В повседневной жизни человека ионизирующие излучения встречаются постоянно. Мы их не ощущаем, но не можем отрицать их воздействия на живую и неживую природу. Не так давно люди научились использовать их как во благо, так и в качестве оружия массового истребления. При правильном использовании эти излучения способны изменить жизнь человечества в лучшую сторону.
Виды ионизирующих излучений
Чтобы разобраться с особенностями влияния на живые и неживые организмы, нужно выяснить, какими они бывают. Также важно знать их природу.
Ионизирующее излучение - это особенные волны, которые способны проникать через вещества и ткани, вызывая ионизацию атомов. Существует несколько его видов: альфа-излучение, бета-излучение, гамма-излучение. Все они имеют разный заряд и способности действовать на живые организмы.
Альфа-излучение самое заряженное из всех видов. Оно обладает огромной энергией, способной даже в малых дозах вызывать лучевую болезнь. Но при непосредственном облучении проникает только в верхние слои кожи человека. От альфа-лучей защищает даже тонкий лист бумаги. В то же время, попадая в организм с едой или со вдохом, источники этого излучения довольно быстро становятся причиной смерти.
Бета-лучи несут немного меньший заряд. Они способны проникать глубоко в организм. При длительном облучении становятся причиной смерти человека. Меньшие дозы вызывают изменение в клеточной структуре. Защитой может послужить тонкий лист алюминия. Излучение изнутри организма также смертельно.
Самым опасным считается гамма-излучение. Оно проникает насквозь организма. В больших дозах вызывает радиационный ожог, лучевую болезнь, смерть. Защитой от него может быть только свинец и толстый слой бетона.
Особенной разновидностью гамма-излучения считаются рентгеновские лучи, которые генерируются в рентгеновской трубке.
История исследований
Впервые об ионизирующих излучениях мир узнал 28 декабря 1895 года. Именно в этот день Вильгельм К. Рентген объявил, что открыл особый вид лучей, способных проходить через разные материалы и человеческий организм. С этого момента многие врачи и ученые начали активно работать с этим явлением.
Длительное время никто не знал о его влиянии на человеческий организм. Поэтому в истории известно немало случаев гибели от чрезмерного облучения.
Супруги Кюри подробно изучили источники и свойства, которые имеет ионизирующее излучение. Это дало возможность использовать его с максимальной пользой, избегая негативных последствий.
Естественные и искусственные источники излучений
Природа создала разнообразные источники ионизирующего излучения. В первую очередь это радиация солнечных лучей и космоса. Большая ее часть поглощается озоновым шаром, который находится высоко над нашей планетой. Но некоторая их часть достигает поверхности Земли.
На самой Земле, а точнее в ее глубинах, есть некоторые вещества, продуцирующие радиацию. Среди них - изотопы урана, стронция, радона, цезия и другие.
Искусственные источники ионизирующих излучений созданы человеком для разнообразных исследований и производства. При этом сила излучений может в разы превышать естественные показатели.
Даже в условиях защиты и соблюдения мер безопасности люди получают опасные для здоровья дозы облучения.
Единицы измерения и дозы
Ионизирующее излучение принято соотносить с его взаимодействием с человеческим организмом. Поэтому все единицы измерения так или иначе связаны со способностью человека поглощать и накапливать энергию ионизации.
В системе СИ дозы ионизирующего излучения измеряются единицей, именуемой грей (Гр). Она показывает количество энергии на единицу облучаемого вещества. Один Гр равен одному Дж/кг. Но для удобства чаще используется внесистемная единица рад. Она равна 100 Гр.
Радиационный фон на местности измеряется экспозиционными дозами. Одна доза равна Кл/кг. Эта единица используется в системе СИ. Внесистемная единица, соответствующая ей, называется рентген (Р). Чтобы получить поглощенную дозу 1 рад, нужно поддаться облучению экспозиционной дозой около 1 Р.
Поскольку разные виды ионизирующих излучений имеют разный заряд энергии, его измерение принято сравнивать с биологическим влиянием. В системе СИ единицей такого эквивалента выступает зиверт (Зв). Внесистемный его аналог - бэр.
Чем сильнее и дольше излучение, тем больше энергии поглощается организмом, тем опаснее его влияние. Чтобы узнать допустимое время пребывания человека в радиационном загрязнении, используются специальные приборы - дозиметры, осуществляющие измерение ионизирующего излучения. Это бывают как приборы индивидуального пользования, так и большие промышленные установки.
Влияние на организм
Вопреки бытующему мнению, не всегда опасно и смертельно любое ионизирующее излучение. Это можно увидеть на примере с ультрафиолетовыми лучами. В малых дозах они стимулируют генерацию витамина D в человеческом организме, регенерацию клеток и увеличение пигмента меланина, дающего красивый загар. Но длительное облучение вызывает сильные ожоги и может стать причиной развития рака кожи.
В последние годы активно изучается воздействие ионизирующего излучения на человеческий организм и его практическое применение.
В небольших дозах излучения не причиняют никакого вреда организму. До 200 милирентген могут снизить количество белых кровяных клеток. Симптомом такого облучения будут тошнота и головокружение. Около 10% людей гибнут, получив такую дозу.
Большие дозы вызывают расстройство пищеварительной системы, выпадение волос, ожоги кожи, изменения клеточной структуры организма, развитие раковых клеток и смерть.
Лучевая болезнь
Длительное действие ионизирующего излучения на организм и получение им большой дозы облучения могут стать причиной лучевой болезни. Больше половины случаев этого заболевания ведут к летальному исходу. Остальные становятся причиной целого ряда генетических и соматических заболеваний.
На генетическом уровне происходят мутации в половых клетках. Их изменения становятся очевидными в следующих поколениях.
Соматические болезни выражаются канцерогенезом, необратимыми изменениями в разных органах. Лечение этих заболеваний длительное и довольно трудное.
Лечение лучевых поражений
В результате патогенного воздействия радиации на организм возникают различные поражения органов человека. В зависимости от дозы облучения проводят разные методы терапии.
В первую очередь больного помещают в стерильную палату, чтобы избежать возможности инфицирования открытых пораженных участков кожи. Далее проводят специальные процедуры, способствующие скорому выведению из организма радионуклидов.
При сильных поражениях может понадобиться пересадка костного мозга. От радиации он теряет способность воспроизводить красные кровяные клетки.
Но в большинстве случаев лечение легких поражений сводится к обезболиванию пораженных участков, стимулированию регенерации клеток. Большое внимание уделяется реабилитации.
Влияние ионизирующего излучения на старение и рак
В связи с влиянием ионизирующих лучей на организм человека ученые проводили разные эксперименты, доказывающие зависимость процессов старения и канцерогенеза от дозы облучения.
В лабораторных условиях подвергались облучениям группы клеточных культур. Вследствие этого удалось доказать, что даже незначительное облучение способствует ускорению старения клеток. При этом чем старше культура, тем больше она подвержена этому процессу.
Длительное же облучение приводит к гибели клеток или аномальному и быстрому их делению и росту. Этот факт свидетельствует о том, что ионизирующее излучение на организм человека оказывает канцерогенное действие.
В то же время воздействие волн на пораженные раковые клетки приводило к их полной гибели или остановке процессов их деления. Это открытие помогло разработать методику лечения раковых опухолей человека.
Практическое применение радиации
Впервые излучения начали использовать в медицинской практике. С помощью рентгеновских лучей врачам удалось заглянуть внутрь человеческого организма. При этом вреда ему практически не наносилось.
Далее с помощью облучения начали лечить раковые заболевания. В большинстве случаев этот метод оказывает положительное влияние, невзирая на то что весь организм подвергается сильному воздействию излучения, влекущему за собой ряд симптомов лучевой болезни.
Кроме медицины, ионизирующие лучи используются и в других отраслях. Геодезисты с помощью радиации могут изучить особенности строения земной коры на ее отдельных участках.
Способность некоторых ископаемых выделять большое количество энергии человечество научилось использовать в собственных целях.
Атомная энергетика
Именно за атомной энергией будущее всего населения Земли. Атомные электростанции выступают источниками сравнительно недорогого электричества. При условии их правильной эксплуатации такие электростанции намного безопаснее, чем ТЭС и ГЭС. От атомных электростанций намного меньше загрязнения окружающей среды как лишним теплом, так и отходами производства.
В то же время на основании атомной энергии ученые разработали оружие массового поражения. На данный момент на планете атомных бомб столько, что запуск незначительного их количества может стать причиной ядерной зимы, вследствие которой погибнут практически все живые организмы, населяющие ее.
