Лекція 5. Іонізуюче випромінювання

Явище спонтанного розпаду нестабільного нукліду називається радіоактивним розпадом - радіоактивністю, а сам нуклід - радіонуклідом. Радіоактивність пов'язана з перетвореннями, які відбуваються в ядрах деяких ізотопів, а саме випромінювання і є тим, що називається радіацією.

При кожному акті розпаду (спонтанних перетворень) вивільняється енергія, яка і передається далі у вигляді випромінювання.

Кількість розпадів за одну секунду в радіоактивному зразку називається його активністю. Одиниця вимірювання активності в системі СІ називається бекерелем (Бк); один бекерель дорівнює одному розпаду в секунду. Чим менший період напіврозпаду, тим активніший цей процес.

Різні види випромінювання супроводжуються звільненням різної кількості енергії і мають різну проникаючу здатність, тому вони неоднаково діють на тканини живого організму.

α-випромінювання має велику іонізуючу і малу проникаючу здатність. Затримується, наприклад, листком паперу і практично не здатне проникнути через зовнішній шар шкіри, утворений відмерлими клітинами. Тому воно не являє небезпеки до того часу, поки радіоактивні елементи, які випромінюють а-частинки, не проникнуть всередину організму через відкриту рану, з їжею або з повітрям. У повітрі проникаюча здатність а-випромінювання - 10-11 см, у біологічних тканинах - 30-40 мкм.

β-випромінювання має меншу іонізуючу здатність і більшу проникаючу здатність, воно проходить у тканини організму на глибину 1-2 см, у повітрі - декілька метрів. Вплив на організм людини цього випромінювання, і відповідно захист, залежить від енергії - частинки, що випромінюється. Для різних радіонуклідів вона є різною. Наприклад: 3-випромінювання джерела ⁹⁰8г + ⁹⁰ІІ (велика енергія випромінювання) повністю поглинається шаром ґрунту завтовшки 3 см, а ^І37Сз (з меншою енергією випромінювання) шаром ґрунту товщиною 1 см.

γ-випромінювання має малу іонізуючу здатність і найбільшу проникаючу здатність. Проникаюча здатність у-випромінювання, яке поширюється зі швидкістю світла, дуже велика, його може затримати лише товста свинцева або бетонна плита. У повітрі проникає на сотні метрів, біологічні тканини проходить наскрізь. Рентгенівські промені теж проходять тканини людини наскрізь.

Атом, позбавлений одного або декількох електронів в електронній оболонці, являє собою позитивний однозарядний або багатозарядний іон. Атом, який має надлишок в один або декілька електронів в електронній оболонці, є негативним однозарядним або багатозарядним іоном.

Іонізація - це процес утворення іонів. Процес утворення позитивного іона полягає у вириванні електрона з електронної оболонки нейтрального атома, для чого необхідно затратити деяку енергію. Електрон, вирваний з ядра в результаті іонізації, «прилипає» до нейтрального атома чи нейтральної молекули, утворюючи негативний іон. Іони, які виникли, зникають в результаті рекомбінації - процесу з'єднання негативних та позитивних іонів, в якому утворюються нейтральні атоми або молекули.

Іонізуючим називається випромінювання, яке прямо або непрямо може іонізувати середовище. До нього належать рентгенівське у-випромінювання, а також випромінювання, яке складається з потоків заряджених або нейтральних частинок, які мають достатню для іонізації енергію.

5.1 Дози іонізаційного випромінювання

Пошкодження, викликані в живому організмі випромінюванням, будуть тим більші, чим більше енергії воно передасть тканинам; кількість такої переданої організму енергії називається дозою.

Дозу випромінювання організм може одержати від будь-якого радіонукліду або їх суміші, незалежно від того, знаходяться вони всередині організму чи зовні.

Розрізняють такі дози:

1. Доза поглинання це кількість енергії випромінювання, яка поглинається одиницею маси тканини тіла організму, що опромінюється.

Доза поглинання () визначається:

;

де – середня енергія, передана випромінюванням речовині в деякому елементарному об'ємі, Дж;

– маса речовини в цьому об'ємі, кг.

