Параметры электромагнитных излучений

Электромагнитные поля характеризуются следующими параметрами:

• частота излучения f (Гц)

• напряженность электрического поля E  B 

м

• напряженность магнитного поля H А

м

• плотность потока энергии

J ЭМП

 Вт

= [ЕН ]

 м2 

 

Портность потока энергии (ППЭ), или интенсивность показывает, какое количество энергии протекает за 1с сквозь площадку в 1 м2, расположенную перпендикулярно движению волны.

Важнейшие соотношения между характеристиками: При распространении э-м волн в вакууме или воздухе

Е=377 Н

λ f = c - основное соотношение для волнового движения.

Плотность потока энергии (плотность мощности) при излучении сферических волн она может быть выражена через мощность, подводимую к излучателю

Рист = = Е

(1)

J = (4П r 2) ЕН

r - расстояние до источника излучения.

Зоны электромагнитного излучения. Выделяют три характерные зоны, обусловливающие воздействие ЭМИ на людей и технические устройства.

Зона излучения характеризуется соотношением:

λ

2П

R >> = R б.з. -

-настолько больше зависит от излучателя.

λ

R б.з. = R ≤ 2П

- Так называемая ближняя зона (зона индукции, в

которой бегущая электромагнитная волна еще не сформировалась;

электрическое и магнитное поля следует считать независимыми друг от

друга - эту зону можно характеризовать как электрической, так и магнитной соответствующими поля).

H К

R п.з. = R д.з. − R б.з. - промежуточная зона, или зона интерференции

(начало)(конец)

Для ближней зоны и зоны интерференции используются соответствующие формулы, связывающие напряженность поля и плотность потока энергии.

Эти зависимости используются для выбора защиты, расчета экранов.

3. Воздействие электромагнитных полей на организм человека

Воздействие электромагнитных полей на человека зависит от:

1. Напряженности электрического и магнитного полей, потока энергии.

2. Частоты колебаний.

3. Размера облучаемой поверхности тела.

4. Индивидуальных особенностей организма.

5. Комбинированным действиям совместно с другими факторами производственной среды:

Воздействие электромагнитного поля на человека можно свести к:

1. Тепловому действию

2. Специфическому действию на ткани человека как биологические объекты.

2.1. Механизм воздействия электромагнитного поля следующий

(поглощение энергии поля тканями тела человека).

В электрическом поле атомы и молекулы тканей организма поляризуются, а полярные молекулы (например, воды) ориентируются по направлению распространения электромагнитного поля. Таким образом в электролитах (жидких составляющих тканей, крови и т.п.) появляются ионные токи. Переменное электрическое поле вызывает нагрев тканей человека как за счет переменной поляризации диэлектрика (сухожилия, хрящи и т.д.), так и за счет появления токов проводимости. Тепловой эффект является следствием поглощения тканями энергии электромагнитного поля. Чем больше напряженность поля и время действия, тем сильнее эффект. До определенного предела избыточная теплота отводится за счет нагружения

механизма терморегуляции. Но начиная с J =10мВТ / см2

- называется

тепловым порогом, организм не справляется с отдачей теплоты и

температура тела повышается. При этом наблюдается локальноизображенный нагрев тканей, отдельных органов и клеток. Дело в том, что электромагнитные поля наиболее интенсивно действуют на органы сбольшим содержанием воды. Зачастую эти же органы обладают и слабойтерморегуляцией (глаза, хрусталик глаза, мозг, почки, желчный пузырь, желудок), так что для них электромагнитные поля наиболее опасны.

Например, облучение глаз вызывает помутнение хрусталика (катаракту), которая обнаруживается через несколько дней или недель после облучения. Именно установленная величина теплового порога, была взята за основу американскими компетентными ведомостями, устанавливавших нормы для работы с СВЧ-излучением (обслуживание радаров и других систем). При меньших плотностях излучения - время работы было не ограничено.

В то же время в работах советских ученых (акад. Н.Д. Девятков)

показано, что не все вредные эффекты сводятся к тепловому воздействию.

Специфическое воздействие электромагнитных полей сказывается при интенсивности поля значительно меньше теплового порога. Электромагнит- ные поля изменяют ориентацию молекулы или цепей молекул в соответствии с направлением силовых линий поля, тем самым ослабляют биохимическую активность белковых молекул, приводят к изменению структуры клеток кро- ви, ее состава, эндокринной системы, к трофическим заболеваниям (например, выпадение волос, ломкость ногтей и др.). Встречается при этом и специфиче- ское кожное заболевание «Эффект жемчужной нити» (появление на коже ряда последовательно расположенных пузырьков, наполненных жидкостью).

Воздействие электромагнитных полей может также приводить к функциональным изменениям в нервной и сердечно-сосудистой системах (повышенная утомляемость, нарушения сна, артериального давления, боли в области сердца, нервно-психические расстройства, а также онкозаболевания, нарушение репродуктивной способности (влияние на сперматогенез).

