Ионизирующее излучение и средства защиты

Оглавление

 

Введение 3

Основные характеристики ионизирующих излучений 3

Биологическое действие ионизирующих излучений и способы  защиты от них 6

Защита от ионизирующих излучений 8

Литература 10

 

 

 

Введение

Ионизирующим излучением называют излучения, взаимодействие которых  со средой приводит к образованию  электрических зарядов различных  знаков.

Ионизирующее излучение - такое излучение, которым обладают радиоактивные вещества.

Под влиянием ионизирующих излучений у человека возникает  лучевая болезнь.

Главной целью радиационной безопасности является охрана здоровья населения, включая персонал, от вредного воздействия ионизирующего излучения  путем соблюдения основных принципов  и норм радиационной безопасности без  необоснованных ограничений полезной деятельности при использовании  излучения в различных областях хозяйства, в науке и медицине.

Основные характеристики ионизирующих излучений

Ионизирующим излучением называют излучения, взаимодействие которых  со средой приводит к образованию  электрических зарядов различных  знаков. Источники этих излучений  широко используются в технике, химии, медицине, сельском хозяйстве и других областях, например при измерении  плотности почв, обнаружении течей  в газопроводах, измерении толщины  листов, труб и стержней, антистатистической обработке тканей, полимеризации пластмасс, радиационной терапии злокачественных опухолей и др. Однако следует помнить, что источники ионизирующего излучения представляют существенную угрозу здоровью и жизни использующих их людей.

Характеристики  основных радиоактивных элементов

Название элемента	Характеристика  элемента и меры предосторожности	Период полураспада
1	2	3
Радон-222	Газ, испускающий альфа-частицы. Постоянно образуется в горных породах. Опасен при накоплении в шахтах, подвалах, на 1 этаже. Необходима вентиляция (проветривание).	3,8 суток
Ксенон-133	Газообразные изотопы. Постоянно  образуются и распадаются в процессе работы атомного реактора. В качестве защиты используют изоляцию.	5 суток
Йод-131	Испускает бета-частицы и  гамма-излучение. Образуется при работе атомного реактора. Вместе с зеленью  усваивается жвачными животными  и переходит в молоко. Накапливается  в щитовидной железе человека. В  качестве защиты от внутреннего облучения  применяют "йодную диету", т.е. вводят в рацион человека стабильный йод.	8 суток
Криптон-85	Тяжёлый газ, испускающий  бета-частицы и гамма-излучение. Входит в состав отработанного топливного элемента реактора. Выделяется при  их хранении. Защита - изолированное  помещение.	10 лет
Стронций-90	Металл, испускающий бета-частицы. Основной продукт деления в радиоактивных  отходах. Накапливается в костных тканях человека.	29 лет
Цезий-137	Металл, испускающий бета-частицы  и гамма-излучение. Накапливается  в клетках мышечной ткани.	30 лет
Радий-226	Металл, испускающий гамма-излучение, альфа и бета-частицы. Защита - укрытия  и убежища.	1600 лет
Углерод-14	Испускает бета-частицы. Естественный природный изотоп углерода. Используется при определении возраста археологического материала.	5500 лет
Плутоний-239	Испускает альфа-частицы. Содержится в радиоактивных отходах. Защита - качественное захоронение радиоактивных  отходов.	24000 лет
Калий-40	Испускает бета-частицы и  гамма-излучение. Содержится и замещается (выводится) во всех растениях и животных.	1,3 млрд. лет

Геодезисты могут сталкиваться с ионизирующими излучениями  при выполнении работ на ускорителях  заряженных частиц (синхрофазотронах, синхротронах, циклотронах), а также  на атомных электростанциях, на урановых рудниках и др.

Альфа-частицы представляют собой положительно заряженные ядра атомов гелия. Эти частицы испускаются  при радиоактивном распаде некоторых  элементов с большим атомным  номером, в основном это трансурановые  элементы с атомными номерами более 92. Альфа-частицы распространяются в средах прямолинейно со скоростью  около 20 тыс. км/с, создавая на своём  пути ионизацию большой плотности. Альфа-частицы, обладая большой массой, быстро теряют свою энергию и поэтому  имеют незначительный пробег: в воздухе - 20-110 мм, в биологических тканях - 30-150 мм, в алюминии - 10-69 мм.

Бета-частицы - это поток  электронов или позитронов, обладающий большей проникающей и меньшей  ионизирующей способностью, чем альфа-частицы. Они возникают в ядрах атомов при радиоактивном распаде и  сразу же излучаются оттуда со скоростью, близкой к скорости света. При  средних энергиях пробег бета-частиц в воздухе составляет несколько  метров, в воде - 1-2 см, в тканях человека - около 1 см, в металлах - 1 мм.

