Лекции по "Охране труда"

При неупругих  взаимодействиях возникает вторичное излучение, которое может состоять как из заряженных частиц, так и из гамма-квантов (гамма-излучение). При упругих взаимодействиях возможна обычная ионизация вещества.

Проникающая способность нейтронов существенно зависит от их энергии и состава вещества атомов, с которыми они взаимодействуют.

Гамма-излучение — электромагнитное (фотонное) излучение, испускаемое при ядерных превращениях или взаимодействии частиц.

Гамма-излучение обладает большой проникающей способностью и малым ионизирующим действием. Энергия его находится в пределах 0,01-3 МэВ.

Рентгеновское излучение возникает в среде, окружающей источник бета-излучения (в рентгеновских трубках, в ускорителях электронов и т.п.)и представляет собой совокупность тормозного и  характеристического излучения, энергия фотонов которых составляет не более 1 МэВ.

Тормозное излучение — это фотонное излучение с непрерывным спектром, испускаемое при изменении кинетической энергии заряженных частиц.

Характеристическое излучение — это фотонное излучение с дискретным спектром, испускаемое при изменении энергетического состояния атомов.

Как и гамма-излучение, рентгеновское излучение обладает малой ионизирующей способностью и большой глубиной проникновения.

Единицы активности и дозы ионизирующих излучений

Активность - мера радиоактивности. Для определенного количества радионуклида в определенном энергетическом состоянии в заданный момент времени активность, A, задается в виде:

dN - ожидаемое число спонтанных ядерных превращений от данного энергетического уровня за интервал времени dt. В системе СИ единицей измерения активности является обратная секунда, с-1, имеющая специальное название беккерель (Бк). 1Бк равен одному ядерному превращению в секунду.Кроме этого, активность может измеряться в Кюри (Ки) - специальная единица активности.

1Ки=3,7·1010Бк

Доза поглощенная (Доза) - фундаментальная дозиметрическая величина, определяемая в виде:

D - поглощенная доза, de - средняя энергия, переданная ионизирующим излучением веществу, находящемуся в элементарном объеме, а dm - масса вещества в этом элементарном объеме. Энергия может быть усреднена по любому определенному объему, и в этом случае средняя доза будет равна полной энергии, переданной объему, деленной на массу этого объема. В единицах СИ поглощенная доза измеряется в джоулях, деленных на килограмм (Дж х кг-1), и имеет специальное название - грей (Гр).

Рад — специальная единица поглощенной дозы.

1 Гр=1 Дж/кг=100Рад.

Величина поглощенной дозы зависит от свойств излучения и поглощающей среды. В условиях электронного равновесия экспозиционной дозе 1Р соответствует поглощенная доза в воздухе, равная 0,88 рад.

В связи с тем, что одинаковая доза различных видов излучения вызывает в живом организме различное биологическое действие, введено понятие эквивалентной дозы.

Доза эквивалентная - поглощенная доза в органе или ткани, умноженная на соответствующий взвешивающий коэффициент для данного излучения, WR:

DT,R - средняя поглощенная доза в органе или ткани T, а WR взвешивающий коэффициент для излучения R. Если поле излучения состоит из нескольких излучений с различными величинами WR, то эквивалентная доза определяется в виде:

Единицей измерения эквивалентной дозы является Дж/кг, имеющий специальное наименование зиверт (Зв).

Взвешивающие коэффициенты для отдельных видов излучения при расчете эквивалентной дозы

Фотоны любых энергий                                                            1

Электроны и мюоны любых энергий                                       1

Нейтроны энергией менее 10 кэВ                                             5

от 10 кэВ до 100 кэВ                                                                 10

от 100 кэВ до 2 МэВ                                                                 20

от 2 МэВ до 20 МэВ                                                                  10

более 20  МэВ                                                                              5

Протоны, кроме протонов отдачи, энергия более 2 МэВ        5

Альфа-частицы, осколки деления, тяжелые ядра                   20

Доза эффективная - величина, используемая как мера риска возникновения отдаленных последствий облучения всего тела человека и отдельных его органов с учетом их радиочувствительности. Она представляет сумму произведений эквивалентной дозы в органе на соответствующий взвешивающий коэффициент для данного органа или ткани:

- эквивалентная доза в ткани T за время

а Wт - взвешивающий коэффициент для ткани T.

