Радиационная и химическая защита Раздел 1 Радиационная защита

Радиационная и химическая защита Раздел 1. Радиационная защита Специальность 280103. 65 Защита в чрезвычайных ситуациях

РАДИАЦИОННАЯ ЗАЩИТА, комплекс организационных, инженернотехнических и специальных мероприятий по предупреждению и ослаблению воздействия ионизирующих излучений на жизнь и здоровье людей, состояние сельскохозяйственных животных, растений, окружающей природной среды. Она включает: дозиметрический контроль, оповещение, укрытие, использование профилактических лекарственных средств, регулирование доступа в зону радиационной опасности, использование средств индивидуальной защиты, специальную обработку техники, местности и сооружений, санитарную обработку людей, лечебно-эвакуационные мероприятия, эвакуацию и переселение населения, эвакуацию персонала, санитарно-гигиенический контроль за питанием, водоснабжением, размещением населения и др.

Тема 1: Источники радиационной опасности

1 -ый учебный вопрос Ионизирующее излучение как основной фактор радиационного воздействия

Радиоактивность Нуклиды, имеющие избыток энергии покоя, реализуют её путем распада, испуская альфа-, бета-частицы, гамма-кванты и другие частицы, или разделяются на два более легких ядра (осколка). Свойство ядер спонтанно испускать какие-либо частицы называют радиоактивностью, а сами ядра, испытывающие такой распад, — радиоактивными. Распадающийся нуклид обычно называют материнским ядром, а образовавшийся новый нуклид — дочерним. При этом дочерний нуклид может быть как стабильным, так и радиоактивным. Возникающие при распаде потоки элементарных частиц являются ионизирующим излучением.

Каждый радионуклид характеризуется своей средней скоростью распада или средним временем жизни. Скорость распада описывается соотношением: Где N — количество радиоактивных ядер λ — константа распада (вероятность распада); Активность, мера радиоактивности какого-либо количества радионуклидов, находящегося в данном энергетическом состоянии в данный момент времени: A = λ N, где A — радиоактивность, распад/сек. В системе СИ за единицу активности принят 1 Бк (беккерель). 1 Бк = 1 распад/с. Внесистемная единица активности — Ки (кюри). 1 Ки = 3, 7 × 1010 Бк. Удельная активность ИИИ: объёмная АV (Бк/м 3), поверхностная АS (Бк/м 2) , массовая Аm (Бк/кг).

Закон радиоактивного распада Nt = N 0 e –λ t где N 0 — начальное количество ядер на момент времени t = 0; Nt — количество оставшихся (нераспавшихся) ядер на момент времени t. Для оценки относительной стабильности различных радионуклидов удобно пользоваться не константой распада λ , а периодом полураспада Т 1/2 Nt = N 0 e - 0, 693 t / T 1/2

ИОНИЗИРУЮЩЕЕ ИЗЛУЧЕНИЕ, квантовое (эпектро-магнитное) или корпускулярное (состоящее из элементарных частиц) излучение, под воздействием которого в среде из нейтральных атомов и молекул образуются положительно или отрицательно заряженные частицы - ионы. Корпускулярное ИИ: альфа-излучение, бета-излучение, нейтронное излучение и др. частиц. Квантовое ИИ: рентгеновское и гамма-излучение.

Альфа-излучение поток альфа-частиц, представляющих собой ядра атомов гелия mα = 4, 00273 а. е. м. = 6, 644*10 -24 г. (в 7 тыс. раз больше массы электрона) – масса α-частицы; Eα ~ 1, 83 ÷ 11, 65 Мэ. В – кинетическая энергия; Vнач. ≈ 2*107 м/с – скорость α-частиц при вылете из ядра При прохождении α-излучения через вещество происходят процессы: -ионизации и возбуждения атомов среды; -упругое и неупругое рассеяние α-частиц на ядрах; -ядерные реакции. Пробеги альфа-частиц Rα в различных веществах Энергия альфа-частицы Еα, Мэ. В Пробег в воздухе, см Пробег в алюминии, мкм Пробег в биологической ткани, мкм 4, 0 6, 0 8, 0 10, 0 2, 5 4, 6 7, 4 10, 6 16 30 48 69 31 56 91 130 Полное число пар ионов N, *105, (создаваемых по всей длине) 1, 1 1, 7 2, 3 2, 9