Рентгеновское излучение  представляет собой электромагнитное излучение высокой частоты и  с короткой длиной волны, возникающее  при бомбардировке вещества потоком  электронов. Важнейшим свойством  рентгеновского излучения является его большая проникающая способность. Рентгеновские лучи могут возникать  в рентгеновских трубках, электронных  микроскопах, мощных генераторах, выпрямительных лампах, электронно-лучевых трубках  и др.

Гамма-излучение относится  к электромагнитному излучению  и представляет собой поток квантов  энергии, распространяющихся со скоростью  света. Они обладают более короткими  длинами волн, чем рентгеновское  излучение. Гамма-излучение свободно проходит через тело человека и другие материалы без заметного ослабления и может создавать вторичное  и рассеянное излучение в средах, через которые проходит. Интенсивность  облучения гамма-лучами снижается  обратно пропорционально квадрату расстояния от точечного источника.

Нейтронное излучение - это  поток нейтральных частиц. Эти  частицы вылетают из ядер атомов при  некоторых ядерных реакциях, в  частности, при реакциях деления  ядер урана и плутония. Вследствие того, что нейтроны не имеют электрического заряда, нейтронное излучение обладает большой проникающей способностью. В зависимости от кинетической энергии  нейтроны условно делятся на быстрые, сверхбыстрые, промежуточные, медленные и тепловые. Нейтронное излучение возникает при работе ускорителей заряженных частиц и реакторов, образующих мощные потоки быстрых и тепловых нейтронов. Отличительной особенностью нейтронного излучения является способность превращать атомы стабильных элементов в их радиоактивные изотопы, что резко повышает опасность нейтронного облучения.

Проникающая способность  излучений 

Единицы измерения  радиоактивности и доз облучений.

Вещества, способные создавать  ионизирующие излучения, различаются  активностью (А), т.е. числом радиоактивных  превращений в единицу времени. В системе СИ за единицу активности принято одно ядерное превращение  в секунду (распад/с). Эта единица  получила название беккерель (Бк). Внесистемной единицей измерения активности является кюри (Ки), равная активности нуклида, в  котором происходит 3,7 · 10¹⁰ актов распада в одну секунду, т.е.

1 Ки = 3,7·10¹⁰Бк.

Единице активности кюри соответствует  активность 1 г радия (Rа).

Для характеристики ионизирующих излучений введено понятие дозы облучения. Различают три дозы облучения: поглощённая, эквивалентная и экспозиционная.

Степень, глубина и форма  лучевых поражений, развивающихся  среди биологических объектов при  воздействии на них ионизирующего  излучения, в первую очередь зависят  от величины поглощённой энергии  излучения или поглощённой дозы (Д_погл).

Поглощённая доза - энергия, поглощённая единицей массы облучаемого  вещества.

За единицу поглощённой  дозы облучения принимается грей (Гр), определяемый как джоуль на килограмм (Дж/кг). Соответственно

1 Гр = 1 Дж/кг.

В радиобиологии и радиационной гигиене широкое применение получила внесистемная единица поглощённой  дозы - рад. Рад - это такая поглощённая  доза, при которой количество поглощённой энергии в 1г любого вещества составляет 100 эрг независимо от вида и энергии излучения. Соразмерность грея и рада следующая:

1 Гр= 100 рад.

Биологическое действие ионизирующих излучений и способы защиты от них

Различают два вида эффекта  воздействия на организм ионизирующих излучений: соматический и генетический. При соматическом эффекте последствия проявляются непосредственно у облучаемого, при генетическом - у его потомства. Соматические эффекты могут быть ранними или отдалёнными. Ранние возникают в период от нескольких минут до 30-60 суток после облучения. К ним относят покраснение и шелушение кожи, помутнение хрусталика глаза, поражение кроветворной системы, лучевая болезнь, летальный исход. Отдалённые соматические эффекты проявляются через несколько месяцев или лет после облучения в виде стойких изменений кожи, злокачественных новообразований, снижения иммунитета, сокращения продолжительности жизни.

При изучении действия излучения  на организм были выявлены следующие  особенности:

1. Высокая эффективность поглощённой энергии, даже малые её количества могут вызвать глубокие биологические изменения в организме.
2. Наличие скрытого (инкубационного) периода проявления действия ионизирующих излучений.
3. Действие от малых доз может суммироваться или накапливаться.
4. Генетический эффект - воздействие на потомство.
5. Различные органы живого организма имеют свою чувствительность к облучению.
6. Не каждый организм (человек) в целом одинаково реагирует на облучение.
7. Облучение зависит от частоты воздействия. При одной и той же дозе облучения вредные последствия будут тем меньше, чем более дробно оно получено во времени.

