Ионизирующие излучения

Ионизирующее излучение - излучение, взаимодействие которого со средой приводит к образованию ионов разных знаков. Ионизирующее излучение состоит из заряженных и незаряженных частиц, к которым относятся также фотоны. Энергию частиц ионизирующего излучения измеряют в несистемных единицах - электрон-вольтах (1эВ равен кинетической энергии электрона, приобретаемой им при прохождении разности потенциалов, равной 1В), 1эВ = 1,6×10^-19Дж.

Свойствами ионизации среды обладают радиоактивные излучения, излучения высоких энергий, рентгеновские лучи.

Различают корпускулярное и фотонное ионизирующее излучение.

Корпускулярное ионизирующее излучение - поток элементарных частиц с массой покоя, отличной от нуля, образующихся при радиоактивном распаде: α- и β-частицы, нейтроны, протоны и др.

α -излучение - поток частиц, являющихся ядрами атома гелия и обладающих двумя единицами заряда. Энергия α-частиц, испускаемых различными радионуклидами, лежит в пределах 2-8 МэВ. При этом все ядра данного радионуклида испускают α-частицы, обладающие одной и той же энергией.

β -излучение - поток электронов или позитронов. Энергетический спектр β-частиц непрерывен, так как различные ядра радионуклида испускают β-частицы различной энергии, в отличие от α-распада. Средняя энергия β-спектра 0,3 E_max. Максимальная энергия β-частиц у известных в настоящее время радионуклидов может достигать 3,0-3,5 МэВ.

Нейтронное излучение - нейтральные элементарные частицы. Поскольку нейтроны не имеют электрического заряда, при прохождении через вещество они взаимодействуют только с ядрами атомов. В результате этих процессов образуются либо заряженные частицы, либо γ-излучение, вызывающее ионизацию. Проникающая способность нейтронов зависит от их энергии и состава атомов вещества, с которым они взаимодействуют. По характеру взаимодействия со средой, зависящему от уровня энергии нейтронов различают:

- тепловые нейтроны 0,0-0,5 КэВ;

- промежуточные нейтроны 0,5-200 КэВ;

- быстрые нейтроны 200КэВ - 20МэВ;

- релятивистские свыше 20МэВ.

Фотонное излучение - поток электромагнитных колебаний, которые распространяются в вакууме с постоянной скоростью 300000 км/с: γ-излучение, характеристическое, тормозное и рентгеновское излучение. Эти виды излучений различаются условиями образования и свойствами: длиной волны и энергией.

γ -излучение – электромагнитное фотонное излучение, испускаемое при ядерных превращениях;

характеристическое – фотонное излучение с дискретным спектром, испускаемое при изменении энергетического состояния атома;

тормозное – фотонное излучение с непрерывным спектром, испускаемое при изменении кинетической энергии заряжённых частиц, возникает в среде, окружающей источник β-излучения, в рентгеновских трубках, в ускорителях электронов и др.

рентгеновское – совокупность тормозного и характеристического излучений, диапазон энергии фотонов которых составляет от 1 тысячи до 1 миллиона эВ.

Излучения характеризуются по их ионизирующей и проникающей способности. Ионизирующая способность определяется удельной ионизацией, т.е. числом пар ионов, создаваемых частицей в единице объема массы среды или на единице длины пути. Проникающая способность определяется величиной пробега (пути, пройденного частицей в веществе до её полной остановки, обусловленной тем или иным видом взаимодействия).

Наименьшей ионизирующей и наибольшей проникающей способностью обладают фотонные излучения.

Для характеристики действия ионизирующих излучений используются следующие показатели: экспозиционная доза – X, поглощённая доза – D, эквивалентная доза – Н.

Экспозиционная доза (X) – доза излучения в воздухе, характеризует потенциальную опасность воздействия ионизирующих излучений при общем и равномерном облучении тела человека (это полный заряд ионов одного знака, возникающих в воздухе при полном торможении всех вторичных электронов, которые были образованы фотонами в малом объёме воздуха, делённый на массу воздуха в этом объёме).

