Основні принципи забезпечення радіаційної безпеки

Типи радіації

Альфа-випромінювання — потік альфа-часток, тобто ядер гелію-4. Альфа-частки, що створюються при радіоактивному розпаді.

Бета-випромінювання — це потік електронів, що виникає при бета-розпаді; для захисту від бета-часток енергією до 1 МЕВ достатньо алюмінієвої пластини завтовшки декілька мм.

Гамма-випромінювання має набагато більшу проникаючу здатність, оскільки складається з високоенергійних фотонів, що не мають заряду; для захисту ефективні важкі елементи (свинець і так далі).

Проникаюча здатність всіх видів іонізуючого випромінювання залежить від енергії.

В результаті радіоактивного розпаду, ядерного ділення, термоядерного синтезу і при роботі прискорювачів частинок можна отримати різні види іонізуючого випромінювання.

Для того, щоб частинка стала іонізуючою, вона повинна мати достатньо велику енергію, щоб взаємодіяти з атомами опромінюваної матерії. Фотони взаємодіють із зарядженими частинками, тому фотон з досить великою енергією також є іонізуючим. Енергія, при якій фотон стане іонізуючим, зазначена в кінці ультрафіолетового діапазону електромагнітного спектру. Заряджені частинки, - такі, як електрони, позитрони, і альфа-частинки та високочастотні електромагнітні хвилі, - взаємодіють з електронами в атомі або молекулами. А Нейтрони, маючи нульовий електричний заряд, не взаємодіють з електронами електромагнітно, і тому вони не можуть безпосередньо викликати іонізацію цим шляхом. Проте швидкі нейтрони добре взаємодіють із протонами у водні, і це створює протонне випромінювання. Ці протони є іонізуючими, оскільки вони мають заряд і взаємодіють з електронами в речовині. Нейтрони можуть також взаємодіяти з ядром атома, в залежності від ядра і швидкості нейтрона; ці реакції відбуваються як з участю швидких, так і повільних нейтронів, залежно від ситуації. Після таких взаємодій з нейтронами, атомні ядра часто стають радіоактивними, у свою чергу, створюючи іонізуюче випромінювання при розпаді.

Іонізаційна здатність радіації

Термін висока іонізуюча здатність відноситься до випромінювань при взаємодії яких з речовиною спостерігається висока щільність утворення іонів уздовж траєкторії.

Альфа-частинки і інші відносно важкі заряджені частинки відносять до випромінювань з високою іонізуючою здатністю.

Бета-частинки викликають меншу іонізацію уздовж траєкторії руху, ніж альфа-частинки, тому їх відносять до випромінювань з середньою іонізаційною здатністю.
Рентгенівське і гамма випромінювання виробляють найменшу кількість іонів у міру руху через поглинач і тому їх відносять до випромінювань з низькою іонізаційної здатністю.

Нейтрони є окремим випадком, тому що вони не викликають безпосередню іонізацію. Проте, продукти їх взаємодії з речовиною можуть володіти високою, середньою або низькою іонізаційною здатністю.

Радіоакти́вність (від лат. radio — «випромінюю» radius — «промінь» і activus — «дієвий») — явище спонтанного перетворення нестійкого ізотопа хімічного елементу в інший ізотоп (зазвичай іншого елемента) (радіоактивний розпад) шляхом випромінювання гамма-квантів, елементарних частинок або ядерних фрагментів.

Встановлено, що всі хімічні елементи з порядковим номером, більшим за 83 — радіоактивні.

Природна радіоактивність — спонтанний розпад ядер елементів, що зустрічаються в природі.

Штучна радіоактивність — спонтанний розпад ядер елементів, отриманих штучним шляхом, через відповідні ядерні реакції.

Типи радіоактивності

- Ернест Резерфорд експериментально встановив (1899), що солі урану випромінюють 3 типи променів, які по-різному відхиляються в магнітному полі:

- промені першого типу відхиляються так само, як потік додатно заряджених частинок. Їх назвали альфа-променями;

- промені другого типу відхилються в магнітному полі так само, як потік негативно заряджених частинок (в протилежну сторону), їх назвали бета-променями;

- промені третього типу, які не відхиляються магнітним полем, назвали гамма-променями.

Спектри α- і γ-випромінювань переривисті («дискретні»), а спектр β-випромінювання — неперервний.

Розпад

Беккерель довів, що β-промені є потоком електронів. β-розпад — прояв слабкої взаємодії.

