Опасность ионизирующих излучений, виды поражений человека

Опасность ионизирующих излучений, виды поражений человека

На ряде предприятий (атомные электростанции, контроль технологических процессов) и в научно-исследовательских учреждениях все чаще применяются различные источники ионизирующих излучений, т.к. под воздействием излучений некоторые материалы приобретают ценные свойства.

Многие реакции под воздействием ионизирующих излучений осуществляются без применения высоких температур и давления.

Излучения, способные при взаимодействии с веществом создавать в нем ионы (заряженные атомы и молекулы), называются ионизирующими.

Ионизирующие излучения проявляются в виде : альфа- и бетачастиц, гамма-лучей, испускаемых радиоактивными изотопами при самопроизвольном их распаде;

потоков электронов, протонов, дейтронов и др. заряженных частиц ускоренных до больших энергий в ускорителях;

потоков рентгеновских и гамм-лучей, протонов, нейтронов и др. вторичных излучений, возникающих при взаимодействии искусственно заряженных частиц с веществом.

Все эти излучения не воспринимаются органами чувств человека, но оказывают опасное воздействие на организм.

Ионизирующие излучения, особенно нейтронное и гамма-излучение способны проникать через вещества.

В результате воздействия ионизирующих излучений возникают лучевая болезнь, которая может быть острой и хронической, в виде общих и местных поражений. Общее действие вызывает лейкемию (белокровие), местные - ведут к заболеваниям кожи и злокачественным опухолям, возникают и наследственные заболевания, проявляющиеся в следующих поколениях.

Острые поражения наступают при облучении большими дозами в течение короткого промежутка времени. Острая лучевая болезнь характерна цикличностью ее протекания и имеет четыре периода :

1)первичная реакция

2)видимое благополучие (скрытый период)

3)разгар болезни

4)выздоровление (либо смерть).

Первичные реакции : через несколько часов после облучения тошнота и рвота, головокружение, вялость, учащение пульса, иногда, повышение температуры, увеличение числа белых кровяных телец (лейкоцитов);

Скрытый период - 1-2 недели, чем короче этот период - тем тяжелее исход заболевания;

Разгар болезни: тошнота, рвота, подъем температуры до 41 град., кровотечение из десен, носа, внутренних органов, резкое снижение числа лейкоцитов. Смерть наступает через 12-18 дней после облучения;

Выздоровление наступает через 25-39 дней, но чаще неполное раннее старение, обострение прежних болезней.

Хронические поражения бывают общими и местными, чаще скрытые.

Различают три степени хронической лучевой болезни : 1)легкая - незначительное головокружение, вялость, слабость, нарушение сна, аппетита; 2)эти признаки усиливаются, нарушение обмена веществ, кровоточивость и пр. 3)еще более усиливаются указанные признаки, кровотечения, выпадения волос.

Характер и тяжесть заболеваний зависит от поглощенной дозы облучения, мощности его, вида излучения, энергии частиц, а также от биологических особенностей облучаемой части тела и индивидуальной чувствительности к облучению. Ионизирующие излучения поражают главным образом глаза, кроветворные органы (костный мозг), железы внутренней секреции и кожи (лучевая болезнь).

Виды оценок (доз) облучения человека.

Количественной характеристикой рентгеновского и гамма - излучения является экспозиционная доза - рентген Кл/кг. Характер и тяжесть повреждений организма зависит от величины поглощенной дозы излучения - рад (Дж/кг).

Так как разные виды излучения при одинаковой поглощенной дозе вызывают различные последствия, для оценки радиационной опасности введено понятие бэр (биологический эквивалент рентгена).

Новой единицей эквивалентной дозы в системе единиц СИ является Зиверт, 1 зв = 100 бэр.

Ионизирующие излучения. Их влияние на здоровье человека. Средства защиты

Ионизирующее излучение - это потоки частиц прохождение, которых через вещества приводит к ионизации или возбуждении его атомов или молекул.

Радиоактивность - это самопроизвольное превращение неустойчивых ядер в ядра других элементов, при этом испускаются альфа, бета, гамма излучения.

Альфа излучение характеризуется малой проникающей способностью. В тканях организма несколько микрон, в воздухе до 9см.

Бета излучения проникающая способность в воздухе 18см в организме 2,5см.

Гамма излучение характеризуется большой проникающей способностью.

Нейтронное излучение - это поток нейтронов, проникающая способность, которых зависит от энергии и состава атома вещества с которым оно взаимодействует.

Рентгеновское излучение - характеризуется большой проникающей способностью, возникает в любых электровакуумных установках.