Средства и способы защиты
Использование в повседневной жизни радиации требует серьезных мер предосторожности. Защита от ионизирующих излучений делится на четыре типа: временем, расстоянием, количеством и экранированием источников.
Даже в среде с сильным радиационным фоном человек может находиться некоторое время без вреда для своего здоровья. Именно этот момент определяет защиту временем.
Чем больше расстояние до источника излучения, тем меньше доза поглощаемой энергии. Поэтому стоит избегать близкого контакта с местами, где есть ионизирующее излучение. Это гарантированно убережет от нежелательных последствий.
Если есть возможность использовать источники с минимальным излучением, им в первую очередь отдается предпочтение. Это и есть защита количеством.
Экранирование же означает создание барьеров, через которые не проникают вредоносные лучи. Примером тому служат свинцовые ширмы в рентгеновских кабинетах.
Бытовая защита
В случае объявления радиационной катастрофы следует немедленно закрыть все окна и двери, постараться запастись водой из закрытых источников. Еда должна быть только консервированной. При перемещении на открытой местности максимально закрыть тело одеждой, а лицо - респиратором или влажной марлей. Стараться не заносить в дом верхнюю одежду и обувь.
Необходимо также приготовиться к возможной эвакуации: собрать документы, запас одежды, воды и еды на 2-3 суток.
Ионизирующие излучения как экологический фактор
На планете Земля довольно много загрязненных радиацией участков. Причиной тому служат как естественные процессы, так и техногенные катастрофы. Самые известные из них - авария на ЧАЭС и атомные бомбы над городами Хиросима и Нагасаки.
В таких местах человек не может находиться без вреда для собственного здоровья. В то же время не всегда есть возможность узнать заранее о радиационном загрязнении. Порой даже некритический радиационный фон может стать причиной катастрофы.
Причиной тому служит способность живых организмов поглощать и накапливать радиацию. При этом они сами превращаются в источники ионизирующего излучения. Всем известные «черные» анекдоты о чернобыльских грибах основаны именно на этом свойстве.
В таких случаях защита от ионизирующих излучений сводится к тому, что все потребительские продукты поддаются тщательному радиологическому изучению. В то же время на стихийных рынках всегда есть шанс купить именно знаменитые «чернобыльские грибы». Поэтому стоит воздержаться от покупок у непроверенных продавцов.
Человеческий организм склонен накапливать опасные вещества, вследствие чего происходит постепенное отравление изнутри. Неизвестно, когда именно дадут о себе знать последствия влияния этих ядов: через день, год или через поколение.
Задача (для разогрева):
Расскажу я вам, дружочки,
Как выращивать грибочки:
Нужно в поле утром рано
Сдвинуть два куска урана...
Вопрос: Какова должна быть общая масса кусков урана, чтобы произошел ядерный взрыв?
Ответ (для того, чтобы увидеть ответ - нужно выделить текст) : Для урана-235 критическая масса составляет примерно 500 кг., если взять шарик такой массы, то диаметр такого шара будет равен 17 см.
Радиация, что это?
Радиация (в переводе с английского "radiation") - это излучение, которое применяется не только в отношении радиоактивности, но и для ряда других физических явлений, например: солнечная радиация, тепловая радиация и др. Таким образом, в отношении радиоактивности необходимо использовать принятое МКРЗ (Международной комиссией по радиационной защите) и правилами радиационной безопасности словосочетание "ионизирующее излучение".
Ионизирующее излучение, что это?
Ионизирующее излучение - излучение (электромагнитное, корпускулярное), которое вызывает ионизацию (образование ионов обоих знаков) вещества (среды). Вероятность и количество образованных пар ионов зависит от энергии ионизирующего излучения.
Радиоактивность, что это?
Радиоактивность – излучение возбужденных ядер или самопроизвольное превращение неустойчивых атомных ядер в ядра других элементов, сопровождающееся испусканием частиц или γ -кванта (ов). Трансформация обычных нейтральных атомов в возбужденное состояние происходит под воздействием внешней энергии различного рода. Далее возбужденное ядро стремится снять избыточную энергию путем излучения (вылет альфа-частицы, электронов, протонов, гамма-квантов (фотонов), нейтронов), до достижения стабильного состояния. Многие тяжелые ядра (трансурановый ряд в таблице Менделеева - торий, уран, нептуний, плутоний и др.) изначально находятся в нестабильном состоянии. Они способны спонтанно распадаться. Этот процесс также сопровождается излучением. Такие ядра называются естественными радионуклидами.
На этой анимации наглядно показано явление радиоактивности.
Камера Вильсона (пластиковый бокс охлажденный до -30 °C) наполнена паром изопропилового спирта. Жюльен Саймонпоместил в нее 0,3-cm³ кусок радиоактивного урана (минерала уранинит). Минерал излучает α-частицы и бета-частицы, так как он содержит U-235 и U-238. На пути движения α и бета частиц находятся молекулы изопропилового спирта.
Поскольку частицы заряжены (альфа – положительно, бета – отрицательно), то они могут отрывать электрон от молекулы спирта (альфа частица) или добавить электроны молекулам спирта бета частицы). Это, в свою очередь, дает молекулам заряд, который затем привлекает незаряженные молекулы вокруг них. Когда молекулы собираются в кучу, то получаются заметные белые облака, что прекрасно видно на анимации. Так мы легко можем проследить пути выбрасываемых частиц.
α-частицы создают прямые, густые облака, в то время как бета-частицы создают длинные.
Изотопы, что это?
Изотопы – это разнообразие атомов одного и того же химического элемента, располагающие разными массовыми числами, но включающие одинаковый электрический заряд атомных ядер и, следовательно, занимающие в периодической системе элементов Д.И. Менделеева единое место. Например: 131 55 Cs, 134 m 55 Cs, 134 55 Cs, 135 55 Cs, 136 55 Cs, 137 55 Cs. Т.е. заряд в большей степени определяет химические свойства элемента.
Существуют изотопы устойчивые (стабильные) и неустойчивые (радиоактивные изотопы) – спонтанно распадающиеся. Известно около 250 стабильных и около 50 естественных радиоактивных изотопов. Примером устойчивого изотопа может служить 206 Pb, являющийся конечным продуктом распада естественного радионуклида 238 U, который в свою очередь появился на нашей Земле в начале образования мантии и не связан с техногенным загрязнением.
Какие виды ионизирующего излучения существуют?
Основными видами ионизирующего излучения, с которыми чаще всего приходится сталкиваться, являются:
- альфа-излучение;
- бета-излучение;
- гамма-излучение;
- рентгеновское излучение.
Конечно, имеются и другие виды излучения (нейтронное, позитронное и др.), но с ними мы встречаемся в повседневной жизни заметно реже. Каждый вид излучения обладает своими ядерно-физическими характеристиками и как следствие – различным биологическим воздействии на организм человека. Радиоактивный распад может сопровождаться одним из видов излучения или сразу несколькими.
Источники радиоактивности бывают природными или искусственными. Природные источники ионизирующего излучения - это радиоактивные элементы, находящиеся в земной коре и образующие природный радиационный фон вместе с космическим излучением.
Искусственные источники радиоактивности, как правило, образуются в ядерных реакторах или ускорителях на основе ядерных реакций. Источниками искусственных ионизирующих излучений могут быть и разнообразные электровакуумные физические приборы, ускорители заряженных частиц и др. Например: кинескоп телевизора, рентгеновская трубка, кенотрон и др.
Альфа-излучение (α -излучение) - корпускулярное ионизирующее излучение, состоящее из альфа-частиц (ядер гелия). Образуются при радиоактивном распаде и ядерных превращениях. Ядра гелия обладают достаточно большими массой и энергией до 10 МэВ (Мегаэлектрон-Вольт). 1 эВ = 1,6∙10 -19 Дж. Имея несущественный пробег в воздухе (до 50 см) представляют высокую опасность для биологических тканей при попадании на кожу, слизистые оболочки глаз и дыхательных путей, при попадании внутрь организма в виде пыли или газа (радон-220 и 222). Токсичность альфа-излучения, обуславливается колоссально высокой плотностью ионизации из-за высокой энергии и массы.
Бета-излучение (β -излучение) - корпускулярное электронное или позитронное ионизирующее излучение соответствующего знака с непрерывным энергетическим спектром. Характеризуется максимальной энергией спектра Е β max , или средней энергией спектра. Пробег электронов (бета-частиц) в воздухе достигает нескольких метров (в зависимости от энергии), в биологических тканях пробег бета-частицы составляет несколько сантиметров. Бета-излучение, как и альфа-излучение, представляет опасность при контактном облучении (поверхностном загрязнении), например, при попадании внутрь организма, на слизистые оболочки и кожные покровы.
