Раздел 2.6. ЗАЩИТА ОТ ИОНИЗИРУЮЩИХ, ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ И ЛАЗЕРНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ

2.6.1. ВИДЫ ИОНИЗИРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ И ИХ СВОЙСТВА.
2.6.2. ИСТОЧНИКИ ЕСТЕСТВЕННОЙ И ИСКУССТВЕННОЙ(АНТРОПОГЕННОЙ) РАДИАЦИИ.
2.6.3. МЕХАНИЗМ БИОЛОГИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА.
2.6.4. РАДИАЦИОННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ.
2.6.5. ПРИБОРЫ И МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ РАДИАЦИОННОГО КОНТРОЛЯ.
2.6.6.РЕЖИМЫ РАДИАЦИОННОЙ ЗАЩИТЫ И ПОРЯДОК ВНЕДРЕНИЯ ИХ В ДЕЙСТВИЕ.
2.6.7. РАДИАЦИОННОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ.
2.6.8 РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ГИИЕНЕ ПИТАНИЯ И ПРОФИЛАКТИЧЕСКИМ МЕРОПРИЯТИЯМ.
2.6.9.ЗАЩИТА ОТ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ(ИЗЛУЧЕНИЙ)).
2.6.10. ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РАБОТЕ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ЛАЗЕРОВ.

2.6.1. ВИДЫ ИОНИЗИРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ И ИХ СВОЙСТВА.

Ионизирующим излучением называется выделение энергии, вызывающее ионизацию среды (образование заряженных атомов или молекул - ионов).
Источниками ионизации являются космические лучи; природные материалы на Земле, содержащие радиоактивные вещества; искусственные источники: ядерные реакторы, ускорители частиц, рентгеновские установки, контрольно-измерительная техника (использующая принципы диагностики за счет радиационного распада веществ - дефектоскопия металлов, геологическая разведка и т.д.)
ХХI век оказался не готовым к решению сырьевых и энергетических проблем планеты. Авария на Чернобыльской АЭС с небывалой остротой обнажила опасность, связанную с использованием «мирного» атома, с угрозой возможности разрушения ядерных реакторов, ядерной опасности при военных конфликтах, вызвала необходимость нового мышления.
Авария подтвердила опасность гибели человечества от радиации, высказанную учеными Бертрам Расселом и Альбертом Эйнштейном на заре освоения атома. Радиофобия в ряде стран, в том числе, в Украине стала национальным бедствием. Мирное использование атома накладывает огромную ответственность на государственных деятелей, ученых, требует высочайшего соблюдения мер безопасности.
Радиоактивность – это способность некоторых природных элементов (уран, радий, и др.), искусственных радиоактивных изотопов самопроизвольно распадаться, испуская при этом невидимые и неощущаемые человеком излучения. Такие элементы называются радиоактивными (²³⁴U, ²³⁵U, ²³⁸U, ⁴⁰K и др.).
Ионизирующее излучение бывает корпускулярным и электромагнитным (фотоновым).Корпускулярное излучение представляет собой поток частиц с массой потока отличной от нуля (альфа и бета - частиц, протонов, нейтронов и др.). К электромагнитному излучению относятся гамма-излучение и рентгеновское излучение.
По физической природе излучения это потоки элементарных, быстро движущихся частиц атомных ядер, их волновое электромагнитное излучение, обладая большой энергией, ионизирует вещество, среду, в которых распространяются.
Ионизация вещества сопровождается распадом молекул, атомов и появлением зараженных частиц-ионов, которые меняют физико-химические свойства веществ, а в биологической ткани нарушают процессы жизнедеятельности, поражая живой организм. На образование ионов расходуется энергия излучения, поэтому, чем больше образуется ионов, тем меньший путь в веществе, при прочих равных условиях, пройдет излучение, до полной потери энергии.
Поэтому, чем больше ионизирующая способность излучения (количество образуемых ионов по длине в 1см – удельная ионизация), тем меньше его проникающая способность.
К основным видам (рис.2.6.1.) радиоактивных излучений относятся:
альфа(α), бета (β); нейтронные (группа корпускулярных излучений), рентгеновские и гамма (γ) излучения.
Альфа - частицы (ядра гелия) движутся со скоростью 20 000 км/с, имеют огромную ионизационную способность и малую проникающую способность. Длина пробега в воздухе 3-11 см, в жидких и твердых средах до 0,099 мм. Одежда человека надежно защищает его от альфа-излучения, однако очень опасно попадание частиц внутрь организма.
Бета-частицы в зависимости от энергии излучения могут двигаться со скоростью, близкой к скорости света (300 000 км/с). Заряд бета-частиц меньше, а скорость больше, чем у альфа-частиц, поэтому они имеют меньшую ионизирующую, но большую проникающую способность.
Длина пробега бета-частиц (с высокой энергией) в воздухе до 20 м, в воде и живых тканях – до 3 см, металле – 1 см. Одежда поглощает 50% бета-частиц. Непосредственно опасно попадание бета-частиц на кожу, глаза или внутрь организма.
Нейтронное излучение – это поток нейтронов, распространяющихся со скоростью 20 000 км/с. Нейтроны, не имея электрического заряда, легко проникают в живую ткань и захватываются ядрами атомов, оказывая сильное поражающее действие при излучении. Хорошими защитными свойствами обладают легкие водосодержащие материалы: полиэтилен, парафин, вода и др.
Гамма-излучение – это электромагнитное излучение, с длиной волны 10^-8 – 10^-11 см, испускаемое ядрами атомов, сопровождается альфа – бета - распадом. Излучение испускается отдельными порциями (квантами) и распространяется со скоростью света. Ионизирующая способность его значительно меньше, чем у альфа, бета - частиц, но обладает наибольшей проникающей способностью.
Проникающая способность гамма-излучения в воздухе достигает сотни метров, в воде 23 см, в стали – 3 см, в бетоне - 10 см, в дереве – 30 см (слой половинного ослабления). Хорошей защитой от гамма-излучения являются экраны из тяжелых металлов (свинец).
Рентгеновское излучение - электромагнитное излучение, но в отличие от гамма-излучений, имеет внеядерное происхождение. Радиоактивные вещества распадаются с определенной скоростью, измеряемой периодом полураспада, то есть временем, в течение которого распадается половина всех атомов.
Радиоактивный распад не может быть остановлен или ускорен каким-либо способом. Это природное свойство радиоактивных веществ неподвластно человеку. Так, например, период полураспада йода - 131 составляет 8.04 суток, а урана-235 -703, 8 млн. лет.

