Іонізуюче випромінювання

Виробничі джерела іонізуючого випромінювання, класифікація і особливості їх використання. Штучними джерелами іонізуючих випромінювань є ядерні реактори, прискорювачі заряджених частинок, рентгенівські установки, штучні радіоактивні ізотопи, прилади засобів зв'язку високої напруги тощо. Як природні, так і штучні іонізуючі випромінювання можуть бути електромагнітними (фотонними або квантовими) і корпускулярними. Класифікація іонізуючих випромінювань, яка враховує їх природу, наведена на рис. 1.

Рис. 1. Класифікація іонізуючих випромінювань

Рентгенівське випромінювання виникає в результаті зміни стану енергії електронів, що знаходяться на внутрішніх оболонках атомів, і має довжину хвилі (1000 – 1)10^-12м. Це випромінювання не перевищує 1 МеВ. Рентгенівські промені проходять тканини людини наскрізь.

Гамма (γ)-випромінювання виникають при збудженні ядер атомів або елементарних частинок. Довжина хвилі (1000 – 1) 10^-15 м. Джерелом γ-випромінювання є ядерні вибухи, розпад ядер радіоактивних речовин, вони утворюються також при проходженні швидких заряджених частинок крізь речовину. Завдяки значній енергії, що знаходиться в межах від 0,001 до 5 МеВ у природних радіоактивних речовин та до 70 МеВ при штучних ядерних реакціях, це випромінювання може іонізувати різні речовини, а також характеризується великою проникаючою здатністю. γ-випромінювання проникає крізь великі товщі речовини. Поширюється воно зі швидкістю світла і використовується в медицині для стерилізації приміщень, апаратури, продуктів харчування.

Альфа ( α )-випромінювання - іонізуюче випромінювання, що складається з α-частинок (ядер гелію), які утворюються при ядерних перетвореннях і рухаються зі швидкістю близько до 20000 км/с. Енергія α-частинок – 2-8 МеВ. Вони затримуються аркушем паперу, практично нездатні проникати крізь шкіряний покрив. Тому α-частинки не несуть серйозної небезпеки доти, доки вони не потраплять всередину організму через відкриту рану або через кишково-шлунковий тракт разом із їжею. (α-частинки проникають у повітря на 10-11 см від джерела, а в біологічних тканинах на 30-40 мкм.

Бета β -випромінювання – це електронне та позитронне іонізуюче випромінювання з безперервним енергетичним спектром, що виникає при ядерних перетвореннях. Швидкість β-частинок близька до швидкості світла. Вони мають меншу іонізуючу і більшу проникаючу здатність у порівнянні з α -частинками. (β-частинки проникають у тканини організму на глибину до 1-2 см, а в повітрі – на декілька метрів. Вони повністю затримуються шаром грунту товщиною 3 см.

Потоки нейтронів та протонів виникають при ядерних реакціях, їх дія залежить від енергії цих частинок.

Кожному біологічному виду властива своя міра чутливості до дії іонізуючої радіації, яка характеризує його радіочутливість. Ступінь радіочутливості сильно варіюється в межах одного виду (індивідуальна радіочутливість), а для певного індивідууму залежить також від віку і статі. Навіть в одному організмі різні клітини і тканини сильно відрізняються за радіочутливістю.

Енергія іонізуючого випромінювання при проходженні через біологічну тканину передається атомам і молекулам. Це приводить до утворення іонів і збуджених молекул. Наступний акт – хімічний етап ураження клітини.

В основі первинних радіаційно-хімічних змін молекул лежать два механізми: 1) прямої дії, коли дана молекула зазнає зміну (іонізацію, збудження) безпосередньо при взаємодії з випромінюванням; 2) непрямої дії, коли молекула безпосередньо не поглинає енергію іонізуючого випромінювання, а отримує її шляхом передачі від іншої молекули.

Оскільки у біологічній тканині міститься 60...70% маси води, суттєву роль в процесі біологічної дії випромінювань грає радіоліз води. Під дією випромінювань вода розкладається із утворення радикалів водню (Н') і гідроксилу (ОН'), які мають високу хімічну активність.