Гамма-излучение (γ –излучение или гамма кванты) – коротковолновое электромагнитное (фотонное) излучение с длиной волны
Рентгеновское излучение - по своим физическим свойствам подобно гамма-излучению, но имеющее ряд особенностей. Оно появляется в рентгеновской трубке вследствие резкой остановки электронов на керамической мишени-аноде (то место, куда ударяются электроны, изготавливают, как правило, из меди или молибдена) после ускорения в трубке (непрерывный спектр - тормозное излучение) и при выбивании электронов из внутренних электронных оболочек атома мишени (линейчатый спектр). Энергия рентгеновского излучения небольшая – от долей единиц эВ до 250 кэВ. Рентгеновское излучение можно получить, используя ускорители заряженных частиц, - синхротронное излучение с непрерывным спектром, имеющим верхнюю границу.
Прохождение радиации и ионизирующих излучений через препятствия:
Чувствительность человеческого организма к воздействию радиации и ионизирующих излучений на него:
Что такое источник излучения?
Источник ионизирующего излучения (ИИИ) - объект, который включает в себя радиоактивное вещество или техническое устройство, которое создает или в определенных случаях способно создавать ионизирующее излучение. Различают закрытые и открытые источники излучения.
Что такое радионуклиды?
Радионуклиды – ядра, подверженные спонтанному радиоактивному распаду.
Что такое период полураспада?
Период полураспада – период времени, в течение которого число ядер данного радионуклида в результате радиоактивного распада снижается в два раза. Эта величина используется в законе радиоактивного распада.
В каких единицах измеряется радиоактивность?
Активность радионуклида в соответствии с системой измерений СИ измеряется в Беккерелях (Бк) – по имени французского физика, открывшего радиоактивность в 1896г.), Анри Беккереля. Один Бк равен 1 ядерному превращению в секунду. Мощность радиоактивного источника измеряется соответственно в Бк/с. Отношение активности радионуклида в образце к массе образца называется удельная активность радионуклида и измеряется в Бк/кг (л).
В каких единицах измеряется ионизирующее излучение (рентгеновское и гамма) ?
Что же мы видим на дисплее современных дозиметров, измеряющих ИИ? МКРЗ предложила для оценки облучения человека измерять дозу на глубине d, равной 10 мм. Измеряемая величина дозы на этой глубине получила название амбиентный эквивалент дозы, измеряемая в зивертах (Зв). Фактически это расчетная величина, где поглощенная доза умножена на взвешивающий коэффициент для данного вида излучения и коэффициент, характеризующий чувствительность различных органов и тканей к конкретному виду излучения.
Эквивалентная доза (или часто употребляемое понятие «доза») – равна произведению поглощенной дозы на коэффициент качества воздействия ионизирующего излучения (например: коэффициент качества воздействия гамма-излучения составляет 1, а альфа-излучения – 20).
Единица измерения эквивалентной дозы – бэр (биологический эквивалент рентгена) и его дольные единицы: миллибэр (мбэр) микробэр (мкбэр) и т.д., 1 бэр = 0,01 Дж/кг. Единица измерения эквивалентной дозы в системе СИ – зиверт, Зв,
1 Зв = 1 Дж/кг = 100 бэр.
1 мбэр = 1*10 -3 бэр; 1 мкбэр = 1*10 -6 бэр;
Поглощенная доза - количество энергии ионизирующего излучения, которое поглощено в элементарном объеме, отнесенной к массе вещества в этом объеме.
Единица поглощенной дозы – рад, 1 рад = 0,01 Дж/кг.
Единица поглощенной дозы в системе СИ – грей, Гр, 1 Гр=100 рад=1 Дж/кг
Мощность эквивалентной дозы (или мощность дозы) – это отношение эквивалентной дозы на промежуток времени ее измерения (экспозиции), единица измерения бэр/час, Зв/час, мкЗв/с и т.д.
В каких единицах измеряется альфа- и бета-излучение?
Количество альфа- и бета-излучения определяется как плотности потока частиц с единицы площади, в единицу времени - a-частиц*мин/см 2 , β-частиц*мин/см 2 .
Что вокруг нас радиоактивно?
Почти все что нас окружает, даже сам человек. Естественная радиоактивность в какой-то мере является натуральной средой обитания человека, если она не превышает естественных уровней. На планете есть участки с повышенным относительно среднего уровня радиационного фона. Однако в большинстве случаев, каких-либо весомых отклонений в состоянии здоровья населения при этом не наблюдается, так как эта территория является их естественной средой обитания. Примером такого участка территории является, например, штат Керала в Индии.
Для истинной оценки, возникающих иногда в печати пугающих цифр, следует отличать:
- естественную, природную радиоактивность;
- техногенную, т.е. изменение радиоактивности среды обитания под влиянием человека (добыча ископаемых, выбросы и сбросы промышленных предприятий, аварийные ситуации и много другое).
Как правило, устранить элементы природной радиоактивности почти невозможно. Как можно избавиться от 40 К, 226 Ra, 232 Th, 238 U,которые повсюду распространены в земной коре и находятся практически во всем, что нас окружает, и даже в нас самих?
Из всех природных радионуклидов наибольшую опасность для здоровья человека представляют продукты распада природного урана (U-238) - радий (Ra-226) и радиоактивный газ радон (Ra-222). Главными «поставщиками» радия-226 в окружающую природную среду являются предприятия, занимающиеся добычей и переработкой различных ископаемых материалов: добыча и переработка урановых руд; нефти и газа; угольная промышленность; производство строительных материалов; предприятия энергетической промышленности и др.
Радий-226 хорошо подвержен выщелачиванию из минералов содержащих уран. Этим его свойством объясняется наличие крупных количеств радия в некоторых видах подземных вод (некоторые из них, обогащенные газом радоном применяются в медицинской практике), в шахтных водах. Диапазон содержания радия в подземных водах варьируется от единиц до десятков тысяч Бк/л. Содержание радия в поверхностных природных водах значительно ниже и может составлять от 0.001 до 1-2 Бк/л.
Значительной составляющей природной радиоактивности является продукт распада радия-226 - радон-222.
Радон – инертный, радиоактивный газ, без цвета и запаха с периодом полураспада 3.82 дня. Альфа-излучатель. Он в 7.5 раза тяжелее воздуха, поэтому большей частью концентрируется в погребах, подвалах, цокольных этажах зданий, в шахтных горных выработках, и т.д.
Считается, что до 70% действия радиации на население связано с радоном в жилых зданиях.
Главным источником поступления радона в жилые здания являются (по мере возрастания значимости):
- водопроводная вода и бытовой газ;
- строительные материалы (щебень, гранит, мрамор, глина, шлаки, и др.);
- почва под зданиями.
Более подробно о радоне и прибораз для его измерения: РАДИОМЕТРЫ РАДОНА И ТОРОНА .
Профессиональные радиометры радона стоят неподъемные деньги, для бытового использования - рекомендуем Вам обратить внимание на бытовой радиометр радона и торона производства Германия: Radon Scout Home .
Что такое "черные пески" и какую опасность они представляют?
«Черные пески» (цвет варьируется от светло-желтого до красно-бурого, коричневого, встречаются разновидности белого, зеленоватого оттенка и черные) представляют собой минерал монацит - безводный фосфат элементов ториевой группы, главным образом церия и лантана (Ce, La)PO 4 , которые заменяются торием. Монацит насчитывает до 50-60% окисей редкоземельных элементов: окиси иттрия Y 2 O 3 до 5%, окиси тория ThO 2 до 5-10%, иногда до 28%. Попадается в пегматитах, иногда в гранитах и гнейсах. При разрушении горных пород содержащих монацит, он собирается в россыпях, которые представляют собой крупные месторождения.
Россыпи монацитовых песков существующие на суше, как правило, не вносят особенного изменения в получившуюся радиационную обстановку. А вот месторождения монацита находящиеся у прибрежной полосы Азовского моря (в пределах Донецкой области), на Урале (Красноуфимск) и др. областях создают ряд проблем, связанных с возможностью облучения.
Например, из-за морского прибоя за осенне-весенний период на побережье, в следствии естественной флотации, набирается существенное количество "черного песка", характеризующегося высоким содержанием тория-232 (до 15-20 тыс. Бк/кг и более), который создает на локальных участках уровни гамма-излучения порядка 3,0 и более мкЗв/час. Естественно, отдыхать на таких участках небезопасно, поэтому ежегодно проводится сбор этого песка, выставляются предупреждающие знаки, закрываются некоторые участки побережья.