Единица экспозиционной дозы – кулон на килограмм, Кл/кг, внесистемная единица – рентген (Р). 1P = 2,58×10^-4 Кл/кг или 1 Кл/кг = 3876 Р (1Р = 0,95 рад – в биоткани; 1Р = 0,87 рад – в воздухе). На практике радиационная обстановка обычно измеряется в единицах мощности экспозиционной дозы - миллирентген в час (мР/ч) или микрорентген в секунду (мкР/с).

Рентген – это доза Гамма-излучения, под действием которой в 1 см³ сухого воздуха при нормальных условиях (t=0⁰С и давление 760 мм рт.ст.) создаются ионы, несущие одну электростатическую единицу количества электричества каждого знака. (Дозе в 1Р соответствует образование 2,08×10⁹ пар ионов в 1см³ воздуха).

Поглощенная доза (D) более точно характеризует воздействие ионизирующих излучений на биологические ткани (это средняя энергия, переданная излучением веществу в некотором элементарном объёме, деленная на массу вещества в этом объёме).

Единица поглощенной дозы – грей (Гр), соответствует поглощению 1Дж энергии ионизирующего излучения в массе вещества 1 кг, т.е. 1Гр=1Дж/кг. Внесистемная единица – 1 рад. Достоинством рада является то, что его можно использовать для измерения доз любого вида излучений в любой среде (1 рад = 10^-2 Гр, 1 Гр=100 рад, 1 рад=1,14 Р).

Единица мощности поглощенной дозы – грей в секунду (Гр/с). Внесистемная единица – рад в секунду (рад/с).

Эквивалентная доза (Н) – величина, введённая для оценки опасности хронического облучения излучением произвольного состава и определяемая как произведение поглощённой дозы на средний коэффициент качества излучения (W).

Коэффициент качества излучения (W) – безразмерная величина, учитывающая различие в величине радиационного воздействия разных видов излучений. Например, для γ-квантов и β-частиц этот коэффициент равен единице, а для α-частиц W = 20.

Единицей эквивалентной дозы является Дж/кг, имеющий специальное наименование зиверт (Зв). 1 3в = 1 Гр × К, 1 Зв=100 бэр.

Внесистемная единица эквивалентной дозы – бэр (биологический эквивалент рада). 1 бэр = 1 рад × К.

Воздействие на человека. В результате воздействия ионизирующего излучения в ткани поглощается энергия и возникает ионизация молекул, что ведёт к разрыву молекулярных связей и изменению химической структуры биологических объектов. Особенностью ионизирующих излучений является кумулятивное действие на организм. Кумулятивное действие оказывается особенно сильным при попадании в организм радиоактивных веществ, отлагающихся в определённых тканях. Под влиянием облучения происходит перерождение нормальных клеток в злокачественные, возникают лейкемия, лучевая болезнь.

Ионизирующие излучения способны вызывать все виды наследственных перемен или мутаций (мутация - это всякое изменение наследственных структур).

Важнейшие биологические реакции организма человека на действие ионизирующей радиации условно раз­делены на две группы. К первой относятся острые поражения, ко второй - отдаленные последствия, которые в свою очередь подразделяются на соматические и генетические эффекты.

Острые поражения. В случае одномоментного тотального облучения человека значительной дозой или распределения ее на короткий срок эффект от облучения наблюдается уже в первые сутки, а степень поражения зависит от величины поглощенной дозы. При облучении человека дозой менее 100 бэр, как правило, отмечаются лишь легкие реакции организма, проявляющиеся в формуле крови, изменении некоторых вегетативных функций. При дозах облучения более 100 бэр развивается острая лучевая болезнь, тяжесть течения которой зависит от дозы облучения. Первая степень лучевой болезни (легкая) возникает при дозах 100-200 бэр, вторая (средней тяжести) - при дозах 200-300 бэр, третья (тяжелая) - при дозах 300-500 бэр и четвертая (крайне тяжелая) - при дозах более 500 бэр. Дозы однократного облучения 500-600 бэр при отсутствии медицинской помощи считаются абсолютно смертельными.

