Физические основы радиационной гигиены

Радиационная гигиена – раздел гигиенической науки и санитарной практики,целью которой является обеспечение безопасности работающих с источниками ионизирующей радиации и населения в целом.

Задачи радиационной гигиены включают:

- санитарное законодательство в области радиационного фактора;

- предупредительный и текущий санитарный надзор за объектами, которые используют источники ионизирующей радиации;

- гигиена и охрана труда персонала, работающего с источниками ионизирующей радиации, и персонала, работающего в смежных помещениях и на территории контролируемых зон;

- контроль за уровнями радиоактивности объектов окружающей среды (атмосферного воздуха, воздуха рабочей зоны, воды водоемов, питьевой воды, пищевых продуктов, почвы и других);

- контроль за сбором, хранением, удалением и обезвреживанием радиоактивных отходов, их захоронением и т.п.

Радиоактивность – спонтанное преобразование ядер атомов химических элементов с изменением их химической природы или энергетического состояния ядра, сопровождаемого ядерными излучениями.

Радионуклид – радиоактивный атом с определенным массовым числом и зарядом (атомным номером).

Изотопы радиоактивные ‑ радиоактивные атомы с одинаковым зарядом (атомным номером) и разными массовыми числами, т.е. с одинаковым количеством протонов и разным количеством нейтронов в ядре.

Ионизирующее излучение - излучение, взаимодействие которого с веществом приводит к образованию в этом веществе ионов разного знака. Ионизирующее излучение может представлять собой поток заряженных или незаряженных частиц, а также фотонов. К ионизирующих излучениям относятся:

• поток альфа-частиц
• поток электронов
• поток позитронов
• поток протонов
• поток нейтронов
• потоки других элементарных частиц
• электромагнитное излучение.

Иониза́ция — эндотермический процесс образования ионов из нейтральных атомов или молекул. Положительно заряженный ион образуется, если электрон в атоме или молекуле получает достаточную энергию для преодоления потенциального барьера, равную ионизационному потенциалу. Отрицательно заряженный ион, наоборот, образуется при захвате дополнительного электрона атомом с высвобождением энергии.

Виды ядерных преобразований:

α-распад ‑ характерный для тяжелых (с большим массовым числом) элементов и заключается в вылете из ядра атома α-частички ‑ по своей природе ядра гелия (2 протона и 2 нейтрона), вследствие чего появляется ядро нового хи­мического элемента с массовым числом, меньшим на 4 и зарядом, меньшим на 2:

Ra ® Rn + He.

Получив α-частичку, ядро атома находится в возбужденном состоянии с излишком энергии, которая выделяется в виде γ-излучения, т.е. α-распад всегда сопровождается γ-излучением.

β-электронный распад ‑ процесс, при котором из ядра атома (с одного из нейтронов) вылетает электрон, вследствие чего этот нейтрон превращается в протон, в связи с чем образуется новый элемент с тем же массовым числом и с зарядом, большим на единицу:

К ® e^-1 + Са + n,

где n-нейтрино.

Возбужденное при потере электрона ядро в большинстве случаев излучает и γ-кванты.

β-позитронный распад ‑ процесс, при котором из ядра атома (с одного из протонов) вылетает позитрон, вследствие чего протон превращается в нейтрон и появляется новый химический элемент с тем же массовым числом и зарядом, меньшим на единицу:

Zn ® e⁺¹ + Сu

Электронный-К-захват ‑ когда ядро (один из протонов) захватывает электрон из ближайшей К-орбиты, в связи с чем этот протон превращается в нейтрон, вследствие чего появляется ядро нового химического элемента с тем же массовым числом и зарядом, меньшим на единицу:

Сu + e^-1 ® Ni

На свободное место К-орбиты (и последовательно из других орбит) перемещаются электроны, а свободная энергия при этом высвечивается в виде характерного рентгеновского излучения.

Спонтанное деление ядра характерно для тяжелых трансурановых элементов, в которых соотношение нейтронов к протонам больше 1,6. В результате образуются ядра двух новых элементов, в которых соотношения n: p ближе к единице, а “лишние” нейтроны высвечиваются в виде нейтронного излучения:

u + n ® Kr + Ba + 5 n

Таким образом, с качественной стороны ядерные преобразования характеризуются: видом распада, видом излучения, периодом полураспада ‑ сроком, за который распадается половина исходного количества атомов. (Согласно закону радиоактивного распада, число атомов N, распавшихся за срок t, пропорционально исходному количеству атомов): N = N₀ × е^-lt.

С гигиенической точки зрения и выбора методов дезактивации радиоактивных отходов, все радионуклиды делят на короткоживущие (Т½ < 15 суток) и долгоживущие (Т½ > 15 суток): короткоживущие выдерживают в отстойниках до снижения активности, а потом спускают в общую канализацию или вывозят, а долгоживущие ‑ вывозят и хоронят в специальных могильниках.

Количественная мера радиоактивного распада ‑ активность (Q) ‑ это количество распадов атомов за единицу времени.

Единица активности в системе Си – беккерель (Бк) – один распад за секунду (с^-1). В связи с тем, что эта единица очень мала, пользуются производными ‑ килобеккерель (кБк), мегабеккерель (МБк).

Внесистемная (устаревшая) единица активно сти – кюри (Кu) – это активность 1 г химически чистого радия, равняется 3,7 × 10¹⁰ Бк (распадов за сек.). Эта единица, наоборот, очень большая, поэтому пользуются производными ‑ милликюри (мКu), микрокюри (мкКu), нанокюри (нКu), пикокюри (пкКu).

Для радионуклидов, которым присуще γ-излучение, активность выражают также через гамма-эквивалент ‑ отношение γ-излучения данного радионуклида к γ-излучению радия. Рассчитанная гамма-постоянная радия ‑ 8,4 р/час ‑ это мощность дозы, которую создает γ-излучение 1 мг радия на расстоянии 1 см через платиновый фильтр толщиной 0,5 мм.

Миллиграмм-эквивалент радия (мг-екв. Ra) ‑ единица активности радионуклида, γ-излучение которого эквивалентно (равноценно) γ-излучению 1 мг Ra на расстоянии 1 см через платиновый фильтр 0,5 мм.