Средства измерения радиации и радиоактивности.
Для измерения уровней радиации и содержания радионуклидов в разных объектах применяются специальные средства измерения:
- для измерения мощности экспозиционной дозы гамма излучения, рентгеновского излучения, плотности потока альфа и бета-излучения, нейтронов, применяются дозиметры и поисковые дозиметры-радиометры разных типов;
- для определения вида радионуклида и его содержания в объектах окружающей среды применяются спектрометры ИИ, которые состоят из детектора излучения, анализатора и персонального компьютера с соответствующей программой для обработки спектра излучения.
В настоящее время присутствует большое количество дозиметров различного типа для решения различных задач радиационного контроля и имеющие широкие возможности.
Вот для примера дозиметры, которые чаще всего используются в профессиональной деятельности:
- Дозиметр-радиометр МКС-АТ1117М
(поисковый дозиметр-радиометр) – профессиональный радиометр используется для поиска и выявления источников фотонного излучения. Имеет цифровой индикатор, возможность установки порога срабатывания звукового сигнализатора, что очень облегчает работу при обследовании территорий, проверки металлолома и др. Блок детектирования выносной. В качестве детектора применяется сцинтилляционный кристалл NaI. Дозиметр является универсальным решением различных задач, комплектуется десятком различных блоков детектирования с разными техническими характеристиками. Измерительные блоки позволяют измерять альфа, бета, гамма, рентгеновское и нейтронное излучения.
Информация о блоках детектирования и их применению:
|
Наименование блока детектирования |
Измеряемое излучение |
Основная особенность (техническая характеристика) |
Область применения |
|
БД для альфа излучения |
Диапазон измерения 3,4·10 -3 - 3,4·10 3 Бк·см -2 |
БД для измерения плотности потока альфа-частиц с поверхности |
|
|
БД для бета излучения |
Диапазон измерения 1 - 5·10 5 част./(мин·см 2) |
БД для измерения плотности потока бета-частиц с поверхности |
|
|
БД для гамма излучения |
Чувствительность 350 имп·с -1 /мкЗв·ч -1 Диапазон измерения 0,03 - 300 мкЗв/ч |
Оптимальный вариант по цене, качество, технические характеристики. Имеет широкое применение в области измерения гамма-излучения. Хороший поисковый блок детектирования для нахождения источников излучения. |
|
|
БД для гамма излучения |
Диапазон измерения 0,05 мкЗв/ч - 10 Зв/ч |
Блок детектирования имеющий очень высокий верхний порог измерения гамма-излучения. |
|
|
БД для гамма излучения |
Диапазо измерения 1 мЗв/ч - 100 Зв/ч Чувствительность 900 имп·с -1 /мкЗв·ч -1 |
Дорогой блок детектирования, обладающий высоким диапазоном измерения и отличную чувствительность. Используется для нахождения источников излучения с сильным излучением. |
|
|
БД для рентгеновского излучения |
Диапазон энергии 5 - 160 кэВ |
Блок детектирования для рентгеновского излучения. Широко применяется в медицине и установках работающих с выделением рентгеновского излучения маленькой энергии. |
|
|
БД для нейтронного излучения |
Диапазон измерения 0,1 - 10 4 нейтр/(с·см 2) Чувствительность 1,5 (имп·с -1)/(нейтрон·с -1 ·см -2) |
||
|
БД для альфа, бета, гамма и рентгеновского излучения |
Чувствительность 6,6 имп·с -1 /мкЗв·ч -1 |
Универсальный блок детектирования, который позволяет измерять альфа, бета, гамма и рентгеновское излучения. Обладает небольшой стоимостью и плохой чувствительностью. Нашел широкое примирение в области аттестация рабочих мест (АРМ), где в основном требуется проводить измерение локального объекта. |
2. Дозиметр-радиометр ДКС-96 – предназначен для измерения гамма и рентгеновского излучения, альфа излучения, бета излучения, нейтронного излучения.
Во многом аналогичен дозиметру-радиометру .
- измерение дозы и мощности амбиентного эквивалента дозы (далее дозы и мощности дозы) Н*(10) и Н*(10) непрерывного и импульсного рентгеновского и гамма-излучений;
- измерение плотности потока альфа- и бета-излучений;
- измерение дозы Н*(10) нейтронного излучения и мощности дозы Н*(10) нейтронного излучения;
- измерение плотности потока гамма-излучения;
- поиск, а так же локализация радиоактивных источников и источников загрязнений;
- измерение плотности потока и мощности экспозиционной дозы гамма-излучения в жидких средах;
- радиационный анализ местности с учетом географических координат, используя GPS;
Двухканальный сцинтилляционный бета-гамма-спектрометр предназначен для единовременного и раздельного определения:
- удельной активности 137 Cs, 40 K и 90 Sr в пробах различной окружающей среды;
- удельной эффективной активности естественных радионуклидов 40 K, 226 Ra, 232 Th в строительных материалах.
Позволяет обеспечивать экспресс-анализ стандартизованных проб плавок металла на наличие радиационного излучения и загрязнения.
9. Гамма-спектрометр на основе ОЧГ детектора Спектрометры на основе коаксиальных детекторов из ОЧГ (особо чистого германия) предназначены для регистрации гамма-излучения в диапазоне энергий от 40 кэВ до З МэВ.
Спектрометр бета и гамма излучения МКС-АТ1315
Спектрометр со свинцовой защитой NaI ПАК
Портативный NaI спектрометр МКС-АТ6101
Носимый ОЧГ спектрометр Эко ПАК
Портативный ОЧГ спектрометр Эко ПАК
Спектрометр NaI ПАК автомобильного исполнения
Спектрометр MKS-AT6102
Спектрометр Эко ПАК с электромашинным охлаждением
Ручной ППД спектрометр Эко ПАК
Ознакомиться с другими средствами измерения для измерения ионизирующего излучения, Вы можете у нас на сайте:
- при проведении дозиметрических измерений, если подразумевается их частое проведение с целью слежения за радиационной обстановкой, необходимо строго соблюдать геометрию и методику измерения;
- для увеличения надежности дозиметрического контроля нужно проводить несколько измерений (но не менее 3-х), затем рассчитать среднее арифметическое;
- при замерах фона дозиметра на местности выбирают участки, удаленные на 40 м от зданий и сооружений;
- измерения на местности проводят на двух уровнях: на высоте 0.1 (поиск) и 1.0 м (измерение для протокола – при этом следует вращать датчик с целью определения максимального значения на дисплее) от поверхности грунта;
- при измерении в жилых и общественных помещениях, измерения проводятся в на высоте 1.0 м от пола, желательно в пяти точках методом «конверта».
На первый взгляд, трудно понять, что происходит на фотографии. Из-под пола словно вырос гигантский гриб, а призрачные люди в касках как будто работают рядом с ним...
На первый взгляд, трудно понять, что происходит на фотографии. Из-под пола словно вырос гигантский гриб, а призрачные люди в касках как будто работают рядом с ним...
Нечто необъяснимо жуткое в этой сцене, и тому есть причина. Вы видите крупнейшее скопление, вероятно, самого токсичного вещества, когда-либо созданного человеком. Это ядерная лава или кориум.
В течение дней и недель после аварии на Чернобыльской атомной электростанции 26 апреля 1986 года просто зайти в помещение с такой же кучей радиоактивного материала - её мрачно прозвали "слоновья нога" - означало верную смерть через несколько минут. Даже десятилетие спустя, когда была сделана эта фотография, вероятно, из-за радиации фотоплёнка вела себя странно, что проявилось в характерной зернистой структуре. Человек на фотографии, Артур Корнеев, скорее всего, посещал это помещение чаще, чем кто-нибудь другой, так что подвергся, пожалуй, максимальной дозе радиации.
Удивительно, но, по всей вероятности, он ещё жив. История, как США получили во владение уникальную фотографию человека в присутствии невероятно токсичного материала сама по себе окутана тайной - также как и причины, зачем кому-то понадобилось делать селфи рядом с горбом расплавленной радиоактивной лавы.
Фотография впервые попала в Америку в конце 90-х, когда новое правительство получившей независимость Украины взяло под контроль ЧАЭС и открыло Чернобыльский центр по проблемам ядерной безопасности, радиоактивных отходов и радиоэкологии. Вскоре Чернобыльский центр пригласил другие страны к сотрудничеству в проектах ядерной безопасности. Министерство энергетики США распорядилось оказать помощь, направив соответствующий приказ в Pacific Northwest National Laboratories (PNNL) - многолюдный научно-исследовательский центр в Ричленде, шт. Вашингтон.