Бета-излучение представляет собой поток быстрых отрицательно заряженных электронов или положительно заряженных позитронов, поэтому оно относится к непосредственно ионизирующему излучению. Быстрые электроны, пролетая в веществе, вступают в электромагнитное взаимодействие с электронами и ядрами атомов, за счет чего происходят следующие процессы: - упругое и неупругое рассеяние e- на электронах электронной оболочки атома; - радиационное торможение в электростатическом поле ядра; - упругое рассеяние e- на ядрах атомов. Максимальные пробеги Rβ, max электронов в различных веществах Энергия Rβ, max, см Еβ, max, (в воздухе) (в воде) (в био. ткани) Мэ. В 0. 05 4. 1 4, 7*10 -3 0. 5 1. 6*102 1, 9*10 -1 ~0, 01 5. 0 2. 0*103 2, 6 2, 4 50. 0 1. 7*104 19 500. 0 6. 3*104 78 Rβ, max, см (в алюминии) Rβ, max, см (в свинце) 2*10 -3 5, 6*10 -2 9, 5*10 -1 4, 3 8, 6 5*10 -4 2, 0*10 -2 3*10 -1 1, 3 2, 5

Нейтронное излучение состоит из свободных нейтронов, возникающих в результате ядерных реакций. Классификация нейтронов по энергетическим группам Название группы нейтронов Сверхбыстрые (релятивистские) Очень быстрые (высокоэнергетические) Быстрые Резонансные Надтепловые Тепловые Холодные Ультрахолодные Интервал энергии, Мэ. В En>50 Скорость нейтрона, м/с 101, 4*107 0, 1

Гамма-излучение коротковолновое электромагнитное излучение высокой энергии ядерного происхождения. Фотоны с энергией Eγ>10 кэ. В называются γ-квантами. При взаимодействии с веществом γ-кванты либо исчезают - поглощаются, либо с меньшей энергией рассеиваются на большие углы. Ослабление γ-излучения с энергией γ-квантов до~10 Мэ. В происходит за счет процессов: фотоэффекта, комптон-эффекта и образования электрон-позитронных пар. Гамма-кванты высокой энергии (Eγ>10 Мэ. В) могут вызывать фотоядерные реакции. Гамма-излучение ослабляется веществом в меньшей степени, чем α- и βизлучения. Оно обладает меньшей ионизирующей способностью. Ионизацию и возбуждение атомов среды производят не сами γ-кванты непосредственно, а образовавшиеся (вторичные) заряженные частицы: фотоэлектроны, комптоновские электроны, оже-электроны, электроны и позитроны пар.

МАЛЫЕ ДОЗЫ D < 0. 25 Гр БОЛЬШИЕ ДОЗЫ D > 0. 25 Гр СОМАТИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ ОТДЕЛЬНЫХ ОРГАНОВ D = 0. 25… 1 Гр 0. 25… 1 СОКРАЩЕНИЕ ЖИЗНИ ОНКОЛОГИЧЕСКИЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ ЛУЧЕВАЯ БОЛЕЗНЬ ХРОНИЧЕСКАЯ D = 1… 5 м. Гр/сут ГЕНЕТИЧЕСКИЕ МУТАЦИИ D = 0. 7… 1 Гр ОСТРАЯ ОБЛУЧЕНИЕ РАВНОМЕРНОЕ D>1 Гр ХРОМОСОМНЫЕ АБЕРРАЦИИ ЛУЧЕВЫЕ ПОРАЖЕНИЯ ОБЛУЧЕНИЕ НЕРАВНОМЕРНОЕ

• ранние соматические эффекты - острая и хроническая лучевые болезни, местные радиационные повреждения. • поздние, являющиеся последствиями облучения — опухоли, поражения различных органов и тканей (преимущественно кожи), проявляющиеся через несколько месяцев и лет.

Поражения при однократной большой дозе – острая лучевая болезнь Поражения при пролонгированном облучении – хроническая лучевая болезнь

Внешнее гамма-излучение в однократной дозе 0, 25 Гр (25 рад) не вызывает заметных отклонений в состоянии здоровья облученного; доза от 0, 25 Гр до 0, 5 Гр (25— 50 рад) может вызывать незначительные временные отклонения в составе периферической крови; доза от 0, 5 до 1 Гр (50— 100 рад) вызывает симптомы вегетативной дисрегуляции и нерезко выраженное снижение числа тромбоцитов и лейкоцитов • Пороговой дозой внешнего равномерного облучения для проявления острой лучевой болезни (ОЛБ) является 1 Гр (100 рад).

