Содержание

Защита от ионизирующего излучения

Ионизирующее излучение (ИИ) - это электромагнитное излучение или потоки частицы, которые создаются при радиоактивном распаде, ядерных превращениях, торможении заряженных частиц в веществе и образуют при взаимодействии со средой ионы различных знаков.

Естественные источники ИИ

Искусственные источники ИИ

Виды ионизирующего излучения

[α] Альфа-излучение

Альфа-частицы идентичны ядрам гелия $\textstyle{{}^4_2\mathrm{He}^{2+}}$, образованы двумя нейтронами, двумя протонами.

Альфа-излучение обладает положительным электрическим зарядом $q^+$; значительной массой покоя $m_\alpha$.

Движение альфа-частиц сопряжено с сильной ионизацией вещества и, как следствие, с очень быстрой потерей энергии альфа-частиц.

В результате проникающая способность альфа-излучения незначительна. Альфа-частицы, возникшие в результате радиоактивного распада, не способны преодолеть даже мёртвого слой кожи, тонкий лист бумаги. Радиационный риск при внешнем облучении такими альфа-частицами отсутствует. Внешнее альфа-облучение опасно для здоровья только в случае альфа-частиц, разогнанных в ускорителе.

Однако весьма опасно внутреннее облучение, когда воздействию альфа-излучения подвергаются непосредственно живые ткани организма. Считается, что воздействие на организм альфа-излучения при равном энергетическом воздействии в 20 раз выше воздействия гамма-излучения.

[β] Бета-излучение

Бета-излучение представляет собой поток заряженных частиц /электронов (β−), позитронов (β+)/, образующихся в результате радиоактивного распада ядер. Бета-излучение следует отличать от вторичных и третичных электронов, образующихся в результате ионизации воздуха.

Энергия β-частиц распределена непрерывно от нуля до некоторого максимального значения (от нескольких единиц кэВ, до десятков МэВ), конкретное значение которого зависит от вида распадающегося вещества.

Из-за меньшей, чем у α-частиц массы и заряда, проникающая способность β-частиц выше, чем у альфа-частиц. Например, для полного поглощения потока β-частиц, обладающих максимальной энергией 2 МэВ, требуется защитный слой алюминия толщиной 3,5 мм.

Внешнее β-излучение вызвает лучевые ожоги кожи, лучевую болезнь. Гораздо опаснее внутреннее облучение от β-активных радионуклидов, попавших внутрь организма.

[Γ] Гамма-излучение

Гамма-излучение - вид электромагнитного излучения с чрезвычайно малой длиной волны — менее $2 \cdot 10^{-10}\ \text{м}$ — и, вследствие этого, c ярко выраженными корпускулярными и слабо выраженными волновыми свойствами.

Гамма-лучи не отклоняются в электрических и магнитных полях. В сравнении с α- и β-излучением Γ-излучение обладает меньшей ионизирующей способностью.

Высокая энергия (0,01–3 МэВ) и малая длина волны обуславливает большую проникающую способность Γ-излучения. Характерная толщина бетонного ограждения, защищающего от Γ-излучения, составляет более метра. Другой пример, толщина слоя свинца половинного ослабления Γ-излучения составляет 1,8 см. В целом, чем плотнее вещество, тем более эффективно оно защищает от Γ-излучения

В зависимости от дозы и продолжительности Γ-излучение может вызвать хроническую и острую лучевые болезни. Стохастические эффекты воздействия Γ-излучения проявляются в повышении риска возникновения онкологических заболеваний. В то же время гамма-облучение подавляет рост раковых и других быстро делящихся клеток. Гамма-излучение является сильнейшим мутагенным и тератогенным фактором.

Рентгеновское

Рентгеновское излучение - электромагнитное излучение, энергия фотонов которого на шкале электромагнитных волн располагается между ультрафиолетовым и Γ-излучением. Причём, в существенной области энергий рентгеновское Γ- излучения перекрываются.

Будучи эквивалентными, с точки зрения физических свойств, фотоны относят к рентгеновскому или Γ- излучению различая источники возникновения излучения. В случае участия атомных ядер в процессе возникновения излучения, его относят к Γ-излучению, если излучение возникло в результате взаимодействия электронов с веществом, например, в рентгеновской установке, то в данном случае говорят о рентгеновском излучении.

Рентгеновская установка

В рентгеновских трубках электроны, испущенные катодом, ускоряются под действием разности электрических потенциалов между анодом и катодом и ударяются об анод, где происходит их резкое торможение.

Схематическое изображение рентгеновской трубки. X — рентгеновские лучи, K — катод, А — анод (иногда называемый антикатодом), С — теплоотвод, Uh — напряжение накала катода, Ua — ускоряющее напряжение, Win — впуск водяного охлаждения, Wout — выпуск водяного охлаждения.