В то время Тим Ледбеттер (Tim Ledbetter) являлся одним из новичков в ИТ-отделе PNNL, и ему поручили создать библиотеку цифровых фотографий для Проекта по ядерной безопасности Министерства энергетики, то есть для демонстрации фотографий американской публике (точнее, для той крохотной части публики, которая тогда имела доступ в интернет). Он попросил участников проекта сделать фотографии во время поездок в Украину, нанял фотографа-фрилансера, а также попросил материалы у украинских коллег в Чернобыльском центре. Среди сотен фотографий неуклюжих рукопожатий чиновников и людей в лабораторных халатах, однако, есть с десяток снимков с руинами внутри четвёртого энергоблока, где десятилетием раньше, 26 апреля 1986 года, во время испытания турбогенератора произошёл взрыв.
Когда радиоактивный дым поднялся над станицей, отравляя окружающую землю, снизу сжижились стержни, расплавившись через стенки реактора и сформировав субстанцию под названием кориум.
Когда радиоактивный дым поднялся над станицей, отравляя окружающую землю, снизу сжижились стержни, расплавившись через стенки реактора и сформировав субстанцию под названием кориум .
Кориум формировался за пределами научно-исследовательских лабораторий минимум пять раз, говорит Митчелл Фармер (Mitchell Farmer), ведущий инженер-ядерщик в Аргоннской национальной лаборатории, ещё одном учреждении Министерства энергетики США в окрестностях Чикаго. Однажды кориум сформировался на реакторе Three Mile Island в Пенсильвании в 1979 году, однажды в Чернобыле и три раза при расплавлении реактора в Фукусиме в 2011 году. В своей лаборатории Фармер создал модифицированные версии кориума, чтобы лучше понять, как избежать подобных происшествий в будущем. Исследование субстанции показало, в частности, что полив водой после формирования кориума в реальности препятствует распаду некоторых элементов и образованию более опасных изотопов.
Из пяти случаев формирования кориума только в Чернобыле ядерная лава смогла вырваться за пределы реактора. Без системы охлаждения радиоактивная масса ползла по энергоблоку в течение недели после аварии, вбирая в себя расплавленный бетон и песок, которые перемешивались с молекулами урана (топливо) и циркония (покрытие). Эта ядовитая лава текла вниз, в итоге расплавив пол здания. Когда инспекторы наконец проникли в энергоблок через несколько месяцев после аварии, они обнаружили 11-тонный трёхметровый оползень в углу коридора парораспределения внизу. Тогда его и назвали "слоновьей ногой". В течение последующих лет "слоновью ногу" охлаждали и дробили. Но даже сегодня её остатки всё ещё теплее окружающей среды на несколько градусов, поскольку распад радиоактивных элементов продолжается.
Ледбеттер не может вспомнить, где конкретно он добыл эти фотографии. Он составил фотобиблиотеку почти 20 лет назад, и веб-сайт, где они размещаются, до сих пор в хорошей форме; только уменьшенные копии изображений потерялись. (Ледбеттер, всё ещё работающий в PNNL, был удивлён узнать, что фотографии до сих пор доступны в онлайне). Но он точно помнит, что никого не отправлял фотографировать "слоновью ногу", так что её, скорее всего, прислал кто-то из украинских коллег.
Фотография начала распространяться по другим сайтам, а в 2013 году на неё наткнулся Кайл Хилл (Kyle Hill), когда писал статью о "слоновьей ноге" для журнала Nautilus. Он отследил её происхождение до лаборатории PNNL. На сайте было найдено давно потерянное описание фотографии: "Артур Корнеев, зам. директора объекта Укрытие, изучает ядерную лаву "слоновью ногу", Чернобыль. Фотограф: неизвестен. Осень 1996". Ледбеттер подтвердил, что описание соответствует фотографии.
Артур Корнеев - инспектор из Казахстана, который занимался образованием сотрудников, рассказывая и защищая их от "слоновьей ноги" с момента её образования после взрыва на ЧАЭС в 1986 году, любитель мрачно пошутить. Скорее всего, последним с ним разговаривал репортёр NY Times в 2014 году в Славутиче - городе, специально построенном для эвакуированного персонала из Припяти (ЧАЭС).
Вероятно, снимок сделан с более длинной выдержкой, чем другие фотографии, чтобы фотограф успел появиться в кадре, что объясняет эффект движения и то, почему наголовный фонарь выглядит как молния. Зернистость фотографии, вероятно, вызвана радиацией.
Для Корнеева это конкретное посещение энергоблока было одним из нескольких сотен опасных походов к ядру с момента его первого дня работы в последующие дни после взрыва. Его первым заданием было выявлять топливные отложения и помогать замерять уровни радиации ("слоновья нога" изначально "светилась" более чем на 10 000 рентген в час, что убивает человека на расстоянии метра менее чем за две минуты). Вскоре после этого он возглавил операцию по очистке, когда с пути иногда приходилось убирать цельные куски ядерного топлива. Более 30 человек погибло от острой лучевой болезни во время очистки энергоблока. Несмотря на невероятную дозу полученного облучения, сам Корнеев продолжал возвращаться в спешно построенный бетонный саркофаг снова и снова, часто с журналистами, чтобы оградить их от опасности.
В 2001 году он привёл репортёра Associated Press к ядру, где уровень радиации был 800 рентген в час. В 2009 году известный беллетрист Марсель Теру написал статью для Travel + Leisure о своём походе в саркофаг и о сумасшедшем провожатом без противогаза, который издевался над страхами Теру и говорил, что это "чистая психология". Хотя Теру именовал его как Виктора Корнеева, по всей вероятности человеком был Артур, поскольку он опускал такие же чёрные шутки через несколько лет с журналистом NY Times.
Его нынешнее занятие неизвестно. Когда Times нашло Корнеева полтора года назад, он помогал в строительстве свода для саркофага - проекта стоимостью $1,5 млрд, который должен быть закончен в 2017 году. Планируется, что свод полностью закроет Убежище и предотвратит утечку изотопов. В свои 60 с чем-то лет Корнеев выглядел болезненно, страдал от катаракт, и ему запретили посещение саркофага после многократного облучения в предыдущие десятилетия.
Впрочем, чувство юмора Корнеева осталось неизменным . Похоже, он ничуть не жалеет о работе своей жизни: "Советская радиация, - шутит он, - лучшая радиация в мире" .
Ионизирующее излучение (далее - ИИ) - это излучение, взаимодействие которого с веществом приводит к ионизации атомов и молекул, т.е. это взаимодействие приводит к возбуждению атома и отрыву отдельных электронов (отрицательно заряженных частиц) из атомных оболочек. В результате, лишенный одного или нескольких электронов, атом превращается в положительно заряженный ион - происходит первичная ионизация. К ИИ относят электромагнитное излучение (гамма-излучение) и потоки заряженных и нейтральных частиц - корпускулярное излучение (альфа-излучение, бета-излучение, а также нейтронное излучение).
Альфа-излучение относится к корпускулярным излучениям. Это поток тяжелых положительно заряженных а-частиц (ядер атомов гелия), возникающее в результате распада атомов тяжелых элементов, таких как уран, радий и торий. Поскольку частицы тяжелые, то пробег альфа-частиц в веществе (то есть путь, на котором они производят ионизацию) оказывается очень коротким: сотые доли миллиметра в биологических средах, 2,5—8 см в воздухе. Таким образом, задержать эти частицы способен обычный лист бумаги или внешний омертвевший слой кожи.
Однако вещества, испускающие альфа-частицы, являются долгоживущими. В результате попадания таких веществ внутрь организма с пищей, воздухом или через ранения, они разносятся по телу током крови, депонируются в органах, отвечающих за обмен веществ и защиту организма (например, селезенка или лимфатические узлы), вызывая, таким образом, внутреннее облучение организма. Опасность такого внутреннего облучения организма высока, т.к. эти альфа-частицы создают очень большое число ионов (до нескольких тысяч пар ионов на 1 микрон пути в тканях). Ионизация, в свою очередь, обуславливает ряд особенностей тех химических реакций, которые протекают в веществе, в частности, в живой ткани (образование сильных окислителей, свободного водорода и кислорода и др.).
Бета-излучение (бета-лучи, или поток бета-частиц) также относится к корпускулярному типу излучения. Это поток электронов (β--излучение, или, чаще всего, просто β -излучение) или позитронов (β+-излучение), испускаемых при радиоактивном бета-распаде ядер некоторых атомов. Электроны или позитроны образуются в ядре при превращении нейтрона в протон или протона в нейтрон соответственно.
