Виды ионизирующих излучений, их физическая природа и особенности распространения

Виды ионизирующих излучений, их физическая природа и особенности распространения.

Ионизирующимим называются излучения, взаимодействие которых со средой приводит к образованию электрических зарядов разных знаков (ионов).

Источники ИИ: дефектоскопы, установки рентгеноструктурного анализа, высоковольтные электровакуумные приборы (тепловизоры), радиоактивные вещества.

Виды излучения

К ионизирующим излучениям относятся корпускулярные (имеющие массу) и электромагнитные.

Корпускулярные: a,b и нейтроны.

Электромагнитные: g и рентгеновское излучение.

Вызывают ионизацию среды  как те, так и другие.

a-излучение – это поток ядер гелия, испускаемых веществом при радиоактивном распаде или ядерных реакциях. У него высокая ионизирующая и малая проникающая способность. Пробег a-частиц 8–9 мм в воздухе и несколько микрон в живой ткани.

b-излучение — поток электронов или позитронов возникающих при ядерном распаде. Ионизирующая способность меньше чем a, проникающая – больше, так как масса значительно меньше при одинаковой энергии. В воздухе пробег 1.8 м, в живой ткани 2.5 см.

Нейтроны преобразуют свою энергию во взаимодействие с частицами вещества и способствуют возникновению вторичного g-излучения. Проникающая способность зависит от вида атомов, с которыми они взаимодействуют.

g-излучение – это электромагнитное фотонное излучение, которое обладает колоссальной проникающей способностью и малой ионизирующей способностью. Скорость распространения = скорости света.

Рентгеновское излучение состоит из тормозного и характеристического. Тормозное испускается при изменении кинетической энергии заряженных частиц, характеристическое – при изменении состояния электрона в атоме ( переходе с орбиты на орбиту). Природа рентгеновсого излучения та же , что и у g-излучения.

Биологическое действие.

В результате облучения живой  ткани в ней возникает ионизация  молекул и распадение на ионы. Ионизация  сопровождается возбуждением молекул, как следствие разрыва молекулярных связей и изменением химической структуры  соединений. Так как в основном тело – это вода. Вода распадается на свободные радикалы (радиолиз воды: Н₂О ®Н⁰+ОН^-). Они активны и приводят к каталитическим реакциям связанных с окислением белка и гибелью клеток. Происходит торможение функции кроветворных органов, сосуды становятся хрупкими, расстройство желудочно-кишечного тракта и ослабление иммунной системы организма.

Биологическое воздействие радиации на человека. Фоновое облучение человека.

Человек постоянно подвергается облучению естественным фоном, состоящим  из космического излучения и излучения естественно распределённых природных, радиоактивных веществ (пища, вода, почва).

Естественный фон определяется в единицах мощности экспозиционной дозы.

На территории Беларуси –  от 4 до 20 мкР/час.

Флюорография: 0.5 – 0.2 Рентгена.

Рентгеноскопия грудной  клетки: 2 Рентгена.

Рентгеноскопия зуба: до 5 Рентген.

Дозовые пределы.

При однократном облучении  дозой 25 – 50 Бэр у человека возникают  незначительные скоро проходящие изменения  в крови.

80 - 120 Бер: начальные признаки лучевой болезни (без летального исхода).

270 – 300 Бэр: острая лучевая  болезнь (смертельный исход 50%).

550 – 700 Бэр: смертельный  исход 100%.

Свыше 700 – смерть под  лучом на месте.

Стадии лучевой  болезни.

Первичная реакция – через  несколько часов после облучения: головокружение, тошнота, вялость, повышенный лейкоцитоз, повышенная температура (38^о), но иногда вместо вялости – эйфория.

Вторая стадия – стадия видимого благополучия, скрытый период (от нескольких дней до 2 недель).

Третья стадия – разгар болезни: рвота, температура 40^о – 41^о, кровотечение из носа и внутренних органов, нулевой лейкоцитоз.

Четвертая стадия – летальный  исход (12-18 дней), либо выздоровление (25 – 30 дней).

Единицы измерения радиоактивности, характеризующие степень воздействия ионизирующих излучений.

Параметры ионизирующих излучений.

1.  Экспозиционная доза

  dQ– число ионов одного знака образующихся в воздухе под воздействием излучения

dm – масса воздуха в этом элементарном объёме

2.  Мощность экспозиционной дозы

dt — время облучения

3.  Активность радиоактивного вещества

4.  Поглощенная доза

  dE – количество энергии, переданной веществу в некотором элементарном объёме.

5.  Мощность поглощенной дозы

6.  Эквивалентная доза

 Q – коэффициент качества, учитывающий  вид излучения.

Понятие эквивалентной дозы введено в связи с тем, что  разные виды излучения при одинаковой поглощенной дозе вызывают различные  биологические эффекты.

Q находится по таблицам  Норм Радиационной Безопасности.            

Нормирование ионизирующих излучений, защита персонала.

В основу нормирования положены следующие принципы:

-      непревышение дозового предела;

-      исключения необоснованного облучения людей.

Дозовые пределы.

При однократном облучении  дозой 25 – 50 Бэр у человека возникают  незначительные скоро проходящие изменения  в крови.

80 - 120 Бер: начальные признаки лучевой болезни (без летального исхода).

270 – 300 Бэр: острая лучевая  болезнь (смертельный исход 50%).

550 – 700 Бэр: смертельный  исход 100%.

Свыше 700 – смерть под  лучом на месте.

Основными нормативными документами, регламентирующими допустимые уровни облучения являются:

-      нормы радиационной безопасности (НРБ – 87);

-      основные санитарные правила работы с радиоактивными веществами и другими источниками ионизирующих излучений,ОСП –72-87.