Одиниця поглиненої дози випромінювання в системі СІ – Грей (Гр). 1 Гр = Дж/кг, тобто це така поглинена доза, коли в 1 кг опроміненого зразка поглинається енергія в 1 Дж. Позасистемною одиницею є рад, 1 рад = 0,01 Гр.

Але ця величина не враховує того, що при однаковій дозі поглинання α -випромінювання значно небезпечніше, ніж β - або γ -випромінювання.

Для оцінки впливу випромінювання на біологічні об'єкти використовують поняття еквівалентної дози, яка визначається в одиницях Бер (біологічний еквівалент рада), 1 бер = 0,01 Зв (Зіверт) в системі СІ.

Вплив променів α, β або γ на біологічні об'єкти характеризується відносною біологічною ефективністю (ВБЕ), яка виражається через коефіцієнт якості опромінення, або коефіцієнт відносної біологічної ефективності – К;

для α -променів К_α = 20, для β або γ К_β,γ = 1.

Коефіцієнт якості К враховує, що при однаковій поглиненій дозі α -випромінювання значно небезпечніше, ніж β або γ випромінювання. Отже, дозу треба помножити на коефіцієнт, що відбиває здатність випромінювання даного виду пошкоджувати тканини організму, α-випромінювання вважається у 20 разів небезпечнішим, ніж інші види випромінювання.

Еквівалентна доза , визначається:

,

де - доза поглинання, К - коефіцієнт якості опромінення.

Слід врахувати також, що різні частини тіла людини (органи, тканини) мають різну чутливість до опромінювання. Наприклад, при одинаковій еквівалентній дозі опромінювання виникнення раку в легенях більш імовірне, ніж у щитовидній залозі. Тому дози опромінювання органів і тканин слід враховувати з різними коефіцієнтами. Якщо помножити еквівалентні дози на відповідні коефіцієнти і підсумувати їх по всіх органах, матимемо ефективну еквівалентну дозу. Вона показує сумарний ефект впливу радіоактивного випромінювання для організму і вимірюється в Зівертах:

;

Де – ефективна еквівалентна доза, - еквівалентна доза, К_ч – коефіцієнт, який враховує чутливість різних тканин до опромінювання.

Ці три поняття описують тільки індивідуально одержані дози. Сума індивідуальних ефективних еквівалентних доз, одержаних групою людей, складає колективну ефективну еквівалентну дозу (люд.-Зв).

Оскільки періоди піврозпаду різних радіонуклідів мають широкий діапазон і деякі радіонукліди розпадаються дуже повільно - десятки, сотні, а то й тисячі років, то введено поняття очікувана (повна) колективна ефективна еквівалентна доза. Так називають колективну дозу, яку одержують багато поколінь людей від радіоактивного джерела за весь час його існування.

2. Доза опромінювання. Для рентгенівського і γ-випромінювання використовують дозу опромінювання - експозиційну дозу, одиницею вимірювання якої є кулон на кілограм, кл/кг. Рентген - позасистемна одиниця.

Доза опромінювання визначається як:

;

де – повний заряд іонів одного знаку, кл; – маса повітря, кг.

Доза опромінювання – це кількість заряду, який виникає в результаті іонізації маси повітря.

5.2. Дія іонізаційного випромінювання на організм людини

Дія радіоактивного випромінювання на біологічні об'єкти - людей, тварин, рослини - полягає у внесенні в них певної енергії, що призводить до руйнування біологічних структур. При проходженні через різні об'єкти випромінювання в результаті зіткнення з атомами втрачає частину або всю свою енергію. Ця енергія поглинається масою опромінюваного середовища.

Опромінювання може бути зовнішнім або внутрішнім. Зовнішнє - це опромінювання, яке біологічний об'єкт одержує від зовнішніх джерел випромінювання. Внутрішнє - це результат опромінювання продуктами розпаду радіонуклідів, що потрапляють в організм людини з їжею, з повітрям при диханні, з димом тощо. Внутрішнє, або інкорпоративне випромінювання визначає надходження радіонуклідів до організму, де вони, залежно від елемента, можуть осідати в кістках (стронцій-90), щитовидній залозі (йод), шлунково-кишковому тракті, м'язах (цезій), випромінюючи α, β, γ - промені, тобто в реальних умовах радіонукліди розподіляються по організму нерівномірно.

