Promieniowanie elektromagnetyczne o różnych długościach fal znacznie różni się od siebie intensywnością i stopniem absorpcji przez materię. Najbardziej intensywnym promieniowaniem jonizującym jest promieniowanie gamma. Promieniowanie gamma ma długość fali KG 13...KG 10 m, co odpowiada częstotliwości 3-10 2| ...3-10 18 Hz. Wysoką zdolność penetracji i jonizacji kwantów gamma tłumaczy się ich wysoką energią, która waha się od 12,4 do 0,012 MeV.
Zapewnienie bezpieczeństwa radiacyjnego wyznaczają następujące zasady:
- 1) zasada racjonowania – nieprzekraczania dopuszczalnych limitów indywidualnych dawek narażenia obywateli na wszelkie źródła promieniowania jonizującego;
- 2) zasada uzasadnienia – zakaz wszelkiego rodzaju działalności polegającej na wykorzystaniu źródeł promieniowania jonizującego, w której uzyskana korzyść dla człowieka i społeczeństwa nie przekracza ryzyka ewentualnej szkody;
- 3) zasada optymalizacji – utrzymywanie indywidualnych dawek promieniowania i liczby osób narażonych na możliwie najniższym poziomie, osiągalnym przy wykorzystaniu dowolnego źródła promieniowania jonizującego.
Wymagania w zakresie ochrony przed promieniowaniem określa ustawa federalna „O bezpieczeństwie radiacyjnym ludności”, aktualne normy sanitarne NRB-99/2009 i przepisy sanitarne OSPORB-2010.
Podstawowe zasady bezpieczeństwa radiacyjnego realizowane są poprzez:
- - standaryzacja poziomów promieniowania jonizującego;
- - zmniejszenie mocy źródeł promieniowania do wartości minimalnych ( ochrona numeryczna);
- - ograniczenie emisji radionuklidów do środowiska;
- - skrócenie czasu pracy ze źródłami promieniowania (ochrona czasu)”,
- - zwiększenie odległości źródła od obszarów roboczych i zaludnionych (ochrona na odległość);
- - osłanianie źródeł promieniowania materiałami pochłaniającymi promieniowanie jonizujące (ochrona ekranująca).
Regulacja narażenia na promieniowanie. Regulacja promieniowania jonizującego wynika z charakteru oddziaływania promieniowania jonizującego na organizm człowieka.
Dopuszczalne poziomy narażenia ludności i środowiska na antropogeniczne źródła promieniowania jonizującego (bez uwzględnienia dawek otrzymanych od naturalnego promieniowania tła i badań lekarskich) określają normy bezpieczeństwa radiacyjnego NRB-99/2009.
W przypadku narażenia wewnętrznego: - jest to granica rocznego pobrania (GLR) radionuklidu przez narządy oddechowe i trawienne, dopuszczalne stężenie objętościowe (VK) radionuklidu w powietrzu atmosferycznym i wodzie.
Dla napromieniowania zewnętrznego: - jest to dopuszczalna moc dawki (ADR), dopuszczalna gęstość strumienia cząstek (PFD), dopuszczalne zanieczyszczenie powierzchni (DS).
Wpływ tła promieniowania jonizującego pochodzącego ze źródeł naturalnych, a także promieniowania podczas zabiegów medycznych, z telewizorów itp. nie jest uwzględniany w NRB-99/2009 i należy go traktować jako obciążenie dodatkowe.
W sytuacjach awaryjnych za potencjalnie niebezpieczne należy uznać jednorazowe zewnętrzne narażenie człowieka na dawkę przekraczającą 5 MPD (dawka maksymalna dopuszczalna) lub jednorazowe wchłonięcie do organizmu radionuklidów przekraczającej 5 MPD (dawka dopuszczalna). Po takim narażeniu wymagane jest badanie lekarskie.
Względny stopień bezpieczeństwa radiacyjnego ludności charakteryzuje się następującymi wartościami skutecznych dawek z naturalnych źródeł promieniowania:
- - mniej niż 2 mSv/rok - narażenie nie przekracza dawek przeciętnych dla ludności kraju z naturalnych źródeł promieniowania:
- - od 2 do 5 mSv/rok - zwiększone narażenie;
- - powyżej 5 mSv/rok - duże narażenie.
Metody ochrony przed promieniowaniem jonizującym. Najprostsze sposoby ograniczenia szkód wynikających z narażenia na promieniowanie to skrócenie czasu narażenia, zmniejszenie mocy źródła lub oddalenie się od niego na odległość zapewniającą bezpieczny poziom narażenia (do wartości granicznej lub poniżej dawka skuteczna).
Ochrona przed - i R - cząsteczki. Do ochrony przed promieniowaniem stosuje się ekrany ze szkła, pleksi o grubości kilku milimetrów lub warstwę powietrza o grubości kilku centymetrów.
W przypadku promieniowania p stosuje się materiały o małej masie atomowej (np. aluminium), a częściej łączone (od strony źródła stosuje się materiał o małej masie atomowej, a następnie dalej od źródła, stosuje się materiał o większej masie atomowej).
Obrona od y- promieniowanie. Najprostszym sposobem ochrony przed promieniowaniem gamma jest usunięcie personelu ze źródła promieniowania na wystarczająco dużą odległość, ponieważ intensywność jonizacji jest odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości 1 / r 2. W przypadku stosowania metody ekranowania dla kwantów y i neutronów, których zdolność penetracji jest znacznie większa, wymagana jest bardziej masywna ochrona (ryc. 10.16).
Ryż. 10.16.