Согласно НРБ и ОСП  облучаемые лица делятся на три категории:

A.  – лица , которые постоянно или временно работают непосредственно с источниками излучения;

Б.  – ограниченная  часть населения, которая непосредственно не работает с источниками излучения, но по условиям проживания или размещения могут подвергаться облучению.

В.  – остальное  население в области, крае, республике.

Установлено три группы органов, облучения которых приносит наибольший вред здоровью в порядке убывания чувствительности:

I.    Всё тело, гонады, красный костный мозг;

II.  Щитовидная железа, печень, почки, селезёнка, желудочно-кишечный тракт, лёгкие, хрусталик глаза, жировая ткань, мышцы;

III.                Кожный покров, костная ткань, кисти, предплечья.

В зависимости от группы органов для персонала категории  «А» – ПДД, для категории «Б» - ПД (предел дозы), для «В» – естественный фон.

ПДД характеризует наибольшее значение индивидуальной эквивалентной  дозы за год, которая при равномерном  воздействии в течение 50 лет не вызовет в состоянии здоровья персонала неблагоприятных изменений, обнаруживаемых современными методами.

ПД устанавливается меньше ПДД – для предотвращения необоснованного  облучения лиц категории «Б».

Защита от ионизирующих излучений.

К основным мерам защиты относятся:

1.  Использование источников с минимальным выходом излучения (защита количеством).

2.  Ограничение времени работы (защита временем).

3.  Удаление рабочих мест от источников (защита расстоянием).

4.  Экранирование источников или рабочих мест.

Различают защиту:

-      От внешнего облучения, возникающего при работе с закрытыми источниками;

-      От внутреннего облучения, возникающего при работе с открытыми источниками.

При расчёте защитного  экрана определяют характеристики источника  и предельно допустимые уровни излучения. Проектирование защиты выполнятся с  учётом назначения помещения, категории  облучаемых лиц, длительности облучения. При этом определяется кратность ослабления облучения:

Р_о – замеренная на рабочем месте мощность дозы;

Р_х – предельно допустимая мощность дозы.

Толщина экрана рассчитывается в зависимости от энергии излучения  и кратности ослабления с учётом плотности материала.

В зависимости от материала  и конструкции защита бывает:

-      Водяной

-      Сухой

-      Смешанной.

Организация работ с источниками  ионизирующих излучений (открытыми, закрытыми). Дозиметрический контроль.

Работа с закрытыми  источниками.

Установки с закрытыми  источниками помещаются в отдельных  помещениях. При этом входная дверь  блокируется с механизмом включения  установок. Пульт управления в смежном  помещении. Помещение оборудуется  сигнализацией о превышении мощности излучения.

Работа с открытыми  источниками.

Используется зонирование  и шлюзование. Помещения имеют  знаки радиационной опасности.

В первой зоне размещаются  боксы с источниками излучения, где возможны выходы во внешнюю среду.

Вторая зона: периодически находятся люди;

Третья зона: операторные  пульты, где постоянно находятся  люди.

Переходы из зоны в зону снабжены шлюзами, в которых осуществляется дозиметрический контроль, переодевание и дезактивация персонала.

При работе с открытыми  источниками используются роботы, дистанционное  управление, координатные манипуляторы, системы телеметрии и телевидения.

Индивидуальные  средства защиты.

Выбор средств защиты зависит  от:

-      Характера радиационной обстановки;

-      Объёма работ с веществами.

При работах 2 и 3 класса персонал использует:

-      Халаты

-      Шапочки

-      Резиновые перчатки

-      Респираторы

При работах 1 класса:

-      Комбинезоны

-      Сменное бельё

-      Противогазы

-      Респираторы

-      И т. д.

При аварийных работах 1 и 2 класса используют:

-      Пневмокостюмы

-      Скафандры

-      Изолирующие дыхательные аппараты

-      Пластиковые бахилы и перчатки

-      Комбинезоны

Радиометрический  контроль.

Принцип действия всех измерительных  приборов заключается в измерении  эффектов возникающих в процессе взаимодействия излучения с веществом.

Применяются следующие методы регистрации:

1.  Ионизационный (счётчик Гейгера)

2.  Сцинциляционный (самый точный) – измеряется интенсивность световых вспышек при прохождении через них излучения.

3.  Фотографический (степень почернения фотопластинки)

4.  Химический (измерение химических изменений в веществе)

5.  Калориметрический (количество тепла, выделенного в поглощающем веществе)

По назначению приборы  делятся на:

-      Рентгенметры – измерение мощности экспозиционной дозы (ДРГ)

-      Радиометры – измерение плотности потока; приборы класса РУП

-      Индивидуальные дозиметры – измеряют поглощенную дозу.

Влияние инфракрасного излучения на организм человека. Нормирование и меры по снижению его вредного воздействия.

Инфракрасное  излучение

Представляют собой электромагнитное излучение с длинами волн:   

 Область А      760-1500 нм           

 В      1500-3000 нм           

 С     более 3000 нм

Источники: открытое пламя, расплавленный и нагретый металл, стекло, нагретые поверхности оборудования, источники искусственного освещения  и др.

Биологическое действие ИК излучения

ИК излучение играет важную роль в теплообмене. Эффект теплового  воздействия на организм зависит: от плотности потока, длительности облучения, зоны воздействия, длины волны, которая  определяет глубину проникновения  излучения в тело человека. Справедлив постулат для оптического диапазона - чем меньше длина волны, тем больше проникающая способность.