Облучение бывает: - внешнее (бета, гамма), - внутреннее (все).

Заболевание вызываемое облучением бывает в острой и хронической форме.

Различают три степени хронической лучевой болезни: - легкая, - средняя, - тяжелая.

ПДД облучения: однократная доза не более 3бэр при условии что годовая доза не более 5бэр, доза накопления до 30 лет должна составлять не более 60бэр. Суммарная доза при профессиональных облучениях вычисляется по формуле Д=<5(N-18).

Средства защиты от излучения: - экранирование рабочих мест, - свинцовая резина, - использование хлопчатобумажных белых халатов и комбинезонов, - пленочная одежда, - для защиты рук медицинские перчатки, перчатки из просвинцованной резины, - использование пневматических костюмов и пневмошлемов, - для защиты глаз очки с специальным покрытием, - ботинки из искусственной кожи или лавсан, сапоги из специальной резины, - использование бахил, - респиратор.

Ионизирующее излучение (ИИ)

1) Международные организации по вопросам радиационной защиты. До конца 19 в чел-во подвергалось ИИ, но ничего не знало об этом. Люди столкнулись с отрицат. эффектом ИИ в связи с открытием рентгеновских лучей. В 1985 г. помощник Рентгена получил ожог рук при взаимодействии с рентген-ми лучами. Чуть позже А.Беккерель положил в карман пробирку с радием. Мария Кюри умерла от внеш. и внутр. поражения (останки ее до сих пор радиоактивны). В конце 20-х гг. стало известно, что ИИ обладает отрицательным действием, создана Международная комиссия по радиационной защите (МКРЗ) - разрабатывает правила работы с радиоактивными веществами и мероприятия по защите от радиации. Национальные институты безопасности разрабатывают нац-ные нормативы согласно МКРЗ. До 50-х гг. многие не знали о радиации; затем США вели интенсивные испытания ядерного оружия в атмосфере - амер. бомбардировки японских городов. В 1955 г Генеральная Ассамблея ООН основала научный комитет по действию атомной радиации (НКДАР); занимается изучением воздействия радиации, независимо от ее источника, на окр. среду и население. В России таким институтом является НИИ радиационной гигиены в СПб.

2) Виды ИИ, их характеристики. ИИ - излучения, взаимодействие которых со средой приводит к образованию зарядов противоположных знаков.

Виды ИИ: 1) ЭМ часть ИИ: 1.1) рентгеновское (Х-rays): 1.1.1) тормозное (торможение потока электронов) - различные дисплеи; 1.1.2) характеристическое (изменение энергетического состояния электрона и переход его на др. орбиталь); 1.2) (гамма) - излучение; 2) Корпускулярная часть ИИ: 2.1) (альфа) - И (ядро гелия); 2.2) (бета) - И (электроны); 2.3) нейтронное И.

Характеристики ИИ: Проникающая (спос-ть И проникать через вещество) и ионизирующая (спос-ть образовывать заряд) способности. При высокой проникающей сп-ти имеет место низкая ионизирующая сп-ть, и наоборот.

Корпускулярное И: 1) : Пробег квазитронов альфа-частиц в воздухе составляет 8-9 см, проникновение в кожу - до неск-ких микрометров, т.е. проникающая сп-ть крайне мала. Ионизирующая сп-ть альфа-частиц высокая, т.к. это тяжелые частицы. 2) И: Поток электронов имеет максимальный пробег в воздухе - 1800 см, проникновение в живую ткань - 2,5 см. Ионизирующая способность высокая, но на 3 порядка ниже, чем у альфа. 3) Нейтронное И: Обладает высокой ионизирующей сп-тью, проникающая сп-ть при достаточно упругом взаимодействии невысока; при неупругом взаимодействии поток нейтронов вызывает вторичное И в виде других заряженных частиц и гамма-квантов. ЭМИ: Проникающая сп-ть растет от X-rays к гамма-И, а ионизир. сп-ть во много раз <, чем у корпускулярного И.

3) Единицы активности и дозы ИИ. Относятся к количественным характеристикам.

а) Активность (А): (распад атомного ядра с испусканием ИИ) формула выражает число спонтанных ядерных превращений за единицу времени. [Бк] - 1 Беккерель -1 распад ядра в секунду. [Ки] - Кюри, А используется для оценки загрязненности территории радионуклидами.

б) Экспозиционная доза облучения - характеризует ионизирующую сп-ть облучения dQ - заряд; dm - элементарная масса. Опр. dQ - полный заряд ионов одного знака возникающий в воздухе в данной точке пространства при полном торможении всех вторичных электронов, которые были образованы фотонами в малом объеме воздуха массой dm.