При этом за счёт тормозного излучения происходит генерация излучения рентгеновского диапазона, и одновременно выбиваются электроны из внутренних электронных оболочек атомов анода. Пустые места в оболочках занимаются другими электронами атома. При этом также испускается рентгеновское излучение с характерным для материала анода спектром энергий.

В настоящее время аноды изготавливаются главным образом из керамики, причём та их часть, куда ударяют электроны, — из молибдена или меди.

В процессе ускорения-торможения лишь около 1% кинетической энергии электрона идёт на рентгеновское излучение, 99% энергии превращается в тепло.

Нейтронное

Нейтронное излучение представляет собой поток нейтральных, то есть незаряженных частиц нейтронов.

Наличие значительной массы (немного больше массы протона) и отсутствие электрического заряда определяет то, что нейтроны не взаимодействуют с электронными оболочками атомов, но участвуют в реакциях с атомным ядром.

Взаимодействие нейтрона с ядром может быть либо упругим, когда нейтрон отскакивает от ядра, либо неупругим, в результате чего нейтрон захватывается ядром атома.

Если первый случай с точки зрения воздействия на человека не очень интересен, то второй случай представляет особый интерес. Захват нейтрона ядром приводит к тому, что ядро становится не устойчивым и через некоторое время распадается, данное явление называется наведённая радиоактивность.

Последствия распада стабильного до поглощения нейтрона ядра состоят в нарушении протекающих биохимических процессов в организме (в результате распада изменяется состав вещества) с одной стороны, а с другой стороны возникающее радиоактивное излучение воздействует непосредственно на близлежащие органы и ткани, вызывая их поражение.

Количественные характеристики

Доза излучения - величина, используемая для оценки воздействия ионизирующего излучения на любые вещества, ткани, живые организмы.

Мощность дозы (интенсивность облучения) — приращение соответствующей дозы под воздействием данного излучения за единицу времени. Имеет размерность соответствующей дозы, делённую на единицу времени.

Физическая величина СИ Внесистемная единца
Активность радионуклида, $\text{A}$ Беккерель [Бк]; число
распадов в веществе за 1 с. 		Кюри [Ки]; $1\ \text{Ки} = 3,7\cdot 10^{10}\ \text{Бк}$
Поглащённая доза, $D_{p}$ Грей [Гр]=[Дж/кг]; количество
энергии переданное единице
массы вещества. 		Рад [рад]; $1\ \text{рад} = 0,01\ \text{Гр}$
Эквивалентная доза,
$H_r = W_r D_p$,
где $W_r$ - коэффициент
качества излучения.
$W_r = 1\ (\gamma, \beta)$,
$W_r \in [3 \dots 10]\ ({}_0^1n)$,
$W_r = 20\ (\alpha)$		 Зиверт [Зв]; поглащенная доза в органе
или ткани с учётом вида излучения. 		Бэр [бэр];

Биологический
Эквивалент
Рада
$1\ \text{бэр} = 0,01\ \text{Зв}$
Экспозиционная доза, X [Кл/кг]; отношение суммарного заряда
всех ионов одного знака в элементарном объёме сухого воздуха к массе воздуха в этом объёме. 		Рентген [Р];
$1\ \text{Р} = 2,58\cdot10^{-4}\ \text{Кл/кг}$
$1\ \text{Р} \rightarrow 1\ \text{рад} \rightarrow \frac{\text{бэр}}{W_r} $

Эффективная доза, $E$ - мера общего потенциального ущерба для организма от облучения как организма в целом, так и отдельных его частей. $E = W_t H_r$,
где $W_t \le 1$ - коэффициент радиочувствительности тканей и органов человека, для общего облучения человека $W_t = 1$.

Воздействие ИИИ на человека

Последствия воздействия ИИ можно разделить на две группы:

Некоторые характерные дозы

Фоновое излучение на Земле - 2,4 мЗв/год. При этом разброс по регионам довольно значителен от 1 до 10 мЗв/год.

50 % смертельный порог при однократном облучении

Нормирование

С 1 сентября 2010 года в РФ введены в действие санитарные правила СанПин 2.6.1.2523-09 (НРБ 99/2009), согласно которым всё население разделено на три категории, для которых устанавливаются следующие допустимые эквивалентные эффективные дозы облучения.

Группа населения Основные пределы доз
Группа А - лица, работающие с техногенными источниками излучения 20 мЗв в год в среднем за последние 5 лет, но не более 50 мЗв в один из них.
Группа Б - лица, находящиеся по условиям работы в сфере их воздействия ИИИ 5 мЗв в год в среднем за последние 5 лет, но не более 12,5 мЗв в один из них.
Группа В - все население, включая лиц из персонала, вне сферы и условий в их производственной деятельности. 1 мЗв в год в среднем за последние 5 лет, но не более 2,5 мЗв в один из них.

Основные пределы доз облучения не включают в себя дозы от природного и медицинского облучения, а также дозы вследствие радиационных аварий. На эти виды облучения устанавливаются специальные ограничения.

ОСПОРБ 99-2010, харктерные медицинские дозы.

Методы защиты