- 1 - promieniowanie, które przeszło ochronę; 2 - promieniowanie pojedynczo oddziałujące;
- 3 - wielokrotnie oddziałujące promieniowanie; 4 - promieniowanie rozproszone;
- 5, 6- promieniowanie pochłonięte w ośrodku; 7,8- zmiana trajektorii za środowiskiem ochronnym;
- 9 - promieniowanie odbite
Mechanizm ochronny ekranujący polega na tym, że promieniowanie jonizujące przechodząc przez substancję ekranującą jest tłumione. Tłumienie wiązki kwantów y przechodzącej przez zabezpieczenie bez ulegania w nim rozproszeniu (taka wiązka nazywana jest wąską) opisuje wzór prawo wykładnicze:
Gdzie N 0 I N- natężenie promieniowania bez zabezpieczenia i za zabezpieczeniem o grubości 5; p - współczynnik tłumienia liniowego.
Współczynnik tłumienia promieniowania (krotność) DO wyznacza się z zależności:
Gdzie X- zmierzoną lub obliczoną moc dawki ekspozycyjnej w danym punkcie przestrzeni roboczej; X dodatkowa - dopuszczalna moc dawki ekspozycyjnej.
Współczynnik ochrony przed promieniowaniem określa się jako:
Gdzie D+ I D~- moc dawki pochłoniętej przy braku i obecności ochrony; p - współczynnik tłumienia liniowego, m" 1; 5 - grubość ekranu ochronnego, m.
Skuteczność ochrony przed promieniowaniem (dB) w tym przypadku można obliczyć za pomocą wzoru
Do ochrony przed promieniowaniem y stosuje się materiały o dużej masie atomowej i dużej gęstości (ołów, wolfram), a także tańsze materiały i stopy (stal, żeliwo). Ekrany stacjonarne wykonane są z betonu. Porównanie właściwości ochronnych różnych materiałów ekranowych ze względu na współczynnik tłumienia przy ochronie przed promieniowaniem gamma pokazano na ryc. 10.17.
Ryż. 10.17.
1 - Ołów; 2 - żelazo
Ochrona neutronów. Do ochrony przed promieniowaniem neutronowym stosuje się beryl, grafit i materiały zawierające wodór (parafina, woda). Bor i jego związki są szeroko stosowane w celu ochrony przed strumieniami neutronów o niskiej energii.
Jako przykład na ryc. Rysunek 10.18 przedstawia zabezpieczenie rdzenia reaktora.
Ryż. 10.18.
Rdzeń reaktora otoczony jest reflektorem, co ogranicza wyciek neutronów na zewnątrz i pozwala na zmniejszenie masy krytycznej. Materiał odbłyśnika - substancja z
niska masa atomowa, która służy do zmniejszenia wartości początkowej energia neutronów rozszczepienia (neutronów szybkich) wynikająca z ich elastycznego rozpraszania.
Wokół odbłyśnika umieszczona jest biologiczna osłona radiacyjna, składająca się z betonu i innych materiałów, zaprojektowana w celu zmniejszenia intensywności promieniowania jądrowego z zewnątrz do akceptowalnego poziomu. Wewnątrz betonowej osłony znajduje się również główny obieg radioaktywnego chłodziwa.
Ochrona ludności przed promieniowaniem jonizującym. Głównymi środkami ochrony ludności przed promieniowaniem jonizującym jest ograniczenie przedostawania się do otaczającej atmosfery, wody i gleby odpadów przemysłowych zawierających radionuklidy. W razie potrzeby należy utworzyć strefę ochrony sanitarnej i strefę obserwacji.
Strefa ochrony sanitarnej- obszar wokół instytucji lub źródła emisji promieniotwórczych, w którym poziom narażenia może przekroczyć dawkę graniczną (DL). W tej strefie ustanawia się reżim ograniczeń i prowadzony jest monitoring promieniowania.
Obszar nadzoru- terytorium poza strefą ochrony sanitarnej, gdzie możliwe jest oddziaływanie emisji radioaktywnych, a napromieniowanie ludności żyjącej może osiągnąć ustaloną dawkę graniczną (DL). Monitoring radiacyjny prowadzony jest na terenie strefy obserwacyjnej, której wielkość jest 3...4 razy większa niż wielkość strefy ochrony sanitarnej.
Prawie każde źródło promieniowania stwarza duże zagrożenie dla środowiska i wszystkich żywych istot. Istnieją jednak metody i środki ochrony przed promieniowaniem. Metody ochrony przed narażeniem na promieniowanie można podzielić na trzy typy: czas, odległość, środki specjalne.
Czas ochroni przed promieniowaniem
Raczej nie jest to ochrona, ale faktyczne skrócenie czasu przebywania u źródła promieniowania. Im krócej dana osoba przebywa w pobliżu źródła promieniowania, tym mniejsze szkody wyrządza ono zdrowiu. Tę metodę zabezpieczenia zastosowano np. podczas likwidacji awarii w elektrowni jądrowej w Czarnobylu. Likwidatorzy skutków wybuchu w elektrowni jądrowej mieli zaledwie kilka minut na wykonanie prac na dotkniętym terenie i powrót na bezpieczne terytorium. Przekroczenie czasu doprowadziło do wzrostu poziomu promieniowania i może być początkiem rozwoju choroby popromiennej i innych konsekwencji, jakie może wywołać promieniowanie.
Ochrona przed promieniowaniem na odległość
Najbardziej niezawodnym sposobem ochrony przed promieniowaniem radioaktywnym jest jak najszybsze oddalenie się od źródła promieniowania. Odległość zależy od intensywności promieniowania, warunków klimatycznych i terenu. Na przykład w górach rozprzestrzenianie się promieniowania jest zauważalnie mniejsze niż na równinie, ponieważ góry stanowią naturalną barierę dla promieniowania i znacznie je ograniczają. A kiedy wieje wiatr, trzeba jechać pod wiatr, ponieważ większość radioaktywnego pyłu rozprzestrzenia się za pomocą wiatru. A jeśli to możliwe, możesz usunąć źródło promieniowania w bezpieczne miejsce lub zakopać.