Рис.2.6.1. Основные виды радиоактивного излучения.

Основными показателями радиоактивных излучений, является радиоактивность и экспозиционная, поглощенная, эквивалентная дозы. Сама радиоактивность непосредственно зависит от вида и энергии излучения, физических свойств облучаемой среды и других факторов. Степень ионизации характеризуется дозой облучения: чем она больше, тем больше ионизация вещества.
Если радиоактивные вещества попадают в окружающую среду, то эта среда характеризуется степенью загрязнения (удельная плотность) измеряется количеством радиоактивных распадов атомов в единицу времени на единицу поверхности, или в единице массы или объема (Ки/кг, Бк/кг, Ки/л, Бк/л, Ки/км², Бк/км²).
Знание основ радиации позволяет оценить радиоактивную обстановку в производстве, в быту, жизни, принять своевременные эффективные меры и обеспечить безопасность жизнедеятельности человека.
Для количественной оценки ионизирующего действия рентгеновского и гамма-излучения в сухом атмосферном воздухе используется понятие экспозиционная доза. Экспозиционная доза – отношение полного заряда ионов одного знака к массе воздуха в этом объеме:
,
где Q – полный заряд ионов одного знака, m – масса воздуха.

Экспозиционная доза характеризует источник и радиоактивное поле, которое этот источник создает. Человек может войти в это поле и облучиться. Единицы соотношения традиционных(внесистемных) единиц с единицами международной системой (СИ) приведены в таблице 6.1.
Кулон на килограмм (Кл/кг) – экспозиционная доза рентгеновского или гамма-излучений, при которой сопряженная корпускулярная эмиссия на 1 кг сухого атмосферного воздуха производит в воздухе ионы, несущие заряд в 1 Кл электричества каждого знака (основная единица экспозиционной дозы в системе СИ).
К внесистемным единицам относятся рентген (Р) и Ампер (А). Рентген (Р) – доза (количество энергии) гамма излучения, при поглощении которой в 1 см³ сухого воздуха (при t возд.=0⁰С, Ро=760 мм.рт.ст.) образуется 2,083 миллиардов пар ионов, каждый из которых имеет заряд, равный заряду электрона. 1Р=2,58 х 10^–4 Кл/кг.
Ампер на килограмм (А/кг) - экспозиционная доза, при которой за время, равное одной секунде, сухому атмосферному воздуху передается экспозиционная доза в Кл/кг.
Поглощенная доза излучения Д - это физическая величина равная отношению средней энергии, переданной излучением веществу в некотором замкнутом объеме к массе вещества в этом объеме:
,(2.6.1.)
где E- энергия, m – масса вещества.
Единицей поглощенной дозы является Грей (Гр): 1 Гр=1Дж/кг.
Действие ионизирующих излучений на организм зависит не только от поглощенной дозы и времени воздействия, но и от линейной передачи энергии заряженных частиц в среде (от вида излучения).
Для учета влияния различных источников ионизация на человека введено понятие коэффициент качества К.
Коэффициент качества (К) – коэффициент для учета биологической эффективности разных видов ионизирующего излучения в определении эквивалентной дозы (см).
Средние значения коэффициента качества К для различных видов излучений:
рентгеновское γ -излучения - 1
электроны и позитроны, β-излучение - 1
протоны с энергией меньше 10 МэВ - 10
нейтроны с энергией меньше 20 КэВ - 3
нейтроны с энергией 0,1-10 МэВ - 10
α-излучение с энергией меньше 10 МэВ - 20

тяжелые ядра отдачи - 20
Для оценки радиационной опасности действия излучений введено понятие эквивалентная доза облучения Н, которая определяется как произведение поглощенной дозы на средний коэффициент качества излучения в данной точке ткани.