При дії іонізуючого випромінювання на організм людини в тканинах можуть відбуватися складні фізико-хімічні та біологічні процеси. В результаті іонізації живої тканини відбувається розрив молекулярних зв'язків і зміна хімічної структури різних сполук, що, у свою чергу, призводить до загибелі клітин.

Порушення біологічних процесів можуть бути оборотними, коли нормальна робота клітин опроміненої тканини повністю відновлюється, або необоротними, що ведуть до ураження окремих органів або всього організму і виникнення променевої хвороби.

Радіація за своєю природою є шкідливою для життя. Малі дози опромінювання можуть «запустити» не до кінця ще визначений ланцюг подій, які приводять до раку або до генетичних ушкоджень.

При великих дозах радіація може зруйнувати клітини, ушкодити тканини органів і бути причиною швидкої загибелі організму.

Ушкодження, викликані великими дозами опромінювання, звичайно проявляються протягом декількох годин або днів. Ракові захворювання проявляються через 10-20 років після опромінювання. А вроджені пороки розвитку та інші спадкові хвороби, викликані пошкодженням генетичного апарату, виявляються лише в наступному або подальших поколіннях - це діти, онуки і більш віддалені потомки індивіда, який був опромінений.

Розрізняють дві форми променевої хвороби - гостру і хронічну.

Гостра форма виникає в результаті опромінювання великими дозами протягом короткого проміжку часу.

Хронічні ураження розвиваються в результаті систематичного опромінювання дозами, які перевищують гранично допустимі.

Величина дози, яка визначає ступінь ураження, залежить від того, одержав організм одразу всю дозу чи в декілька прийомів. Більшість органів встигає залікувати тією чи іншою мірою радіаційні ушкодження і тому організм краще переносить серію малих доз, ніж таку ж сумарну дозу опромінювання, одержану за один прийом.

Червоний кістковий мозок та інші елементи кровотворної системи найбільше страджають при опромінюванні і втрачають здатність нормально функціонувати вже при дозах 0,5-1,0 Гр. Але вони мають здатність до регенерації, і якщо доза не дуже велика, щоб викликати пошкодження всіх клітин, кровотворна система може повністю відновити свої функції.

Більшість тканин дорослої людини є мало чутливими до дії радіації. Нирки витримують сумарну дозу близько 23 Гр, одержану протягом 5 тижнів, без особливої для себе шкоди, печінка - 40 Гр за місяць, сечовий міхур - 55 Гр, хрящова тканина - 70 Гр за 4 тижні.

Рак - хронічне захворювання, найбільш серйозне з усіх наслідків опромінювання людини, виникає при дії малих доз. Імовірність захворіти на рак прямо пропорційна дозі опромінювання. Серед ракових захворювань перше місце посідають лейкози. Вони викликають загибель людей в середньому через 10 років з моменту опромінювання.

5.3. Нормування радіаційної безпеки

Радіаційна безпека регламентується такими документами - «Норми радіаційної безпеки України» НРБУ-97 та «Основні санітарні правила роботи з радіоактивними та іншими іонізуючими речовинами» ОСП-72/87.

Систему дозових меж і принципів їх застосування наведено в НРБУ-97, де передбачено три категорії людей, які ризикують зазнати опромінення (табл. 5.1):

• категорія А - персонал, що професійно працює з радіоактивними речовинами;

• категорія Б - особи, що безпосередньо не працюють з радіоактивними речовинами, але за умовами розміщення їх робочих місць або проживання можуть потрапити під дію опромінювання;

• категорія В - інше населення країни.

Таблиця 5.1. Норми радіаційної безпеки

Категорія	День	Тиждень	Рік
А	17 мбер	100 мбер	5 бер
Б	17 мбер	10 мбер	0,5 бер
В	не вище, ніж для категорії Б

Для категорії А введено поняття граничнодопустимої дози (ГДД).