D - поглощенная доза. DE - энергия, сообщенная ионизирующим излучением веществу массой dm. Эквивалентная доза - характеризует воздействие ИИ на живую ткань ; К₁ - размерный коэффициент, который показывает во сколько раз ионизирующий эффект данного излучения больше ионизирующего эффекта рентгеновского излучения. Для - частиц К₁=10. Эти единицы приняты старые показатели:: 1Гр=100 рад, 1 Зв=100 бэр (биологический эквивалент рада). Для измерения малых доз облучения используется млЗв.

Помимо эквивалентной дозы есть эффективная эквивалентная доза

К₂ - учитывает одинаковое воздействие ИИ на различные виды тканей. Самыми уязвимыми тканями являются клетки красного костного мозга К₂=0,12. При облучении всего органтзма в целом К₂=1. Затем уязвимы ганады (половые железы), т.к. возможна мутация в потомстве ,К₂=0,25; легкие К₂=0,12; молочные железы = 0,15; костная ткань = 0,01; щитовидная железа = 0,03; на остальные ткани приходится 0,3. Эфф.экв.доза необходима для пересчета эффективной^- дозы при облучении части тела.

Полная эффективная эквивалентная доза - это доза, которую человек получает в течение всей своей жизни. Многие радионуклиды имеют период распада 100 и более лет. Также можно применять коллективную полную эффективную эквивалентную дозу. Полная эффективная эквивалентная доза с течением времени уменьшается, а коллективная увеличивается из-за миграции нуклидов, что влияет на генофонд. Источники ИИ: естественные и техногенные.

Естественные источники: космическое излучение, излучение естественно распределенных природных радиоактивных веществ. Снимок черепа = 0,08-6 Рентген=8-60 млЗвж снимок зуба = 30-50 млЗв; флюорография = 2-5 млЗв.

4)Биологическое воздействие ИИ. Внешнее облучение - источники излучения вне организма. Внутреннее облучение - источник внутри. Как внешний источник опасно рентгеновское и гамма-излучение. Как внутреннее особо опасно корпускулярное излучение, т.к. нет естественной преграды - кожи. Биологическое воздействие связано с ионизацией воды в организме человека. При этом образуется ион ОН - гидроксильная группа, резко ускоряются процессы окисления, нарушаются биохимические реакции, что приводит : 1.Торможение функций кроветворных органов;2.Нарушение нормальной свертываемости крови;3.Повышение хрупкости кровеносных сосудов; 4.Расстройство деятельности желудочно-кишечного тракта;5.Снижение иммунитета;6.Общее истощение организма.

2 вида эффекта облучения: пороговые и беспороговые.

Пороговые - порог, составляющий 0,1 Зв в год.

Пороговый эффект облучения - это биологические эффекты облучения, в отношении которых предполагается существование порога, выше которого тяжесть эффекта зависит от дозы.

Пороговые эффекты облучения (радиационные поражения):

1) острые поражения - острая лучевая болезнь (ОЛБ), наступает при облучении большими дозами, в течение малого промежутка времени:

1 стадия - первичная реакция: повышение температуры, учащение пульса, тошнота, головокружение, вялость;

2 стадия - период видимого благополучия (скрытый период);

3 стадия - разгар болезни (тошнота, кровоизлияния и т.п.);

4 стадия - либо выздоровление, либо летальный исход.

0,8 - 1,2 Зв; 80-120 Р - начальные признаки лучевой болезни (человек справляется сам).

2,7 - 3 Зв; 270-300 Р - тяжелые проявления ОЛБ (50% - летальный исход).

5,5 - 7 Зв - без лечения - 100% летальный исход.

2) Хроническая лучевая болезнь - профессиональное заболевание врачей-рентгенологов.

Беспороговые (стохастические) эффекты облучения - тяжесть эффекта не зависит от дозы; вероятность возникновения эффектов пропорциональна дозе.

Радиационный риск - риск, который определяется как вероятность того, что у человека в результате облучения возникнет тот или иной вредный эффект. К ним могут относиться различные онкологические заболевания, ослабление иммунной системы.

Существует проблема оценки нарушения здоровья (область беспороговых эффектов - 0,1 Зв).

Нормирование ионизирующих излучений (ИИ)

Существует понятие радиационной безопасности населения, определенное в федеральном Законе “О радиационной безопасности населения”.