(2.6.2.)

В качестве единицы измерения эквивалентной дозы принят Зиверт (Зв): 1 Зв=1Дж/кг. Зиверт равен эквивалентной дозе излучения, при которой поглощенная доза равна 1Гр и коэффициент качества излучения равен единице. Применяется также единица Бэр (биологический эквивалент рентгена): 1 Бэр=1Р=0,01 Зв.
Уровень радиации – скорость накопления дозы, характеризует величину (мощность) дозы создаваемой в единицу времени (Р/ч; Р/с).
Эффективная доза (Е) – это величина, используемая как мера риска возникновения отдаленных последствий облучения всего тела человека и отдельных его органов с учетом разной чувствительности.
Она равна произведению эквивалентной дозы в органе (Нt,т) на соответствующий взвешивающий коэффициент для данного органа или ткани (Wт):

,(2.6.3.)
гдеН_t,т – эквивалентная доза ткани Т за время t,
Wт – взвешивающий коэффициент ткани Т, который принимается для:
гонад – 0,20;
красного костного мозга, легких, желудка – 0,12;
печени, грудной и щитовидной железы, мочевого пузыря – 0,05;
кожи, клеток и костных поверхностей – 0,05;
остальных органов и тканей – 0,05
Эффективная доза измеряется в Зв.

2.6.2. ИСТОЧНИКИ ЕСТЕСТВЕННОЙ И ИСКУССТВЕННОЙ(АНТРОПОГЕННОЙ) РАДИАЦИИ.

В течение всей своей жизни организм человека на Земле подвергается воздействию радиоактивного излучения. Это радиоактивное излучение, которому подвергается человек, условно можно разделить на две большие группы (рис. 2.6.2.):
а) естественное излучение или излучение природного фона;
б) антропогенное излучение, то есть радиоактивное излучение, связанное с жизнедеятельностью человечества.
Естественный фон создается космическим излучением, излучением естественно распределенных радионуклидов в поверхностных слоях Земли, приземной атмосфере, продуктах питания, воде и организме человека. С точки зрения воздействия на человека, радиоактивное излучение можно разделить на две категории: внешнее и внутреннее.
Внешнее облучение - облучение тела от находящихся вне его источников ионизирующего излучения. К внешним источникам (рис. 5.2.) относятся космическое (галактическое) излучение; солнечная радиация, излучения пород земной коры и воздуха. Организм человека облучается также строительными материалами, из которых сложены здания и сооружения.
Внутреннее облучение человека, обусловлено веществами (источниками ионизирующего излучения), которые попадают внутрь организма с воздухом, водой, продуктами питания. До 1982 года среднегодовая доза естественного облучения была равна 100 мБэр/год (рис. 2.6.2).
В 1982 году Научным комитетом ООН по действию атомной радиации рекомендована величина среднегодовой дозы естественного облучения, с учетом техногенного усиленного фона, в 200 мБэр/год. В зависимости от источников, величину эффективной предельной среднегодовой дозы можно распределить следующим образом (рис. 2.6.2).
На долю внеземного (космического) излучения приходится 30 + 1 мБэр/год, на долю земного излучения (внешнее + внутреннее) – 154 мБэр/год, а с другими, неучтенными источниками до – 173 мБэр/год. Если принять земное излучение за 100% (173 мБэр/год), то доля облучения в доме, с учетом ингаляции в доме, составила 71% (123 мБэр/год).
Такой большой процент облучения в доме указывает на то, что материалы для строительства домов и сооружений выбирались неправильно, а вернее без учета радиационной защиты. В помещении человек должен быть защищен от фонового облучения.
Эта защита оценивается коэффициентом (Кз) защиты (коэффициентом ослабления).