Электроны значительно меньше альфа-частиц и могут проникать вглубь вещества (тела) на 10-15 сантиметров (ср. с сотыми долями миллиметра у а-частиц). При прохождении через вещество бета-излучение взаимодействует с электронами и ядрами его атомов, расходуя на это свою энергию и замедляя движение вплоть до полной остановки. Благодаря таким свойствам для защиты от бета-излучения достаточно иметь соответствующей толщины экран из органического стекла. На этих же свойствах основано применение бета-излучения в медицине для поверхностной, внутритканевой и внутриполостной лучевой терапии.
Нейтронное излучение - еще один вид корпускулярного типа излучений. Нейтронное излучение представляет собой поток нейтронов (элементарных частиц, не имеющих электрического заряда). Нейтроны не оказывают ионизирующего действия, однако весьма значительный ионизирующий эффект происходит за счет упругого и неупругого рассеяния на ядрах вещества.
Облучаемые нейтронами вещества могут приобретать радиоактивные свойства, то есть получать так называемую наведенную радиоактивность. Нейтронное излучение образуется при работе ускорителей элементарных частиц, в ядерных реакторах, промышленных и лабораторных установках, при ядерных взрывах и т. д. Нейтронное излучение обладает наибольшей проникающей способностью. Лучшими для защиты от нейтронного излучения являются водородсодержащие материалы.
Гамма излучение и рентгеновское излучение относятся к электромагнитным излучениям.
Принципиальная разница между двумя этими видами излучения заключается в механизме их возникновения. Рентгеновское излучение - внеядерного происхождения, гамма излучение - продукт распада ядер.
Рентгеновское излучение, открыто в 1895 году физиком Рентгеном. Это невидимое излучение, способное проникать, хотя и в разной степени, во все вещества. Представляет собой электромагнитное излучение с длиной волны порядка от - от 10 -12 до 10 -7 . Источник рентгеновских лучей - рентгеновская трубка, некоторые радионуклиды (например, бета-излучатели), ускорители и накопители электронов (синхротронное излучение).
В рентгеновской трубке есть два электрода - катод и анод (отрицательный и положительный электроды соответственно). При нагреве катода происходит электронная эмиссия (явление испускания электронов поверхностью твёрдого тела или жидкости). Электроны, вылетающие из катода, ускоряются электрическим полем и ударяются о поверхность анода, где происходит их резкое торможение, вследствие чего возникает рентгеновское излучение. Как и видимый свет, рентгеновское излучение вызывает почернение фотопленки. Это одно его из свойств, основное для медицины - то, что оно является проникающим излучением и соответственно пациента можно просвечивать с его помощью, а т.к. разные по плотности ткани по-разному поглощают рентгеновское излучение - то мы можем диагностировать на самой ранней стадии многие виды заболеваний внутренних органов.
Гамма излучение имеет внутриядерное происхождение. Оно возникает при распаде радиоактивных ядер, переходе ядер из возбужденного состояния в основное, при взаимодействии быстрых заряженных частиц с веществом, аннигиляции электронно-позитронных пар и т.д.
Высокая проникающая способность гамма-излучения объясняется малой длиной волны. Для ослабления потока гамма-излучения используются вещества, отличающиеся значительным массовым числом (свинец, вольфрам, уран и др.) и всевозможные составы высокой плотности (различные бетоны с наполнителями из металла).
Ионизирующее излучение
Ионизирующие излучения -- это электромагнитные излучения, которые создаются при радиоактивном распаде, ядерных превращениях, торможении заряженных частиц в веществе и образуют при взаимодействии со средой ионы различных знаков.
Источники ионизирующих излучений. На производстве источниками ионизирующих излучений могут быть используемые в технологических процессах радиоактивные изотопы (радионуклиды) естественного или искусственного происхождения, ускорительные установки, рентгеновские аппараты, радиолампы.
Искусственные радионуклиды в результате ядерных превращений в тепловыделяющих элементах ядерных реакторов после специального радиохимического разделения находят применение в экономике страны. В промышленности искусственные радионуклиды применяются для дефектоскопии металлов, при изучении структуры и износа материалов, в аппаратах и приборах, выполняющих контрольно-сигнальные функции, в качестве средства гашения статического электричества и т. п.
Естественными радиоактивными элементами называют радионуклиды, образующиеся из находящихся в природе радиоактивных тория, урана и актиния.
Виды ионизирующих излучений. В решении производственных задач имеют место разновидности ионизирующих излучений как (корпускулярные потоки альфа-частиц, электронов (бета-частиц), нейтронов) и фотонные (тормозное, рентгеновское и гамма-излучение).
Альфа-излучение представляет собой поток ядер гелия, испускаемых главным образом естественным радионуклидом при радиоактивном распаде, Пробег альфа-частиц в воздухе достигает 8--10 см, в биологической ткани нескольких десятков микрометров. Так как пробег альфа-частиц в веществе невелик, а энергия очень большая, то плотность ионизации на единицу длины пробега у них очень высока.
Бета-излучение -- поток электронов или позитронов при радиоактивном распаде. Энергия бета-излучения не превышает нескольких Мэв. Пробег в воздухе составляет от 0,5 до 2 м, в живых тканях -- 2-- 3 см. Их ионизирующая способность ниже альфа-частиц.
Нейтроны -- нейтральные частицы, имеющие массу атома водорода. Они при взаимодействии с веществом теряют свою энергию в упругих (по типу взаимодействия биллиардных шаров) и неупругих столкновениях (удар шарика в подушку).
Гамма-излучение -- фотонное излучение, возникающее при изменении энергетического состояния атомных ядер, при ядерных превращениях или при аннигиляции частиц. Источники гамма-излучения, используемые в промышленности, имеют энергию от 0,01 до 3 Мэв. Гамма-излучение обладает высокой проникающей способностью и малым ионизирующим действием.
Рентгеновское излучение -- фотонное излучение, состоящее из тормозного и (или) характеристического излучения, возникает в рентгеновских трубах, ускорителях электронов, с энергией фотонов не более 1 Мэв. Рентгеновское излучение, так же как и гамма-излучение, имеет высокую проникающую способность и малую плотность ионизации среды.
Ионизирующего излучения характеризуется целым рядом специальных характеристик. Количество радионуклида принято называть активностью. Активность -- число самопроизвольных распадов радионуклида за единицу времени.
Единицей измерения активности в системе СИ является беккерель (Бк).
1Бк = 1 распад/с.
Внесистемной единицей активности является ранее используемая величина Кюри (Ки). 1Ки = 3,7 * 10 10 Бк.
Дозы излучения. Когда ионизирующее излучение проходит через вещество, то на него оказывает воздействие только та часть энергии излучения, которая передается веществу, поглощается им. Порция энергии, переданная излучением веществу, называется дозой. Количественной характеристикой взаимодействия ионизирующего излучения с веществом является поглощенная доза.
Поглощенная доза D n -- это отношение средней энергии?E , переданной ионизирующим излучением веществу в элементарном объеме, к единице массы?m вещества в этом объеме
В системе СИ в качестве единицы поглощенной дозы принят грей (Гр), названный в честь английского физика и радиобиолога Л. Грея. 1 Гр соответствует поглощению в среднем 1 Дж энергии ионизирующего излучения в массе вещества, равной 1 кг; 1 Гр = 1 Дж/кг.
Доза эквивалентная Н T,R - поглощенная доза в органе или ткани D n , умноженная на соответствующий взвешивающий коэффициент для данного излучения W R
Н T,R = W R * D n ,
Единицей измерения эквивалентной дозы является Дж/кг, имеющий специальное наименование - зиверт (Зв).
Значения W R для фотонов, электронов и мюонов любых энергий составляет 1, а для Ь- частиц, осколков тяжелых ядер - 20.
Биологическое действие ионизирующих излучений. Биологическое действие радиации на живой организм начинается на клеточном уровне. Живой организм состоит из клеток. Ядро считается наиболее чувствительной жизненно важной частью клетки, а основными его структурными элементами являются хромосомы. В основе строения хромосом находится молекула диоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), в которой заключена наследственная информация организма. Гены расположены в хромосомах в строго определенном порядке и каждому организму соответствует определенный набор хромосом в каждой клетке. У человека каждая клетка содержит 23 пары хромосом. Ионизирующее излучение вызывает поломку хромосом за которым происходит соединение разорванных концов в новые сочетания. Это и приводит к изменению генного аппарата и образованию дочерних клеток, неодинаковых с исходными. Если стойкие хромосомные поломки происходят в половых клетках, то это ведет к мутациям, т. е. появлению у облученных особей потомства с другими признаками. Мутации полезны, если они приводят к повышению жизнестойкости организма, и вредны, если проявляются в виде различных врожденных пороков. Практика показывает, что при действии ионизирующих излучений вероятность возникновения полезных мутаций мала.