Для категорії Б граничнодопустима доза (ГДД) - поняття, аналогічне межі дози. Межа дози - це таке найбільше середнє значення індивідуальної еквівалентної дози за календарний рік, при якому рівномірне опромінювання протягом наступних 70 років не може призвести до несприятливих змін у стані здоров'я, що можуть бути виявлені сучасними методами (табл. 2.3).

Таблиця 5.2. Граничнодопустимі дози та межі доз для груп критичних органів згідно НРБУ-97

Групи критичних органів	Граничнодопустима доза для категорії А, бер/рік	Межа дози для категорії Б, бер/рік
І група - все тіло, гонади, червоний мстковий мозок		0,5
ІІ група - м'язи, печінка, легені, селезінка, нирки та ін.		1,5
ІІІ група - шкіра, кістки, гомілки, стопи

5.4 Заходи захисту від іонізуючого випромінювання

Захист від іонізуючих випромінювань складається з комплексу організаційних і технічних заходів.

До заходів захисту від іонізуючого випромінювання належать:

• захист від зовнішніх джерел випромінювання;

• попередження розповсюдження радіонуклідів у робочому приміщенні і довкіллі;

• відповідне планування та підготовка приміщень;

• організація необхідного радіаційного контролю;

• забезпечення необхідних умов транспортування радіоактивних речовин, збір та захоронення радіоактивних відходів;

• використання засобів індивідуального захисту та ін.

До підприємств, лабораторій, де постійно проводяться роботи з радіоактивними речовинами, встановлені підвищені вимоги з охорони праці. На дверях приміщення, контейнерах, обладнанні повинні бути знаки радіаційної небезпеки - на жовтому фоні три червоних пелюстки.

Адміністрація підприємства зобов'язана розробити детальні інструкції, в яких викладається порядок проведення робіт, обліку, збереження і видачі джерел випромінювання, збору і знешкодження радіоактивних відходів, утримання приміщень, організація і порядок проведення радіаційного (дозиметричного) контролю.

Захист від зовнішніх потоків випромінювання. При роботах із закритими джерелами, тобто з радіоактивними джерелами випромінювання, обладнання яких виключає потрапляння радіоактивних речовин в навколишнє середовище в умовах застосування, працівник може зазнати тільки зовнішнього опромінювання (табл. 2.2). Захист від зовнішнього опромінювання забезпечується:

• тривалістю перебування працівника в небезпечній зоні;

• зміною відстані від джерела випромінювання;

• створенням захисних екранів (товщина екранів розраховується на основі законів послаблення випромінювання в речовині екрана).

Захист від внутрішнього випромінювання потребує виключення контакту з радіоактивними речовинами у відкритому вигляді, запобігання попадання їх всередину організму, в повітря робочої зони, а також попередження радіоактивного забруднення рук, одягу, поверхонь приміщення і обладнання.

Засоби індивідуального захисту і особиста гігієна мають особливе значення при роботі з радіоактивними речовинами. Залежно від виду і небезпечності робіт застосовують спецодяг (комбінезони або костюм), спецбілизну, шкарпетки, спецвзуття, рукавиці, засоби захисту органів дихання. Для а- і Р-ви- промінювання можна використовувати бавовняні халати, шапочки, гумові рукавиці і респіратори.

На підприємствах радіоактивні речовини зберігаються в спеціальних нішах або сейфах, в підвальних і напівпідвальних приміщеннях, ведеться строгий облік надходжень і витрат, щоб виключити можливість їх безконтрольного використання. В лабораторних приміщеннях радіоактивні речовини повинні знаходитися в кількості, яка не перевищує добової потреби.

Порядок перевезення радіоактивних речовин регламентований спеціальними правилами. Радіоактивні речовини перевозять в спеціальних контейнерах та спеціально обладнаним транспортом тільки вночі.

Переробка і усунення радіоактивних відходів. Тверді відходи пресують і спалюють, збираючи попіл і очищуючи димові гази, рідкі відходи збагачують методом випаровування, осадження та іншими методами. Потім відходи покривають бітумом або цементують у вигляді блоків і захороняють у спеціальних могильниках.

Дата добавления: 2014-01-04