,(2.6.4.)
где Зу - облучение человека на открытой местности;
Зп - облучение человека в помещении
Например, в солнечный день, на улице человек за счет фонового облучения получил 60 мкР/час, а в помещении – 30 мкР/час, тогда будет равен: .
В данном случае помещение ослабляет внешнее облучение в два раза. Однако при современном строительстве это положение никак не подтверждается, если провести оценку по среднегодовым дозам облучения.
Получается, что в помещении (рис. 2.6.2.)облучение без учета ингаляции в 4,8, а с учетом ингаляции в 8,2 раза больше, чем на улице. По-видимому, такое положение способствует тому, что естественная фоновая годовая доза облучения в крупных городах в 1,5-2 раза больше, чем в сельской местности.
В результате антропогенной деятельности человека происходит радиоактивное загрязнение окружающей среды.
Основными источниками загрязнения являются урановая промышленность, ядерные реакторы, места переработки и захоронения радиоактивных отходов, использование радионуклидов в народном хозяйстве, ядерные взрывы, работы с исследованием и захоронения радиоактивных отходов, использование радионуклидов в народном хозяйстве, ядерные взрывы, работы с исследованием и освоением космоса и т.д.

Таблица 2.6.2.

Соотношение единиц измерения
Параметры ионизирующего излучения	Внесистемные единицы	Единицы СИ	Соотношение внесистемных единиц с единицами СИ
1. Радиоактивность, Кюри - к-во радиоактивного вещества, в котором происходит 37 млрд распадов атомов в секунду	Ки=3:7х1010р/с	Бк= 1 рас/с	1Ки=3,7х1010Бк
2. Доза облучения - энергия излучения, поглощенная единице объема или массы вещества за все время воздействия излучения	(Р) рентген	(Кл/кг) Кулон/кг	1Р=2,58х10-4Кл/кг 1Кл/кг=3876Р 1Р=8,8х10-3 Дж/кг (воздух) Дж/кг(биотк.) ( Д3Дж/кг(биоткань) (биоткань)
а) Экспозиционная доза, характеризует ионизационный Эффект рентгеновского и гамма- излучений в воздухе			1Р=2,58х10-4Кл/кг
б) Поглощенная доза облучения – кол-во энергии различных видов ионизирующих излучений, поглощенное единицей массы Данной среды	Рад (Дж/кг)	Гр (Грей)	1рад= 1х10-2Дж/кг = 0,01 Гр =1 Бэр =0,01 3в
в) Эквивалентная доза облучения – учитывает, что различные виды излучений создают различный биологический поражающий эффект при одной и той же дозе облучения	Бэр (биологический эквивалент рентгена)	Зв (Зиверт)	1 Бэр= IP = 0,01 Зв
3. Уровень радиации - характеризует величину (мощность) дозы создаваемой в единицу времени, т.е. скорость накопления дозы	Р/ч		1Р/с=2,58х10-4А/кг 1Р/ч = 7,167x10-8 А/кг 1А/кг =3876 Р/с

2.6.3. МЕХАНИЗМ БИОЛОГИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА.