Ионизирующее излучение  может оказывать влияние на организм как при внешнем (особенно рентгеновское  и гамма-излучение), так и при  внутреннем (особенно альфа-частицы) облучении. Внутреннее облучение происходит при  попадании внутрь организма через  лёгкие, кожу и органы пищеварения  источников ионизирующего излучения. Внутреннее облучение более опасно, чем внешнее, так как попавшие внутрь ИИИ подвергают непрерывному облучению ничем не защищённые внутренние органы.

Под действием ионизирующего  излучения вода, являющаяся составной  частью организма человека, расщепляется и образуются ионы с разными зарядами. Полученные свободные радикалы и  окислители взаимодействуют с молекулами органического вещества ткани, окисляя  и разрушая её. Нарушается обмен  веществ. Происходят изменения в  составе крови - снижается уровень  эритроцитов, лейкоцитов, тромбоцитов  и нейтрофилов. Поражение органов  кроветворения разрушает иммунную систему человека и приводит к  инфекционным осложнениям.

Местные поражения характеризуются  лучевыми ожогами кожи и слизистых  оболочек. При сильных ожогах образуются отёки, пузыри, возможно отмирание тканей (некрозы).

Смертельные поглощённые  дозы для отдельных частей тела следующие:

• голова - 20 Гр;
• нижняя часть живота - 50 Гр;
• грудная клетка -100 Гр;
• конечности - 200 Гр.

При облучении дозами, в 100-1000 раз превышающую смертельную  дозу, человек может погибнуть  во время облучения ("смерть под  лучом").

В зависимости от типа ионизирующего  излучения могут быть разные меры защиты: уменьшение времени облучения, увеличение расстояния до источников ионизирующего излучения, ограждение источников ионизирующего излучения, герметизация источников ионизирующего  излучения, оборудование и устройство защитных средств, организация дозиметрического контроля, меры гигиены и санитарии.

В России, на основе рекомендаций Международной комиссии по радиационной защите, применяется метод защиты населения нормированием. Разработанные нормы радиационной безопасности учитывают три категории облучаемых лиц: 
А - персонал, т.е. лица, постоянно или временно работающие с источниками ионизирующего излучения; 
Б - ограниченная часть населения, т.е. лица, непосредственно не занятые на работе с источниками ионизирующих излучений, но по условиям проживания или размещения рабочих мест могущие подвергаться воздействию ионизирующих излучений; 
В - всё население.

Биологические нарушения  при однократном (до 4-х суток) 
облучении всего тела человека

Доза облучения, (Гр)	Степень лучевой  болезни	Начало проявления первичной реакции	Характер первичной  реакции	Последствия облучения
До 0,250,25 - 0,50,5 - 1,0	Видимых нарушений нет.  Возможны изменения в крови.  Изменения в крови, трудоспособность нарушена
1 - 2	Лёгкая (1)	Через 2-3 ч	Несильная тошнота с рвотой. Проходит в день облучения	Как правило, 100% -ное выздоровление даже при отсутствии лечения
2 - 4	Средняя (2)	Через 1-2 ч Длится 1 сутки	Рвота, слабость, недомогание	Выздоровление у 100% пострадавших при условии лечения
4 - 6	Тяжёлая (3)	Через 20-40 мин.	Многократная рвота, сильное  недомогание, температура -до 38	Выздоровление у 50-80% пострадавших при условии спец. лечения
Более 6	Крайне тяжёлая (4)	Через 20-30 мин.	Эритема кожи и слизистых, жидкий стул, температура -выше 38	Выздоровление у 30-50% пострадавших при условии спец. лечения
6-10	Переходная форма (исход  непредсказуем)
Более 10	Встречается крайне редко (100%-ный смертельный исход)

Для категорий А и Б, с учётом радиочувствительности разных тканей и органов человека, разработаны предельно допустимые дозы облучения (табл. 3.5).

Предельно допустимая доза - это наибольшее значение индивидуальной эквивалентной дозы за год, которая при равномерном воздействии в течение 50 лет не вызовет в состоянии здоровья персонала неблагоприятных изменений, обнаруживаемых современными методами.

Каждый житель Земли (категория В) на протяжении всей своей жизни ежегодно облучается дозой в среднем 250-400 мбэр. Полученная доза складывается из природных и искусственных источников ионизирующего излучения.

Дозовые пределы

Группа и название критических органов человека	Предельно допустимая доза для категории А за год,  бэр	Предел дозы для  категории Б за год,  бэр
I. Всё тело, красный костный  мозг	5	0,5
II. Мышцы, щитовидная железа, печень, жировая ткань, лёгкие, селезёнка,  хрусталик глаза, желудочно-кишечный  тракт	15	1,5
III. Кожный покров, кисти,  костная ткань, предплечья, стопы,  лодыжки	30	3,0