β-розпад — внутрішньонуклонний процес, тобто відбувається перетворення нейтрона в протон із вильотом електрона й антинейтрино з ядра:

+ γ.

Правило зсуву Содді для β-розпаду:

+ γ.

Приклад:

+ γ.

Після β-розпаду атомний номер елемента міняється і він зміщується на одну клітинку в таблиці Менделєєва.

Розпад

α-розпадом називають мимовільний розпад атомного ядра на ядро-продукт і α-частинку (ядро атома ).

α-розпад є властивістю важких ядер з масовим числом А≥200. Всередині таких ядер за рахунок властивості насичення ядерних сил утворюються відособлення α-частинки, що складаються з двох протонів і двох нейтронів. Утворена таким чином α-частинка сильніше відчуває кулонівське відштовхування від інших протонів ядра, ніж окремі протони. Одночасно на α-частинку менше впливає ядерне міжнуклонне притягання за рахунок сильної взаємодії, ніж на решту нуклонів.

Правило зсуву Содді для α-розпаду:

.

Приклад:

.

В результаті α-розпаду елемент зміщується на 2 клітинки до початку таблиці Менделєєва. Дочірнє ядро, що утворилося в результаті α-розпаду, зазвичай також виявляється радіоактивним і через деякий час теж розпадається. Процес радіоактивного розпаду відбуватиметься доти, поки не з'явиться стабільне, тобто нерадіоактивне ядро, яким частіше за все є ядра свинцю або бісмуту.

Розпад

Гамма промені- це електромагнітні хвилі із довжиною хвилі, меншою за розміри атома. Вони утворюються зазвичай при переході ядра атома із збудженого стану в основний стан. При цьому кількість нейтронів чи протонів у ядрі не змінюється, а отже ядро залишається тим самим елементом. Однак випромінювання гамма-променів може супроводжувати й інші ядерні реакції.

Період напіврозпаду

При радіоактивному розпаді відбуваються перетворення ядер атомів. Енергії частинок, які при цьому утворюються, набагато більші від енергій, що виділяються в типовиххімічних реакціях. Тому ці процеси практично не залежать від хімічного оточення атома й від сполук, в які цей атом входить. Радіоактивний розпад відбувається спонтанно. Це означає, що неможливо визначити момент, коли розпадеться те чи інше ядро. Однак для кожного типу розпаду є характерний час, за який розпадається половина всіх радіоактивних ядер. Цей час називається періодом напіврозпаду. Для різних радіоактивних ізотопів період напіврозпаду може лежати в дуже широких межах — від наносекунд до мільйонів років. Ізотопи з малим періодом напіврозпаду дуже радіоактивні, але швидко зникають. Ізотопи з великим періодом напіврозпаду слабко радіоактивні, але ця радіоактивність зберігається дуже довгий час.

Детектування

Докладніше: Детектор частинок

Детектування радіактивного випромінювання основане на його дії на речовину, зокрема її іонізації. Історично вперше радіація була зареєстрована завдяки почорнінню опроміненої фотопластинки. Фотоемульсії, в яких під дією радіації відбуваються хімічні реакції, і досі залишаються одним із методів детектування. Інший принцип детектування використовується в лічильниках Гейгера — виникнення несамостійного електричного розряду в опроміненому газі. Дозиметри, які реєструють не окремі акти пролітання швидкої зарядженої частинки, часто використовують зміну властивостей, наприклад провідності, опроміненого матеріалу

Одиниці вимірювання

Радіоактивність залежить від кількості нестабільних ізотопів і часу їхнього життя. Система СІ визначає одиницею вимірювання активності Бекерель — така кількість радіоактивної речовини, в якій за секунду відбувається один акт розпаду. Практично ця величина не дуже зручна, тому частіше використовують позасистемні одиниці — Кюрі. Іноді вживається одиниця резерфорд.

Щодо дії радіоактивного випромінювання на опромінені речовини, то використовуються ті ж одиниці, що й для рентгенівського випромінювання. Одиницею вимірювання дозипоглинутого йонізуючого випромінювання в системі Сі є Грей — така доза, при якій в кілограмі речовини виділяється один Джоуль енергії. Одиницею біологічної дії опромінення в системі СІ є Зіверт. Позасистемна одиниця виділеної при опроміненні енергії — рад.

Така одиниця, як рентген є мірою не виділеної енергії, а йонізації речовини при радіоактивному опроміненні. Для вимірювавння білогічної дії опромінювання використовується біологічний еквівалент рентгена — бер.

