Любое вещество состоит из молекул, а молекулы состоят из атомов химических элементов.
В свою очередь атом химического элемента состоит из ядра, в котором находятся протоны и нейтроны, и электронов, которые вращаются по орбитам вокруг ядра. Общее название протонов и нейтронов - частиц, из которых состоит атомное ядро, - нуклоны.
Количество протонов в ядре химического элемента определяется его номером в Периодической системе химических элементов (таблица Менделеева).
При одном и том же количестве протонов количество нейтронов у химического элемента может быть разным.
Сумма количества нейтронов и протонов определяет атомный вес химического элемента.
Химические элементы с одним и тем же количеством протонов, но различным количеством нейтронов называют изотопами.
Изотопы бывают стабильными и нестабильными. Изотопы, ядра которых способны самопроизвольно распадаться, называют радионуклидами. Они способны превращаться в другие ядра, причем этот процесс превращения сопровождается выделением энергии в виде различного вида излучений.
Процесс самопроизвольного превращения неустойчивых нуклидов одного химического элемента в другой называется радиоактивностью, а нуклиды, участвующие в этом процессе, - радиоактивными.
Важной характеристикой радиоактивного вещества является его активность, которая определяется числом ядерных превращений в единицу времени. Поэтому опасность радиоактивного вещества определяется не его количеством, а количеством радиоактивных распадов.
Количеством радиоактивных распадов в секунду определяется активность радионуклида.
Единицей измерения активности является один распад в секунду. Эту единицу называют беккерель (по имени французского ученого Анри Беккереля, открывшего явление радиоактивности). В практической деятельности применяются кратные единицы измерения - килобеккерель, мегабеккерель.
Внесистемной единицей активности является кюри, а также кратные и дробные единицы от него. Данная единица измерения активности соответствует количеству распадов в 1 грамме радия и составляет 3,7 х Ю10 распадов в секунду (беккерелей).
Эта единица встречается в законодательных, нормативных правовых актах. В частности, для характеристики плотности радиоактивного загрязнения местности наряду с единицами кБк/м2 приводятся величины и в Кюри/км2.
При прохождении радиоактивного излучения через среду происходит образование ионов и электронов, сопровождающееся поглощением этой средой определенного количества энергии.
Поглощенную энергию радиоактивного излучения принято характеризовать величиной, называемой дозой излучения.
Доза излучения определяется по формуле
|
Из этой формулы видно, что уменьшение дозы облучения возможно за счет уменьшения времени воздействия излучения (защита временем), увеличения расстояния от излучателя (защита расстоянием) и уменьшения активности излучателя (защита количеством).
Уменьшение времени облучения (защита временем) достигается соответствующей предварительной подготовкой и организацией работ.
Для увеличения расстояния до источника излучения (защита расстоянием) используются инструменты с длинными рукоятками и дистанционные инструменты, так называемые манипуляторы.
Уменьшение дозы достигается также созданием защитных ограждений, поглощающих излучение, - экранированием. Наилучшие результаты по защите от внешнего воздействия ионизирующих излучений дает комплексное использование всех перечисленных способов защиты.
Для количественной оценки ионизирующего действия рентгеновского и гамма-излучения в сухом воздухе по эффекту ионизации применяется понятие экспозиционной дозы.
Экспозиционная доза представляет собой отношение суммарного заряда всех ионов одного знака, созданных в воздухе при полном торможении всех вторичных электронов, которые были образованы фотонами в объеме воздуха с определенной массой, к массе воздуха в этом объеме. Количество электричества измеряется величиной, которая получила наименование «кулон» по имени французского ученого Ш. Кулона. Кулон - количество электричества, образующегося при прохождении электрического тока силой 1 ампер в течение 1 секунды.
Единицей экспозиционной дозы является кулон на килограмм (Кл/кг).
Внесистемной единицей экспозиционной дозы рентгеновского и гамма-излучения является рентген.
Рентген-это доза фотонного излучения, которая в 1 см3 воздуха создает ионы, несущие одну электростатическую единицу (1 СГСЭ) электричества каждого знака. Поскольку 1 Кл = 3 х 109 СГСЭ, а масса 1 см3 атмосферного сухого воздуха при нормальных условиях составляет 0,001 293 2 г, при пересчете получится, что 1 Кл/кг = 3876 Р и, наоборот, 1 Р = 2,58 х 10-4 Кл/кг.