Клинические формы острой лучевой болезни (ОЛБ) в зависимости от величины поглощенной дозы Доза, Гр (Зв) Клиническая форма Степень тяжести Прогноз Благоприятный Относительно благоприятный Сомнительный Неблагоприятный Абсолютно неблагопрятный 1 -2 2 -4 Костномозговая I (легкая) II (средняя) 4 -6 6 -10 10 -20 Костномозговая Кишечная III (тяжелая) IV (крайне тяжелая) IV 20 -80 Сосудистотоксемическая Церебральная IV >80 IV

Клинические проявления первичной реакции в зависимости от величины поглощенной дозы Основной признак Степени тяжести и доза (Гр) рвота (время появления, кратность) Легкая, 1 – 2 Нет или позже 3 часов, однократно Средняя, 2 – 4 Через 30 мин - 3 часа, 2 раза и более Тяжелая, 4 – 6 Крайне тяжелая, более 6 Через 30 мин — 2 часа Через 20 -30 мин Некоторые наиболее информативные косвенные признаки головная боль, сознание гиперемия (покраснение) кожи, инъекция склер Кратковременная Легкая Ясное Постоянная Отчетливая Ясное Постоянная временами сильная, Выраженная ясное Упорная сильная спутанное Резкая

НЕКОТОРЫЕ ВОЗМОЖНЫЕ ПРИЗНАКИ РАДИАЦИИ, ОЩУЩАЕМЫЕ ОРГАНОЛЕПТИЧЕСКИ МОЩНОСТЬ ДОЗЫ 20 м. Зв/час в помещении или 250 м. Зв/час на воздухе 500 -1000 м. Зв/час ПРИЗНАКИ, ОЩУЩАЕМЫЕ ОРГАНОЛЕПТИЧЕСКИ Запах озона, учащение пульса, металлический привкус во рту, эйфория, раздражение носоглотки и глаз Рябь в глазах, чувство уплотнения воздуха

Радиационные физические величины подразделены на следующие четыре группы: - величины, характеризующие радиоактивные образцы и источники ионизирующих излучений; - величины, характеризующие собственно ионизирующие излучения и их поля; - величины, характеризующие взаимодействие ионизирующих излучений с веществом; - величины, служащие для характеристики воздействия излучений на различные объекты. В литературе эту группу величин принято называть дозиметрическими.

• Плотность потока частиц (φ) – это количество излученных частиц с единицы площади за единицу времени. Измеряется только внесистемно в условной величине – частицы/см 2 · мин.

Экспозиционная доза (X) - мера ионизационного действия рентгеновского или гамма-излучений, определяемая по ионизации воздуха. Экспозиционная доза фотонного излучения Х количественно определяется как отношение суммарного заряда d. Q всех ионов одного знака, созданных в воздухе, когда все электроны и позитроны, освобожденные фотонами в элементарном объеме воздуха с массой dm, полностью остановились в воздухе, к массе воздуха в указанном объёме: Х = d. Q / dm В системе СИ единицей экспозиционной дозы является «один кулон на килограмм» (Кл/кг). Внесистемной единицей является «рентген» (Р). 1 Р = 2, 58· 10 -4 Кл/кг. 1 Кл/кг = 3, 8· 103 Р.

Мощность экспозиционной дозы (Х) - приращение экспозиционной дозы в единицу времени. Её единица в системе СИ – «ампер на килограмм» (А/кг). В большинстве случаев на практике пользуются внесистемной единицей – «рентген в час» (Р/ч). Для точечного источника ИИ справедливо выражение: где Г – постоянная мощности экспозиционной дозы данного радионуклидного источника

Поглощенная доза (Dпогл) - это отношение средней энергии dw, переданной ионизирующим излучением веществу в элементарном объеме, к массе dm в этом объеме: D = dw / dm. В системе СИ D погл измеряется в греях (Гр) 1 Гр = 1 Дж/кг Внесистемная единица измерения поглощенной дозы - рад (radiation absorbed dose - поглощенная доза излучения). 1 Гр = 100 рад На практике рад приравнивают к внесистемной единице измерения экспозиционной дозы – рентгену (1 рентген = 0, 877 рад).

