Дозы радиоактивного облучения
Доза радиоактивного облучения является основным параметром, характеризующим опасность радиации. Под дозой облучения понимается количество энергии ионизирующих излучений, поглощенной единицей массы облучаемой среды. Различают экспозиционную, поглощенную, эквивалентную и эффективную дозы облучения.
Экспозиционная доза характеризует ионизирующую способность радиоактивного излуче- ния. Это доза излучения в воздухе, которая характеризует потенциальную опасность воздействия ионизирующих излучений при общем и равномерном облучении тела человека.
X = Q , (7.1)
m
где Q – сумма электрических зарядов ионов одного знака, Кл; m – объем воздуха массой 1 кг.
Экспозиционная доза в системе СИ измеряется в кулонах на килограмм (Кл/кг). Вне- системной единицей экспозиционной дозы является рентген (1 Р = 2,58 .10-4 Кл/кг).
Рентген – это доза гамма-излучения, под действием которой в 1 см3 сухого воздуха при нормальных условиях (температура 0 0 по шкале Цельсия и давление 760 мм рт. ст.) созда- ются ионы, несущие одну электростатическую единицу количества каждого знака.
Поглощенная доза – количество энергии излучения Е (Дж), поглощенное единицей массы облучаемого тела mв (кг). Эта доза более точно характеризует воздействие ионизи- рующих излучений на биологические ткани.
D = E mв
. (7.2)
В системе СИ в качестве единицы измерения поглощенной дозы принят грей (Гр). 1 Гр – это такая доза, при которой 1кг облучаемого вещества поглощает энергию в 1Дж (1Гр = 1Дж/кг
= 100 рад, где рад - внесистемная единица).
Соотношение между экспозиционными и поглощенными дозами в различных средах раз- ное: например, в воздухе 1Гр = 87 Р, в воде 1Гр= 93 Р. Поглощенная доза не учитывает того, что при одинаковой дозе поглощения альфа-излучение опаснее бета-излучения, а тем более гамма- излучения. В радиобиологии есть понятие качества излучения, которое позволяет учитывать раз- личия биологической эффективности ионизирующих излучений разных видов.
Согласно нормам радиационной безопасности коэффициент качества излучения со- ставляет:
для альфа-излучения, потоков тяжелых ядер и осколков деления – 20; для быстрых нейтронов и протонов– 10;
для бета-, рентгеновского и гамма-излучения – 1.
Эквивалентная доза (одна из основных дозиметрических величин радиационной безопасно- сти) – это произведение поглощенной дозы D данного вида ионизирующего излучения на коэф- фициент относительной биологической активности (коэффициент качества излучения К).
H = DK . (7.3)
В качестве единицы эквивалентной дозы в системе СИ принят зиверт (Зв), равный од- ному грею, умноженному на коэффициент качества. Внесистемной единицей является био- логический эквивалент рентгена (БЭР). 1Зв = 100 БЭР.
Эффективная доза – величина воздействия ионизирующего излучения, используемая как мера риска возникновения отдаленных последствий облучения организма человека и отдельных его органов с учетом их радиочувствительности. Единица измерения эффектив- ной дозы – зиверт.
Снижение риска потенциального облучения до возможно низкого уровня осуществля- ется с учетом двух обстоятельств:
предел риска регламентирует потенциальное облучение от всех возможных источни- ков облучения;
при снижении риска потенциального облучения существует минимальный уровень риска, ниже которого риск считается пренебрежимым и дальнейшее его снижение нецелесообразно.
Предел индивидуального пожизненного риска в условиях нормальной эксплуатации для техногенного облучения в течение года персонала принимается округленно 1,0 .10 –3, а для населения – 5,0 .10-5. Уровень пренебрежимого риска составляет 10-6.