Нормирование осуществляется 2 документами:

1) НРБ-96 (нормы радиационной безопасности).

2) ОСП72/87 (основные правила работы с радиационными веществами и другими источниками ИИ).

В соответствии с НРБ-96 все население делится на группы:

А,Б - лица, работающие с техногенными источниками излучения (персонал).

А - непосредственно работают по роду своей деятельности.

Б - могут по условиям размещения рабочих мест подвергаться воздействию ИИ.

В - все население, включая и персонал, за пределами их производственной деятельности.

Нормируемой величиной является эффективная доза, она различна для групп:

А - 20 млЗв в год (в среднем за 5 лет), не больше 50 млЗв в год.

Б - 1/4 от эффективной дозы для А.

В - 1 млЗв в год.

Радиационные вещества по степени активности делятся на 3 класса, по степени опасности - на 4 класса.

Нормирование ИИ, регламентация работы с радиационными веществами производится в соответствии с ОСП72/87 в зависимости от класса опасности вещества.

Защита от ИИ

Способы защиты:

1) количеством - используются источники с минимальным выходом ИИ;

2) временем - ограничения на пребывание на территории, где уровень излучений выше допустимого;

3) расстоянием - интенсивность излучения убывает пропорционально квадрату расстояния;

4) дистанционное управление (А-метод) - разделение гомо- и иоксосферы;

5) экранирование источников;

6) зонирование территорий при работе с открытыми источниками.

Кратность ослабления - К=Р/Р_ДОП - для экрана, где

Р - мощность экспозиционной дозы, Р=dX/dt=[млР/час], d - толщина экрана.

Для нейтрального излучения - экран должен содержать водород, полиэтилен, воду, парафин.

Дозиметрический контроль.

Методы:

1) фотографический;

2) химический (изменение цвета);

3) суинтилляционный (испускание фотонов видимого света при прохождении через него ИИ);

4) ионизационный (основан на явлении ионизации газов под воздействием ИИ, в результате которого образуются положительные ионы и электроны).

Дозиметрический контроль:

1) для радиационной разведки местности - рентгенометр-радиометр;

2) для контроля облучения - дозиметры;

3) для контроля степени заражения поверхности веществ, продуктов питания.

ИОНИЗИРУЮЩИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКА

Ионизирующим называется излучение, которое прямо или косвенно вызывает ионизацию среды. Ионизирующее излучение, как и электромагнитное, не воспринимается органами чувств человека, поэтому оно особенно опасно.

Естественными источниками ионизирующих излучений являются высокоэнергетические космические частицы, а также рассеянные в земной коре долгоживущие радиоизотопы -- калий-40, уран-238, уран-235, торий-232 и др., являющиеся источниками альфа- и бета-частиц, гамма-квантов и т.д. Распад урана и тория сопровождается образованием радиоактивного газа радона, который из горных пород постоянно поступает в атмосферу и гидросферу и присутствует в небольших концентрациях повсеместно.

Искусственными источниками ионизирующих излучений являются радиоактивные выпадения от ядерных взрывов, выбросы атомных электростанций, заводов по переработке ядерного топлива, выбросы тепловыми электростанциями золы, содержащей естественные радиоактивные элементы -- торий и радий.

Виды ионизирующих излучений и их характеристики

Альфа-излучение представляет собой поток ядер гелия (состоящих из двух положительных протонов и двух нейтральных нейтронов), испускаемых веществом при радиоактивном распаде или при ядерных реакциях. Их энергия не превышает нескольких МэВ.

Альфа-частицы обладают сравнительно большой массой, имеют низкую проникающую способность и высокую удельную ионизацию.

Бета-излучение -- поток отрицательно заряженных электронов или положительно заряженных позитронов, возникающих при радиоактивном распаде. Энергия бета-частиц не превышает нескольких МэВ.

Ионизирующая способность бета-частиц ниже, а проникающая способность выше, чем альфа-частиц, так как они обладают значительно меньшей массой и при одинаковой с альфа-частицами энергии имеют меньший заряд.

Нейтроны (поток которых образует нейтронное излучение) преобразуют свою энергию в упругих и неупругих взаимодействиях с ядрами атомов; 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 атомов вещества, с которым они взаимодействуют.

Гамма-излучение -- электромагнитное (фотонное) излучение с очень короткой длиной волны (менее 0,1 нм), испускаемое при ядерных превращениях или взаимодействии частиц.