Для характеристики інтенсивності опромінення використовують одиниці, які описують швидкість набору дози, наприклад, рентген за годину.

Біологічна дія

Радіоактивне опромінення призводить до значного пошкодження живої тканини. Йонізація хімічних речовин в біологічній тканині створює можливість хімічних реакцій, які невластиві для біологічних процесів, й до утворення шкідливих речовин. Пошкодження радіацією ДНК викликає мутації. Робота з радіоактивними речовинами вимагає ретельного дотримання правил техніки безпеки. Радіоактивні речовини позначаються спеціальним символом, наведеним вгорі сторінки.

Радіоактивні речовини зберігаються в спеціальних контейнерах, сконструйованих таким чином, щоб поглинати радіоактивне випромінювання. Великою проблемою є захоронення радіоактивних відходів атомної енергетики.

Йонізуючі випромінювання

Всі види радіоактивних випромінювань, що супроводжують радіоактивність, називають йонізуючими випромінюваннями. Йонізуючі випромінювання — процес збудження та йонізації атомів речовини при проходженні крізь них гамма-квантів та частинок, що утворилися внаслідок α- та β-розпаду. При проходженні, наприклад, гамма-квантів крізь речовину, кванти перетворюються на пару електрон-позитрон за умови, що енергія гамма-кванту перевищує енергію цих двох частинок (>1 МеВ). α-частинки швидко втрачають всю енергію, оскільки збуджують всі атоми, що трапляються на їх шляху (1-10 см на повітрі, 0,01-0,2 мм у рідинах). β-частинки менш ефективно взаємодіють з речовинами (2-3 м на повітрі, 1-10 мм у рідинах). γ-кванти мають найбільшу проникну здатність. Нейтрони, що не мають електричного заряду, безпосередньо не йонізують атоми. Проте в результаті взаємодії нейтронів з ядрами виникають швидкі заряджені частинки та гамма-кванти, що є йонізуючими частинками. При тривалому перебуванню людини в зоні радіоактивного випромінювання відбувається йонізація та збудження її клітин. У результаті клітини вступають у нові хімічні реакції та утворюють нові хімічні речовини, що порушують нормальне функціонування організму. Мірою дії йонізуючих випромінювань є поглинута доза випромінювання (Грей), що дорівнює відношенню переданої йонізуючими випромінюваннями енергії до маси речовини (D=E/m). Потужність дози випромінювання вимірюється відношення поглинутої дози випромінювання до часу (Pв=D/t). Радіоактивне випромінювання використовують при рентгенологічному обстеженні.

Основні принципи забезпечення радіаційної безпеки

Радіаційна безпека персоналу, населення і оточуючого середовища вважається забезпеченою, якщо дотримуються основні принципи радіаційної безпеки (виправданості, оптимізації, неперевершення) і вимоги радіаційного захисту, встановлені діючими нормами радіаційної безпеки та санітарними правилами.

Принцип виправданості передбачає заборону всіх видів діяльності з використанням джерел радіактивного випромінювання, за яких отримана для людини та суспільствакористь не перевищує ризику можливої шкоди, яка може бути заподіяною випромінюванням. Цей принцип повинен застосовуватись на стадії прийняття рішення уповноваженими органами при проектуванні нових джерел випромінювання та об'єктів підвищеної радіаційної безпеки, видачі ліцензій та затвердженні нормативно-технічної документації на використання джерел випромінювання, а також при зміні умов їх експлуатації. В умовах радіаційної аварії принцип виправданості стосується не джерел випромінювання та умов опромінення, а захисних заходів, при цьому в якості величини користі слід оцінювати попереджену даними заходами дозу. Заходи ж, що направлені на відновлення контролю над джерелами випромінювання, мають проводитись в обов'язковому порядку.

Принцип оптимізації передбачає підтримання на максимально низькому рівні як індивідуальних (нижче лімітів, встановлених діючими нормами), так і колективних доз опромінення, з врахуванням соціальних та економічних факторів. В умовах радіаційної аварії, коли замість лімітів доз діють більш високі рівні втручання, принцип оптимізації має застосовуватись до захисних заходів з врахуванням попередженої дози опромінення і збитків, пов'язаних з втручанням.

Принцип не перевершення вимагає запобігання перевищення встановлених діючими нормами радіаційної безпеки індивідуальних лімітів доз та інших нормативів радіаційної безпеки. Даного принципу повинні дотримуватись всіма організаціями та особами, від яких залежить рівень опромінення людей.