Помимо генетических эффектов, которые могут сказываться на последующих поколениях (врожденные уродства), наблюдаются и так называемые соматические (телесные) эффекты, которые опасны не только для самого данного организма (соматическая мутация), но и его потомства. Соматическая мутация распространяется только на определенный круг клеток, образовавшихся путем обычного деления из первичной клетки, претерпевшей мутацию.
Соматические повреждения организма ионизирующим излучением являются результатом воздействия излучения на большой комплекс -- коллективы клеток, образующих определенные ткани или органы. Радиация тормозит или даже полностью останавливает процесс деления клеток, в котором собственно и проявляется их жизнь, а достаточно сильное излучение в конце концов убивает клетки. К соматическим эффектам относят локальное повреждение кожи (лучевой ожог), катаракту глаз (помутнение хрусталика), повреждение половых органов (кратковременная или постоянная стерилизация) и др.
Установлено, что не существует минимального уровня радиации, ниже которого мутации не происходит. Общее количество мутаций, вызванных ионизирующим излучением, пропорционально численности населения и средней дозе облучения. Проявление генетических эффектов мало зависит от мощности дозы, а определяется суммарной накопленной дозой независимо от того, получена она за 1 сутки или 50 лет. Полагают, что генетические эффекты не имеют дозового порога. Генетические эффекты определяются только эффективной коллективной дозой человеко-зиверты (чел-Зв), а выявление эффекта у отдельного индивидуума практически непредсказуемо.
В отличие от генетических эффектов, которые вызываются малыми дозами радиации, соматические эффекты всегда начинаются с определенной пороговой дозы: при меньших дозах повреждения организма не происходит. Другое отличие соматических повреждений от генетических заключается в том, что организм способен со временем преодолевать последствия облучения, тогда как клеточные повреждения необратимы.
К основным правовым нормативам в области радиационной безопасности относятся Федеральный закон «О радиационной безопасности населения» №3-ФЗ от 09.01.96 г., Федеральный закон «О санитарно-эпиде-миологическом благополучии населения» № 52-ФЗ от 30.03.99 г., Федеральный закон «Об использовании атомной энергии» № 170-ФЗ от 21.11.95 г., а также Нормы радиационной безопасности (НРБ--99). Документ относится к категории санитарных правил (СП 2.6.1.758 -- 99),утвержден Главным государственным санитарным врачом Российской Федерации 2 июля 1999 года и введен в действие с 1 января 2000 года.
Нормы радиационной безопасности включают в себя термины и определения, которые необходимо использовать в решении проблем радиационной безопасности. Они также устанавливают три класса нормативов: основные дозовые пределы; допустимые уровни, являющиеся производными от дозовых пределов; пределы годового поступления, объемные допустимые среднегодовые поступления, удельные активности, допустимые уровни загрязнения рабочих поверхностей и т. д.; контрольные уровни.
Нормирование ионизирующих излучений определяется характером воздействия ионизирующей радиации на организм человека. При этом выделяются два вида эффектов, относящихся в медицинской практике к болезням: детерминированные пороговые эффекты (лучевая болезнь, лучевой ожог, лучевая катаракта, аномалии развития плода и др.) и стохастические (вероятностные) беспороговые эффекты (злокачественные опухоли, лейкозы, наследственные болезни).
Обеспечение радиационной безопасности определяется следующими основными принципами:
1. Принцип нормирования -- непревышение допустимых пределов индивидуальных доз облучения граждан от всех источников ионизирующего излучения.
2. Принцип обоснования -- запрещение всех видов деятельности по использованию источников ионизирующего излучения, при которых полученная для человека и общества польза не превышает риск возможного вреда, причиненного дополнительным к естественному радиационному фону облучения.
3. Принцип оптимизации -- поддержание на возможно низком и достижимом уровне с учетом экономических и социальных факторов индивидуальных доз облучения и числа облучаемых лиц при использовании любого источника ионизирующего излучения.
Приборы контроля ионизирующих излучений. Все используемые в настоящее время приборы можно разбить на три основные группы: радиометры, дозиметры и спектрометры. Радиометры предназначены для измерения плотности потока ионизирующего излучения (альфа- или бета-), а также нейтронов. Эти приборы широко используются для измерения загрязнений рабочих поверхностей, оборудования, кожных покровов и одежды персонала. Дозиметры предназначены для изменения дозы и мощности дозы, получаемой персоналом при внешнем облучении главным образом гамма-излучением. Спектрометры предназначены для идентификации загрязнений по их энергетическим характеристикам. В практике применяются гамма-, бета- и альфа-спектрометры.
Обеспечение безопасности при работе с ионизирующими излучениями. Все работы с радионуклидами правила подразделяют на два вида: на работу с закрытыми источниками ионизирующих излучений и работу с открытыми радиоактивными источниками.
Закрытыми источниками ионизирующих излучений называются любые источники, устройство которых исключает попадание радиоактивных веществ в воздух рабочей зоны. Открытые источники ионизирующих излучений способны загрязнять воздух рабочей зоны. Поэтому отдельно разработаны требования к безопасной работе с закрытыми и открытыми источниками ионизирующих излучений на производстве.
Главной опасностью закрытых источников ионизирующих излучений является внешнее облучение, определяемое видом излучения, активностью источника, плотностью потока излучения и создаваемой им дозой облучения и поглощенной дозой. Основные принципы обеспечения радиационной безопасности:
Уменьшение мощности источников до минимальных величин (защита, количеством); сокращение времени работы с источниками (защита временем); увеличение расстояния от источника до работающих (защита расстоянием) и экранирование источников излучения материалами, поглощающими ионизирующие излучения (защита экранами).
Защита экранами -- наиболее эффективный способ защиты от излучений. В зависимости от вида ионизирующих излучений для изготовления экранов применяют различные материалы, а их толщина определяется мощностью излучения. Лучшими экранами для защиты от рентгеновского и гамма-излучений является свинец, позволяющий добиться нужного эффекта по кратности ослабления при наименьшей толщине экрана. Более дешевые экраны делаются из просвинцованного стекла, железа, бетона, барритобетона, железобетона и воды.
Защита от открытых источников ионизирующих излучений предусматривает как защиту от внешнего облучения, так и защиту персонала от внутреннего облучения, связанного с возможным проникновением радиоактивных веществ в организм через органы дыхания, пищеварения или через кожу. Способы защиты персонала при этом следующие.
1. Использование принципов защиты, применяемых при работе с источниками излучения в закрытом виде.
2. Герметизация производственного оборудования с целью изоляции процессов, которые могут явиться источниками поступления радиоактивных веществ во внешнюю среду.
3. Мероприятия планировочного характера. Планировка помещении предполагает максимальную изоляцию работ с радиоактивными веществами от других помещений и участков, имеющих иное функциональное назначение.
4. Применение санитарно-гигиенических устройств и оборудования, использование специальных защитных материалов.
5. Использование средств индивидуальной защиты персонала. Все средства индивидуальной защиты, используемые для работы с открытыми источниками, разделяются на пять видов: спецодежда, спецобувь, средства защиты органов дыхания, изолирующие костюмы, дополнительные защитные приспособления.
6. Выполнение правил личной гигиены. Эти правила предусматривают личностные требования к работающим с источниками ионизирующих излучений: запрещение курения в рабочей зоне, тщательная очистка (дезактивация) кожных покровов после окончания работы, проведение дозиметрического контроля загрязнения спецодежды, спецобуви и кожных покровов. Все эти меры предполагают исключение возможности проникновения радиоактивных веществ внутрь организма.
Службы радиационной безопасности. Безопасность работы с источниками ионизирующих излучений на предприятиях контролируют специализированные службы -- службы радиационной безопасности комплектуются из лиц, прошедших специальную подготовку в средних, высших учебных заведениях или специализированных курсах Минатома РФ. Эти службы оснащены необходимыми приборами и оборудованием, позволяющими решать поставленные перед ними задачи.
