Общие представления об операторской деятельности

Наиболее поражаемые у человека органы — кожный покров и органы зрения; при остром повреждении кожи возможны ожоги, резкое расширение артериокапилляров, усиление пигментации кожи; при хронических облучениях изменение пигментации может быть стойким, например эритемоподобный (красный) цвет лица у рабочих — стеклодувов, сталеваров. К острым нарушениям органа зрения относится ожог конъюнктивы, помутнение и ожог роговицы, ожог тканей передней камеры глаза. При остром интенсивном ИК-излучении (100 Вт/см² для λ = 780... 1800 нм) и длительном облучении (0,08...0,4 Вт/см²) возможно образование катаракты. Коротковолновая часть ИК-излучения может фокусироваться на сетчатке, вызывая ее повреждение. ИК-излучение воздействует, в частности, на обменные процессы в миокарде, водно-электролитный баланс в организме, на состояние верхних дыхательных путей (развитие хронического ларингита, ринита, синуситов), не исключается мутагенный эффект ИК-облучения.

Нормирование. Нормирование ИК-излучения осуществляется по интенсивности допустимых интегральных потоков излучения с учетом спектрального состава, размера облучаемой площади, защитных свойств спецодежды для продолжительности действия более 50 % смены в соответствии с ГОСТ 12.1.005—88 и Санитарными правилами и нормами Сан-ПиН 2.2.4.548—96 «Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений».

4.10. Ионизирующее излучение

Ионизирующим излучением называется излучение, взаимодействие которого с веществом приводит к образованию в этом веществе ионов разного знака. Ионизирующее излучение состоит из заряженных и незаряженных частиц, к которым относятся также фотоны. Энергию частиц ионизирующего излучения измеряют во внесистемных единицах— электрон-вольтах, эВ. 1эВ = 1,6 10^-19 Дж.

Различают корпускулярное и фотонное ионизирующее излучение.

Корпускулярное  ионизирующее излучение — поток элементарных частиц с массой покоя, отличной от нуля, образующихся при радиоактивном распаде, ядерных превращениях, либо генерируемых на ускорителях. К нему относятся: α- и β-частицы, нейтроны (n), протоны (р) и др.

α-излучение — это поток частиц, являющихся ядрами атома гелия и обладающих двумя единицами заряда. Энергия α-частиц, испускаемых различными радионуклидами, лежит в пределах 2-8 МэВ. При этом все ядра данного радионуклида испускают α-частицы, обладающие одной и той же энергией.

β-излучение — это поток электронов или позитронов. При распаде ядер β-активного радионуклида, в отличие от α-распада, различные ядра данного радионуклида испускают β-частицы различной энергии, поэтому энергетический спектр β-частиц непрерывен. Средняя энергия β-спектра составляет примерно 0,3 Е_тах. Максимальная энергия β-частиц у известных в настоящее время радионуклидов может достигать 3,0-3,5 МэВ.

Нейтроны (нейтронное излучение) — нейтральные элементарные частицы. Поскольку нейтроны не имеют электрического заряда, при прохождении через вещество они взаимодействуют только с ядрами атомов. В результате этих процессов образуются либо заряженные частицы (ядра отдачи, протоны, нейтроны), либо g-излучение, вызывающие ионизацию. По характеру взаимодействия со средой, зависящему от уровня энергии нейтронов, они условно разделены на 4 группы:

1) тепловые нейтроны 0,0-0,5 кэВ;

2) промежуточные нейтроны 0,5-200 кэВ;

3) быстрые нейтроны 200 Кэв — 20 Мэв;

4) релятивистские нейтроны  свыше 20 МэВ.

Фотонное излучение — поток электромагнитных колебаний, которые распространяются в вакууме с постоянной скоростью 300000 км/с. К нему относятся g-излучение, характеристическое, тормозное и рентгеновское 
излучение.

Обладая одной и той  же природой, эти виды электромагнитных излучений различаются условиями образования, а также свойствами: длиной волны и энергией.

Так, g-излучение испускается при ядерных превращениях или при аннигиляции частиц.

Характеристическое излучение  — фотонное излучение с дискретным спектром, испускаемое при изменении энергетического состояния атома, обусловленного перестройкой внутренних электронных оболочек.

Тормозное излучение  — связано с изменением кинетической энергии заряженных частиц, имеет непрерывный спектр и возникает в среде, окружающей источник β-излучения, в рентгеновских трубках, в ускорителях электронов и т. п.

Рентгеновское излучение  — совокупность тормозного и характеристического излучений, диапазон энергии фотонов которых составляет 1 кэВ – 1 МэВ.