Ochrona przed promieniowaniem za pomocą specjalnych środków
W szczególnych przypadkach konieczne jest prowadzenie działań ochronnych w obszarach o podwyższonym promieniowaniu tła. Przykładem może być likwidacja skutków awarii w elektrowniach jądrowych lub praca w przedsiębiorstwach przemysłowych, w których występują źródła promieniowania radioaktywnego. Przebywanie w takich pomieszczeniach bez użycia środków ochrony osobistej jest niebezpieczne nie tylko dla zdrowia, ale i życia. Specjalnie na takie przypadki opracowano osobisty sprzęt do ochrony przed promieniowaniem. Są to ekrany ochronne wykonane z materiałów blokujących różne rodzaje promieniowania oraz specjalna odzież.
Sprzęt do ochrony przed promieniowaniem
Promieniowanie dzieli się na kilka typów w zależności od charakteru i ładunku cząstek promieniowania. Aby wytrzymać określone rodzaje promieniowania, sprzęt ochronny jest wykonany z różnych materiałów.
Ochrona przed promieniowaniem alfa
Cząsteczki alfa wnikają do tkanek ludzkiego ciała jedynie na niewielką głębokość, uszkadzając jedynie powierzchnię skóry. Zewnętrzne napromieniowanie α nie jest szczególnie niebezpieczne. Ale przedostanie się tych dość masywnych cząstek do organizmu (z pożywieniem, wodą lub przez uszkodzoną skórę) jest obarczone poważnym zatruciem ze względu na ich silne działanie jonizujące, tworzenie się środków utleniających, wolny wodór i tlen Gumowe rękawiczki i zwykły respirator pomagają chronić osobę przed promieniowaniem alfa, odzież bawełniana, płaszcz przeciwdeszczowy z polietylenu, papier, plexi.
Ochrona przed promieniowaniem beta
Trudniej jest chronić się przed promieniowaniem beta niż przed promieniowaniem alfa. Jeśli w skażonym obszarze dominuje promieniowanie beta, to w celu ochrony organizmu przed jego szkodliwym działaniem niezbędna będzie osłona ze szkła, blachy aluminiowej lub plexi. Aby chronić przed promieniowaniem beta z układu oddechowego, konwencjonalny respirator nie będzie już odpowiedni. Do tego potrzebna jest maska gazowa.
Jeśli znajdujesz się w budynku z cegły lub betonu, z szczelnie zamkniętymi oknami i drzwiami, będziesz stosunkowo bezpieczny przed tymi dwoma rodzajami promieniowania. Sytuacja będzie bardziej skomplikowana w przypadku promieniowania gamma.
Ochrona przed promieniowaniem gamma
Najtrudniej jest chronić się przed promieniowaniem gamma. Mundury chroniące przed tego typu promieniowaniem wykonane są z ołowiu, żeliwa, stali, wolframu i innych metali o dużej masie. Była to odzież ołowiana, której używano podczas pracy w elektrowni jądrowej w Czarnobylu po awarii.
Wszelkiego rodzaju bariery wykonane z polimerów, polietylenu, a nawet wody skutecznie chronią przed szkodliwym działaniem cząstek neutronów. Dla lepszej efektywności, zwłaszcza gdy nie wiadomo w 100%, przed jakim promieniowaniem należy się obecnie chronić, lepiej zastosować kombinowane środki ochrony. Na przykład ceglane ściany pokryte polietylenem i blachą ciężką zapewnią dobrą ochronę przed wszystkimi rodzajami promieniowania.
Wymagana grubość materiałów, aby zmniejszyć promieniowanie gamma 1000 razy:
Ołów - 100 cm,
2) Farmaceutyczne preparaty ziołowe chroniące przed promieniowaniem. Lek „Korzeń żeń-szenia”, który można kupić w każdej aptece, skutecznie przeciwdziała promieniowaniu. Stosuje się go w dwóch dawkach przed posiłkami w ilości jednorazowo 40-50 kropli. Zaleca się także spożywanie w celu zmniejszenia stężenia radionuklidów w organizmie
Podstawowe zasady bezpieczeństwa radiacyjnego
Aby zapewnić bezpieczeństwo radiacyjne, należy przestrzegać następujących zasad:
- Zasada racjonowania. Jej przestrzeganie gwarantuje, że nie zostaną przekroczone dopuszczalne indywidualne dawki promieniowania dla ludzi ze wszystkich dostępnych źródeł promieniowania jonizującego.
- Zasada uzasadnienia. Oznacza to zakaz wszelkiego rodzaju działań związanych z promieniowaniem jonizującym, w których wynikająca z tego korzyść dla społeczeństwa jest mniejsza niż ryzyko ewentualnych szkód.
- Zasada optymalizacji. Polega na utrzymywaniu na możliwie najniższym poziomie dawek promieniowania otrzymywanych przez poszczególne osoby i liczby osób narażonych podczas korzystania z dowolnego źródła promieniowania jonizującego.
Standaryzacja narażenia na promieniowanie
Normalizacja poziomu promieniowania jonizującego wiąże się z uwzględnieniem charakteru oddziaływania promieniowania jonizującego na organizm człowieka. Od 1999 roku w naszym kraju spełnia międzynarodowe standardy. Rozporządzenie dotyczy zarówno promieniowania sztucznego, jak i naturalnego. Regulacjom podlegają dawki główne, maksymalne dopuszczalne stężenia substancji promieniotwórczych w atmosferze, wodzie, narządach i tkankach ludzkich itp.
Wymagania w zakresie bezpieczeństwa radiacyjnego dotyczą regulowanych naturalnych źródeł promieniowania: izotopów radonu i produktów ich rozpadu w powietrzu w pomieszczeniach mieszkalnych i przemysłowych, promieniowania gamma z naturalnych radionuklidów wchodzących w skład wyrobów budowlanych, naturalnych radionuklidów w wodzie pitnej, nawozach i minerałach.