В присутності розчиненого у воді кисню утворюються також інші продукти радіолізу: вільний радикал гідроперекису НО₂', перекис водню Н₂О₂' і атомарний кисень.

В клітині організму, особливо якщо поглинальними речовинами є великі і багатокомпонентні біологічні молекули, утворюються органічні радикали Д', які відзначаються високою реакційною здатністю.

Крім того, біологічна дія посилюється за рахунок кисневого ефекту, взаємодії вільного радикалу з киснем і утворення високореакційного продукту Д0₂'.

Отримані в процесі радіолізу води вільні радикали і окисники, маючи високу хімічну активність, вступають в хімічні реакції із молекулами білка, ферментів та інших структурних елементів біологічної тканини, що приводить до зміни біохімічних процесів в організмі. В результаті порушуються обмінні процеси, пригнічується активність ферментних систем, сповільнюється і припиняється ріст тканин, виникають нові хімічні з'єднання, не властиві організму, - токсини. Це сприяє порушенню життєдіяльності окремих систем чи організму в цілому.

Жоден інший вид енергії (теплової, електричної.та ін.), поглинутої біологічним об'єктом в тій же кількості, не приводить до таких змін, яківикликає іонізуюче випромінювання. Наприклад, смертельна доза іонізуючого випромінювання для ссавців дорівнює 10 Гр, що відповідає поглинутій енергії 10 Дж/кг. Якщо цю енергію підвести у вигляді тепла, то вона нагріла б організм людини лише на 0,001°С, менше, ніж від склянки випитого чаю.

Біологічна дія іонізуючих випромінювань на організм людини, в першу чергу, залежить від поглинутої енергії випромінювання.

Поглинута доза випромінювання (Д) - це фізична величина, яка дорівнює співвідношенню середньої енергії, переданої випромінюванням речовині в деякому елементарному об'ємі, до маси речовини в ньому.

Одиниця вимірювання поглинутої зони – грей (Гр.); 1 Гр = 1Дж/кг. Застосовується також позасистемна одиниця – рад. 1 рад = 0,01 Гр.

Однак поглинута доза не враховує того, що вилив однієї і тієї самої дози різних видів випромінювань на окремі органи і тканини, як і на організм в цілому, неоднаковий. Наприклад, α-випромінювання спричиняє ефект іонізації майже у 20 разів більший, ніж β- та γ-випромінювання. Для порівняння біологічної дії різних видів випромінювань при вирішенні задач, пов'язаних із радіаційним захистом, НРБУ-97 введено поняття еквівалентної дози в органі або тканині (Н_т), величина якої визначається як добуток поглинутої дози в окремому органі або тканині (Д_т) на радіаційний зважуючий фактор W, величина якого залежить від відносної біологічної ефективності іонізуючого випромінювання, тобто

Н_т = Д_т W (1)

Одиниця еквівалентної дози в системі СІ – зіверт (Зв). Позасистемна одиниця еквівалентної дози – бер – біологічний еквівалент рада. 1Зв=100бер.

Типові методи та засоби захисту персоналу від іонізуючого випромінювання у виробничих умовах. Щоб уникнути шкідливої дії іонізуючих випромінювань, необхідно створити умови, що виключають опромінення організму дозами вище граничне допустимих і зменшують вміст радіоактивних речовин у повітрі, воді, їжі і т.д. до концентрацій нижче гранично допустимих.

Гранично допустима доза опромінення - це найбільша доза, дія якої на організм не викликає в ньому утворення незворотних соматичних і генетичних змін, що виявляються сучасними методами дослідження.

Фонове опромінення людини складається із опромінення природними і штучними джерелами. Природний фон - це потужність дози іонізуючих випромінювань для даної місцевості, створювана космічним випромінюванням і випромінюваннями природних радіоактивних речовин (в гірських породах, грунтах, атмосфері, будівлях і живих об'єктах) при відсутності сторонніх джерел іонізуючих випромінювань. Середня для населення річна індивідуальна ефективна еквівалентна доза за рахунок всіх джерел фонового опромінення Н_Е = 3,5 мЗв, із них за рахунок природного фона 1 мЗв; за рахунок використання будівельних матеріалів, маючих природні радіонукліди,- 1,05 мЗв; за рахунок рентгенодіагностичного опромінення 1,4 мЗв.