Ионизирующие излучения, взаимодействуя с веществом, передают ему определенную энергию. Величина этой энергии, отнесенная к массе вещества, представляет собой поглощенную дозу излучения.
Величиной поглощенной дозы определяется биологическое действие ионизирующих излучений на живой организм.
Единицей поглощенной дозы излучения является 1 джоуль на килограмм (Дж/кг). Эту единицу поглощенной энергии излучения принято называть грэй. 1 Гр = 1 Дж/кг.
Внесистемной единицей поглощенной дозы излучения является рад, который соответствует поглощению 100 эрг энергии любого вида ионизирующего излучения в 1 грамме облученного вещества.
Таким образом, если 1 рад = 100 эрг/г, а 1 Гр = 1 Дж/кг, то, учитывая, что 1 Дж =107 эрг, а 1 кг = 103 г, получается, что 1 Гр = 100 рад и, наоборот, 1 рад = 0,01 Гр.
Исследования показали, что действие ионизирующих излучений на организм человека зависит не только от поглощенной дозы, но и от вида излучения. Иными словами, одинаковая поглощенная доза различных видов ионизирующих излучений вызывает в биологической ткани различное биологическое действие. Например, хотя пробег альфа-частиц составляет микроны, они создают такую мощную ионизацию, которая способна вывести из строя всю молекулу целиком. Особенно опасно, если частица попадает в жизненно важную биологическую структуру.
Поэтому для сравнения биологического действия различных видов излучений используются взвешивающие коэффициенты. Применение взвешивающих коэффициентов позволяет учесть относительную биологическую эффективность различных видов излучений в индуцировании биологических эффектов.
Гигиеническим нормативом «Критерии оценки радиационного воздействия», утвержденным постановлением Министерства здравоохранения Республики Беларусь от 28 декабря 2012 г. № 213, установлены указанные взвешивающие коэффициенты для отдельных видов излучения, которые применяются для расчета эквивалентной дозы.
Эквивалентная доза получается путем умножения поглощенной дозы на взвешивающие коэффициенты, которые составляют для: фотонного излучения - 1; электронов и мюонов - 1; протонов и заряженных пионов - 2; альфа-частиц, осколков деления, тяжелых ядер - 20; нейтронов - является непрерывной функцией энергии.
В указанном Гигиеническом нормативе приведены формулы расчета взвешивающих излучений нейтронного излучения в зависимости от его энергии.
Единицей эквивалентной дозы облучения, названной по имени шведского радиофизика Рольфа Зиверта, является зиверт.
1 Зв - это эквивалентная доза любого вида излучения, которая создает такой же биологический эффект, как и поглощенная доза в 1 грей образцового рентгеновского и гамма-излучения. В качестве образцового принимают рентгеновское излучение с энергией 200 кэВ.
Иными словами, 1 Зв = 1 Дж/кг = 1 Гр : взвешивающий коэффициент.
Внесистемная единица эквивалентной дозы излучения - бэр (биологический эквивалент рентгена).
1 бэр - это эквивалентная доза любого вида излучения, которая создает такой же биологический эффект, как и поглощенная доза в 1 грэй образцового рентгеновского и гамма-излучения.
Или по аналогии - 1 бэр = 1 рад: взвешивающий коэффициент. Таким образом, 1 бэр = 0,01 Зв и, наоборот, 1 Зв = 100 бэр.
В результате воздействия ионизирующего излучения на организм человека в тканях происходят сложные физические, химические и биологические процессы.
По современным воззрениям, основной механизм действия ионизирующих излучений связан с процессами ионизации атомов и молекул живой ткани, в частности молекул воды, содержащихся в организме и тканях. При этом нарушается нормальное течение биологических процессов и обмен веществ в организме.
В зависимости от поглощенной дозы излучения и индивидуальных особенностей организма вызванные изменения могут быть обратимыми и необратимыми.
При небольшой дозе пораженная ткань восстанавливает свою функциональную деятельность.