W celu ograniczenia uwalniania odpadów produkcyjnych zawierających radionuklidy do otaczającej atmosfery, wody i gleby oraz wpływu tych odpadów na ludzi, stosuje się podział na strefy wokół niebezpiecznych przedsiębiorstw przemysłowych. W razie potrzeby zorganizowana zostanie strefa ochrony sanitarnej i strefa obserwacji.
Definicja 1
Strefa ochrony sanitarnej to obszar otaczający źródło promieniowania jonizującego, na którym poziom narażenia ludzi podczas normalnej pracy tego źródła może przekraczać normatywną dawkę promieniowania dla ludności.
Definicja 2
Strefa obserwacji to obszar wykraczający poza strefę ochrony sanitarnej, na którym emisje promieniotwórcze z danego przedsiębiorstwa mogą mieć wpływ na zdrowie zamieszkującej go ludności.
Sposoby ochrony ludności
Metody ochrony przed promieniowaniem jonizującym zdeterminowane są ich właściwościami fizycznymi. Kiedy inne substancje są wystawione na działanie twardego promieniowania i cząstek o wysokiej energii, ulegają jonizacji. Promieniowanie o różnych długościach fal zasadniczo różni się od siebie intensywnością i stopniem absorpcji przez materię. Najbardziej intensywne promieniowanie jonizujące, przede wszystkim promieniowanie γ, praktycznie nie jest absorbowane przez substancje nieprzezroczyste dla promieni o długości fali w zakresie optycznym.
Zasady bezpieczeństwa radiacyjnego realizowane są poprzez redukcję mocy źródeł promieniowania do najniższej wartości; ograniczenie możliwości przedostawania się radionuklidów do środowiska; skrócenie czasu pracy ze źródłami radionuklidów; zwiększenie odległości między źródłem a ludźmi; osłanianie źródeł promieniowania materiałami je pochłaniającymi. Do głównych metod ochrony ludności zalicza się ochronę odległościową, osłonę i ograniczanie przedostawania się radionuklidów do środowiska, a także prowadzenie zestawu specjalnych środków organizacyjnych, technicznych, leczniczych i zapobiegawczych.
Jednym z najskuteczniejszych sposobów ochrony ludzi jest stosowanie materiałów skutecznie tłumiących promieniowanie. Dobiera się je w zależności od rodzaju promieniowania jonizującego.
Do ochrony przed promieniowaniem α stosuje się ekrany ze szkła lub plexi o grubości do kilku milimetrów.
Materiały o niskiej masie atomowej (stosuje się aluminium) są skuteczne przeciwko promieniowaniu β. Wymagana jest silniejsza ochrona w przypadku kwantów γ i neutronów, które mają wysoką zdolność penetracji.
Promieniowaniu γ zapobiegają substancje o dużej masie atomowej i dużej gęstości (ołów, wolfram); stosowane są również tańsze materiały - stal, żeliwo, beton.
Do ochrony przed promieniowaniem neutronowym stosuje się beryl, grafit i materiały zawierające wodór (parafina, woda).
Promieniowanie jonizujące odnosi się do strumieni korpuskuł (cząstek elementarnych) i strumieni fotonów (kwantów pola elektromagnetycznego), które przechodząc przez substancję jonizują jej atomy i cząsteczki.
Najbardziej znane to cząstki alfa (reprezentujące jądra helu i składające się z dwóch protonów i dwóch neutronów), cząstki beta (reprezentujące elektron) i promieniowanie gamma (reprezentujące kwanty pola elektromagnetycznego o określonym zakresie częstotliwości). Dualizm cząsteczkowo-falowy świata kwantowego pozwala mówić o promieniowaniu alfa i promieniowaniu beta. Promieniowanie rentgenowskie, bremsstrahlung i promieniowanie kosmiczne, strumienie protonów, neutronów i pozytonów również są jonizujące.
Naturalne promieniowanie jonizujące jest obecne wszędzie. Pochodzi z kosmosu w postaci promieni kosmicznych. Występuje w powietrzu w postaci promieniowania radioaktywnego radonu i jego cząstek wtórnych. Izotopy promieniotwórcze pochodzenia naturalnego przenikają do wszystkich organizmów żywych wraz z pożywieniem i wodą i pozostają w nich. Nie da się uniknąć promieniowania jonizującego. Na Ziemi zawsze istniało naturalne tło radioaktywne, w polu jego promieniowania powstało życie, a następnie - dużo, dużo później - pojawił się człowiek. To naturalne (naturalne) promieniowanie towarzyszy nam przez całe życie.
Fizyczne zjawisko radioaktywności odkryto w 1896 roku i dziś jest ono szeroko stosowane w wielu dziedzinach. Pomimo radiofobii elektrownie jądrowe odgrywają ważną rolę w sektorze energetycznym wielu krajów. Promieniowanie rentgenowskie wykorzystuje się w medycynie do diagnostyki urazów i chorób wewnętrznych. Szereg substancji radioaktywnych w postaci znakowanych atomów wykorzystuje się do badania funkcjonowania narządów wewnętrznych i procesów metabolicznych. Radioterapia wykorzystuje promieniowanie gamma i inne rodzaje promieniowania jonizującego w leczeniu raka. Substancje radioaktywne są szeroko stosowane w różnych urządzeniach monitorujących, a promieniowanie jonizujące (głównie promieniowanie rentgenowskie) jest wykorzystywane do celów wykrywania wad przemysłowych. Znaki wyjściowe na budynkach i samolotach zawierają radioaktywny tryt, który świeci w ciemności w przypadku nagłej przerwy w dostawie prądu. Wiele urządzeń sygnalizacji pożaru w budynkach mieszkalnych i użyteczności publicznej zawiera radioaktywny ameryk.