Излучения характеризуются  по их ионизирующей и проникающей способности. 

Ионизирующая  способность излучения определяется удельной ионизацией, т. е. числом пар ионов, создаваемых частицей в единице объема массы среды или на единице длины пути. Излучения различных видов обладают различной ионизирующей способностью.

Проникающая способность излучений определяется величиной пробега. Пробегом называется путь, пройденный частицей в веществе до ее полной остановки, обусловленной тем или иным видом взаимодействия.

α-частицы обладают наибольшей ионизирующей способностью и наименьшей проникающей способностью. Их удельная ионизация изменяется от 25 до 60 тыс. пар ионов на 1 см пути в воздухе. Длина пробега этих частиц в воздухе составляет несколько сантиметров, а в мягкой биологической ткани — несколько десятков микрон.

β-излучение имеет существенно меньшую ионизирующую способность и большую проникающую способность. Средняя величина удельной ионизации в воздухе составляет около 100 пар ионов на 1 см пути, а максимальный пробег достигает нескольких метров при больших энергиях.

Наименьшей ионизирующей способностью и наибольшей проникающей способностью обладают фотонные излучения. Во всех процессах взаимодействия электромагнитного излучения со средой часть энергии преобразуется в кинетическую энергию вторичных электронов, которые, проходя через вещество, производят ионизацию. Прохождение фотонного излучения через вещество вообще не может быть охарактеризовано понятием пробега. Ослабление потока электромагнитного излучения в веществе подчиняется экспоненциальному закону и характеризуется коэффициентом ослабления р., который зависит от энергии излучения и свойств вещества. Но какой бы ни была толщина слоя вещества, нельзя полностью поглотить поток фотонного излучения, а можно только ослабить его интенсивность в любое число раз.

В этом существенное отличие  характера ослабления фотонного  излучения от ослабления заряженных частиц, для которых существует минимальная толщина слоя вещества-поглотителя (пробег), где происходит полное поглощение потока заряженных частиц.

Биологическое действие ионизирующих излучений. Под воздействием ионизирующего излучения на организм человека в тканях могут происходить сложные физические и биологические процессы. В результате ионизации живой ткани происходит разрыв молекулярных связей и изменение химической структуры различных соединений, что в свою очередь приводит к гибели клеток.

Еще более существенную роль в формировании биологических последствий играют продукты радиолиза воды, которая составляет 60-70% массы биологической ткани. Под действием ионизирующего излучения на воду образуются свободные радикалы Н·и ОН·, а в присутствии кислорода также свободный радикал гидропероксида (НО·₂) и пероксида водорода (Н₂O₂), являющиеся сильными окислителями. Продукты радиолиза вступают в химические реакции с молекулами тканей, образуя соединения, не свойственные здоровому организму. Это приводит к нарушению отдельных функций или систем, а также жизнедеятельности организма в целом.

Интенсивность химических реакций, индуцированных свободными радикалами, повышается, и в них вовлекаются многие сотни и тысячи молекул, не затронутых облучением. В этом состоит специфика действия ионизирующего излучения на биологические объекты, то есть производимый излучением эффект обусловлен не столько количеством поглощенной энергии в облучаемом объекте, сколько той формой, в которой эта энергия передается. Никакой другой вид энергии (тепловой, электрической и др.), поглощенной биологическим объектом в том же количестве, не приводит к таким изменениям, какие вызывают ионизирующие излучения.

Ионизирующая радиация при воздействии на организм человека может вызвать два вида эффектов, которые клинической медициной  относятся к болезням: детерминированные  пороговые эффекты (лучевая болезнь, лучевой ожог, лучевая катаракта, лучевое бесплодие, аномалии в развитии плода и др.) и стохастические (вероятностные) беспороговые эффекты (злокачественные опухоли, лейкозы, наследственные болезни).

Нарушения биологических  процессов могут быть либо обратимыми, когда нормальная работа клеток облученной ткани полностью восстанавливается, либо необратимыми, ведущими к поражению отдельных органов или всего организма и возникновению лучевой болезни.

Различают две формы  лучевой болезни — острую и  хроническую.

Острая форма возникает в результате облучения большими дозами в короткий промежуток времени. При дозах порядка тысяч рад поражение организма может быть мгновенным («смерть под лучом»). Острая лучевая болезнь может возникнуть и при попадании внутрь организма больших количеств радионуклидов.