Следует учитывать опасность, связанную с использованием в быту нагревателей, работающих на частоте 2 - 200 мГц (резонанс при 20 - 80 мГц).

При расстоянии от человека до источника < λ необходим другой подход к опасности облучения, так как при этом возникают поверхностные токи на отдельных участках кожи человека. Это может привести к местному перегреву ткани, а также вызвать хронический тепловой эффект, который

приводит к тератогенной опасности. Это в значительной степени относится, например, к химической промышленности, производящей изделия из пластмасс, где большинство рабочих - женщины.

Что касается полей промышленной частоты, то напряженность магнитного поля здесь не превышает 25, а вредное биологическое действие (установленное современными методами исследования) появляется при напряженностях 150-200. Поэтому основным параметром, характеризующим биологическое действие электромагнитного поля промышленной частоты является электрическая напряженность. Электрическое поле влияет непосредственно на ЦНС и на мозг, боли в сердце, изменение кровяного давления. Кроме того, электрическое поле обусловливает возникновение разряда между человеком и металлическим предметом, имеющим другой потенциал. Ток разряда может вызвать судороги.

Длительное воздействие ЭМВ на организм людей, живущих вблизи источника ЭМВ, может привести к возникновению болезни. У лиц, систематически в течение 1 - 10 лет подвергавшихся воздействию ЭМВ метрового диапазона (УВЧ) обнаружили не резко выраженные

функциональные расстройства центральной нервной системы в виде вегетативно-сосудистой дисфункции и неврастенического синдрома.

4. Нормирование электромагнитных излучений

Оценка воздействия ЭМИ радиочастот на человека согласно СанПиН

2.2.4/2.1.8.055-96 осуществляется по следующим параметрам:

По энергетической экспозиции, которая определяется интенсивностью ЭМИ и временем воздействия на человека. оценка по энергетической экспозиции применяется для лиц, работа и обучение которых связаны с необходимостью пребывания в зонах влияния ЭМИ радиочастот (кроме лиц ло 18 лет и беременных женщин) при условии прохождения этими лицами в установленном порядке предварительных и периодических медицинских осмотров и получении положительного заключения по данным осмотра.

По значениям интенсивности ЭМИ радиочастот; такая оценка применяется для лиц, работа и обучение которых не связаны с необходимостью пребывания в зонах влияния источников ЭМИ, для лиц, не проходящих медицинских осмотров, или же при наличии отрицательного

заключения по результатам медосмотра по данному фактору, для

работающих и учащихся, не достигших 18-летнего возраста, беременных женщин, для лиц, находящихся в жилых и общественных помещениях, подвергающихся действию внешнего ЭМИ радиочастот (кроме зданий и помещений передающих радиотехнических объектов), для лиц, находящихся на территории жилой застройки и в местах массового отдыха.

Энергетическая нагрузка, представляющая собой суммарный поток энергии, проходящий через единицу площади ЭН = J⋅T, или ЭН = ППЭ⋅Т, где ППЭ - плотность потока энергии (обозначение J в нормативных документах)

Опасность действия электромагнитного поля на человека оценивается:

в диапазоне 60 кГц - 300 МГц – значениями напряженности Е и Н, энергетическая экспозиция по электрической и магнитной составляющей определяется как

ЭЭЕ = Е 2 Т [В/м⋅ч],

ЭЭН = Н 2 Т [А/м⋅ч]

в диапазоне 300 МГц - 300 ГГц интенсивность определяется ППЭ (поверхностной плотностью потока энергии излучения) и ЭН (энергетической нагрузкой)

Напряженность ЭМП в диапазоне частот 60 Гц - 300 МГц на рабочих местах персонала в течение рабочего дня не должна превышать установлен- ных ПДУ.

Допускаются уровни вышеуказанных (но не более чем в 2 раза) в слу-

чаях, когда воздействие ЭМП происходит в 1/2 рабочего времени. Предельно

допустимые значения плотности потока энергии (ППЭ) в диапазоне 300 МГц

- 300 ГГц определяются из допустимой энергетической нагрузки на организм

(ЭН).

ППЭПДУ=ЭНПДУ/Т

ППЭПДУ- Предельно допустимые значения плотности потока энергии,

Вт

ЭНПДУ- нормативная величина ЭН за рабочий день, равна 2 ⋅ r

м2

мкВт

(200

см2

r) для всех случаев облучения, (исключая облучение от вращающихся

и сканирующих антенн) с частотой вращения или сканирования не более 1 Гц

и скважностью не менее 50; Т - время пребывания в зоне облучения за рабочую смену, [ r ]

мкВт

см2

Вт

Максимальное значение ППЭПДУ не должны превышать 10

м2

.

= 1000

Облучение электрическим полем токов промышленной частоты

нормируется ГОСТ 12.1.002-75 как по величине напряженности Е, так и по Т.

Нормирование постоянных магнитных полей - СМ 1748-72.

Для электромагнитной и промышленной частоты нормы допустимых

уровней напряженностей электрических полей зависят от времени пребывания в зоне. Для каждого Е - свое дополнительное время Т. При 8-ми часовом рабочем режиме Едоп = 5 кВ/м.

Нормирование ЭМП промышленной частоты. Излучение ЭМП токов

промышленной частоты относится к области таких частот зоны индукции, распространяющейся на сотни километров. Таким образом, здесь магнитное и электрическое составляющие поля должны учитываться отдельно. Но неблагоприятные воздействия магнитного поля (по данным на сегодняшний день) проявляются при напряженности А магнитного поля - 160 ÷ 200 А/м. Практически при обслуживании даже мощных установок А ≤ 20 ÷ 25 А/м. Поэтому для ЭМП промышленной частоты учитывается только величина Е (напряженность электрического поля). В зависимости от значения Е устанавливается время Т допустимого пребывания работающего в зоне электрических полей.

Сотовая связь. Уровни электромагнитного излучения, создаваемые объектами системы сотовой связи, нормируются в России в соответствии с Гигиеническими нормативами ГН 2.1.8./2.2.4.019-94 «Временные допустимые уровни (ВДУ) воздействия электромагнитных излучений, создаваемых системами сотовой радиосвязи» (см. табл. 1).

Таблица 1

Временно допустимые уровни воздействия электромагнитных

излучений, создаваемых системами сотовой радиосвязи (для населения )

Категория облучения Примечание

	Величина ВДУ ЭМИ
Облучение населения, проживающего на прилегающей селитебной территории, от антенн базовых станций	ППЭПД = 10 мкВт/см2
Облучение пользователей радиотелефонов	ППЭПДУ = 100 мкВт/см2	Условия измерения: Измерения ППЭ следует производить на расстоянии от источника ЭМИ, соответствующего расположению головы человека, подвергающегося облучению

Уровни излучения самих сотовых телефонов, в мировой практике

принято измерять в SAR (англ. Specific Absorption Rates) – удельный коэффициент поглощения, показывающий максимальную удельную мощность, поглощаемую человеческим телом при пользовании мобильным телефоном. SAR измеряется в Вт/кг. Европе предельное значение излучения составляет 2,0 Вт/кг. В США сертифицируются только те сотовые телефоны, SAR которых не превышает 1,6 Вт/кг.

Для снижения воздействия электромагнитного излучения от сотовых телефонов следует придерживаться следующих рекомендаций.

1. Телефон при разговоре надо держать так, чтобы не заслонять

антенну рукой (в мобильниках со встроенной антенной, она расположена в верхней трети корпуса телефона), поскольку заслоняя антенну, мы ухудшаем условия приема, и мощность сигнала (а следовательно и излучения) возрастает.

2. По этой же причине рекомендуется меньше звонить и сократить время разговоров во всех зонах слабого сигнала (подвальных помещениях, автотранспорте). При разговоре из помещений – если есть такая возможность

– лучше подойти к окну.

3. При длительном разговоре рекомендуется снимать очки с металлической оправой, Металлическая оправа очков, может играть роль вторичного излучателя и привести к увеличению мощности излучения. Поэтому при длительном разговоре такие очки лучше снимать.

4. Для снижения мощности излучения рекомендуется также применять аксессуары «hands-free».

5. Защита от электромагнитных излучений

Из формулы (1) для ППЭ видно, что ослабление мощности ЭМП на рабочем месте можно достичь, увеличив расстояние r, уменьшив мощность источника Рист. Таким образом, для защиты человека от воздействия ЭМП предусматриваются следующие способы и средства:

1) уменьшение параметров излучения в самом источнике (защита количеством, поглотители мощности из поглощающих материалов - резина, полистирол, чистый графит, аттенюаторы постоянного затухания из диэлектриков с металлической сеткой)

2) экранирование источника излучения, экранирование рабочего места

OL- ослабление уровня излучения

L=20lg E/E н, L= 20 lg H/H н, L= 10 lg I/ ППЭ

3) выделение зон излучения (зонирование), применение сигнализации

(сигнальные цвета и знаки).

4) установление рациональных режимов эксплуатации установок и режима работы персонала, применение сигнализации (световой, звуковой)

5) СНЗ - защитные халаты от СВЧ из ткани «Щит» - вискоза с наполнением, очки с металлизированными стеклами (двуокись олова)

6) защита расстоянием (увеличение расстояния между источником и рабочим местом)- для дальней зоны - кроме ближней зоны, где ППЭ не зависит от расстояния

7) защита временем (ограничение времени пребывания персонала в рабочей зоне) - только для электрического поля с f = 50 Гц и ЭМП в диапазоне 300 МГц - 300 ГГц

Уменьшение параметров излучения непосредственно в самом источнике достигается за счет применения согласованных нагрузок и поглотителей мощности. Так в качестве нагрузки генератора вместо открытых излучателей применяют поглотители мощности (эквивалент антенны и нагрузки), представляет собой коаксиальные или волноводные линии, частично заполненные поглощающими материалами (чистым графитом или в смеси с цементом, песком и резиной, пластмассами, порошковым железом, керамикой, деревом, водой и т.д.). из диэлектрика, покрытого тонкой механической пленкой. Современные поглотители

обеспечивают затухание электромагнитных волн на 40-60 дБ (в 104-106 раз).

Экранирование источников используется для ослабления интенсивности излучения. Это непроницаемые или слабопроницаемые преграды. Могут быть замкнутыми, то есть полностью изолирующими излучающие устройства или защищаемый объект, или незамкнутыми. Формы и размеры экрана определяются условиями.

Требуемое количество экранирования характеризуется ослаблением уровня излучения

L = 20 lg

E [дБ],

EH

L = 20 lg

H [дБ]

HH

, L =20lg J ЭМП

ППЭПАУ

- т.е. рассчитано с учетом диапазона частот.

Для оценки функциональных качеств экрана:

Эффективность Э: Э =

J 0,или, чаще

J

Э =10 lg J 0

J

[дБ ], где

J 0 - ППЭ в точке без экрана,

J - ППЭ в той же точке при наличии экрана.

По физическому принципу действия экраны бывают:

1. Отражающие (из хорошо проводящих металлов: меди, латуни, алюминия, стали). Защитное действие обусловлено тем, что экранируемое поле создает в экране токи Фуко, наводящие вторичное поле, по амплитуде почти равное, а по фазе противоположное экранируемому полю. Результирующее поле, в экране быстро убывает, проникая на небольшую величину. Обычно толщина экрана ≥ 0,5 мм. Следует помнить, что

определенные радиочастоты могут возбуждать в экране высокочастотные

токи, которые усилят поле излучения в экранированной зоне.

2. Поглощающие - из плохо проводящих материалов (резина прессованная и пористал) накапливаются на каркас или поверхность излучаемого оборудования

Выделение зон излучения на основании инструментальных замеров интенсивности облучения производится для каждого конкретного случая размещения аппаратуры. Либо ограждают установки, либо границу зоны отмечают яркой краской на полу.

Рациональная планировка помещений, вынесение всех рабочих мест за пределы антенного поля, установление безопасных маршрутов движения людей.

При отсутствии экранов вследствие отражения от стен и перекрытия, в помещении могут образовываться стоячие волны, а следовательно, зоны повышенной плотности ЭМП. Поэтому такие установки (электрические установки, радиотехническая аппаратура) должны размещаться в отдельных специальных помещениях и иметь выход в коридор и наружу. Например - угловые помещения первого и последнего этажей зданий.

Следует исключать проникновение ЭМП через проемы, перекрытия, двери. Толщина стен и перекрытий определяется расчетным путем, исходя из мощности установок и помещений, свойств строительных материалов.

Измерение ЭМП производится в рабочей зоне не менее одного раза в год, измерение от уровня пола до Н = 2 м с ∆ Н + 0,5 м. С целью определения характера распространения и интенсивности ЭМП в помещении измерения производятся в точках пересечения сетки 1 х 1м. Все измерения проводятся при максимальной мощности источника ЭМП. Для измерения напряженностей электрического и магнитного полей используют прибор ИЭМП-Т (для токов промышленной частоты - ИНЭП-50). Для измерения ППЭ в СВЧ-диапазоне - приборы ПЗ-13, ПЗ-9 (0,02-316 Вт/м2).

Контрольные вопросы

1. Перечислите источники неионизирующих электромагнитных излучений и полей.

2. Какими параметрами характеризуются электромагнитные излучения и поля?

3. Какие зоны ЭМИ выделяют и какими параметрами обусловлены их размеры?

4. Чем обусловлено воздействие ЭМИ на человека? От чего зависит степень этого воздействия?

5. Каков механизм теплового воздействия ЭМИ?

6. В чем заключается специфическое воздействие ЭМИ?

7. Какими параметрами характеризуется ЭМИ в ближней зоне? В дальней?

8. Какие частоты соответствуют резонансному поглощению энергии ЭМИ

человеческим организмом?

9. В каких случая воздействие ЭМИ оценивается по энергетической экспозиции?

10. В каких случаях воздействие ЭМИ оценивается по значениям интенсивности ЭМИ радиочастот?

11. Как осуществляется нормирование постоянных магнитных полей?

12. Какие величины используются для нормирования электромагнитных полей промышленных частот и почему?

13. Как проявляется принцип защиты временем при воздействии на работающих полей промышленной частоты?

14. Что такое SAR?

15. Как проявляется принцип защиты расстоянием при воздействии ЭМИ?

16. Перечислите основные средства защиты от ЭМИ промышленных и радиочастот.

17. Какая величина определяет требуемое качество экранирования?

18. Как оценивается качество экранирования?

19. Какие материалы применяют в поглотителях мощности ЭМИ?

20. На чем основан эффект применения отражающих экранов?

21. Как осуществляется контроль ЭМИ в производственных помещениях?

3. ИОНИЗИРУЮЩИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ

Введение

1. Краткая характеристика различных видов ИИ

2. Единицы активности и дозы ионизирующих излучений

3. Биологическое действие ионизирующих излучений

3.1 Механизм действия ИИ на биологические объекты

Внутреннее облучение

3. 2 Воздействие радиации на организм человека

4. Источники ионизирующих излучений

5. Нормирование ионизирующих излучений.

6. Защита от ионизирующих излучений

7. Дозиметрический контроль

Введение

Ионизирующие излучения (ИИ) – это излучения, взаимодействие кото- рых со средой приводит к образованию зарядов противоположных знаков. Другими словами, ИИ при взаимодействии с веществом способны создавать в нем заряженные атомы и молекулы – ионы.

Практически в первые же годы после открытия ионизирующего излу- чения исследователи столкнулись с его отрицательными эффектами. В 1895 г. помощник Рентгена В. Груббе получил радиационный ожог рук при работе с рентгеновскими лучами, а А. Беккерель, открывший радиоактивность, по- ложил однажды в карман пробирку с радием и получил сильный ожог кожи. Мария Кюри, с именем которой мы связываем начало научных исследований радиоактивности и становление ядерной физики, как считается, умерла от одного из злокачественных заболеваний крови, явившегося последствием длительного облучения.

Крупнейшие специалисты, обеспокоенные вредным воздействием ио- низирующих излучений, в конце 20- х годов создали Международную Ко - миссию по радиационной защите ( МКРЗ ), которая разрабатывала и про- должает разрабатывать правило работы с радиоактивными веществами. На основе рекомендаций МКРЗ национальные эксперты разрабатывают нацио- нальные нормативы в своих странах.

В начале 50-х годов, когда мир уже знал о последствиях атомных бомбардировок японских городов, когда ядерные державы проводили испы- тания ядерного оружия в атмосфере мировая общественность стала прояв- лять беспокойство по поводу воздействия ионизирующих излучений на чело- века и окружающую среду. Тогда, в 1955 г. Генеральная Ассамблея ООН основала Научный Комитет по действию атомной радиации ( НКДАР ) →

(United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation,

UNSCEAR). Он занимается изучением действия радиации, независимо от ее

источника на окружающую среду и население. Он не устанавливает норм ра- диационной безопасности, не дает рекомендаций, не изыскивает средств за- щиты, а служит источником сведений, на основе которых МКРЗ и нацио- нальные комиссии вырабатывают соответствующие нормы и рекомендации (в России – Санкт Петербургский МИИ радиационной гигиены).

1. Краткая характеристика различных видов ИИ

а ) Корпускулярное излучение.

1) Альфа - излучение представляет собой поток ядер гелия, испус-

каемых веществом при радиоактивном распаде или при ядерных реакциях. Энергия частиц – несколько МэВ. Пробег α-частиц в воздухе достигает 8-9 см, а в живой ткани – несколько десятков микрометров.

Обладая сравнительно большой массой α-частицы быстро теряют свою энергию при взаимодействии с веществом, что обусловливает их низ- кую проникающую способность и высокую ионизирующую способность (на

1 см пути в воздухе – несколько десятков тыс. пар ионов).

2) Бета - излучение – поток электронов или позитронов, возникающих при радиоактивном распаде. Энергия – до нескольких МэВ. Максимальный пробег в воздухе – 1800 см, в живых тканях – 2,5 см. Ионизирующая способ- ность β-излучения на три порядка (до нескольких десятков пар ионов на 1

см) ниже чем у α-частиц, а проникающая способность выше, т. к. при одина-

ковой с α-частицами энергии они обладают значительно меньшей массой и

зарядом.

3) Нейтронное излучение. Нейтроны преобразуют свою энергию в т.

н. упругих и неупругих взаимодействиях с ядрами атомов.

При упругих взаимодействиях происходит обычная ионизация вещества.

При неупругих взаимодействиях возникает вторичное излучение, ко- торое может состоять как из заряженных частиц, так и γ-квантов (гамма- излучение).

Проникающая способность нейтронов существенно зависит от их энергии и состава атомов вещества, с которым они взаимодействуют.

б ) Электромагнитное излучение.

1) Рентгеновское излучение – возникает в среде, окружающей ис- точ-ник β-излучения, в рентгеновских трубках, ускорителях электронов, электронно-лучевых трубках и т. п. Оно представляет собой совокупность тормозного и характеристического излучения.

Тормозное излучение – фотонное излучение с непрерывным спектром,

испускаемое при изменении кинетической энергии заряженных частиц.

Характеристическое излучение – это фотонное излучение с дискрет- ным спектром, испускаемое при изменении энергетического состояния ато- ма.

Энергия фотонов рентгеновского излучения составляет ≤ 1 МэВ. Оно обладает малой ионизирующей способностью, но большой проникающей способностью.

2) Гамма - излучение – это электромагнитное (фотонное) излучение, испускаемое при ядерных превращениях или взаимодействии частиц. Его энергия находится в пределах 0,01 ÷ 3 МэВ. Длины волн γ-излучения мень- ше, чем длины волн рентгеновского излучения. Поскольку с уменьшением длины волны проникающая способность излучения возрастает, γ-излучение обладает весьма высокой проникающей способностью. Ионизирующая спо- собность его, соответственно, мала.

2. Единицы активности и дозы ионизирующих излучений

Активность ( А ) радиоактивного вещества – число спонтанных ядерных превращений (N) в этом веществе за малый промежуток времени (t):

A = N [ББк. t

1 Бк (беккерель) равен одному ядерному превращению в секунду. В литературе, изданной до 1996 года часто ввстречается прежняя (внесистем- ная) единица – Кюри (Ки): 1 Ки = 3,7 ⋅1010Бк.

Экспозиционная доза (характеризует источник излучения по эффек-

ту ионизации):

X = Q

K

 , [P],

 

m кг

где Q – полный заряд ионов одного знака, возникающий в воздухе в дан- ной точке пространства при полном торможении всех вторичных электронов, которые были образованы фотонами вы малом объеме (m) воздуха.

При дозиметрическом контроле используется также мощность экспо -

зиционной дозы

P = X

t

[р⋅ч-1].

Поглощенная доза это фундаментальная дозиметрическая величина,

определяемая по формуле:

Д = E.

m

Здесь E – средняя энергия, переданная излучением веществу в некотором элементарном объеме, m – масса вещества в этом объеме.

В системе СИ поглощенная доза измеряется в Дж⋅кг-1 и имеет специальн-

рое название грей (Гр). Ранее широко использовалась внесистемная единица

«рад», поэтому следует помнить соотношение между этими единицами:

Величина поглощенной дозы зависит от свойств излучения и погло- щающей среды. Поглощенная доза связана с экспозиционной дозой соотно- шением

Дпогл. = Дэксп. ⋅К1,

где К1 – коэффициент, учитывающий вид облучаемого вещества (воз- дух, вода и т. п.), т. е. учитывающий отношение энергии, поглощаемой данным веществом, к электрическому заряду ионов, образованных в воз - духе такой же массы. При экспозиционной дозе в 1 Р энергия γ-излучения, расходуемая на ионизацию 1 г воздуха равна 0,87 рад, т. е. для воздуха

K1 = 0,87

рад

= 0,87

Дж

⋅ 0,01

= 0,87

Гр

⋅ 0,01.

Р

В человеческом организме:

кг ⋅Р Р

- для воды К1 = 0,887 … 0,975 рад/Р,

- для мышц К1 = 0,933 … 0,972 рад/Р,

- для костей К1 = 1,03 … 1,74 рад/Р.

В целом для организма человека при облучении от γ-источника коэф-

фициент К = 1

рад

Р

Гр

= 0,01.

Р

В условиях электронного равновесия экспозиционной дозе 1 Р соот-

ветствует поглощенная доза 0,88 рад.

В дозиметрической практике часто сравнивают радиоактивные препа- раты по их γ-излучению. Если два препарата при тождественных условиях измерения создают одну и ту же мощность экспозиционной дозы, то говорят, что они имеют одинаковый γ-эквивалент.

В связи с тем, что одинаковая доза различных видов излучения вызы-

вает в живом организме различное биологическое действие, введено понятие

эквивалентной дозы.

Поглощенная доза не учитывает того, что при одинаковой поглощен- ной энергии α-излучение, например, гораздо сильнее воздействует на живую ткань, чем β- или γ-излучение, так как его ионизирующая способность в не- сколько раз выше. Если принять во внимание этот факт, то дозу следует ум-

ножить на коэффициент, отражающий неодинаковую ионизирующую спо-

собность различных видов излучения.

Эквивалентная доза ( Н ) – величина, введенная для оценки радиаци-

онной опасности хронического облучения излучением произвольного состава

Н = Д ⋅ Q [Зв] 1 Зв = 100 бэр.

Q – безразмерный взвешивающий коэффициент для данного вида излучения. Для рентгеновского и γ-излучения Q=1, для альфа-, бета-частиц и нейтронов Q=20.

При расчете эквивалентной дозы для α-активных нуклидов учи- тывается еще и коэффициент распределения дозы. КР, учитывающий влияние неоднородности распределения нуклидов в ткани и его канцеро-

генную эффективность по отношению к 226 Ra.

До 1996 года в СССР, а затем в в СНГ в качестве единицы измерения эквивалентной дозы использовался «бэр» – поглощенная доза любого вида излучения, которая овского излучения. Таким образом, бэр – “биологический эквивалент рада”. С 1996 года на территории России использование ста - рых внесистемных единиц « рад », « бэр », а также « кюри » в литературе, официальных документах не допускается. В системе СИ единицей изме- рения для эквивалентной дозы является зиверт (Зв). Соотношение с прежней единицей то же, что и для поглощенной дозы: 1Зв = 100 бэр.

При определении эквивалентной дозы следует учитывать также, что одни части тела (органы; ткани) более чувствительны к облучению, чем дру- гие: например, при одинаковой эквивалентной дозе облучения возникнове- ние рака в легких более вероятнее, чем в щитовидной железе, мышечной тка- ни, а облучение половых желез особенно опасно из-за риска генетических

повреждений. Поэтому дозы облучения органов и тканей также следует учи- тывать с разными коэффициентами. Умножив эквивалентные дозы на соот- ветствующие коэффициенты и просуммировав их по всем органам и тканям, получим эффективную эквивалентную дозу (рисунок 1), отражающую суммарный эффект облучения для организма; она также измеряется в зивер- тах. Эффективная эквивалентная доза используется для оценки риска отда- ленных последствий облучения.

Просуммировав индивидуальные эквивалентные дозы, мы получим коллективную эффективную эквивалентную дозу, которая измеряется в человеко-зивертах (чел-Зв).

Однако многие радионуклиды распадаются очень медленно (напри-

мер, уран 238 - п/п = 4,47 млрд. лет, U

– 245000 лет, торий 230 – 8000 лет,

Ra226 – 1600 лет) и останутся радиоактивными и отдаленном будущем. Кол- лективную эффективную эквивалентную дозу, которую получат многие по- коления людей от какого-либо радиоактивного источника за все время его дальнейшего существования называют ожидаемой ( полной ) коллективной эффективной эквивалентной дозой.

3. Биологическое действие ионизирую - щих излучений

3.1 Механизм действия ИИ на биологические объекты

Биологический эффект ионизирующих излучений тем больше, чем больше произошло

Остальные органы и ткани (0,25)

Кости

(0,01)

Кожа

(0,01)

Щитовидная

Гонады (0,20)

Легкие

Желудок

Красный костный мозг (0,12)

Толстый кишечник (0,12)

актов ионизации в

живом веществе.

Другими словами,

железа (0,05)

(0,12)

(0,12)

биологическое действие излучения зависит от числа образованных пар ионов или, соответ- ственно, величины по- глощенной энергии.

1,00 – организм в целом

Рисунок 1– Весовые коэффициенты для органов и тканей

Ионизации живой ткани приводит к разрыву молекулярных связей и изменению химической структуры различных соединений. Такие изменения на молекулярном уровне приводят в конечном итоге к гибели клеток.

Так под влиянием излучений в живой ткани происходит расщепление воды на атомарный водород Н + и гидроксильную группу ОН -, которые, обладая высокой химической активностью, вступают в соединения с другими молекулами ткани и образуют новые химические соединения, не свойственные здоровой ткани. Таким образом, в результате прошедших изменений нормальное течение биохимических процессов и обмен веществ нарушается.

Нарушение процессов жизнедеятельности организма выражается в таких расстройствах как

- торможение функций кроветворных органов,

- нарушение нормальной свертываемости крови и повышение хрупкос-

ти кровеносных сосудов,

- расстройство деятельности желудочно-кишечного тракта,

- снижение сопротивляемости инфекциям,

- истощение организма и др.

Говоря о биологическом действии ионизирующих излучений, следует различать внешнее и внутреннее облучение.

Внешнее облучение. Под внешним облучением понимают такое воздействие излучения на человека, когда источник радиации расположен

вне организма и исключена вероятность попадания радиоактивных веществ внутрь организма.

Внешнее облучение возможно при работе на рентгеновских аппаратах

и ускорителях или же при работе с радиоактивными веществами, находящимися в герметичных ампулах. Наиболее опасными при внешнем облучении являются нейтронное излучение, гамма- и ренгеновское излучения. Биологический эффект зависит от дозы облучения, вида излучения, времени воздействия, размеров облучаемой поверхности, ее локализации на теле, индивидуальной чувствительности организма.

Так α- и β-частицы, обладая незначительной проникающей способностью, вызывают при внешнем облучении только кожные

поражения.

Жесткие рентгеновские и γ-лучи, обладающие высокой проникающей способностью, могут привести к летальному исходу, не вызвав изменений

кожных покровов.

Внутреннее облучение. Внутреннее облучение происходит при попадании радиоактивного вещества внутрь организма при вдыхании воздуха, загрязненного радиоактивными элементами, через пищеварительный тракт, и, в редких случаях, через кожу. При попадании радиоактивного вещества внутрь организма человек подвергается непрерывному облучению до тех пор, пока радиоактивное вещество не распадается или не выведется из организма. Этот вид облучения может вызывать поражения различных внутренних органов.

3. 2 Воздействие радиации на организм человека

Все многообразие отрицательных врздействий радиации на человече- ский организм можно свести к так называемым пороговым (детерминиро- ванным) эффектам и беспороговым (стохастическим).

Пороговые, или детерминированные эффекты облучения это био- логические эффекты излучения, в отношении которых предполагается существование порога, выше которого тяжесть эффекта зависит от дозы. Пороговые эффекты возникают при облучении в течении всей жизни в дозах, превышающих 0,1 Зв, или 100 мЗв в год.

Рассмотрим пороговые эффекты облучения – радиационные пораже-

ния.

Радиационные поражения могут быть острыми и хроническими.

Острые поражения (острая лучевая болезнь, далее - ОЛБ) наступа-

ют при облучении большими дозами в течение короткого промежутка време-

ни.

Хронические лучевые поражения бывают общие и местные. Они развиваются в скрытой форме в результате систематического облучения до- зами больше предельно допустимой, поступающими как при внешнем облу- чении, так и при попадании радиоактивных веществ внутрь организма.

Важно тиметь в виду, что все перечисленные виды воздействия ра- диации на организм относятся к т. н. пороговым эффектам, которые возни- кают при облучении в течении всей жизни в дозах, превышающих 100 мЗв в год.

Кроме пороговых эффектах существуют еще стохастические ( беспо - роговые ). Это вредные биологические эффекты излучения, не имеющие дозового порога. Принимается, что вероятность возникновения этих

эффектов пропорциональна дозе, а тяжесть их проявления не зависит от дозы. В связи с этим существует понятие радиационного риска, который определяется как вероятность того, что у человека в результате облучения возникнет какой-либо конкретный вредный эффект /1/.

К стохастическим, или беспороговым эффектам относятся злокачест-

венные опухоли (лейкозы, раки), наследственные болезни, мутации.

4. Источники ионизирующих излучений

Источники ионизирующих излучений подразделяются на природные и искусственные.

К природным источникам относятся космическое излучение и природные радионуклиды, содержащиеся в окружающей среде и поступаю- щие в организм человека с воздухом, водой и пищей. Искусственные источники излучения разделяются на медицинские (диагностические и радиотерапевтические процедуры) и техногенные (искусственные и спе- циально сконцентрированные человеком природные радионуклиды, гене- раторы ионизирующего излучения и др.).

Атомная энергетика (0,001 мЗв)

Естественные (2 мЗв) Источники, использующиеся в медицине

    Атомная

(0,4 мЗв)

Радиоактивные осадки (0,02 МЗв)

В отличие от электромаг- нитного излучения радиочастот- ного диапазона и диапазона промышленных частот, ионизи- рующее излучение присуще ок- ружающей нас естественной (природной) среде и человек всегда подвергался и подверга- ется облучению естественного

радиационного фона, состоящим

Рис.3. Источники ионизирующих

излучений

из

ния;

а) космического излуче-

б) излучения естественно распределенных природных радиоактивных веществ (на поверхности земли, в приземной атмосфере, продуктах питания, воде и др.). Естественный фон внешнего излучения на территории нашей страны создает мощность эквивалентной дозы 0,36-1,8 мЗв/год или 0,036-018 бэр/год.

 

Земного происхождения (внутреннее облучение) -1,325 мЗв)

Земного происхождения

(внешнее облучение) -

0,35 мЗв

Космические (внутреннее облучение) - 0,3 мЗв

Космические (внутреннее облучение) -

0,03 мЗв

Примерно половина радиационного природного фона доходит до организма через воздух при облучении легких за счет радиоактивных газов радона (222Rn), торона (220Rn) и их продуктов распа- да. Радон, в свою очередь, происходит от радия, повсе- местно присутствующего в почве, стенах зданий и дру-

гих объектах среды. Если по-

Рис.4. Доли эффективной дозы ионизи- рующего облучения, получаемого от естест- венных источников

лы в доме со щелями, а вен- тиляция помещений слабая, то в некоторых местах и до- мах индивидуальные дозы на легкие могут доходить до

устрашающих уровней (иногда даже до 100 бэр в год).

Кроме естественного фона облучения человек облучается и другими источниками (см. таблицу), например при медицинском обследовании.

Таблица 1

Снимок черепа	0,8÷6 Р (8-60 мЗв)
Позвоночника	1,6÷14,7 Р (16-147 мЗв)
Флюорография легких	0,2÷0,5 Р (2-5 мЗв)
Рентгеноскопия грудной клетки	4,7÷19,5 Р (47-195 мЗв)
Рентгеноскопия ЖКТ	12÷82 Р (120-820 мЗв)
Зубы	3÷5 Р (30-50 мЗв)

В условиях производства человек может облучаться при работе с ра- диационными дефектоскопами, толщиномерами, плотномерами и др. изме- рительной техникой, использующей рентгеновское излучение и радиоактив- ные изотопы, с термоэлектрическими генераторами, установками рентгено- структурного анализа, высоковольтными электровакуумными приборами, а так же при работе с радиоактивными веществами.

Дата добавления: 2014-01-20