Основные сведения. В промышленности ионизирующие излучения используются для автоматизации производственных процессов, контроля качества изделий; с помощью ионизирующего

В промышленности ионизирующие излучения используются для автоматизации производственных процессов, контроля качества изделий; с помощью ионизирующего излучения снижается статическое электричество.

Атомы, имеющие один заряд, но разную атомную массу называются изотопами (Уран 235,238,234; родон 219,220,222). Изотопы бывают устойчивые и неустойчивые. Неустойчивые имеют способность самопроизвольно распадаться с выделением энергии в виде ионизирующего излучения.

Среди большого разнообразия ионизирующих излучений широкое применение в промышленности находят пять видов: a, b и нейтронное, которые являются корпускулярными потоками частиц, а также g и рентгеновское излучения, представляющие собой электромагнитные волны высокой частоты.

a - излучение является потоком ядер гелия, испускаемых при радиоактивном распаде некоторых веществ. Длина пробега a-частиц в воздухе составляет от 2 до 12 см, при этом на 1 см пути образуется около 50000 пар ионов. В твердых веществах длина пробега a -частиц не превышает нескольких микрон. Установлено, что a -частицы можно задерживать обычным листом бумаги.

b - излучение состоит из потока электронов, возникающих при радиоактивном распаде ядер. Длина пробега электрона в воздухе достигает 160 см, в биотканях - 2,5 см; в свинце - 0,04 см. При этом b-частицы создают в воздухе 50 пар ионов на 1 см пути. Поток b-частиц задерживается металлической фольгой.

Нейтронное излучение является потоком электронейтральных частиц ядра. Поскольку нейтрон не имеет электрического заряда, он не ионизирует атомы, а летит прямолинейно, пока не столкнется с каким-либо электроном или ядром, атомы которого могут переходить в возбужденное состояние и испускать различные виды ионизирующих излучений. Ослабление нейтронного излучения эффективно осуществляется на ядрах легких элементов, таких как водород и его содержащие:вода, парафин, полиэтилен.

Рентгеновское и g - излучения представляют электромагнитные волны, которые способны глубоко проникать в вещество. Ионизирующие возможности их невелики, примерно такие же как и у b - излучения. Замедление рентгеновского и g- излучения наиболее интенсивно происходит на тяжелых элементах, например в свинце, железе, бетоне и других материалах.

Воздействие радиоактивного излучения на организм человека и его нормирование. Любой вид ионизирующего излучения вызывает биологические изменения в организме как при внешнем облучении (источник находится вне организма),так и при внутреннем облучении (радиоактивные вещества попадают внутрь организма, например при их вдыхании, заглатывании или инъекциях).Биологический эффект ионизирующего излучения зависит от величины суммарной дозы и времени воздействия излучения, от вида излучения, размеров облучаемой поверхности и индивидуальных особенностей организма. Радиоактивные излучения, воздействуя на живую ткань, вызывают ионизацию атомов. Благодаря содержанию в организме человека 75...80 % воды, одной из типичных реакций является радиационное разложение воды:

Н₂О => Н⁺ + ОН^–.

Радикалы ОН взаимодействуя с кислородом О₂ образуют перекись Н₂О₂ водорода и гидроперекись НО₂, которые вступают в реакцию с молекулами белка, ферментов и нарушают нормальное течение биохимических реакций, нарушая обмен веществ в организме, вызывая изменения в составе крови и гибель клеток всего организма. При облучении малыми дозами радиации изменений в здоровье человека не наблюдается.

Радиационное заражение подразделяется на наружное и внутреннее. Под наружной радиационной нагрузкой понимается излучение, попадающее на тело извне. Внутренняя радиационная нагрузка имеет своим источником радионуклиды, попавшие внутрь организма с воздухом, водой или пищей. В настоящее время нормирование суммарного внешнего и внутреннего облучения проводится согласно действующего документа «Нормы радиационной безопасности» (НРБ - 96).

Согласно этого нормативного документа ПДД (предельно допустимая доза) облучения - это наибольшее значение индивидуальной эквивалентной дозы за календарный год, при которой равномерное облучение в течение 50 лет не может вызвать в состоянии здоровья неблагоприятных изменений, обнаруживаемых современными методами.

Единица измерения радиационного воздействия. Количественной характеристикой рентгеновского и g -излучения является экспозиционная доза.

Единицей экспозиционной дозы является кулон на килограмм (Кл/кг) специальные единицы измерения экспозиционной дозы является - рентген (Р),1Р = 2,58×10^–4 Кл/кг.

Поглощение энергии в количестве dЕ облучённым веществом с массой dm характеризуется понятием "поглощённая доза":

Dпогл = dЕ/dm,

где dE - средняя энергия, переданная излучением веществу в элементарном объеме; dm - масса вещества в элементарном объеме.

Единицей поглощенной дозы является джоуль на килограмм (Дж/кг), которая называется грей (Гй). Специальной единицей измерения поглощенной дозы является рад (1 Гй = 1 Дж/кг = 100 рад). Эта единица принята по предложению Международного конгресса радиологов, состоявшегося в 1953 г. Для всех видов ионизирующей радиации 1 рад соответствует поглощенной энергии 1×10 Дж на 1 г любого вещества. При одной и той же дозе биологический эффект различных видов излучения учитывают коэффициентом качества Кк, показывающим, во сколько раз данный вид излучения более вреден и опасен по степени ионизации по сравнению с b -, g - и рентгеновыми лучами, относительная биологическая активность которых условно принята за единицу (начало сравнения):