Острые поражения развиваются  при однократном равномерном  гамма-облучении всего тела и  поглощенной дозе выше 0,5 Гр. При  дозе 0,25...0,5 Гр могут наблюдаться  временные изменения в крови, которые быстро нормализуются. В интервале дозы 0,5...1,5 Гр возникает чувство усталости, менее чем у 10 % облученных может наблюдаться рвота, умеренные изменения в крови. При дозе 1,5...2,0 Гр наблюдается легкая форма острой лучевой болезни, которая проявляется продолжительной лимфопенией (снижение числа лимфоцитов — иммунокомпетентных клеток) , в 30...50 % случаев — рвота в первые сутки после облучения. Смертельные исходы не регистрируются.

Лучевая болезнь средней  тяжести возникает при дозе 2,5...4,0 Гр. Почти у всех облученных в  первые сутки наблюдаются тошнота, рвота, резко снижается содержание лейкоцитов в крови, появляются подкожные кровоизлияния, в 20 % случаев возможен смертельный исход, смерть наступает через 2...6 недель после облучения. При дозе 4,0...6,0 Гр развивается тяжелая форма лучевой болезни, приводящая в 50 % случаев к смерти в течение первого месяца. При дозах, превышающих 6,0 Гр, развивается крайне тяжелая форма лучевой болезни, которая почти в 100 % случаев заканчивается смертью вследствие кровоизлияния или инфекционных заболеваний. Приведенные данные относятся к случаям, когда отсутствует лечение. В настоящее время имеется ряд противолучевых средств, которые при комплексном лечении позволяют исключить летальный исход при дозах около 10 Гр.

Хроническая лучевая  болезнь может развиться при непрерывном или повторяющемся облучении в дозах, существенно ниже тех, которые вызывают острую форму. Наиболее характерными признаками хронической лучевой болезни являются изменения в крови, ряд симптомов со стороны нервной системы, локальные поражения кожи, поражения хрусталика, пневмосклероз (при ингаляции плутония-239), снижение иммунореактивности организма.

Степень воздействия  радиации зависит от того, является облучение внешним или внутренним (при попадании радиоактивного изотопа внутрь организма). Внутреннее облучение возможно при вдыхании, заглатывании радиоизотопов и проникновении их в организм через кожу. Некоторые вещества поглощаются и накапливаются в конкретных органах, что приводит к высоким локальным дозам радиации. Кальций, радий, стронций и другие накапливаются в костях, изотопы йода вызывают повреждение щитовидной железы, редкоземельные элементы — преимущественно опухоли печени. Равномерно распределяются изотопы цезия, рубидия, вызывая угнетение кроветворения, атрофию семенников, опухоли мягких тканей. При внутреннем облучении наиболее опасны альфа-излучающие изотопы полония и плутония.

Способность вызывать отдаленные последствия — лейкозы, злокачественные новообразования, раннее старение — одно из коварных свойств ионизирующего излучения.

Для решения вопросов радиационной безопасности в первую очередь представляют интерес эффекты, наблюдаемые при «малых дозах» — порядка нескольких сантизивертов в час и ниже, которые реально встречаются при практическом использовании атомной энергии.

Весьма важным здесь является то, что, согласно современным представлениям, выход неблагоприятных эффектов в диапазоне «малых доз», встречающихся в обычных условиях, мало зависит от мощности дозы. Это означает, что эффект определяется прежде всего суммарной накопленной дозой вне зависимости от того, получена она за 1 день, за 1 с или за 50 лет. Таким образом, оценивая эффекты хронического облучения, следует иметь в виду, что эти эффекты накапливаются в организме в течение длительного времени.

Дозиметрические величины и единицы их измерения. Действия ионизирующего излучения на вещество проявляется в ионизации и возбуждении атомов и молекул, входящих в состав вещества. Количественный мерой этого воздействия служит поглощенная доза Д_п — средняя энергия, переданная излучением единице массы вещества. Единица поглощенной дозы — грей (Гр). 1 Гр = 1 Дж/кг. На практике применяется также внесистемная единица — 1 рад = 100 эрг/г = 1 10^-2 Дж/кг = 0,01 Гр.

Поглощенная доза излучения  зависит от свойств излучения и поглощающей среды.

Для заряженных частиц (α, β, протонов) небольших энергий, быстрых нейтронов и некоторых других излучений, когда основными процессами их взаимодействия с веществом являются непосредственная ионизация и возбуждение, поглощенная доза служит однозначной характеристикой ионизирующего излучения по его воздействию на среду. Это связано с тем, что между параметрами, характеризующими данные виды излучения (поток, плотность потока и др.) и параметром, характеризующим ионизационную способность излучения в среде — поглощенной дозой, можно установить адекватные прямые зависимости.