Promieniowanie radioaktywne różnych typów o różnych widmach energetycznych charakteryzuje się różnymi zdolnościami penetracyjnymi i jonizującymi. Właściwości te określają charakter ich oddziaływania na materię żywą obiektów biologicznych.
Biologiczne działanie promieniowania jonizującego polega na tym, że energia przechodzącego przez nie promieniowania, pochłonięta przez substancję, jest zużywana na rozrywanie wiązań chemicznych atomów i cząsteczek, co zakłóca normalne funkcjonowanie żywych komórek tkankowych.
Wyróżnia się następujące skutki promieniowania jonizującego na organizm człowieka: somatyczny – ostra choroba popromienna, przewlekła choroba popromienna, miejscowe urazy popromienne; somato-stochastycznego (nowotwory złośliwe, zaburzenia rozwoju płodu, skrócona długość życia) i genetycznego (mutacje genów, aberracje chromosomowe).
Jeżeli źródła promieniowania radioaktywnego znajdują się poza ciałem człowieka i w związku z tym człowiek jest napromieniany z zewnątrz, wówczas mówimy o napromieniowaniu zewnętrznym.
Jeżeli substancje radioaktywne zawarte w powietrzu, żywności, wodzie dostaną się do organizmu człowieka, wówczas źródła promieniowania radioaktywnego znajdują się wewnątrz organizmu i wskazują na narażenie wewnętrzne.
Podkreślamy, że napromieniowanie zewnętrzne powstaje w wyniku bezpośredniego oddziaływania radioaktywnego promieniowania jonizującego pochodzącego ze źródeł zewnętrznych z atomami biologicznych substratów organizmu. Przed promieniowaniem zewnętrznym można chronić się, umieszczając taki lub inny ekran ochronny na drodze promieniowania i/lub stosując środki ochrony indywidualnej. W szczególności specjalna odzież ochronna całkowicie chroni przed promieniowaniem alfa, a częściowo przed promieniowaniem beta, promieniowaniem rentgenowskim czy promieniowaniem gamma. W tym celu stosuje się kombinezony, rękawice, kaptury, buty, rękawice, gogle i fartuchy ołowiowe.
Promieniowanie wewnętrzne zawsze wiąże się z przedostawaniem się do organizmu człowieka substancji promieniotwórczych, których różnorodność warunkuje różnorodność mechanizmów wchłaniania, asymilacji i usuwania tych substancji z organizmu oraz stopień udziału w metabolizmie. W rezultacie substancje radioaktywne mogą być zatrzymywane, a nawet kumulowane w organizmie. Rozpadając się, napromieniają znajdujące się wokół nich tkanki.
Ograniczenie narażenia wewnętrznego można osiągnąć jedynie poprzez indywidualne środki ochrony dróg oddechowych, które służą ochronie dróg oddechowych przed substancjami radioaktywnymi zawartymi w powietrzu oraz specjalną dietę.
Zapewnienie bezpieczeństwa radiacyjnego wymaga zastosowania szeregu różnorodnych zabezpieczeń, zależnych od specyficznych warunków pracy ze źródłami promieniowania jonizującego, a także od rodzaju źródła.
Ochrona czasu polega na skróceniu czasu pracy ze źródłem, co pozwala na zmniejszenie dawek promieniowania dla personelu. Zasada ta jest szczególnie często stosowana, gdy personel bezpośrednio pracuje przy niskim poziomie radioaktywności.
Ochrona na odległość jest dość prostą i niezawodną metodą ochrony. Wynika to ze zdolności promieniowania do utraty energii w oddziaływaniach z materią: im większa odległość od źródła, tym więcej procesów interakcji promieniowania z atomami i cząsteczkami, co ostatecznie prowadzi do zmniejszenia dawki promieniowania dla personelu.
Ekranowanie jest najskuteczniejszą metodą ochrony przed promieniowaniem. W zależności od rodzaju promieniowania jonizującego do wykonania ekranów wykorzystuje się różne materiały, a o ich grubości decyduje moc i promieniowanie.
Promieniowanie jonizujące– są to wszelkie promieniowania, których oddziaływanie z ośrodkiem prowadzi do powstania ładunków elektrycznych o różnych znakach, tj. jonizacja atomów i cząsteczek napromienianej substancji. Całe promieniowanie jonizujące ze swej natury dzieli się na fotonowe (kwantowe) i korpuskularne.
Fotonowe (kwantowe) promieniowanie jonizujące obejmuje:
promieniowanie gamma, które występuje, gdy zmienia się stan energetyczny jąder atomowych lub anihilacja cząstek
Bremsstrahlung, który występuje, gdy energia kinetyczna naładowanych cząstek maleje
charakterystyczne promieniowanie o dyskretnym widmie energii, które występuje, gdy zmienia się stan energetyczny elektronów atomu
· Promieniowanie rentgenowskie, składające się z promieniowania bremsstrahlung i/lub promieniowania charakterystycznego.
Promieniowanie korpuskularne to promieniowanie jonizujące składające się z cząstek o masie spoczynkowej różnej od zera. Istnieją dwa ich rodzaje:
cząstki naładowane: cząstki beta (elektrony), protony (jądra wodoru), deuterony (jądra ciężkiego wodoru – deuter), cząstki alfa (jądra helu);
ciężkie jony to jądra innych pierwiastków przyspieszane do wysokich energii. Przechodząc przez substancję naładowana cząstka, tracąc swoją energię, powoduje jonizację i wzbudzenie atomu. Do cząstek nienaładowanych zaliczają się neutrony, które nie oddziałują z powłoką elektronową atomu i swobodnie wnikają w głąb atomu, reagując z jądrami. W tym przypadku emitowane są cząstki alfa lub protony. Protony uzyskują średnio połowę energii kinetycznej neutronów i powodują jonizację na swojej drodze. Gęstość jonizacji protonów jest wysoka. W substancjach zawierających wiele atomów wodoru (woda, parafina, grafit) neutrony szybko marnują energię i zwalniają, co wykorzystuje się do celów ochrony przed promieniowaniem. Promieniowanie neutronowe i gamma są powszechnie nazywane promieniowaniem penetrującym lub promieniowaniem penetrującym.
