную деятельность. Длительное воздействие доз, превышающих предельно допустимые, вызывает необратимые поражения от-дельных органов или всего организма, проявляемые в хрониче-ской форме лучевой болезни. отдалёнными последствиями лу-чевого поражения могут быть лучевые катаракты, злокачествен-ные опухоли и др.
Биологические изменения в организме вызывает любой вид ИИ как при внешнем (источник находится вне организма), так и при внутреннем облучении (радиоактивные вещества по-ступили через органы дыхания или ротовую полость в орга-низм). При однократном облучении всего тела в зависимости от суммарной поглощённой дозы излучения возможны следующие биологические нарушения:
до 0,25 Гр (25 Бэр) – видимых нарушений нет;
0,25 – 0,50 Гр (25–50 Бэр) – возможны изменения в крови; 0,50–1,00 Гр (50–100 Бэр) –изменения в крови, нарушается
нормальное состояние, трудоспособность; 1,00–2,00 Гр (100–200 Бэр) –лёгкая форма лучевой болез-
ни, скрытый период до 1 месяца, слабость, головная боль, тош-нота, восстановление крови через 4 месяца;
2,00–3,00 Гр (200–300 Бэр) –средняя форма лучевой бо-лезни, через 2–3 часа признаки легкой формы лучевой болезни, расстройство желудка, депрессия, нарушения сна, повышение температуры, кровотечение из десен, колики, кровоизлияние, восстановление через 6 месяцев. Возможен смертельный слу-чай;
3,00–5,00 (300–500 Бэр) – тяжёлая форма лучевой болезни, через час неукротимая рвота, все признаки лучевой болезни проявляются резко: озноб, отказ от пищи. Смерть в течение месяца составляет 50–60% от облучённых;
более 5,00 Гр (более 500 Бэр) – крайне тяжёлая форма лу-чевой болезни, через 15 мин. неукротимая рвота с кровью, поте-ря сознания, понос, непроходимость кишечника. Смерть насту-пает в течении 10 суток (100 % от общего числа пострадавших).
При облучении в 100–1000 раз превышающую смертель-ную, человек погибнет во время облучения: «смерть под лу-чом».
С увеличением мощности дозы и времени облучения по-ражающее действие излучения возрастает; фракционирование дозы облучения во времени снижает его поражающее действие.
В зависимости от радиочувствительности органы чело-века разделены на 3 группы: I – все тело, красный костный мозг, гонады; II – мышцы, щитовидная железа, жировая ткань, печень, почки, селезёнка; III – кожный покров, костная ткань, кисти, предплечья, голени, стопы.
Различают следующие эффекты воздействия ИИ на орга-низм человека: соматические эффекты – острая лучевая болезнь, местные лучевые поражения; сомато–стохастические эффекты – злокачественные опухоли, нарушения развития плода, сокраще-ние продолжительности жизни; генетические эффекты – генные мутации, хромосомные аберрации.
В зависимости от условий облучения могут наблюдаться острая и хроническая форма лучевой болезни. Хроническая лу-чевая болезнь формируется постепенно при длительном облуче-нии дозами, превышающими ПД для профессионального облу-чения. Она подразделяется на три степени:
I степень– характеризуется нервно–регуляторными нару-шениями сердечно– сосудистой системы и нестойкими измене-ниями в формуле крови;
II степень– наблюдается углубление нервно–регуляторных нарушений с появлением функциональной недостаточности пищеварительных желез, сердечно–сосудистой и нервной си-стем, нарушение некоторых обменных процессов, стойкими из-менениями в формуле крови;
III степень– развивается анемия, возникают атрофические процессы в слизистой желудочно–кишечного тракта.
Острая лучевая болезнь наблюдается при общем кратко временном облучении в дозах 1 Гр и более. По тяжести пораже-ния различают четыре степени острой лучевой болезни:
I степень (лёгкая)– развивается при дозе излучения от 1 до 2 Гр; первая реакция наблюдается через 2–3 часа после облуче-ния у 30–50% пострадавших; характер первичной реакции – не-сильная тошнота с одно–двукратной рвотой, стихает в день воз-действия, длительность латентного периода составляет 4–5 недель; период разгара болезни характеризуется умеренным из-менением в формуле крови. Прогноз: 100% выздоровление даже при отсутствии лечения.
II степень (средняя)– возникает при дозе 2–4 Гр; первич-ная реакция наступает через 1–2 часа у 70–80% пострадавших, длится до 1 суток: характер первичной реакции – рвота 2–3 раза, слабость, недомогание, порой температура; длительность ла-тентного периода составляет 3–4 недели; период разгара харак-теризуется сильной лейко–и тромбоцитопией, кровоточивостью, астеническим синдромом, возможны инфекционные осложне-ния, а при дозе от 3 Гр и выше – эпилепсия. Прогноз: выздоров-ление у 100% при лечении.
