Характеристика опасных и вредных факторов ионизирующих излучений и радиоактивного изагрязнения. Нормирование дозовых нагрузок.

3.1.1. Характеристика излучений. Основные термины и определения.

Излучение в широком понимании - это самопроизвольный или обусловленный какими-либо причинами процесс испускания материальными веществами энергии. Основные виды излучений представлены на рис. 2.15.

Наиболее опасным видом излучения для человека являются ионизирующие излучения.

Ионизирующие излучения – любое излучение, взаимодействие которого со средой приводит к образованию в последней электрических зарядов разных знаков.

Корпускулярное излучение – ионизирующее излучение, состоящее из частиц с массой покоя, отличной от нуля.

Альфа- излучение – корпускулярное излучение, состоящее из альфа-частиц (ядер гелия с зарядом +2), испускаемых при ядерных превращениях.

Бета- излучение – корпускулярное излучение, состоящее из электронов с зарядом -1, испускаемых при ядерных превращениях.

Протонное излучение – корпускулярное излучение, состоящее из протонов с зарядом +1, испускаемых при ядерных превращениях.

Нейтронное излучение – корпускулярное излучение, состоящее из незаряженных тепловых, промежуточных или быстрых нейтронов, испускаемых

при ядерных превращениях.

Фотонное излучение – ионизирующее излучение, состоящее из частиц с массой покоя, равной нулю, испускаемое при ядерных превращениях аннигиляции частиц (взаимоуничтожении частиц и античастиц с переходом их в другой вид материи) или при изменении энергетического состояния атома (молекулы). Имеет электромагнитную природу. Гамма- излучение – фотонное излучение, испускаемое при превращениях атомных ядер. Гамма- излучение принято рассматривать как поток частиц g -квантов, а не электромагнитных волн, так как его корпускулярные свойства (фотоэффект) преобладают над волновыми (дифракция, интерференция). Представляет наибольшую опасность для человека вследствие большой проникающей способности.

Рентгеновское излучение – совокупность тормозного и характеристического излучений, при которой диапазон энергии фотонов составляет от 1 до 1000 кэВ (килоэлектронвольт).

Тормозное излучение – непрерывное фотонное излучение, возникающее при изменении кинетической энергии заряженных частиц. Отмечается в среде, окружающей источник бета- излучений, в рентгеновских трубках, ускорителях электронов и т.п.

Характеристическое излучение – дискретное фотонное излучение, испускаемое при изменении энергетического состояния отдельных атомов вещества.

3.1.2. Доза облучения.

Облучение – процесс поглощения энергии материальным телом от источника излучения. Основной мерой облучения (вредного воздействия ионизирующего излучения) является поглощенная доза, характеризующая количество поглощенной энергии излучения, отнесенной к единице массы облучаемого вещества:

. (1.1)

Единица поглощенной дозы - грей (Гр) - является основной дозиметрической величиной. 1 Гр = 1 Дж/кг. Внесистемной единицей поглощенной дозы является рад (от англ. radiation adsorbed dose). 1 рад – это такая доза облучения, при которой в 1 г облучаемого вещества поглощается 100 эрг энергии излучения. Таким образом, 1 рад = 100 эрг/г = 0,01 Дж/кг.

По локальному признаку и характеру воздействия на человека облучения могут быть следующих видов: равномерное, то есть облучение всего тела человека; неравномерное, то есть преимущественное облучение отдельных органов или тканей; однократное облучение; хроническое облучение; внешнее (от источника, находящегося вне тела человека); внутреннее (от источника, находящегося внутри тела человека).

Для оценки возможного ущерба здоровью человека от хронического воздействия ионизирующего излучения произвольного состава вводится понятие эквивалентной дозы облучения, определяемой как произведение поглощенной дозы на средний взвешивающий коэффициент для данного вида излучения. Единицей эквивалентной дозы является зиверт (Зв). Внесистемной единицей эквивалентной дозы является биологический эквивалент рада (бэр). 1 Зв = 100 бэр = 1 Дж/кг.