Istnieją dwa rodzaje promieniotwórczości: naturalna (naturalna) i sztuczna. Najbardziej realne zagrożenie stwarzają sztuczne źródła promieniowania. Udoskonalenie technologii lotniczej może w przyszłości doprowadzić do wykorzystania pokładowych radioizotopów, energii jądrowej i elektrowni jądrowych będących źródłami promieniowania jonizującego. Wystąpienie sytuacji radiacyjnej jest możliwe podczas transportu radionuklidów, a także podczas wybuchu broni jądrowej, awaryjnego uwolnienia produktów technologicznych przedsiębiorstwa nuklearnego do środowiska i lokalnego opadu substancji radioaktywnych.
Promieniowanie jonizujące, ze względu na swój skład energetyczny, dzieli się na monoenergetyczne (monochromatyczne) i niemonoenergetyczne (niemonochromatyczne). Promieniowanie monoenergetyczne (jednorodne) to promieniowanie składające się z cząstek tego samego typu o tej samej energii kinetycznej lub kwantów o tej samej energii. Promieniowanie niemonoenergetyczne (niejednorodne) to promieniowanie składające się z cząstek tego samego rodzaju o różnych energiach kinetycznych lub kwantach o różnych energiach. Promieniowanie jonizujące składające się z cząstek różnego rodzaju lub cząstek i kwantów nazywa się promieniowaniem mieszanym.
Źródła promieniowania jonizującego
Źródłem promieniowania jonizującego jest przedmiot zawierający materiał promieniotwórczy lub urządzenie techniczne, które emituje lub może (w określonych warunkach) emitować promieniowanie jonizujące.
Nowoczesne obiekty jądrowe są zazwyczaj złożonymi źródłami promieniowania. Przykładowo, źródłami promieniowania pracującego reaktora jądrowego, oprócz rdzenia, są układ chłodzenia, materiały konstrukcyjne, sprzęt itp. Pole promieniowania takich rzeczywistych złożonych źródeł jest zwykle przedstawiane jako superpozycja pól promieniowania poszczególnych , bardziej elementarne źródła.
Każde źródło promieniowania charakteryzuje się:
1. Rodzaj promieniowania – główną uwagę zwrócono na najczęściej spotykane w praktyce źródła promieniowania.
2. Geometria źródła (kształt i wielkość) - geometrycznie źródła mogą być punktowe i wydłużone. Źródła rozszerzone stanowią superpozycję źródeł punktowych i mogą być liniowe, powierzchniowe lub wolumetryczne o ograniczonych, półnieskończonych lub nieskończonych wymiarach. Fizycznie źródło można uznać za źródło punktowe, którego maksymalne wymiary są znacznie mniejsze niż odległość do punktu detekcji i średnia droga swobodna w materiale źródłowym (można pominąć tłumienie promieniowania w źródle). Źródła powierzchniowe mają grubość znacznie mniejszą niż odległość do punktu detekcji i swobodna droga w materiale źródłowym. W źródle wolumetrycznym emitery są rozmieszczone w trójwymiarowym obszarze przestrzeni.
3. Moc i jej rozkład na źródle – źródła promieniowania rozkładają się najczęściej na rozciągniętym emiterze równomiernie, wykładniczo, liniowo lub zgodnie z prawem cosinusa.
4. Skład energii - widmo energii źródeł może być monoenergetyczne (emitowane są cząstki o jednej stałej energii), dyskretne (emitowane są cząstki monoenergetyczne o kilku energiach) lub ciągłe (emitowane są cząstki o różnych energiach w określonym zakresie energii).
5. Rozkład kątowy promieniowania - spośród różnorodnych rozkładów kątowych źródeł promieniowania, do rozwiązania większości praktycznych problemów wystarczy uwzględnić: izotropowy, cosinusowy, jednokierunkowy. Czasami istnieją rozkłady kątowe, które można zapisać jako kombinację izotropowych i cosinusowych rozkładów promieniowania.
Źródłami promieniowania jonizującego są pierwiastki promieniotwórcze i ich izotopy, reaktory jądrowe, akceleratory cząstek naładowanych itp. Źródłami promieniowania rentgenowskiego są instalacje rentgenowskie oraz źródła prądu stałego wysokiego napięcia.
Należy tutaj zauważyć, że podczas normalnej pracy zagrożenie promieniowaniem jest nieznaczne. Występuje w przypadku wystąpienia sytuacji awaryjnej i może objawiać się przez długi czas w przypadku skażenia radioaktywnego terenu.
Tło radioaktywne utworzone przez promienie kosmiczne (0,3 mSv/rok) zapewnia nieco mniej niż połowę całkowitego promieniowania zewnętrznego (0,65 mSv/rok) odbieranego przez ludność. Nie ma takiego miejsca na Ziemi, do którego promienie kosmiczne nie mogłyby przedostać się. Należy zauważyć, że biegun północny i południowy otrzymują więcej promieniowania niż regiony równikowe. Dzieje się tak z powodu obecności pola magnetycznego w pobliżu Ziemi, którego linie siły wchodzą i wychodzą na biegunach.
Jednak bardziej znaczącą rolę odgrywa lokalizacja osoby. Im wyżej wznosi się nad poziom morza, tym silniejsze staje się napromieniowanie, ponieważ wraz ze wzrostem grubość warstwy powietrza i jej gęstość zmniejszają się, a zatem zmniejszają się właściwości ochronne.