Основними документами, якими регламентується радіаційна безпека в Україні, є: Норми радіаційної безпеки України (НРБУ-97) та Основні санітарні правила України (ОСПУ). У НРБУ-97 встановлені три категорії осіб, що опромінюються:

Категорія А (професійні працівники) - особи, які постійно чи тимчасово працюють безпосередньо із джерелами іонізуючих випромінювань.

Категорія Б - обмежена частина населення - особи, які не працюють безпосередньо із джерелами іонізуючого випромінювання, але за умовами проживання чи розміщення робочих місць можуть зазнавати впливу радіоактивних речовин та інших джерел випромінювання,. які використовуються на підприємстві і виводяться у зовнішнє середовище.

Категорія В - населення області, країни.

Як відзначалось, різні органи і тканини тіла людини мають різну радіочутливість. Критичним органом називається орган, тканина чи частина тіла, опромінення яких в умовах нерівномірного опромінення організму може заподіяти найбільше ушкодження здоров'ю даної особи або його нащадкам. За рівнем зменшення радіочутливості встановлюються три групи критичних органів:

Для осіб категорій А і Б НРБУ-97 встановлюють ліміти ефективної й еквівалентної доз за календарний рік. Обмеження опромінення категорії В (населення) здійснюється введенням лімітів річної ефективної та еквівалентної доз для критичних груп осіб категорії Б. Остання означає, що значення річної дози опромінення осіб, що входять до критичної групи, не повинно перевищувати ліміту дози, встановленого для категорії В (див. табл. 1).

Чисельні значення наведених в табл. 6 основних дозових лімітів НРБУ-97 встановлюють на рівнях, що виключають можливість виникнення детерміністичних ефектів опромінення і одночасно гарантують настільки низьку ймовірність виникнення стохастичних ефектів опромінення, що вона є прийнятною як для окремих осіб, так і для суспільства в цілому.

Таблиця 6

Ліміти доз сумарнолго внутрішнього і зовнішнього опромінення (ГДД)

Ліміти доз (ГДД), мЗв / рік	Категорія опромінюваних осіб
	А	Б	В
ЛДЕ (ліміт ефективної дози)
Ліміти еквівалентної дози:
ЛДlens (для кришталика ока)
ЛДskin„ (для шкіри)
ЛДехtrіт (для кістей і стіп)			-

Гранично допустима доза (ГДД) - найбільше значення індивідуальної еквівалентної дози за календарний рік, при якому рівномірне опромінення протягом 50 років не може викликати в стані здоров'я персоналу (категорія А) несприятливих змін, що виявляються сучасними методами.

Межа дози (МД) - таке найбільше значення індивідуальної еквівалентної дози за календарний рік у критичної групи осіб, при якому рівномірне опромінення протягом 70 років не може викликати в стані здоров'я несприятливих змін, які виявляються сучасними методами. У цьому визначенні під критичною групою осіб розуміється невелика за кількістю група осіб категорії Б, однорідна за умовами життя, віку, статі чи іншими факторами, яка зазнає найбільшої радіаційної дії серед даного контингенту людей.

Опромінення населення (категорія В) не нормується, воно зумовлене лише природним фоном, медичними процедурами, технологічними факторами: радіоактивністю будівельних матеріалів, хімічних добрив, продуктами згоряння органічного палива та ін.

Для зменшення надходження радіонуклідів з водою, повітрям та харчовими продуктами до людей і усунення небезпеки опромінення населення підвищеними дозами радіації на забруднених територіях необхідне проведення радіаційного контролю та порівняння результатів дозиметричних вимірювань із нормами радіаційної безпеки (табл. 7).

Таблиця 7

Дата добавления: 2014-01-07