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

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

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

ВОЗДЕЙСТВИЕ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА

В организме человека радиация вызывает цепочку обратимых и необратимых изменений. Пусковым механизмом воздействия являются процессы ионизации и возбуждения молекул и атомов в тканях. Важную роль в формировании биологических эффектов играют свободные радикалы Н⁺ и ОН-, образующиеся в процессе радиолиза воды (в организме содержится до 70% воды). Обладая высокой химической активностью, они вступают в химические реакции с молекулами белка, ферментов и других элементов биологической ткани, вовлекая в реакции сотни и тысячи молекул, не затронутых излучением, что приводит к нарушению биохимических процессов в организме.

Под воздействием радиации нарушаются обменные процессы, замедляется и прекращается рост тканей, возникают новые химические соединения, не свойственные организму (токсины). Нарушаются функции кроветворных органов (красного костного мозга), увеличивается проницаемость и хрупкость сосудов, происходит расстройство желудочно-кишечного тракта, ослабевает иммунная система человека, происходит его истощение, перерождение нормальных клеток в злокачественные (раковые) и др.

Ионизирующее излучение вызывает поломку хромосом, после чего происходит соединение разорванных концов в новые сочетания. Это приводит к изменению генного аппарата человека. Стойкие изменения хромосом приводят к мутациям, которые отрицательно влияют на потомство.

Для защиты от ионизирующих излучений применяют следующие методы и средства:

снижение активности (количества) радиоизотопа, с которым работает человек;

увеличение расстояния от источника излучения;

экранирование излучения с помощью экранов и биологических защит;

применение средств индивидуальной защиты.

В инженерной практике для выбора типа и материала экрана, его толщины используют уже известные расчетно-экспериментальные данные по кратности ослабления излучений различных радионуклидов и энергий, представленные в виде таблиц или графических зависимостей. Выбор материала защитного экрана определяется видом и энергией излучения.

Для защиты от альфа-излучения достаточно 10 см слоя воздуха. При близком расположении от альфа-источника применяют экраны из органического стекла.

Для защиты от бета-излучения рекомендуется использовать материалы с малой атомной массой (алюминий, плексиглас, карболит). Для комплексной защиты от бета- и тормозного гамма-излучения применяют комбинированные двух- и многослойные экраны, у которых со стороны источника излучения устанавливают экран из материала с малой атомной массой, а за ним -- с большой атомной массой (свинец, сталь и т.д.).

Для защиты от гамма- и рентгеновского излучения, обладающих очень высокой проникающей способностью, применяют материалы с большой атомной массой и плотностью (свинец, вольфрам и др.), а также сталь, железо, бетон, чугун, кирпич. Однако чем меньше атомная масса вещества экрана и чем меньше плотность защитного материала, тем для требуемой кратности ослабления требуется большая толщина экрана.

Для защиты от нейтронного излучения применяют водородосодержащие вещества: воду, парафин, полиэтилен. Кроме того, нейтронное излучение хорошо поглощается бором, бериллием, кадмием, графитом. Поскольку нейтронные излучения сопровождаются гамма-излучениями, необходимо применять многослойные экраны из различных материалов: свинец--полиэтилен, сталь--вода и водные растворы гидроокисей тяжелых металлов.

Средства индивидуальной защиты. Для защиты человека от внутреннего облучения при попадании радиоизотопов внутрь организма с вдыхаемым воздухом применяют респираторы (для защиты от радиоактивной пыли), противогазы (для защиты от радиоактивных газов).

При работе с радиоактивными изотопами применяют халаты, комбинезоны, полукомбинезоны из неокрашенной хлопчатобумажной ткани, а также хлопчатобумажные шапочки. При опасности значительного загрязнения помещения радиоактивными изотопами поверх хлопчатобумажной одежды надевают пленочную (нарукавники, брюки, фартук, халат, костюм), покрывающую все тело или места возможного наибольшего загрязнения. В качестве материалов для пленочной одежды применяют пластики, резину и другие материалы, которые легко очищаются от радиоактивных загрязнений. При использовании пленочной одежды в ее конструкции предусматривается принудительная подача воздуха под костюм и нарукавники.

При работе с радиоактивными изотопами высокой активности используют перчатки из просвинцованной резины.

При высоких уровнях радиоактивного загрязнения применяют пневмокостюмы из пластических материалов с принудительной подачей чистого воздуха под костюм. Для защиты глаз применяют очки закрытого типа со стеклами, содержащими фосфат вольфрама или свинец. При работе с альфа- и бета-препаратами для защиты лица и глаз используют защитные щитки из оргстекла.

На ноги надевают пленочные туфли или бахилы и чехлы, снимаемые при выходе из загрязненной зоны.