Мощность поглощенной дозы (Dпогл) – определяется как отношение приращения поглощенной дозы d. D за интервал времени dt к этому интервалу времени (d. D / dt) Единицы измерения в системе СИ – «грей в час» (Гр/час) Внесистемная - «рад в час» (рад/час).

Основной величиной, определяющей уровень радиационной опасности при хроническом облучении человека в малых дозах, является эквивалентная доза. Эквивалентная доза НT, R – поглощенная доза DT, R в органе или ткани Т, умноженная на соответствующий взвешивающий коэффициент WR для данного вида излучения R: НT, R = WR. DТ, R Единица эквивалентной дозы в СИ – зиверт (Зв). 1 Зв = 1 Дж/кг. В качестве биологической ткани стандартного состава понимают состав: кислород – 76, 2%, углерод – 11, 1%, водород – 10, 1% и азот – 2, 6%. Внесистемная единица эквивалентной дозы – бэр. 1 Зв=100 бэр. Эквивалентную дозу можно применять лишь для условий облучения всего тела в малых дозах – до 25 с. Зв в течение года.

Значения взвешивающего коэффициента WR для различных видов излучения РЕНТГЕНОВСКОЕ 1 ГАММА, ЕΓ = 4 МЭВ 1 БЕТА, ЕΒ MAX = 18, 6 КЭВ 1 БЫСТРЫЕ НЕЙТРОНЫ 10 НЕЙТРОНЫ ДЕЛЕНИЯ 20 ТЕПЛОВЫЕ НЕЙТРОНЫ 5 АЛЬФА-ЧАСТИЦЫ 20

Для оценки и сравнения между собой возможного ущерба здоровью человека от облучения разных органов используется эффективная эквивалентная доза. Эффективная эквивалентная доза E определяется соотношением где HτT – эквивалентная доза в ткани Т за время τ, WT – взвешивающий коэффициент для ткани Т.

Взвешивающие коэффициенты WT для тканей и органов при расчете эффективной дозы Взвешивающий Ткань или орган коэффициент Wт Половые органы (гонады) 0, 20 Красный костный мозг 0, 12 Толстый кишечник 0, 12 Легкие 0, 12 Желудок 0, 12 Мочевой пузырь 0, 05 Грудная молочная железа 0, 05 Ткань или орган Взвешивающий коэффициент Wт Печень 0, 05 Пищевод 0, 05 Щитовидная железа Кожа Клетки костных поверхностей Остальные органы (ткани) 0, 05 0, 01 0, 05

Основные дозовые пределы (НРБ-99/2009) Нормируемые величины Дозовые пределы лица из персонала (группа А) лица из населения 20 м. Зв в год в среднем за любые последовательные 5 лет, но не более 50 м. Зв в год 1 м. Зв в год в среднем за любые последовательные 5 лет, но не более 5 м. Зв в год Эквивалентная доза за год в хрусталике, 150 м. Зв 15 м. Зв коже, 500 м. Зв 50 м. Зв кистях и стопах 500 м. Зв 50 м. Зв Эффективная доза Примечание. Для персонала группа Б дозовые нагрузки в 4 раза ниже, чем, для группы А

Планируемые 100 м. Зв (10 бэр), допускается с повышения разрешения территориальных органов облучения в дозе госсанэпиднадзора. — эффективная 200 м. Зв (20 бэр), допускается только с разрешения Ростехатомнадзора РФ доза в год

2 -ый учебный вопрос Источники радиационной опасности

Естественный радиационный фон образуют космические лучи и радиоактивные элементы, содержащиеся в горных породах, атмосфере, воде, пище, растениях и живых организмах.

Среднегодовая доза облучения, получаемая жителем промышленного развитого государства составляет в норме 0, 003 Гр. Доза облучения при рентгенограмме зубов составляет 0, 005 Гр.

Наибольшей опасности радиоактивного облучения человек подвергается при: • при ядерных взрывах; • техногенных авариях на радиационноопасных объектах; • при контакте с радиоактивными материалами; • при облучении техногенными потоками ионизирующих излучений