Длительное воздействие доз, превышающих предельно допустимую дозу, может вызвать необратимое поражение отдельных органов или всего организма и проявиться в хронической форме лучевой болезни.
Чувствительность различных тканей и органов человека к действию различных излучений также не одинакова. Поэтому вводятся понятия эффективной дозы и взвешивающих коэффициентов.
Эффективная доза рассчитывается путем умножения эквивалентной дозы на соответствующий взвешивающий коэффициент, учитывающий различную чувствительность разных органов и тканей человека в возникновении стохастических эффектов радиации.
Гигиеническим нормативом «Критерии оценки радиационного воздействия», утвержденным постановлением Министерства здравоохранения Республики Беларусь от 28 декабря 2012 г. № 213, установлены следующие взвешивающие коэффициенты для тканей и органов человека, которые применяются для расчета эффективной дозы.
Взвешивающие коэффициенты составляют:
0,12 - для красного костного мозга, толстого кишечника, легких, желудка, молочной железы, остальных тканей;
0,08 - для гонад;
0,04-для мочевого пузыря, пищевода, печени, щитовидной железы;
0,01 - для костной поверхности, кожи, головного мозга, слюнных желез.
При этом ткани категории «Остальные» включают: надпочечники, ткани экстраторакального отдела, желчный пузырь, сердце, почки, лимфоузлы, мышечную ткань, слизистую полости рта, поджелудочную железу, тонкий кишечник, селезенку, тимус, предстательную железу (мужчины), матку/шейку матки (женщины).
Известно, что органы и биологические ткани имеют различную радиационную чувствительность. В первую очередь поражается красный костный мозг, половые железы. Напротив, нервная ткань очень устойчива к излучению.
Исходя из изложенного выше, эффективная доза является величиной, которая используется как мера риска возникновения отдаленных последствий облучения всего тела человека и отдельных его органов и тканей с учетом их радиационной чувствительности.
Она составляет сумму произведений эквивалентной дозы в органах и тканях на соответствующие взвешивающие коэффициенты.
Если сложить эквивалентные дозы, полученные отдельными органами, и учесть соответствующие взвешивающие коэффициенты, можно определить эффективную дозу, полученную всем организмом, которая также измеряется в зивертах.
Уровень радиации может изменяться, поэтому используется понятие мощности дозы, определяемой как величина дозы за определенный промежуток времени.
При воздействии ионизирующих излучений конечный результат зависит не только от дозы облучения, но и от ее мощности, то есть времени, в течение которого она накоплена, а также равномерности ее распределения.
Это обусловлено тем, что в ответ на облучение в организме протекают и восстановительные процессы. Результат этой борьбы зависит от соотношения количества поражающего фактора и защитно-восстановительных возможностей организма.
Для измерения ионизирующих излучений применяют особые вещества - детекторы, в которых в результате воздействия ионизирующих излучений образуются ионы. Заряд образовавшихся ионов создает электрические сигналы, величина которых соответствует энергии излучения, а их число - количеству прошедших через детектор частиц или квантов.
Приборы для измерения радиоактивности называют радиометрами.
Для измерения экспозиционной дозы необходимо измерить суммарный заряд ионов, образовавшихся в облучаемой воздушной ионизационной камере. Таким образом, экспозиционная доза поддается измерению с помощью приборов.
Измерить поглощенную дозу в человеческом организме трудно. Для этого нужны тканеэквивалентные детекторы - органические вещества, вода, сложные композиции, по составу подобные ткани, которые размещаются в полости тела или в его моделях - фантомах. Следовательно, измерение поглощенной дозы возможно лишь при определенных условиях.
Все остальные дозы приборами не измеряются и оцениваются с использованием косвенных радиометрических данных и разнообразных коэффициентов.
Поэтому Санитарными нормами и правилами «Требования к обеспечению радиационной безопасности персонала и населения при осуществлении деятельности по использованию атомной энергии и источников ионизирующего излучения», утвержденными постановлением Министерства здравоохранения Республики Беларусь от 31 декабря 2013 г. № 137, для контроля за эффективными и эквивалентными дозами облучения предусмотрено введение системы контролируемых параметров.