Биологическое воздействие ионизирующего излучения проявляется в виде первичных физико-химических процессов, возникающих в молекулах живых клеток и окружающего их субстрата, и в виде нарушения функций целого организма как следствия первичных процессов.
В результате облучения в живой ткани, как и в любой среде, поглощается энергия, возникают возбуждение, ионизация атомов облучаемого вещества.
Поскольку у человека и млекопитающих основную часть массы тела составляет вода (75%), первичные процессы во многом определяются поглощением излучения водой клеток, ионизацией молекул воды с образованием высокоактивных в химическом отношении свободных радикалов типа ОН или Н и последующими цепными каталитическими реакциями (в основном окислением этими радикалами молекул белка).
Это и есть косвенное (непрямое) действие излучения через продукты радиолиза воды.
Прямое воздействие ионизирующего излучения может вызвать расщепление молекул белка, разрыв наименее прочных связей, отрыв радикалов и другие процессы.
Прямая ионизация и непосредственная передача энергии тканям тела не объясняют повреждающего действия излучения. Так, при абсолютно смертельной дозе, равной 6 Гр на все тело, в 1 см³ ткани образуются 10¹⁵ ионов, что составляет одну ионизационную молекулу воды из 10 млн. молекул.
В дальнейшем под действием первичных процессов в клетках возникают функциональные изменения, подчиняющиеся уже биологическим законам жизни клеток. Наиболее важные изменения в клетках: повреждение механизма митоза (деления) и хромосомного аппарата облученной клетки; блокирование процессов обновления и дифференцировки клеток; блокирование процессов пролиферации и последующей физиологической регенерации тканей.
Особо радиочувствительными являются клетки постоянно обновляющихся (дифференцирующихся) тканей и органов (костный мозг, половые железы, селезенка и т.д.) Изменение на клеточном уровне, гибель клеток приводят к нарушениям функций отдельных органов и межорганных, взаимосвязанных процессов в организме, а это вызывает разного рода последствия для организма или его гибель.
Медицинская практика показывает, что облучение организма человека в целом и отдельных органов приводит к разной степени поражения. Поэтому для обеспечения безопасности людей вводится понятие критический орган - часть тела, ткань, орган, при облучении которого причиняется наибольший ущерб человеку.
В порядке уменьшения радиочувствительности органы относят к I, II или III группам:
I – все тело, красный костный мозг, гонады;
II – мышцы, щитовидная железа, жировая ткань, печень, почки, селезенка;
III – кожный покров, костная ткань, кисти, предплечья, голени, стопы.
Все последствия, которые обусловливаются облучением организма, классифицируются по следующим группам:
соматические эффекты – степень поражения и тяжесть растет по мере увеличения дозы облучения;
-стохастические эффекты – эффекты вероятности возникновения опухолей органов, тканей, злокачественных изменений кроветворных клеток (порог по этим эффектам отсутствует);
генетические эффекты – врожденные уродства в результате мутаций и других нарушений, связанных с наследственностью (порога облучения не имеют и возможны при воздействии малых доз).
Для возникновения соматических эффектов существует дозовый порог.

Рис. 2.6.2. Радиоактивное загрязнение окружающей среды

При облучении человека незначительными дозами радиации изменений в здоровье не наблюдается. Так на Земле естественный радиационный фон на уровне моря составляет 0,5 мГр/год. На высоте 1 500 м он уже в 2 раза выше, на высоте 6 000 м (полет самолета) в 5 раз выше.
При однократном облучении всего тела человека возможны следующие биологические нарушения в зависимости от суммарной поглощенной дозы излучения:
до 0,25 Гр (25 Бэр) – видимых нарушений нет;
0,25 – 0,50 Гр (25-50 Бэр) – возможны изменения в крови;
0,50-1,00 Гр (50-100 Бэр) – изменения в крови, нарушается нормальное состояние, трудоспособность;
1,00-2,00 Гр (100-200 Бэр) -легкая форма лучевой болезни, скрытый период до 1 месяца, слабость, головная боль, тошнота, восстановление крови через 4 месяца;
2,00-3,00 Гр (200-300 Бэр)-средняя форма лучевой болезни, через 2-3 часа признаки легкой формы лучевой болезни, расстройство желудка, депрессия, нарушения сна, повышение температуры, кровотечение из десен, колики, кровоизлияние, восстановление через 6 месяцев. Возможен смертельный случай;
3,00-5,00 (300-500 Бэр)- тяжелая форма лучевой болезни, через час неукротимая рвота, все признаки лучевой болезни проявляются резко: озноб, отказ от пищи. Смерть в течение месяца составляет 50-60% от облученных.
более 5,00 Гр (более 500 Бэр)- крайне тяжелая форма лучевой болезни, через 15 мин. неукротимая рвота с кровью, потеря сознания, понос, непроходимость кишечника. Смерть наступает в течении 10 суток (100 % от общего числа пострадавших).
При облучении в 100-1 000 раз превышающую смертельную, человек погибнет во время облучения: «смерть под лучом».