Osoby mieszkające na poziomie morza otrzymują dawkę promieniowania zewnętrznego wynoszącą około 0,3 mSv rocznie, na wysokości 4000 m n.p.m. – już 1,7 mSv. Na wysokości 12 km dawka promieniowania kosmicznego wzrasta około 25 razy w porównaniu do dawki ziemskiej. Załogi i pasażerowie samolotów podczas lotu na dystansie 2400 km otrzymują dawkę promieniowania 10 μSv (0,01 mSv lub 1 mrem); podczas lotu z Moskwy do Chabarowska wartość ta wyniesie już 40–50 μSv. Znaczenie ma tutaj nie tylko czas trwania, ale także wysokość lotu.
Promieniowanie ziemskie, które daje około 0,35 mSv/rok ekspozycji zewnętrznej, pochodzi głównie ze skał mineralnych zawierających potas – 40, rubid – 87, uran – 238, tor – 232. Naturalnie poziom promieniowania ziemskiego na naszej planecie nie jest takie same i wahają się głównie od 0,3 do 0,6 mSv/rok. Są miejsca, gdzie te liczby są wielokrotnie wyższe.
Dwie trzecie wewnętrznego narażenia populacji ze źródeł naturalnych następuje w wyniku spożycia substancji radioaktywnych do organizmu z pożywieniem, wodą i powietrzem. Człowiek otrzymuje średnio około 180 μSv/rok dzięki potasowi – 40, który jest wchłaniany przez organizm wraz z niezbędnym do życia potasem nieradioaktywnym. Nuklidy ołów – 210, polon – 210 są skoncentrowane w rybach i skorupiakach. Dlatego osoby spożywające duże ilości ryb i innych owoców morza otrzymują stosunkowo wysokie dawki promieniowania wewnętrznego.
Mieszkańcy regionów północnych, którzy jedzą mięso jelenia, są również narażeni na wyższy poziom promieniowania, ponieważ porosty, które jelenie zjadają zimą, koncentrują znaczne ilości radioaktywnych izotopów polonu i ołowiu.
Niedawno naukowcy odkryli, że najważniejszym ze wszystkich naturalnych źródeł promieniowania jest radioaktywny gaz radon – niewidzialny, pozbawiony smaku i zapachu gaz, który jest 7,5 razy cięższy od powietrza. W przyrodzie radon występuje w dwóch głównych postaciach: radon - 222 i radon - 220. Główna część promieniowania nie pochodzi z samego radonu, ale z produktów rozpadu potomnego, dlatego człowiek otrzymuje znaczną część dawki promieniowania z radonu radionuklidy dostające się do organizmu wraz z wdychanym powietrzem.
Radon jest uwalniany ze skorupy ziemskiej wszędzie, dlatego też człowiek jest narażony na jego działanie w największym stopniu przebywając w zamkniętym, niewentylowanym pomieszczeniu na niższych piętrach budynków, gdzie gaz przedostaje się przez fundamenty i podłogę. Jego stężenie w pomieszczeniach zamkniętych jest zwykle 8 razy większe niż na ulicy, a na wyższych piętrach jest mniejsze niż na parterze. Drewno, cegła i beton emitują niewielką ilość gazów, ale granit i żelazo emitują znacznie więcej. Tlenek glinu jest bardzo radioaktywny. Niektóre odpady przemysłowe stosowane w budownictwie charakteryzują się stosunkowo wysoką radioaktywnością, na przykład cegła z czerwonej gliny (odpady z produkcji aluminium), żużel wielkopiecowy (w hutnictwie żelaza) i popiół lotny (powstający w wyniku spalania węgla).
Urządzenia do rozpoznania radiacyjnego
W ciągu ostatnich 30 lat, w związku z szybkim rozwojem elektroniki, powstały nowe, nowoczesne przyrządy do rejestracji wszystkich rodzajów promieniowania jonizującego, co wywarło istotny wpływ na jakość i wiarygodność pomiarów. Wzrosła niezawodność przyrządów pomiarowych, znacząco zmniejszyło się zużycie energii, wymiary i masa przyrządów, wzrosła ich różnorodność i rozszerzył się zakres ich zastosowania.
Przyrządy do rejestracji promieniowania jonizującego przeznaczone są do pomiaru wielkości charakteryzujących źródła i pola promieniowania jonizującego oraz oddziaływania promieniowania jonizującego z materią.
Przyrządy i instalacje służące do rejestracji promieniowania jonizującego dzielą się na następujące główne grupy:
1. Dozymetry– przyrządy do pomiaru dawki promieniowania jonizującego (narażenia, pochłoniętego, równoważnego) i współczynnika jakości.
2. Radiometry– przyrządy do pomiaru gęstości strumienia promieniowania jonizującego.
3. Urządzenia uniwersalne– urządzenia łączące funkcje dozymetru i radiometru, radiometru i spektrometru itp.
4. Spektrometry promieniowania jonizującego– przyrządy do pomiaru rozkładu (widma) wielkości charakteryzujących pole promieniowania jonizującego.
Zgodnie ze schematem weryfikacji, zgodnie z celem metodologicznym, przyrządy i instalacje do rejestracji promieniowania jonizującego dzielą się na wzorowe i działające. Przykładowe przyrządy i instalacje przeznaczone są do sprawdzania z nimi innych przyrządów pomiarowych, zarówno sprawnych, jak i wzorowych, o mniejszej dokładności. Należy pamiętać, że urządzenia wzorcowe nie mogą być używane jako urządzenia sprawne. Przyrządy i instalacje robocze służą do rejestracji i badania promieniowania jonizującego w fizyce doświadczalnej i stosowanej oraz wielu innych dziedzinach gospodarki narodowej. Przyrządy do rejestracji promieniowania jonizującego dzielimy także ze względu na rodzaj mierzonego promieniowania, efekt oddziaływania promieniowania z materią (jonizacja, scyntylacja, fotograficzny itp.) i inne cechy. Ze względu na konstrukcję urządzenia do rejestracji promieniowania jonizującego dzielą się na stacjonarne, przenośne i przenośne, z autonomicznym zasilaniem, zasilane z sieci elektrycznej oraz te, które nie wymagają zużycia energii.