III степень (тяжёлая) – наблюдается при дозе 4–6 Гр; пер-вичная реакция наступает через 20–40 минут и длится до 2–х су-ток; характер первичной реакции – многократная рвота, значи-тельное недомогание, температура тела до 38 0С; длительность латентного периода до 10–20 суток, однако уже с первой недели возможно поражение слизистой рта и зева, эритема кожи; вто-ричная реакция (2–3 недели) характеризуется резким падением количества гранулоцитов и тромбоцитов, лихорадкой, тяжелы-ми инфекционными геморрагическими осложнениями. Прогноз: выздоровление возможно у 50–80% при лечении.
IV степень (крайне тяжёлая) развивается при дозе от 6–10 Гр; первичная реакция выражена через 20–30 минут, длится до 3–4 суток: характер первичной реакции – эритема кожи и слизи-стых, жидкий стул, температура тела 38 0С и выше: латентный период выражен нечетко, к 3–4 суткам сохраняется слабость, быстрая утомляемость; в период разгара (с 8–12 суток) развива-ется тяжелое поражение органов кроветворения, могут выяв-ляться кишечные нарушения, жидкий стул т.п. Прогноз: выздо-ровление возможно у 30–50% пострадавших при условии раннего лечения.
Нормы радиационной безопасности
Основными юридическими документами, регламентиру-ющим требования Федерального закона «О радиационной без-опасности населения» в форме основных пределов доз, допу-стимых уровней воздействия ИИ и других требований по огра-ничению облучения человека являются СанПиН 2.6.1.2523–09 «Нормы радиационной безопасности НРБ–99/2009» и СП 2.6.1.2612–10 «Основные санитарные правила обеспечения ра-диационной безопасности ОСПОРБ 99/2010».
НРБ распространяются на следующие виды воздействия
ИИ на человека:
– в условиях нормальной эксплуатации техногенных ис-точников излучения;
– в результате радиационной аварии;
– от природных источников излучения;
– при медицинском облучении.
В соответствии с рекомендациями МКРЗ (Международная комиссия по радиационной защите) числовые значения основ-ных дозовых пределов установлены на уровнях меньше порога возникновения всех вредных детерминированных (нестохасти-ческих) эффектов облучения. При этих уровнях вероятность возникновения стохастических эффектов настолько мала, что социально–психологически приемлема для отдельных лиц и для общества в целом.
Снижение дозы облучения до возможно низкого уровня осуществляется системой контрольных уровней и регламенти-руемым порядком их использования. Контрольные уровни – это значения дозовых пределов и допустимых уровней, устанавли-ваемых руководством учреждения и местными органами Роспо-требнадзора в целях снижения радиационного воздействия на персонал, население и объекты окружающей среды, исходя из достигнутого уровня радиационной безопасности.
Требования НРБ–99/2009 и ОСПОРБ 99/2010 не распро-страняются на источники излучения, создающие при любых условиях обращения с ними:
– индивидуальную годовую эффективную дозу не более 10мкЗв;
– индивидуальную годовую эквивалентную дозу в коже не более 50мЗв и в хрусталике глаз не более 15 мЗв;
– коллективную эффективную годовую дозу не более 1 чел.–Зв, либо когда при коллективной дозе более 1 чел.–Зв оценка по принципу оптимизации показывает нецелесообраз-ность снижения коллективной дозы.
Требования НРБ–99/2009 и ОСПОРБ 99/2010 не распро-страняются также на космическое излучение на поверхности Земли и внутреннее облучение человека, создаваемое природ-ным калием, на которые практически невозможно влиять.
При установлении основных дозовых пределов нормами радиационной безопасности (НРБ–99/2009) выделены следую-щие категории облучаемых лиц:
– персонал (группы А и Б);
– всё население, включая лиц из персонала, вне сферы и условий их производственной деятельности.
К категории А относятся лица, которые непосредственно работают с радиоактивными веществами и источниками ИИ.
К категории Б отнесены лица, которые не работают непо-средственно не работают с радиоактивными веществами и ис-точниками ИИ, но по размещению рабочих мест и условиям проживания могут подвергаться радиационному воздействию. Таким образом, к категории Б относятся работники вспомога-тельных или административно–хозяйственных подразделений, дислоцирующихся в санитарно–защитной зоне данного пред-приятия или учреждения или в помещениях смежных с теми, где ведутся работы с радиоактивными веществами и эксплуатиру-ются источники ИИ.
К категории Б также относится часть населения, прожи-вающая в зоне наблюдения, т.е. на территории, где возможно влияние радиоактивных сбросов и выбросов предприятия (учреждения) и где облучение проживающего населения может достигать установленного предела дозы. На территории зоны наблюдения также проводится систематический радиационный контроль.
В таблице 12 приведены основные дозовые пределы облу-чения. Основные дозовые пределы облучения персонала и насе-ления, указанные в таблице, не включают в себя дозы от природных и медицинских источников ИИ, а также дозы, получен-ные в результате радиационных аварий. На эти виды облучения в НРБ–99/2009 устанавливаются специальные ограничения.
| Таблица 12 | ||||
| Основные пределы доз | ||||
| Нормируемые | ||||
Пределы доз