Правовые основы обеспечения радиационной безопасности населения в целях охраны здо- ровья определяет федеральный закон от 9 января 1996 г. «О радиационной безопасности населе- ния». Основополагающим документом, регламентирующим требования этого закона, являются
«Нормы радиационной безопасности» от 2 июля 1999 г., введенные в действие с 1 января 2000 г. (НРБ-99). Эти Нормы применяются для обеспечения безопасности человека во всех условиях воздействия на него ионизирующего излучения искусственного или природного происхождения.
Нормы распространяются на следующие виды воздействия ионизирующего излучения на человека:
в условиях нормальной эксплуатации техногенных источников излучения; в результате радиационной аварии;
от природных источников излучения; при медицинском облучении.
Требования НРБ-99 не распространяются на космическое излучение на поверхности Земли и внутреннее облучение человека, создаваемое природным калием, на которые прак- тически невозможно влиять.
Устанавливаются следующие категории облучаемых лиц: персонал (группы А и Б);
все население, включая лиц из персонала вне сферы и условий производственной де- ятельности.
Основные пределы доз (ПД) для всех категорий облучаемых лиц приведены в таблице 7.2. Основные пределы доз облучения не включают в себя дозы от природного и медицин-
ского облучения, а также дозы вследствие радиационных аварий. На эти виды облучения устанавливаются специальные ограничения.
Эквивалентная доза для персонала не должна превышать за период трудовой деятель- ности (50 лет) – 1 Зв, а для населения за период жизни (70 лет) – 70 мЗв.
Таблица 7.2. Основные пределы доз
| Нормируемые величины | Персонал (группа А) | Население |
| Эквивалентная доза | 20 мЗв в год в среднем за лю- бые последовательные 5 лет, но не более 50 мЗв в год | 1 мЗв в год в среднем за лю- бые последовательные 5 лет, но не более 5 мЗв в год |
| Эффективная доза за год в хрусталике глаза | 150 мЗв | 15 мЗв |
Примечание: основные пределы доз персонала группы Б равны ¼ значений для персо- нала группы А.
Радиоактивное излучение при прохождении через живую ткань ионизирует ее атомы и молекулы, что приводит к нарушению нормального обмена веществ, изменению характера жизнедеятельности клеток, отдельных органов и всего организма. В результате такого воз- действия возникает лучевая болезнь, которая в зависимости от дозы и продолжительности облучения может быть разной тяжести.
Основополагающее положение радиационной медицины состоит в том, что значимые для здоровья последствия облучения напрямую связаны с дозой излучения. Различают два типа радиологических последствий:
непосредственные – возникающие тотчас или вскоре после облучения; отдаленные – развивающиеся через многие годы (от 5 до 40 лет).
К непосредственным относятся лучевая болезнь и лучевые повреждения различных органов (хрусталик глаза, кожа, слизистые оболочки). Все они пороговые, то есть возника- ющие после достижения определенной (пороговой) дозы, причем с ее увеличением возрас- тает как вероятность их появления, так и степень выраженности.
К отдаленным относятся злокачественные новообразования, возникающие у самих об- лученных, и генетические (наследственные), проявляющиеся в их потомстве. С увеличени- ем дозы повышается вероятность проявления отдаленных последствий.
Второе положение радиационной медицины состоит в том, что результаты облучения зави- сят от временного фактора. При равных дозах любое пролонгирование облучения всегда менее опасно, чем однократное кратковременное. Это происходит благодаря тому, что в организме че- ловека идет активный процесс восстановления клеток от радиационных повреждений.
Все виды радиационных поражений, величины пороговых доз, особенности воздей- ствия ионизирующих излучений на организм человека в настоящее время хорошо изучены. Эти знания намного более обширны и научно обоснованы, чем знания о последствиях воз- действия на человека всех других вредных факторов.