Единица измерения эффективной дозы - Дж/кг, которая имеет специальное наименование - зиверт (Зв).

Взвешивающие коэффициенты для тканей и органов при расчете эффективной дозы

Гонады                                                                                 0,20

Костный мозг (красный)                                                     0,12

Толстый кишечник (прямая, сигмавидная,

нисходящая часть ободочной кишки)                                0,12

Легкие                                                                                   0,12

Желудок                                                                                0,12

Мочевой пузырь                                                                   0,05

Грудная железа                                                                     0,05

Печень                                                                                    0,05

Пищевод                                                                                0,05

Щитовидная железа                                                              0,05

Кожа                                                                                       0,01

Клетки костных поверхностей                                            0,01

Остальное                                                                            0,05*

Доза эффективная коллективная - величина, определяющая полное воздействие излучения на группу людей, определяется в виде:

E(i) - средняя эффективная доза на i-ю подгруппу группы людей, N(i) - число людей в подгруппе. Она может быть определена также в виде интеграла:

dN - число лиц, получающих эффективную дозу в интервале dE от E до E+dE.

Доза эквивалентная или эффективная ожидаемая за время , прошедшее после поступления радиоактивных веществ в организм. Ожидаемая эффективная или эквивалентная доза определяется в виде:

t(0) - момент поступления, а Hт(t) - мощность эффективной или эквивалентной дозы к моменту времени t на орган или ткань T

Когда ф не определено, то его следует принять равным 50 годам для взрослых и 70 годам для детей.

Для характеристики источника излучения по эффекту ионизации применяют так называемую экспозиционную дозу рентгеновского и гамма-излучения.

Экспозиционная доза Х — полный заряд dQ ионов одного знака, возникающих в воздухе в данной точке пространства, при полном торможении всех вторичных электронов, которые были образованы фотонами в малом объеме воздуха, деленному на массу воздуха dm в этом объеме:

Х= dQ/dm

Единица измерения экспозиционной дозы - кулон на килограмм (Кл/кг).

Рентген — специальная единица экспозиционной дозы (Р). Один  рентген — это экспозиционная доза рентгеновского или гамма-излучения, при которой сопряженная корпускулярная эмиссия в 1 см3 сухого атмосферного воздуха производит ионы, несущие заряды в одну единицу заряда СГСЕ электричества каждого знака.

1Р=0,285мКл/кг.

Мощность дозы - отношение приращения дозы (поглощенной, эквивалентной, эффективной) dD, dH, dE за интервал времени dt к этому интервалу времени:

На практике за единицу времени могут приниматься час, сутки, год.1Зв=100бэр

Специальная единица эквивалентной дозы — бэр.

Бэр — поглощенная доза любого вида  излучения, которая вызывает равный биологический эффект с дозой в 1 рад рентгеновского излучения.

Биологическое действие ионизирующих излучений

Биологическое действие излучения зависит от числа образованных пар ионов или от связанной с ним величины — поглощенной энергии.

Ионизация живой ткани приводит к разрыву молекулярных связей и изменению химической  структуры различных  соединений.  Изменение химического состава значительного числа молекул приводит к гибели клеток.

Под влиянием излучений в живой ткани происходит расщепление воды на атомарный водород Н и гидроксильную группу ОН, которые, обладая высокой активностью, вступают в соединения с другими молекулами ткани и образуют новые химические соединения, не свойственные здоровой ткани. В результате происходящих изменений  нормальное течение биохимических процессов и обмен веществ нарушаются.

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).

Под влиянием ионизирующих излучений в организме происходит торможение функций кроветворных органов, нарушение нормальной свертываемости крови и увеличение хрупкости кровеносных сосудов, расстройство деятельности желудочно-кишечного тракта, истощение организма, снижение сопротивляемости организма инфекционным заболеваниям, увеличение числа белых кровяных телец (лейкоцитоз) и др.

