Защита от ионизирующих излучений

Введение.

 

С ионизирующим излучением и его  особенностями человечество познакомилось совсем недавно: в 1895 году немецкий физик В.К. Рентген обнаружил лучи высокой проникающей способности, возникающие при бомбардировке металлов энергетическими электронами (Нобелевская премия, 1901 г.), а в 1896 г. А.А. Беккерель обнаружил естественную радиоактивность солей урана.

Нет необходимости говорить о том  положительном, что внесло в нашу жизнь проникновение в структуру  ядра, высвобождение таившихся там  сил. Но как всякое сильнодействующее средство, особенно такого масштаба, радиоактивность внесла в среду обитания человека вклад, который к благотворным никак не отнесёшь.

Появилось также число пострадавших от ионизирующей радиации, а сама она начала осознаваться как опасность, способная привести среду обитания человека в состояние, не пригодное для дальнейшего существования.

Причина не только в тех разрушениях, которые производит ионизирующее излучение. Хуже  то, что оно не воспринимается нами органолептически: ни один из органов чувств человека не предупредит его о приближении или сближением с источником радиации. Человек может находиться в поле смертельно опасного для него излучения и не иметь об этом ни малейшего представления.

Такими опасными элементами, в которых  соотношение числа протонов и нейтронов превышает 1…1,6, т.е. Р > 1…1,6. В настоящее время из всех элементов таблицы Д.И. Менделеева известно более 1500 изотопов. Из этого количества изотопов лишь около 300 стабильных и около 90 являются естественными радиоактивными элементами.

Продукты ядерного взрыва содержат более 100 нестабильных первичных изотопов. Большое количество радиоактивных  изотопов содержится в продуктах деления ядерного горючего в ядерных реакторах АЭС.

Таким образом, источниками ионизирующего  излучения являются  искусственные радиоактивные вещества, изготовленные на их основе медицинские и научные препараты, продукты ядерных взрывов при применении ядерного оружия, отходы атомных электростанций при авариях на них.

 

Понятие ионизирующего  излучения. 
Основные методы обнаружения ИИ.

 

Радиационная опасность для  населения и всей окружающей среды  связана с появлением ионизирующих излучений (ИИ), источником которых являются искусственные радиоактивные химические элементы (радионуклиды), которые образуются в ядерных реакторах или при ЯВ. Радионуклиды могут попадать в окружающую среду в результате аварий на радиационно-опасных объектах (АЭС и др. объектах ядерного топливного цикла – ЯТЦ), усиливая радиационный фон земли.

Ионизирующими излучениями называют излучения, которые прямо или косвенно способны ионизировать среду (создавать раздельные электрические заряды). Вообще к ИИ относят: рентгеновское и g-излучения; излучения, состоящие из потока заряженных (a⁺, b±, протонов р⁺, тяжёлые ядра отдачи) и незаряженных частиц - p, m, k - мезонов, мюонов и др. частиц.

При авариях реакторов  образуются a⁺,b^± частицы и g-излучение. При ЯВ дополнительно образуются нейтроны -n^°.

Рентгеновское и g-излучение обладают высокой проникающей и достаточно ионизирующей способностью (gв воздухе может распространяться до 100м и косвенно создать 2-3 пары ионов за счёт фотоэффекта на 1 см пути в воздухе). Они представляют собой основную опасность как источники внешнего облучения. Для ослабления g-излучения требуются значительные толщи материалов.

Бета- частицы (электроны b^- и позитроны b⁺ ) краткобежны в воздухе (до 3,8м/МэВ), а в биоткани – до несколько миллиметров. Их ионизирующая способность в воздухе 100-300 пар ионов на 1 см пути. Эти частицы могут действовать на кожу дистанционно и контактным путём (при загрязнении одежды и тела), вызывая «лучевые ожоги». Опасны при попадании внутрь организма.

Альфа – частицы (ядра гелия) a⁺ краткобежны в воздухе (до 11 см), в биоткани до 0,1 мм. Они обладают большой ионизирующей способностью (до 65000 пар ионов на 1 см пути в воздухе) и особо опасны при попадании внутрь организма с воздухом и пищей. Облучение внутренних органов значительно опаснее наружного облучения.

Заметим, что ионизирующая способность альфа и бета –  частиц будет во многом зависеть от энергии, с которой они покидают «материнское» («дочернее») ядро. Проходя через среду (биологическую ткань) ИИ ионизируют ее, что приводит к физико-химическим или биологическим изменениям свойств среды(ткани). При ионизации организма нарушаются обменные процессы, нормальное функционирование нервной, эндокринной, имунной, дыхательной, сердечно-сосудистой и др. систем, в результате чего люди (животные) заболевают. Элементы технических устройств, особенно радиоэлектронной аппаратуры, при ионизации теряют или изменяют свои свойства и параметры, а при сильном облучении могут выйти из строя. Короче говоря, все живое и «неживое» не терпит излишнего облучения.

Последствия облучения  для людей могут быть самыми различными. Они во многом определяются величиной  дозы облучения и временем её накопления. Возможные последствия облучения людей при длительном хроническом облучении, зависимость эффектов от дозы однократного облучения  приведены на рис. 1.

 

Таблица 1.

Последствия облучения  людей.

 

Радиационные  эффекты облучения

Телесные (соматические).       Воздействуют на облучаемого. Имеют дозовый порог.	Вероятностные телесные (соматические-стохастические).   Условно не имеют дозового порога.	Гинетические.         Условно не имеют дозового порога.
Острая лучевая болезнь	Сокращение продолжительности жизни.	Доминантные генные мутации.
Хроническая лучевая  болезнь.	Лейкозы (скрытый период 7-12 лет).	Рецессивные генные мутации.
Локальные лучевые повреждения.	Опухоли разных органов (скрытый период до 25 лет и более).	Хромосомные абберации.

