Основные понятия и определения

В науке и в технике часто используют устройства, являющиеся источником ионизирующего излучения (ИИ) (рентгеновские установки, томографы, мониторы ПК, дифрактометры рентгеновские общего назначения (ДРОН), электронные микроскопы и т.д.), представляющего опасность для человека

Ионизирующими называют излучения, взаимодействие которых с окружающей средой приводит к ее ионизации, т.е. образованию электрических зарядов противоположных знаков.

Существуют два вида ионизирующих излучений [15]:

- корпускулярное, состоящее из частиц с массой покоя, отличной от нуля (альфа-, бета-, нейтронное излучение);

- фотонное - электромагнитное излучение с очень малой длиной волны (гамма- и рентгеновское излучение).

Альфа-излучение представляет собой поток ядер атомов гелия, испускаемых при радиоактивном распаде ядер или при ядерных реакциях. Энергия α-частиц не превышает нескольких МэВ (1 эВ = 1,60206·10^-19 Дж). Излучаемые α-частицы движутся в среде практически прямолинейно со скоростью порядка 2·10⁷ м/с.

Вследствие своей большой массы эти частицы быстро теряют свою энергию при взаимодействии с веществом. Это обуславливает их низкую проникающую способность и высокую удельную ионизацию: α-частица при движении в воздушной среде образует на 1 см пробега несколько десятков тысяч пар ионов.

Для защиты от α-излучения применяют экраны из стекла, плексигласа толщиной в несколько миллиметров. Достаточной защитой от α-излучения является слой воздуха в несколько сантиметров.

Бета-излучение представляет собой поток электронов или позитронов, возникающих при радиоактивном распаде. Заряд β-частицы равен -1, масса – в 7,5 тыс. раз меньше массы α-частиц. В зависимости от природы источника β-излучений скорость этих частиц может достигать 0,99 скорости света. Энергия β-частиц составляет несколько МэВ, длина пробега в воздухе порядка 18 м, а в мягких тканях человеческого тела - 2,5·10^{-2 м. β-частицы имеют более высокую проникающую способность, чем -частицы (из-за меньших массы и заряда).}

Для защиты от β-излучения используют материалы с малой атомной массой (например, алюминий), а чаще комбинированные (со стороны источника — материал с малой, а затем далее от источника — применяют материал с большей атомной массой).

Нейтронное излучение представляет собой поток ядерных частиц, не имеющих электрического заряда. В зависимости от энергии различают медленные нейтроны (с энергией менее 1 кэВ), нейтроны промежуточных энергий (от 1 до 500 кэВ) и быстрые нейтроны (от 500 кэВ до 20 МэВ). Проникающая способность нейтронов зависит от их энергии и атомной массы вещества, с которыми они взаимодействуют. Нейтронное излучение обладает высокой проникающей способностью (она существенно выше, чем у α- или β-частиц) и представляет для человека наибольшую опасность из всех видов корпускулярного излучения.

Для защиты от нейтронного облучения применяют бериллий, графит и материалы, содержащие водород (парафин, вода). Для защиты от нейтронных потоков с малой энергией широко применяются бор и его соединения. Бетон также можно использовать для защиты от нейтронов.

Гамма-излучение (рентгеновское) представляет собой высокочастотное электромагнитное излучение с высокой энергией (0,01-3 МэВ) и малой длиной волны (от 2·10^-2 нм в сторону ко­ротких волн). Практически не имеет массы и заряда. γ-излучение испускается при ядерных превращениях радионуклидов или аннигиляции (взаимодействии) частиц. γ-излучение обладает высокой проникающей способностью (за счет высокой энергии и малой длины волны). Ионизирующая способность γ-излучения меньше, чем у α- и β-излучения.

Для защиты от γ-излучений применяют материалы с большой атомной массой и высокой плотностью (свинец, вольфрам), а также более дешевые материалы и сплавы (сталь, чугун). Смотровые системы изготавливают из специальных прозрачных материалов, например, свинцового стекла. Стационарные экраны выполняются из бетона и баритобетона

γ–излучения оказывают сильное воздействие на биологический объект. Действие γ–лучей оценивается дозами излучения, являющимися количественными параметрами, позволяющим оценить степень и форму лучевых поражений организма человека.

Экспозиционная доза – отношение полного заряда всех ионов одного знака, созданных в элементарном объеме воздуха в условиях электронного равновесия, к массе воздуха в этом объеме:

X = ΔQ / Δm,. (6.1)

где X - экспозиционная доза, Кл/кг (1Кл/кг = 3,88·103 Р);

ΔQ - полный заряд всех ионов одного знака созданных в элементарном объеме воздуха в условиях электронного равновесия;

Δm - масса воздуха в этом объеме.

Поглощенная доза – отношение средней энергии, переданная ИИ веществу в элементарном объеме, к массе вещества в этом объеме:

D = ΔE / Δm, (6.2)

где D - поглощенная доза,Гр (Грей) 1 Гр = 1 Дж/кг;

ΔE - средняя энергия, переданная ИИ веществу в элементарном объеме, Дж;

Δm - массе вещества в этом объеме, кг.

Эквивалентная доза – поглощенная доза в органе или ткани, умноженная на соответствующий взвешивающий коэффициент для данного вида излучения, WR.:

HT,R = WR · DT,R, (6.3)

где HT,R - эквивалентная доза, Зв (Зиверт) 1 Зв = 1 Дж/кг;

DT,R – средняя поглощенная доза в органе или ткани Т, Дж/кг;

WR – взвешивающий коэффициент для излучения R.

Эффективная доза – эквивалентная доза, умноженная на соответствующий взвешивающий коэффициент для данного вида ткани, WТ:

ЕT,R = WТ · НT,R, (6.4)

где ЕT,R - эффективная доза, Зв (Зиверт);

НT,R – средняя эквивалентная доза в органе или ткани Т, Зв;

WТ – взвешивающий коэффициент для ткани или органа.

Мощность экспозиционной дозы определяется:

PX = ΔX / Δt, (6.5)

где PX - мощность экспозиционной дозы, Кл/(кг·с).

(1 Кл/кг·с =1 А/кг = 3,88·103 Р/с; 1 Р/c = 2,58·10-4 Кл/(кг·с) = 2,58·10-4 А/кг).

Нормами радиационной безопасности НРБ-99 [16] установлены значения предельно допустимых доз излучения для персонала, непосредственно работающего с источниками ИИ, (группа А), остального персонала (группа Б) и населения, приведенные в таблице 6.1.

Таблица 6.1 - Значения предельно допустимой дозы внешнего облучения специалистов различной категории

Категория облучаемого специалиста	ПДД
мЗв/нед	мЗв/год	Кл/кг·с	Р/с
Персонал (группа А)*     Население	0,4 мЗв/нед в среднем за любые последовательные 5 лет, но не более 1 мЗв/нед   0,02 мЗв/нед в среднем за любые последовательные 5 лет, но не более 0,1 мЗв/нед	20 мЗв/год в среднем за любые последовательные 5 лет, но не более 50 мЗв/год   1 мЗв/год в среднем за любые последовательные 5 лет, но не более 5 мЗв/год	2,18·10-8   5,46·10-8   1,09·10-9   5,46·10-9	8,46·10-5   2,12·10-4   4,23·10-6   2,12·10-5
Примечание: * ПДД для персонала группы Б равны ¼ значений для персонала группы А.