Основные задачи, определяемые национальным законодательством по контролю радиационной обстановки в зависимости от характера проводимых работ, следующие:
Контроль мощности дозы рентгеновского и гамма-излучений, потоков бета-частиц, нитронов, корпускулярных излучений на рабочих местах, смежных помещениях и на территории предприятия и наблюдаемой зоны;
Контроль за содержанием радиоактивных газов и аэрозолей в воздухе рабочих и других помещений предприятия;
Контроль индивидуального облучения в зависимости от характера работ: индивидуальный контроль внешнего облучения, контроль за содержанием радиоактивных веществ в организме или в отдельном критическом органе;
Контроль за величиной выброса радиоактивных веществ в атмосферу;
Контроль за содержанием радиоактивных веществ в сточных водах, сбрасываемых непосредственно в канализацию;
Контроль за сбором, удалением и обезвреживанием радиоактивных твердых и жидких отходов;
Контроль уровня загрязнения объектов внешней среды за пределами предприятия.
51. Ионизирующие излучения. Виды ионизирующих излучений, основные характеристики.
ИИ делятся на 2 вида:
Корпускулярное излучение
- 𝛼-излучение представляет собой поток ядер гелия, испускаемых веществом при радиоактивном распаде или при ядерных реакциях;
- 𝛽-излучение – поток электронов или позитронов, возникающих при радиоактивном распаде;
Нейтронное излучение (При упругих взаимодействиях происходит обычная ионизация вещества. При неупругих взаимодействиях возникает вторичное излучение, которое может состоять как из заряженных частиц, так и -квантов).
2. Электромагнитное излучение
- 𝛾-излучение – это электромагнитное (фотонное) излучение, испускаемое при ядерных превращениях или взаимодействии частиц;
Рентгеновское излучение – возникает в среде, окружающей источ-ник -излучения, в рентгеновских трубках.
Характеристики ИИ: энергия (МэВ); скорость (км/с); пробег (в воздухе, в живой ткани); ионизирующая способность (пар ионов на 1 см пути в воздухе).
Самая низкая ионизирующая способность у α-излучения.
Заряженные частицы приводят к прямой, сильной ионизации.
Активность (А) радиоактивного в-ва – число спонтанных ядерных превращений (dN) в этом веществе за малый промежуток времени (dt):
1 Бк (беккерель) равен одному ядерному превращению в секунду.
52. Ионизирующие излучения. Дозы ионизирующих излучений и единицы их измерения.
Ионизирующее излучение (ИИ) – это излучение, взаимодействие которой со средой приводит к образованию зарядов противоположных знаков. Возникает ионизирующее излучение при радиоактивном распаде, ядерных превращениях, а также при взаимодействии заряженных частиц, нейтронов, фотонного (электромагнитного) излучения с веществом.
Доза излучения – величина, используемая для оценки воздействия ионизирующего излучения.
Экспозиционная доза (характеризует источник излучения по эффекту ионизации):
Экспозиционная доза на рабочем месте при работе с радиоактивными веществами:
где А–активность источника [мКи], К–гамма-постоянная изотопа [Рсм2/(чмКи)], t – время облучения, r – расстояние от источника до рабочего места [см ].
Мощность дозы (интенсивность облучения) – приращение соответствующей дозы под воздействием данного излучения за ед. времени.
Мощность экспозиционной дозы [рч -1 ].
Поглощённая доза показывает, какое кол-во энергии ИИ поглощено ед. массы облучаемого в-ва:
Д погл. = Д эксп. К 1
где К 1 – коэффициент, учитывающий вид облучаемого вещества
Поглащ. доза, Грей, [Дж/кг]=1Грей
Эквивалентная доза хар-ет хроническое облучение излучением произвольного состава
Н = Д Q [Зв] 1 Зв = 100 бэр.
Q – безразмерный взвешивающий коэффициент для данного вида излучения. Для рентгеновского и -излучения Q=1, для альфа-, бета-частиц и нейтронов Q=20.
Эффективная эквивалентная доза хар-ет чувствительность разл. органов и тканей излучению.
Облучение неживых объектов – Поглащ. доза
Облучение живых объектов – Эквив. доза
53. Действие ионизирующих излучений (ИИ) на организм. Внешнее и внутреннее облучение.
Биологический эффект ИИ основан на ионизации живой ткани, что приводит к разрыву молекулярных связей и изменению химической структуры различных соединений, что приводит к изменению ДНК клеток и их последующей гибели.
Нарушение процессов жизнедеятельности организма выражается в таких расстройствах как
Торможение функций кроветворных органов,
Нарушение нормальной свертываемости крови и повышение хрупкос- ти кровеносных сосудов,
Расстройство деятельности желудочно-кишечного тракта,
Снижение сопротивляемости инфекциям,
Истощение организма.
Внешнее облучение происходит тогда, когда источник радиации нах-ся вне организма человека и отсутствуют пути их попадания внутрь.
Внутреннее облучение происх. тогда, когда источник ИИ нах-ся внутри человека; при этом внутр. облучение также опасно близостью источника ИИ к органам и тканям.
Пороговые эффекты (Н > 0,1 Зв/год) зависят от дозы ИИ, возникают при дозах облучения в течении всей жизни
Лучевая болезнь – это заболевание, которое хар-ся симптомами, возникающими при воздействии ИИ, такими, как снижение кроветворной способности, расстройство желудочно-кишечного тракта, снижение иммунитета.
Степень лучевой болезни зависит от дозы излучения. Самой тяжелой явл-ся 4-ая степень, которая возникает при воздействии ИИ дозой более 10 Грей. Хронические лучевые поражения, как правило, вызываются внутренним облучением.
Беспороговые (стахастические) эффекты проявляются при дозах Н<0,1 Зв/год, вероятность возникновения которых не зависит от дозы излучения.
К стахастическим эф-там относят:
Изменения соматические
Изменения иммунные
Изменения генетические
Принцип нормирования – т.е. непревышение допустимых пределов индивид. Доз облучения от всех ист-ков ИИ.
Принцип обоснования – т.е. запрещение всех видов деятельности по исп-ю ист-ков ИИ, при которых полученная для человека и общества польза не превышает риск возможного вреда, причинённого дополнительно к естественному радиац. факту.
Принцип оптимизации – поддержание на возможно низком и достижимом уровне с учетом экономич. и соц. факторов индивид. доз облуч-я и числа облучаемых лиц при использовании источника ИИ.
СанПиН 2.6.1.2523-09 «Нормы радиационной безопасности».
В соответствии с данным документом выделяют 3 гр. лиц:
гр.А – это лица, непоср. работающие с техногенными источниками ИИ
гр .Б – это лица, усл-ия работы кот нах-ся в непоср. бризости от ист-ка ИИ, но деят. данных лиц непоср. с ист-ком не связано.
гр .В – это всё остальное население, вкл. лиц гр. А и Б вне их производственной деятельности.
Основной дозовый предел уст. по эффективной дозе:
Для лиц гр.А: 20мЗв в год в ср. за последоват. 5 лет, но не более 50мЗв в год.
Для лиц гр.Б: 1мЗв в год в ср. за последоват. 5 лет, но не более 5мЗв в год.
Для лиц гр.В: не должны превышать ¼ значений для персонала гр.А.
На случай ЧС, вызванной радиац.аварией сущ-ет т.н. пиковое повышенное облучение, кот. разрешается только в тех случаях, когда нет возм-ти принять меры исключающие вред организму.
Применение таких доз м.б. оправдано только спасением жизни людей и предотвращением аварий, доп-ся только для мужчин старше 30 лет при добровольном письменном соглашении.
М/ды защиты от ИИ:
Защита кол-вом
Защита временем
Защита расст-ем
Зонирование
Дистанционное управление
Экранирование
Для защиты от γ -излучения: металлич. экраны, выполненные с большим атомным весом (W,Fe), а также из бетона, чугуна.
Для защиты от β-излучения: исп-ют материалы с малой атомной массой (алюминий, плексиглаз).
Для защиты от α-излучений: исп-ют металлы, содержащие Н2 (вода, парафин, и т.д.)
Толщина экрана К=Ро/Рдоп, Ро – мощн. дозы, измеренная на рад. месте; Рдоп – предельно допустимая доза.
Зонирование – деление территории на 3 зоны: 1) укрытие; 2) объекты и помещения, в которых могут нах-ся люди; 3) зона пост. пребывания людей.
Дозиметрический контроль основывается на исп-ии след. методов: 1.Ионизационный 2.Фонографический 3.Химический 4.Калориметрический 5.Сцинтиляционный.
Основные приборы , исп-ые для дозиметрич. контроля:
Рентгенометр (для измер-я мощн. эксп. дозы)
Радиометр (для измерения плотности потоков ИИ)
Индивид. дозиметры (для измер-я экспозиц. или поглощённой дозы).
| " |