Другая форма острого лучевого поражения проявляется в виде лучевых ожогов. В зависимости от поглощенной дозы ионизирующей радиации имеют место реакция степени (при дозе до 500 бэр), II (до 800 бэр), III (до 1200 бэр) и IV степени (при дозе вы­ше 1200 бэр), проявляющиеся в разных формах: от выпадения волос, шелушения и легкой пигментации кожи (I степень ожога) до язвенно-некротических поражений и образования длительно незаживающих трофических язв (IV степень лучевого поражения).

При длительном повторяющемся внешнем или внутреннем облучении человека в малых, но превышающих допустимые величины дозах возможно развитие хронической лучевой болезни.

Отдаленные последствия. К отдаленным последствиям соматического характера относятся разнообразные биологические эффекты, среди которых наиболее существенными являются лейкемия, злокачественные новообразования, катаракта хрусталика глаз и сокращение продолжительности жизни.

Лейкемия - относительно редкое заболевание. Частота возникновения лейкемии среди лиц, подвергавшихся воздействию ионизирующей радиации, по данным ряда авторов, превосходит уровни, характерные для населенияв целом.

Ионизирующие излучения способны провоцировать злокачественные опухоли у человека. Продолжительность жизни человека, в результате воздействия ионизирующей радиации на организм сокращается на 25-50% по сравнению с людьми, не подвергавшимися воздействию радиации.

Радиация имеет естественное и техногенное происхождение. В машиностроении радиоактивные изотопы нашли применение для контроля и автоматизации технологических процессов, исследования износа деталей машин, испытания смазочных материалов, определения структуры сплавов и выявления скрытых дефектов внутри отливок, сварных швов, изделий и т.д.; На производстве также применяются толщиномеры, уровнемеры, плотномеры, влагомеры, автоматические газоанализаторы и другие приборы, основанные на применении радиоактивных изотопов. Источники радиоактивных излучений применяют для нейтрализации зарядов статического электричества. Естественно, что при таком их широком использовании вопросы безопасной организации труда и осуществления мер радиационной защиты приобретают особое значение.

Основными нормативными документами, регламентирующими безопасность работы с источниками ионизирующих излучений, являются Нормы радиационной безопасности (НРБ-2000) и Основные санитарныеправила обеспечения радиационной безопасности (ОСП-2002).

В соответствии с НРБ-2000 установлены три категории облучения: Категория А – профессиональное облучение лиц, работающих непосредственно с источниками ионизирующих излучений. Категория Б – облучение лиц, работающих в смежных помещениях, но не занятых непосредственно работой, связанной с радиационной опасностью. Категория В – облучение населения всех возрастных категорий.

При определении предельно допустимых доз (ПДД) внешнего и внутреннего облучения учитываются три группы критических органов:
1-я группа – всё тело, хрусталик глаза, кроветворные органы;
2-я группа – мышцы, жировая ткань, печень, почки, лёгкие и т.д.;
3-я группа – кожа, кости.

Предельно допустимая доза облучения – это наибольшая эквивалентная доза, действие которой на организм в течение 50 лет не вызывает в нём необратимых изменений, обнаруживаемых современными методами исследования. Предельно допустимые дозы устанавливаются для разных категорий облучения и групп критических органов.

Так, например, ПДД внешнего облучения всего организма для категории А – 5 бэр в год, категории Б – 0,5 бэра в год, категории В – 0,05 бэра в год. Для категории А допускается однократная доза внешнего облучения 3 бэра, при условии, что годовая доза не превысит 5 бэр.
Исходя из существующих ПДД и групп критических органов, установлены предельно допустимые концентрации (ПДК) радиоактивных изотопов в воде открытых водоёмов и источников водоснабжения, в воздухе рабочих помещений, санитарно-защитных зон, населённых пунктов.

Поиск по сайту: