Нормирование радиационного облучения
Мониторинг радиационного загрязнения
План лекции:
1. Радиационное загрязнение окружающей среды, его влияние на техносферу и здоровье населения
2. Нормативно-правовое обеспечение радиационной безопасности
3. Нормирование радиационного облучения
4. Аппаратура для измерения радиационного загрязнения
Радиационное загрязнение окружающей среды, его влияние на техносферу и здоровье населения
Радиация (от лат. radiatio - излучение) – общее понятие, включающее в себя ионизирующее излучение, радиоволны, видимый свет, ультрафиолетовое и инфракрасное излучения.
Ионизирующим называется излучение, взаимодействие которого со средой приводит к образованию ионов разных знаков. К ионизирующим излучениям относятся:
- альфа-, бета- и гамма- излучения, обусловленные естественной и искусственной радиоактивностью химических элементов;
- рентгеновские излучения, создающиеся в рентгеновских аппаратах, а также образующиеся при радиоактивном распаде ядер некоторых элементов;
- потоки нейтронов и гамма-квантов, возникающие при ядерных реакциях деления и синтеза;
- излучения, генерируемые на ускорителях;
- излучения, приходящие из космоса и др.
Различают корпускулярное и фотонное ионизирующие излучения. Корпускулярное ионизирующее излучение представляет собой поток элементарных частиц с массой покоя, отличной от нуля (a- и b-частиц, нейтронов, протонов, электронов и др.). Корпускулярное излучение, состоящее из потока заряженных частиц (a- и b-частиц, протонов, электронов), кинетическая энергия которых достаточна для ионизации атомов при столкновении, называется непосредственно ионизирующим излучением.
|
|
|
Фотонное ионизирующее излучение является электромагнитным излучением. К нему относятся: гамма-излучение, возникающее при изменении энергетического состояния атомных ядер или при аннигиляции частиц; тормозное излучение, возникающее при уменьшении кинетической энергии заряженных частиц; характеристическое излучение, возникающее при изменении энергетического состояния электронов атома; рентгеновское излучение, состоящее из тормозного и (или) характеристического излучений. Фотоны (кванты электромагнитного излучения) имеют массу покоя, равную нулю.
Фотонное излучение, а также нейтроны и другие незаряженные частицы непосредственно ионизацию не производят, но в процессе взаимодействия со средой они высвобождают заряженные частицы (электроны, протоны и т.д.), способные ионизировать атомы и молекулы среды, через которую они проходят. Таким образом, ионизирующее излучение, состоящее из незаряженных частиц (например, нейтронов) или фотонов, которые в свою очередь могут создавать непосредственно ионизирующее излучение и (или) вызывать ядерные превращения, называется косвенным ионизирующим излучением.
|
|
|
Радиоактивность– свойство неустойчивых атомных ядерных химических элементов самопроизвольно превращаться в ядра атомов других химических элементов с испусканием одной или нескольких ионизирующих частиц. Процесс такого спонтанного ядерного превращения называется радиоактивным распадом. При этом образовавшееся (дочернее) ядро оказывается в более устойчивом состоянии, чем исходное (материнское) ядро.
Можно выделить три вида радиоактивного распада:
1. α-распад (альфа-распад). Ядро испускает α-частицу, которая представляет собой ядро атома гелия (4He) и состоит из двух протонов и двух нейтронов. При α-распаде массовое число изотопа уменьшится на 4, а заряд ядра - на 2. Например:
2. β-распад (бета-распад). В неустойчивом ядре нейтрон превращается в протон, при этом ядро испускает электрон (β-частицу) и антинейтрон:
n ® P+ + e- + n
При β-распаде массовое число изотопа не изменяется, поскольку общее число протонов и нейтронов сохраняется, а заряд ядра увеличивается на 1, например:
|
|
|
3. γ-распад (гамма-распад) Возбужденное ядро испускает электромагнитное излучение с очень малой длинной волны и очень высокой частотой (γ-излучение), при этом энергия ядра уменьшается, массовое число и заряд ядра остаются неизменными.
Если вблизи ядерной энергии находится живой организм, то он поглощает эту энергию. Поглощенная энергия - доза - расходуется на разрыв химических связей в клетках организма с образованием высокоактивных в химическом отношении соединений, так называемых свободных радикалов. Вследствие этого в организме начинают происходить другие химические превращения (уже не ядерные). В организме возникают повреждения. Повреждений, вызванных в организме излучением, будет тем больше, чем больше энергии оно передаёт тканям. Количество такой переданной организму энергии называется дозой. Степень радиоактивного поражения определяется дозой ионизирующего излучения.
Доза ионизирующего излучения- количество энергии, поглощённой в единице массы среды.
Для количественной характеристики воздействия ионизирующего излучения введено такое понятие, как поглощённая доза, (т.е. поглощённая энергия излучения), в каждом случае отнесённая к массе облучаемого материала.
|
|
|
Поглощённая доза - количество энергии ионизирующего излучения, поглощённое единицей массы облучённого тела.
Поглощённая доза = поглощённая энергия излучения / масса
Распространённой внесистемной единицей измерения поглощённой дозы является - 1 рад. В системе СИ поглощённая доза измеряется в грэях (Гр)
1 Гр = 1 Дж/кг;
1 рад = 0,01 Гр
Поглощённая доза в 1 рад соответствует повышению температуры человеческого тела меньше, чем на 0,00001 °С.
Если количество поглощенной энергии гамма - или рентгеновского излучений рассматривать не для вещества, а для воздуха, то вводится понятие ионизации воздуха. Причем, для воздуха была введена специальная единица, которая связывала заряд ионов каждого знака в 1 см3 сухого воздуха, возникающих в процессе его ионизации гамма-излучением, с "количеством" этого гамма-излучения. Для воздуха "количество" излучения, вызывающего ионизацию, было названо экспозиционной дозой. Внесистемная распространенная единица измерения экспозиционной дозы - рентген (Р). 
Единица измерения экспозиционной дозы в системе СИ- кулон на килограмм (Кл/кг).
1Р=2,58 * 10-4Кл/кг
1 Кл/кг - экспозиционная доза рентгеновского или гамма-излучения, при которой сопряженная корпускулярная эмиссия создает в 1 кг сухого атмосферного воздуха ионы, несущие заряд в 1 Кл электричества каждого знака.
Особо большой интерес вызывает случай измерения поглощенной дозы применительно к биологической ткани (в том числе, к материалу, из которого, в среднем, состоит и организм человека). Причем, представляет интерес не только сама энергия (хотя она является физической сущностью этого процесса), но и степень ее биологической опасности. Как оказалось, она различна для разных видов ионизирующих излучений (альфа-, бета- и т.д.). Таких единиц, как рентген и рад оказалось недостаточно для характеристики биологических поражений, вызванных излучением. Для оценки степени биологической опасности, на основе многочисленных исследований, установлен так называемый коэффициент качества - k каждого вида излучений (фактически - это коэффициент вредности). Специалисты этот коэффициент называют радиационным взвешивающим фактором. Этот оценочный коэффициент, отражает способность данного вида излучения повреждать ткани организма.
Он безразмерный (относительный). Для бета- и гамма- излучений он равен единице, для альфа- излучений - в среднем 20, для нейтронных потоков - в среднем 10.
Таким образом, опасность для организма человека от поглощенной биологической тканью дозы излучения, равна произведению этой дозы на оценочный коэффициент. Результат произведения называется эквивалентной дозой.
Эквивалентная доза - понятие, посредством которого делается попытка учесть неодинаковую биологическую активность различных видов излучений с помощью безразмерных коэффициентов, характеризующих радиационную биологическую активность - коэффициент качества излучения. Несмотря на совпадение размерности эквивалентной дозы (взаимоотношения основных определяющих единиц) с размерностью поглощенной дозы (Дж/кг), для ее измерения с целью подчеркивания ее радиобиологического значения введена специальная единица - зиверт (зв).
1зв=1 Гр * k
Распространенная внесистемная единица эквивалентной дозы - Бэр (биологический эквивалент рентгена).
1бэр=0,01 зв.
Полученная человеком эквивалентная доза является основным радиобиологическим критерием опасности воздействия на него любого радиационного излучения.
Для обеспечения прогноза радиоактивных воздействий введено понятие мощность дозы. Это чрезвычайно важное понятие применяется и для экспозиционной, и для поглощенной, и для эквивалентной доз. В каждом случае, соответствующая мощность дозы равна дозе, получаемой тем или иным веществом за единицу времени (за секунду или, в бытовых условиях чаще, за час). Мощность эквивалентной дозы принято обозначать МЭД. Зная эту величину, можно наперёд вычислить ожидаемое значение получаемой дозы за любой, наперед заданный, период времени, умножив МЭД на это время.
Измерители мощности дозы, к которым относятся и все без исключения бытовые "дозиметры", по установившейся традиции тоже (как и накопители дозы) принято называть дозиметрами. Это допускается действующими в настоящее время стандартами. Дозиметр - это прибор для измерения дозы ионизирующего излучения (это прибор, улавливающий радиацию). Дозиметр показывает дозу, полученную за определённый отрезок времени. Устроен он довольно просто; вакуумная трубка, внутри которой находится две пластины и небольшое количество газа. Радиация при попадании в трубку начинает взаимодействовать с молекулами газа, возникают положительные и отрицательные ионы, которые начинают двигаться к пластинам, т.е. через трубку проходит электрический ток. Измеряя электрический ток, можно узнать количество радиации, попавшей в трубку. Так как во всех средствах массовой информации сложилась традиция сообщать сведения о радиационной обстановке в единицах - микрорентген в час (мкР/час), а для здоровья человека фактически имеют значения, выраженные в микрозивертах в час (мкЗв/час), дозиметрические приборы на практике тоже проградуированы в мкЗв/час, для перевода следует пользоваться приблизительным соотношением:
1мкЗв/час = 100мкр/час.
Вышеописанные методы измерения доз и мощностей доз относятся к группе дозиметрических замеров. На практике часто возникает необходимость измерения не результатов облучения (полученных доз) и не процесса облучения (мощностей доз), а исходных данных о количестве радиоактивных веществ, содержащихся в том или ином контролируемом объекте и вызывающих, как следствие, те ионизирующие потоки, которые фиксируются измерительными приборами. Это содержание радиоактивных элементов приятно определять по параметру, именуемому активностью.
Активность радиоактивного вещества- это количество атомных ядер, распадающихся за одну секунду, или число актов распада в секунду (скорость радиоактивного распада). Единица измерения активности - беккерель (Бк). Данное количество радиоактивных атомов имеет активность 1Бк, если в секунду распадается одно ядро. Каждый акт распада связан с эмиссией ионизирующего излучения.
1 Бк=1 расп/сек.
В течение многих лет применяли старую единицу активности Кюри (Ки), названную так в честь Пьера и Марии Кюри - ученых, первыми выделившими чистый радий. Исторически сложилось так, что указанная единица была введена применительно к радию, один грамм которого и обладал активностью 1 Ки. Когда начали использовать эту единицу по отношению ко всем остальным радиоактивным элементом, 1 Ки стал выражать количество вещества, в котором за 1 секунду происходит распад 37 млрд. атомов:
1 Ки=3,7*10E10 расп/сек = 3,7*10E10 Бк
Все замеры, связанные с определением активности, называются радиометрическими.
Еще более представительным показателем радиационной опасности контролируемого материала, является удельная активность. Этот параметр используется в качестве основного критерия загрязненности пищевых продуктов, воды, почвы, стройматериалов, сырья и продукции промышленных предприятий.
Массовая удельная активность- это отношение числа актов распада в секунду к единице массы (1 кг) радиоактивного вещества. Единица измерения - 1Бк/кг (или Ки/кг).
Объёмная удельная активность - это отношение числа актов распада в секунду к единице объёма радиоактивного вещества. Единица измерения - 1Бк/л или 1Бк/м3 (или Ки/л, Ки/м3).
Таблица 1: Единицы измерения параметров радиации
| Основные понятия | Единицы измерения в системе СИ | Внесистемные единицы |
| Активность радиоактивного вещества | Беккерель (Бк) 1 Бк=0,027 нКu | Кюри (Кu) 1 Кu=3,7*10E10 Бк |
| Поглощенная доза | Грэй (Гр) 1 Гр=100 рад | Рад (рад) 1 рад=0,01 Гр |
| Экспозиционная доза | Кулон/кг 1 кл/кг=3,86*10E3 р | Рентген (р) 1 р=2,58*10E-4 кл/кг |
| Эквивалентная и эффективная доза | Зиверт (Зв) 1 зв=100 бэр 1 Зв = 1Гр*k | Бэр (бэр) 1 бэр=0,01зв 1 бэр = 1 рад*k |
| Мощность поглощенной дозы | Гр/с 1 гр/с=100 рад/с | Рад/с 1 рад/с=0,01 Гр/с |
| Мощность экспозиционной дозы (Р) | Ампер/кг (А/кг) | Рентген в сек. (Р/с) 1 р/с=2,58*10E-4 А/кг |
| Мощность эффективной дозы | Зиверт/с | Бэр/час |
Радиоактивность может быть естественной и искусственной. Естественной называется радиоактивность, наблюдающаяся у существующих в природе неустойчивых изотопов. Искусственной называется радиоактивность изотопов, полученных в результате ядерных реакций. В настоящее время для всех элементов известны радиоактивные изотопы.
Естественный радиоактивный фон. Все живое на земле находится под воздействием радиационного фона. Он складывается из двух составляющих: естественного фона и, так называемого, техногенного, который является следствием технической деятельности человека. Вклад в годовую эквивалентную дозу от искусственных источников радиации составляет примерно 20%. Из них:
Рентгеновские установки, использующиеся для диагностических целей в медицине 20%
Ядерные взрывы в атмосфере 1%
Атомная энергетика < 0,1%
Естественный фон формируется за счет излучения из космоса и излучения радиоактивных элементов земной коры: урана, радия, тория и др. Вследствие использования в строительстве материалов с включениями естественных природных радионуклидов некоторые объекты гражданской городской застройки показывают уровни выше, чем окружающие их здания и ландшафт. Такими причинами могут быть прежде всего гранитные ступени и облицовка, использование кварцевого песка при производстве бетонных блоков и силикатного (белого) кирпича.
Воздействие на человека
Естественный фон обусловлен космическим излучением и излучением естественно распределенных природных радиоактивных веществ (в горных породах, почве, атмосфере, а также в тканях человека). Естественный фон создает внешнее (~60%) и внутреннее (~40%) облучение: внешнее – за счет воздействия на организм излучений от внешних по отношению к нему источников (космическое излучение и естественные радионуклиды в горных породах, почве, атмосфере и др.); внутреннее – за счет воздействия на организм излучений естественных радионуклидов, находящихся в организме (калий-40) и радионуклидов семейства урана и тория (в основном радон-222 и радон-220 - торон), поступающих в организм с воздухом, водой и пищей.
Многолетние средние значения уровней естественного фона для определенного места практически не изменяются, однако в различных районах они могут существенно различаться (на 1-2 порядка и более).
Естественный фон также создается за счет техногенного радиационного фона от естественных радионуклидов (добыча полезных ископаемых, использование строительных материалов минерального происхождения в домостроении, применение минеральных удобрений, сжигание ископаемого топлива и т.д.) и искусственного фона (рентгенодиагностическое облучение в медицине и д.р.)
Таблица 2
| Радиационный уровень | Единица СИ, Зв/ч | Внесистемная единица, Р/ч |
| Естественный (нормальный) | 0,1 - 0,2 мкЗв/ч | 10 - 20 мкР/ч |
| Допустимый | 0,2 - 0,6 мкЗв/ч | 20 - 60 мкР/ч |
Воздействие радиации на живой организм осуществляется на клеточном уровне и обладает очень высокой эффективностью. Получив дозу, при которой в клетке поражается только одна белковая молекула из миллиона, она теряет способность делиться. Ничтожная по значению энергия ионизирующего излучения способна вызвать в организме человека серьезные последствия, вплоть до летального исхода. Широко известно воздействие ионизирующего излучения на молекулы ДНК. Разрыв одной или обеих нитей молекул ДНК вследствие ее ионизации препятствует дальнейшему воспроизводству нормальных клеток, что и приводит к гибели организма.
Действие одной и той же дозы облучения зависит от времени ее накопления. Если время большое, то общее поражающее действие меньше, чем при однократном облучении суммарной дозой. Кроме того, это действие, за исключением случаев, когда оно вызывает необратимые генетические изменения, частично блокируется восстанавливающими функциями организма.
При воздействии на организм человека ионизирующая радиация может вызывать два вида эффектов: детерминированные пороговые и стохастические беспороговые эффекты. Детерминированные эффекты – биологические эффекты излучения, в отношении которых предполагается существование дозового порога (0,5…1 Гр), выше которого тяжесть эффекта зависит от дозы. К детерминированным эффектам относятся: острая и хроническая лучевая болезнь, лучевой ожог, лучевая катаракта, лучевое бесплодие, аномалии в развитии плода и др. Эти факторы оцениваются значениями поглощенной дозы.
Нормирование радиационного облучения
В соответствии с нормами радиационной безопасности (НРБ-96) для обеспечения радиационной безопасности при нормальной эксплуатации источников ионизирующего излучения необходимо руководствоваться следующими основными принципами.
Принцип нормирования – непревышение допустимых пределов индивидуальных доз облучения граждан от всех источников ионизирующего излучения.
Принцип обоснования – запрещение всех видов деятельности по использованию источников ионизирующего излучения, при которых полученная для человека и общества польза не превышает риск возможного вреда, причиненного дополнительным к естественному радиационному фону облучением.
Принцип оптимизации – поддержание на возможно низком и достижимом уровне с учетом экономических и социальных факторов индивидуальных доз облучения и числа облучаемых лиц при использовании любого источника ионизирующего излучения.
В нормальных условиях эксплуатации источников ионизирующего излучения нормами установлены следующие категории облучаемых лиц.
- персонал – лица, работающие с техногенными источниками ионизирующего излучения (группа А) или находящиеся по условиям работы в сфере их воздействия (группа Б);
- все население, включая лиц из персонала, вне сферы и условий их производственной деятельности.
Для указанных категорий облучаемых лиц приняты три класса нормативов:
- основные дозовые пределы – предел годовой эффективной или эквивалентной дозы .
- допустимые уровни монофакторного воздействия (т.е. для одного вида внешнего излучения или для одного радионуклида, одного пути поступления радионуклида в организм), являющиеся производными от основных дозовых пределов: допустимая мощность дозы внешнего облучения, пределы годового поступления, допустимые среднегодовые объемные и удельные активности и т.д.;
- контрольные уровни (дозы) – устанавливаются администрацией учреждения по согласованию с органами Госсанэпиднадзора, их численные значения должны учитывать достигнутый в учреждении уровень радиационной безопасности и обеспечивать условия, при которых радиационное воздействие будет ниже достигнутого.
Таблица 3
| Нормируемая величина | Дозовые пределы | |
| Лица из персонала (группа А) | Лица из населения | |
| Эквивалентная доза | 20 мЗв/г в среднем за любые последовательные 5 лет, но £ 50 мЗв/г | 1 мЗв/г в среднем за любые последовательные 5 лет, но £ 5 мЗв/г |
| Эквивалентная доза за год: - в хрусталике глаза; - в коже, кистях и стопах | 150 мЗв/г 500 мЗв/г | 15 мЗв/г 50 мЗв/г |
Таблица 4: Значения доз и степень их воздействия на организм человека
| № | Значение поглощенной дозы, рад | Степень воздействия на человека |
| 1 | Летальные дозы: 10000 рад (100Гр.) | Смерть наступает через несколько часов или дней вследствие повреждения центральной нервной системы |
| 1000 - 5000 рад. (10-50Гр.) | Смерть наступает через одну - две недели вследствие внутренних кровоизлияний (главным образом в желудочно-кишечном тракте) | |
| 300-500 рад. (3-5Гр.) | 50% облученных умирают в течении одного-двух месяцев вследствие поражения клеток костного мозга | |
| 2 | 150-200рад. (1,5-2Гр.) | Возникновение первичной лучевой болезни; |
| 3 | 100рад. (1Гр) | Уровень кратковременной стерилизации, потери и воспроизводства потомства |
| 4 | 25рад. (0,25Гр.) | Доза оправданного риска в чрезвычайных обстоятельствах |
| 5 | 10рад. (0,1Гр.) | Уровень удвоения генных мутаций |
| 6 | 2рад. (0,02Гр) в год | Предельно допустимая доза профессионального облучения в год для персонала категории "А" (лица которые постоянно или временно работают непосредственно с источниками ионизирующих излучений) |
| 7 | 0,2 рад. (0,002Гр.) (200 миллирад) в год | Допускаемая доза в год для лиц категории "Б" (лица которые могут получать дополнительное облучение в связи с расположением рабочих мест в помещениях и на промышленных площадках объектов с радиационно-ядерными технологиями) |
| 8 | 0,1рад (0,001Гр.) в год | Допустимая доза для лиц категории "В" (все население) |
| 9 | (0,1-0,2 рад.) в год | Доза от естественного (космического и природного) фона, получаемая каждым человеком за год. |
| 10 | 3 рад | Облучение при рентгенографии зубов |
| 11 | 30 рад | Облучение при рентгеноскопии желудка (местное) |
| 12 | 1 микрорад | Просмотр одного хоккейного матча по телевизору |
| 13 | 84 микрорад/час | При полёте в самолёте на высоте 8 км |
Для лиц группы Б все дозовые пределы не должны превышать 0,25 дозовых пределов для группы А.
Дата добавления: 2018-06-01; просмотров: 220; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!