 

Чтобы избежать ужасных последствий  ИИ, необходимо производить строгий  контроль служб радиационной безопасности с применением приборов и  различных методик. Для принятия мер защиты от воздействия ИИ их необходимо своевременно обнаружить и количественно оценить. Воздействуя на различные среды ИИ вызывают в них определенные физико-химические изменения, которые можно зарегистрировать. На этом основаны различные методы обнаружения ИИ.

К основным относятся:

-ионизационный, в котором  используется эффект ионизации газовой среды, вызываемой воздействием на неё ИИ, и как следствме – изменение ее электропроводности;

-сцинтилляционный, заключающийся  в том, что в некоторых веществах  под воздействием ИИ образуются  вспышки света, регистрируемые  непосредственным наблюдением или с помощью фотоумножителей;

-химический, в котором  ИИ обнаруживаются с помощью  химических реакций, изменения  кислотности и проводимости, происходящих  при облучении жидкостных химических систем;

-фотографический, заключающийся в том, что при воздействии ИИ на фотопленку на ней в фотослое происходит выделение зерен серебра вдоль траектории частиц.

-метод, основанный  на проводимости кристаллов, т.е.  когда под воздействием ИИ возникает ток в кристаллах, изготовленных из диэлектрических материалов и изменяется проводимость кристаллов из полупроводников и др.

 

ВЛИЯНИЕ  ИОНИЗИРУЮЩИХ  ИЗЛУЧЕНИЙ НА  ОРГАНИЗМ  ЧЕЛОВЕКА

 

Степень биологического влияния ионизирующего излучения  зависит от поглощения живой тканью энергии и ионизации молекул, которая возникает при этом.

Во время ионизации  в организме возникает возбуждение  молекул клеток. Это предопределяет разрыв молекулярных связей и образование  новых химических связей, несвойственных здоровой ткани. Под влиянием

ионизирующего излучения  в организме нарушаются функции кровотворних органов, растет хрупкость и проницаемость сосудов, нарушается деятельность желудочно-кишечного тракта, снижается сопротивляемость организма, он истощается. Нормальные клетки перерождаются в злокачественные, возникают лейкоз, лучевая болезнь.

Одноразовое облучение  дозой 25—50 бер предопределяет необратимые  изменения крови. При 80—120 бер появляются начальные признаки лучевой болезни. Острая лучевая болезнь возникает  при дозе облучения 270—300 бер.

Облучение может быть внутренним, при проникновении радиоактивного изотопа внутрь организма, и внешним; общим (облучение всего организма) и местным; хроническим (при действии в течение длительного времени) и острым (одноразовое, кратковременное влияние).

 

4 ЗАЩИТА  ОТ   ИОНИЗИРУЮЩИХ  ИЗЛУЧЕНИЙ

 

Защита от ионизирующих излучений может осуществляться путем использования следующих  принципов:

использование источников с минимальным излучением путем 
перехода на менее активные источники, уменьшение количества изотопа;

сокращение времени работы с источником ионизирующего излучения;

отдаление рабочего места  от источника ионизирующего излучения;

экранирование источника  ионизирующего излучения. 
Экраны могут быть передвижные или стационарные, предназначенные для поглощения или ослабления ионизирующего излучения. Экранами могут служить стенки контейнеров для перевозки радиоактивных изотопов, стенки сейфов для их хранения.

Альфа-частицы экранируются слоем воздуха толщиной несколько  сантиметров, слоем стекла толщиной несколько миллиметров. Однако, работая с альфа-активными изотопами, необходимо также защищаться и от бета- и гамма-излучения.

С целью защиты от бета-излучения  используются материалы с малой  атомной массой. Для этого используют комбинированные экраны, в которых  со стороны источника располагается материал с малой атомной массой толщиной, которая равна длине пробега бета-частиц, а за ним — с большей массой.

С целью защиты от рентгеновского и гамма-излучения применяются  материалы с большой атомной  массой и с высокой плотностью (свинец, вольфрам).

Для защиты от нейтронного  излучения используют материалы, которые  содержат водород (вода, парафин), а  также бор, бериллий, кадмий, графит. Учитывая то, что нейтронные потоки сопровождаются гамма-излучением, следует  использовать комбинированную защиту в виде слоистых экранов из тяжелых и легких материалов (свинец-полиэтилен).

Действенным защитным средством  является использование дистанционного управления, манипуляторов, роботизированных комплексов.

В зависимости от характера  выполняемых работ выбирают средства индивидуальной защиты: халаты и шапочки из хлопковой ткани, защитные передники, резиновые рукавицы, щитки, средства защиты органов дыхания (респиратор „Лепесток"), комбинезоны, пневмокостюмы, резиновые сапоги.

Действенной мерой обеспечения  радиационной безопасности является дозиметрический контроль по уровням облучения персонала и по уровню радиации в окружающей среде.

Оценка радиационного  состояния осуществляется при помощи приборов, принцип действия которых  базируется на следующих методах:

ионизационный (измерение степени ионизации среды);

сцинтилляционный (измерение  интенсивности световых вспышек, возникающих  в веществах, которые люминесцируют  при прохождении через них  ионизирующих излучений);

фотографический (измерение оптической плотности почернения 
фотопластинки под действием излучения);

калориметрические методы (измерение  количества тепла, которое 
выделяется в поглощающем веществе).