Не следует допускать широко распространенной ошибки, состоящей в том, что иногда пишут: 1 Р = 0,88 рад. Рентген и рад имеют разные размерности: 3876 Р (СГС_Q/1см³) = 1 Кл/кг; в то время как 100 рад = 1 Гр = 1 Дж/кг. Правильна запись: 1 ээР = 0,88 рад; 114 ээР = 100 рад = 1 Гр = 1 Дж/кг. Поэтому необходимо говорить об энергетическом эквиваленте рентгена (ээР).

Из приведенных выше определений ясно, что доза облучения как величина, определяющая биологический эффект воздействия излучений на организм человека, зависит от состава облучаемого объекта, в данном случае органов и тканей человеческого организма, и состава излучения, точнее, от биологической эффективности излучения.

При определении эквивалентной дозы принимается следующий состав мягкой биологической ткани: 10 % водорода; 11 % углерода; 3 % азота; 76 % кислорода по массе. Вклад различных видов излучения в общую дозу учитывается путем введения взвешивающего коэффициента.

Взвешивающий коэффициент для различных видов излучения W _R - коэффициент для учета биологической эффективности разных видов ионизирующих излучений при определении эквивалентной дозы. Значения W _R, необходимые для определения эквивалентной дозы различных видов излучения, представлены в табл. 1.1.

Таким образом, эквивалентная доза смешанного облучения определяется как:

, (1.2)

где Н – эквивалентная доза облучения, 3 в, W _R – взвешивающий коэффициент для R -го вида излучения, D _R – поглощенная доза облучения, Гр.

Т а б л и ц а 1.1

Значения взвешивающих коэффициентов для различных видов излучения W _R

Для сравнения тяжести возможных последствий облучения всего тела и локального облучения (то есть при неравномерном облучении) отдельных органов вводится понятие эффективной эквивалентной дозы облучения.

Эффективная эквивалентная доза Е - сумма произведений эквивалентной дозы, полученной каждым органом (тканью) Н _Т, на соответствующий весовой коэффициент W _Т, учитывающий различную чувствительность органов к облучению.

, (1.3)

где Н _Т—средняя эквивалентная доза в ткани Т; W _T—взвешивающий коэффициент, равный отношению вероятности возникновения стохастических эффектов при облучении органа или ткани Т к вероятности их возникновения при равномерном облучении всего тела.

Эффективная эквивалентная доза обеспечивает сравнимость неравномерного облучения тела по степени возможных последствий, как и при равномерном облучении всего тела.

W _T определяет вклад данного органа или ткани в риск неблагоприятных стохастических эффектов для организма в целом при равномерном его облуче-

нии. Взвешивающие коэффициенты для всех органов и тканей человеческого

организма определяются при соблюдении условия:

. (1.4)

Числовые значения взвешивающих коэффициентов устанавливаются на основе коэффициентов риска, которые в свою очередь выводятся из данных радиобиологических и медицинских исследований (табл.1.2). Единицей измерения эффективной эквивалентной дозы также является зиверт (Зв).

Таким образом, эффективная эквивалентная доза при неравномерном по органам и тканям облучении организма равна такой эквивалентной дозе при равномерном облучении, при которой риск неблагоприятных последствий оказывается тем же самым, что и при данном неравномерном облучении.

Например, если эквивалентная доза облучения легких равна 1 Зв, то при W _T = 0,12 эффективная эквивалентная доза облучения всего тела в соответствии с (2.39) составит 0,12 Зв. Это означает, что при равномерном облучении всего тела дозой в 0,12 Зв риск возникновения последствий будет таким же, как и при облучении дозой в 1 Зв только легких.

Коллективная эффективная доза – суммарная эффективная эквивалентная доза, полученная группой людей в N человек от какого-либо источника радиации. Измеряется в человеко- зивертах (чел.-Зв). Для учета неравномерности облучения отдельных органов вводится понятие критический орган.

Критический орган - ткань, орган или часть тела человека, облучение которых при общем неравномерном облучении может причинить наибольший ущерб здоровью данного лица или его потомства. При аварии на Чернобыльской АЭС критическим органом, облучение которого причинило наибольший радиационный ущерб населению, явилась щитовидная железа.

Т а б л и ц а 1.2

Взвешивающие коэффициенты W _T