Необходимо различать внешнее и внутреннее излучение.

Естественный фон  излучения состоит из космического излучения и излучения естественно распределенных радиоактивных веществ. Естественный фон внешнего излучения на территории нашей страны создает мощность эквивалентной дозы 0,36-1,8 мЗв в год, что соответствует мощности экспозиционной дозы 40-200 мР/год (фон в Москве 0,012-0,02 мР/час,в Чернобыле было 15 мР/час).

Кроме естественного облучения, человек облучается и другими источниками, например, при производстве  рентгеновских снимков черепа 0,8-6Р; позвоночника 1,6-14,7Р, легких (флюорография) 0,2-0,5Р; грудной клетки при рентгеноскопии 4,7-19,5Р; желудочно-кишечного тракта при рентгеноскопии  12-82Р;  зубов 3-5Р.

Однократное облучение в дозе 25-50бэр приводит к незначительным скоропроходящим изменениям в крови, при дозах облучения 80-120бэр появляются начальные признаки лучевой болезни, но смертельный исход отсутствует. Острая лучевая  болезнь развивается при однократном облучении 270-300бэр, смертельный исход возможен в 50% случаев. Смертельный исход в 100% случаев наступает при дозах 550-700бэр. Эти данные - когда лечение не проводится; существует ряд противолучевых препаратов, ослабляющих воздействие излучения.

Заболевания могут быть острыми и хроническими.

Нормирование ионизирующих излучений осуществляется в соответствии с Нормами радиационной безопасности (НРБ-96). Для действующих предприятий они вступают в силу в полном объеме с 1 января 2000 г.

Ответственность за соблюдение Норм согласно закону Российской Федерации о радиационной безопасности населения несут юридические лица, получившие разрешение (лицензию) на использование источников ионизирующего излучения. Юридические и физические лица, работающие с источниками радиации, должны внедрять высокую культуру безопасности при проведении этих работ и радиационной защиты их участников и населения. Ответственность за соблюдение требований по ограничению облучения населения природными источниками ионизирующего излучения несет администрация территорий и субъектов Российской Федерации.

В области малых доз (менее 0,5 Зв) индивидуальный и коллективный риск возникновения стохастических эффектов определяется соответственно:

r, R - индивидуальный и коллективный риск соответственно;

Е, S(Е) - индивидуальная и коллективная эффективные дозы соответственно;

p(Е), p(S(Е)) - вероятность событий, создающих дозы Е и S(Е) соответственно;

r(Е) - коэффициент риска от смертельного рака, серьезных наследственных эффектов и несмертельного рака (приведенного по вреду к последствиям от смертельного рака).

Коэффициент риска равен:

r = 5,6 · 10-1  1/чел-Зв для профессионального облучения и

r = 7,3 · 10-2  1/чел-Зв для населения.

4.10. Для событий с тяжелыми последствиями от детерминированных эффектов консервативно принимается:

N - численность популяции, подвергающейся радиационному воздействию в дозе Е > 0,5 Зв.

Риск потенциального облучения оправдан, если

V - валовый (полный) доход;

Р - затраты на основное производство;

X - затраты на защиту;    

б- цена риска - денежный эквивалент единицы риска.

Снижение риска до возможно низкого уровня (оптимизацию) следует осуществлять с учетом двух обстоятельств:

- предел риска регламентирует потенциальное облучение от всех возможных источников. Поэтому для каждого источника при оптимизации устанавливается граница риска;

- при снижении риска потенциального облучения существует минимальный уровень риска, ниже которого риск считается пренебрежимым, и дальнейшее снижение риска нецелесообразно.

Предел индивидуального риска для техногенного облучения лиц из персонала принимается 1,0·10-3 за год, а для населения 5, 010-5 за год.

Уровень пренебрежимого риска разделяет область оптимизации риска и область безусловно приемлемого риска и составляет 10-6 за год.

Устанавливаются следующие категории облучаемых лиц:

- персонал - лица, работающие с техногенными источниками (группа А) или находящиеся по условиям работы в сфере их воздействия (группа Б);