Wpływ promieniowania jonizującego na organizm człowieka
Każdy wie, że wszystkie tkanki organizmu są w stanie absorbować energię promieniowania, która zamieniana jest na energię reakcji chemicznych i ciepło. Chusteczki zawierają 60-80% wody. W rezultacie większość energii promieniowania jest pochłaniana przez wodę, a mniej przez substancje w niej rozpuszczone. Dlatego podczas napromieniania w organizmie pojawiają się wolne rodniki – produkty rozkładu (radiolizy) wody, które są bardzo aktywne chemicznie i mogą reagować z białkami i innymi cząsteczkami.
Pod wpływem bardzo dużych dawek, w wyniku pierwotnego działania promieniowania jonizującego, obserwuje się zmiany we wszelkich biomolekułach.
Przy umiarkowanych dawkach narażenia na promieniowanie wpływają przede wszystkim tylko wielkocząsteczkowe związki organiczne: kwasy nukleinowe, białka, lipoproteiny i polimerowe związki węglowodanów. Kwasy nukleinowe charakteryzują się wyjątkowo wysoką radiowrażliwością. W przypadku bezpośredniego trafienia wystarczą 1-3 akty jonizacji, aby cząsteczki DNA rozpadły się na dwie części w wyniku zerwania wiązań wodorowych i utraciły swoją aktywność biologiczną. Pod wpływem promieniowania jonizującego w białkach zachodzą zmiany strukturalne, prowadzące do utraty aktywności enzymatycznej i immunologicznej.
W wyniku tych procesów, które zachodzą niemal natychmiast, powstają nowe związki chemiczne (radiotoksyny), które na co dzień są nietypowe dla organizmu. Wszystko to prowadzi do zakłócenia złożonych procesów biochemicznych metabolizmu i czynności życiowych komórek i tkanek, tj. do rozwoju choroby popromiennej.
Ostra choroba popromienna (ARS) występuje, gdy dana osoba jest narażona na duże dawki promieniowania w krótkim czasie i ma trzy etapy:
Etapowi 1 (dawka promieniowania 1-2 Sv (siwert), okres utajony 2-3 tygodnie) towarzyszą objawy: ogólne osłabienie, zmęczenie, apatia, zawroty głowy, ból głowy, zaburzenia snu. Unikanie promieniowania i odpowiednie leczenie pozwala w pełni przywrócić zdrowie.
Etap 2 (dawka promieniowania 2-3 Sv (siwert), okres utajony 1 tydzień) charakteryzuje się wzmożonym bólem, pojawieniem się silnego bólu serca, brzucha i krwawień z nosa. Okres leczenia wynosi 2 miesiące.
Etap 3 (dawka promieniowania 3-5 Sv), charakteryzujący się nieodwracalnymi konsekwencjami w organizmie po 3-7 godzinach, a nawet śmiercią.
Dawka większa niż 5 Sv jest śmiertelna.
Metody i środki zapewnienia bezpieczeństwa radiacyjnego
Kiedy substancje promieniotwórcze dostaną się na otwarte obszary ciała, ubrania lub sprzętu, głównym zadaniem jest ich szybkie usunięcie, aby zapobiec przedostaniu się radionuklidów do organizmu. Jeżeli substancja radioaktywna rzeczywiście przedostanie się do środka, ofierze natychmiast wstrzykuje się adsorbenty do żołądka, przemywa i podaje środki wymiotne, przeczyszczające i wykrztuśne, które mogą mocno związać substancje radioaktywne i zapobiec ich osadzaniu się w tkankach.
Zapobieganie urazom popromiennym odbywa się poprzez zestaw środków sanitarno-higienicznych, sanitarno-technicznych i specjalnych środków medycznych.
Środki ochrony chemicznej (odzież ochronna, maski gazowe lub maski oddechowe itp.) mają znane działanie ochronne przed narażeniem na substancje radioaktywne. W przypadkach, gdy narażenie na promieniowanie w dawkach przekraczających maksymalne dopuszczalne limity jest nieuniknione, profilaktykę prowadzi się metodą ochrony farmakochemicznej.
W wyniku licznych badań radiobiologicznych odkryto substancje, które wprowadzone do organizmu w określonym czasie przed napromieniowaniem, w pewnym stopniu zmniejszają uszkodzenia popromienne. Substancje takie nazywane są radioprotektorami lub radioprotektorami. Większość obecnie badanych radioprotektorów wykazuje pozytywne działanie po wprowadzeniu do organizmu na stosunkowo krótki czas przed napromienianiem. Poprawiają przebieg choroby popromiennej, przyspieszają procesy rekonwalescencji, zwiększają skuteczność terapii i zwiększają przeżycie.
Oprócz radioprotektorów należy zwrócić uwagę na ochronę biologiczną, która odbywa się za pomocą adaptogenów. Substancje te nie mają określonego działania, ale zwiększają ogólną odporność organizmu na różne niekorzystne czynniki, w tym promieniowanie jonizujące. Adaptogeny są przepisywane wielokrotnie na kilka dni lub tygodni przed napromienianiem. Należą do nich preparaty z eleutherococcus, żeń-szenia, Schisandra chinensis, kompleksy witaminowo-aminokwasowe, niektóre mikroelementy itp. Mechanizm działania tych leków jest niezwykle szeroki. Pojęcie ochrony biologicznej obejmuje również działania takie jak aklimatyzacja do niedotlenienia, szczepienia, prawidłowe odżywianie, ćwiczenia fizyczne itp. Wszystko to oczywiście zwiększa odporność organizmu.