Вид излучения Кк

b - и g - Излучения 1

Рентгеновы лучи 1

a -Излучение с энергией менее 10 МэВ 10

Быстрые нейтроны с энергией 0,1-10 МэВ 10,03

Протоны с энергией менее 10 МэВ 10

Тепловые нейтроны с энергией менее 20 кэВ 3

Из приведенных данных видно, насколько велико различие по ионизирующей способности(с точки зрения биологических последствий) a-излучений, протонов и нейтронов по сравнению с b -, g - и рентгеновским излучением излучениями. В связи с этим для биологического учета эффекта облучения разных видов излучений медиками введена характеристика бэр - биологический эквивалент рада. За 1 бэр принимается такая поглощенная доза любого вида ионизирующих излучений, которая вызывает такой же биологический эффект, что 1 рад рентгеновых или g -лучей. В связи с изложенным выше эквивалентную дозу облучения (Дж/кг) независимо от вида излучения можно определить из выражения

Dэкв = Dпогл´Кк,

где Dпогл - поглощенная доза, рад; Кк - коэффициент качества облучения (корректирующий множитель).

В настоящее время входит в употребление новая единица эквивалентной дозы (в единицах СИ) - зиверт (Зв); 1 Зв=1Дж/кг.

Нормирование ионизирующих излучений. Нормами радиационной безопасности установлены (табл. 8.1) допустимые дозы внешнего и внутреннего облучения [Дж/(кг×г)] для лиц трех категорий: А - профессиональное облучение; Б - облучение в смежных помещениях, находящихся в пределах санитарно-защитной зоны; В - облучение всего населения (по группам критических органов человека).

Таблица 8.1

Предельно допустимые дозы внешнего и внутреннего облучения, Дж/кг за год

Категория облучения	Внешнее облучение	Внутреннее облучение по группам критических органов человека
А	0,05	I	II	III
Б	0,005	0,05	0,15	0,3
В	0,0005	0,1	0,015	0,03
		0,00005	0,005	0,01

Критическим органом считается орган, облучение которого является наибольшим, однако степень опасности зависит не только от накопления радиоактивного вещества, но и от чувствительности органа к радиоактивному облучению. Выделяют следующие группы органов: I группа - все тело, гонады, хрусталик и кроветворные органы; II группа - мышцы, жировая ткань, печень, почки, поджелудочная и предстательная железы, желудочно-кишечный тракт и легкие; III группа - кожа, щитовидная железа, кости.

Предельно допустимую дозу (Дж/кг) для профессионального облучения рассчитывают по формуле

,

где T - возраст человека, лет; 18 - возраст, с которого разрешается работа с радиоактивными изотопами (начало профоблучения).

В соответствии с нормами лица, профессионально подверженные облучению, не должны получать дозу более 5 бэр/год.

За персоналом, работающим в полях ионизирующих излучений, ведется постоянный радиационный контроль:

- измеряются мощности экспозиционной и поглощенной дозы облучения на рабочих местах;

- проводятся регулярные профилактические медицинские осмотры.

Поглощенная эквивалентная доза в организме человека в год в среднем для категории В составляет 0,2 бэр/год.

При этом на долю радионуклидов приходится 84 %,а на долю космического облучения - 16 %.Для лиц, которые от случая к случаю подвергаются облучению в рентгеновском кабинете допускается доза 1,5 бэр/год.

Методы регистрации ионизирующих излучений. Для обнаружения и измерения ионизирующих излучений используют следующие методы: фотографический, сцинтилляционный, химический и ионизационный [1].

Фотографический метод основан на степени почернения фотоэмульсии.

Под воздействием ионизирующих излучений молекулы бромистого серебра, содержащегося в фотоэмульсии, распадаются на серебро и бром. При этом образуются мельчайшие кристаллики серебра, которые и вызывают почернение фотопленки при ее проявлении. Плотность почернения пропорциональна поглощенной энергии излучения. Сравнивая плотность почернения с эталоном, определяют дозу излучения (экспозиционную или поглощенную), полученную пленкой. На этом принципе основаны индивидуальные фотодозиметры.

Сцинтилляционный метод. Некоторые вещества (сернистый цинк, йодистый натрий) под воздействием ионизирующих излучений светятся. Количество вспышек пропорционально мощности дозы излучения и регистрируется с помощью специальных приборов-фотоэлектронных умножителей.

Химический метод. Некоторые химические вещества под воздействием ионизирующих излучений меняют свою структуру. Так, хлороформ в воде при облучении разлагается с образованием соляной кислоты, которая дает цветную реакцию с красителем, добавленным к хлороформу. Двухвалентное железо в кислой среде окисляется в трехвалентное под воздействием свободных радикалов НО₂ и ОН, образующихся в воде при ее облучении. Трехвалентное железо с красителем дает цветную реакцию. По плотности окраски судят о дозе излучения (поглощенной энергии). На этом принципе основаны химические дозиметры ДП-70 и ДП-70М.

В современных дозиметрических приборах широкое распространение получил ионизационный метод обнаружения и измерения ионизирующих излучений.

Ионизационный метод. Под воздействием излучений в изолированном объеме (молекулы) газа разделяются на положительные и отрицательные ионы. Если в этот объем поместить два электрода, к которым приложено постоянное напряжение, то между электродами создается электрическое поле. При наличии электрического поля в ионизированном газе возникает направленное движение заряженных частиц, т.е. через газ проходит электрический ток, называемый ионизационным. Измеряя ионизационный ток, можно судить об интенсивности ионизирующих излучений.

Дозиметрические приборы. Дозиметрические приборы позволяют регистрировать экспозиционные дозы радиации на местности или поглощенные дозы излучения людьми,животными,оборудованием,транспортом,одеждой,продовольствием.

Технические характеристики некоторых дозиметров приведены в табл.8.2.

Таблица 8.2