В соответствии с рекомендациями Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) приняты следующие соотношения между дозой облучения и его влиянием на здоровье:
1 мЗв – типичная годовая доза естественного фона;
10 мЗв (1Р для гамма-излучения) – годовая доза в регионах с высоким природным естественным фоном;
200 мЗв (20Р) – минимальная доза, оказывающая влияние на состояние здоровья; 1000 мЗв (100Р) – однократная доза, вызывающая расстройство здоровья;
10 000 мЗв (1000Р) – однократная доза, не совместимая с жизнью. Различают 4 степени лучевой болезни.
Лучевая болезнь 1-й степени (легкая) возникает при дозе облучения 1-2 Зв. Скрытый период длится 3-5 недель, после чего появляются недомогание, общая слабость, тошнота, головокружение, повышение температуры. Как правило, 100% заболевших выздоравлива- ют даже без лечения.
Лучевая болезнь 2-й степени (средней тяжести) возникает при дозе облучения 2-4 Зв. В течение первых 2-3 суток наблюдается бурная первичная реакция организма (тошнота и рвота). Затем наступает скрытый период, длящийся 15-20 суток. Признаки заболевания вы- ражены более отчетливо, уменьшается количество лейкоцитов в крови более чем наполо- вину. Выздоровление при активном лечении наступает через 2-3 месяца.
Лучевая болезнь 3-й степени (тяжелая) развивается при облучении дозой 4-6 Зв. Пер- вичная реакция выражена очень отчетливо. Скрытый период течения заболевания состав- ляет 5-10 суток. Отмечается общее тяжелое состояние: сильные головные боли, кровоизли- яние в слизистые оболочки, иногда потеря сознания, количество лейкоцитов, а затем и эритроцитов резко уменьшается. Выздоровление возможно в течение 3-6 месяцев у 50-80% заболевших при условии специализированного лечения.
Лучевая болезнь 4-й степени (крайне тяжелая) наступает при дозе облучения свыше 6 Зв и обычно заканчивается летальным исходом через 10-15 дней. При облучении дозами свыше 10 Зв возникает молниеносная форма лучевой болезни. Первичная реакция при этом возникает в первые минуты после облучения, а скрытый период вообще отсутствует. По- раженные погибают в первые дни после облучения.
В целях исключения переоблучения людей при пребывании их на радиоактивной тер- ритории необходимо заранее рассчитывать возможные дозы, которые они могут получить при этих условиях. Дозу облучения определяют по формуле
Д = Р . Т, (7.4)
где Д – доза облучения, Р; Р- уровень радиации, Р/ч;
Т- продолжительность облучения, ч.
Эта формула справедлива при постоянном уровне радиации. Однако в результате рас- пада РВ уровень радиации на местности постоянно уменьшается, причем не равномерно, а по экспонентной кривой, то есть вначале быстро, а в последующем все медленнее и мед- леннее. Поэтому более точно дозу облучения (особенно в течение первых суток после вы- падения РВ) можно определить по формуле
|
Т вып – время завершения выпадения РВ, ч; tн – начало облучения;
tк – конец облучения.
Этой формулой пользоваться довольно сложно. Поэтому начиная со вторых суток по- сле выпадения РВ или при кратковременном (несколько часов) облучении в течение пер- вых суток целесообразно пользоваться упрощенной формулой
Р × (t - t )
Д = ср к н , (7.6)
Кос.
где Рср – средний уровень радиации, Р/ч;
Косл – коэффициент ослабления уровня радиации.
Рср.
= Рн +Рк , (7.7)
2
где Рн и Рк - уровни радиации в начале входа в зону заражения и в конце при выходе, Р/ч.
При определении полученной дозы в защитных сооружениях необходимо учитывать коэффициент ослабления уровня радиации в данном сооружении. Коэффициенты ослабле- ния уровня радиации примерно следующие:
| Дома деревянные | |
| Дома кирпичные | |
| Подвал одноэтажного кирпичного дома | |
| Подвал трехэтажного кирпичного дома | |
| Открытая щель | 3-4 |
| Перекрытая щель | |
| Убежище |