Радиоактивное заражение

Альфа-частицы имеют  незначительный пробег (данные пробега  альфа-частиц приведены в зависимости  от энергии.):

· в воздухе - до 11 см;

· в биологических тканях - 30-130 мкм;

· в алюминии - 16-69 мкм.

Бета-частицы обладают большей проникающей и меньшей  ионизирующей способностью, чем альфа-частицы.

Пробег бета-частиц составляет:

· в воздухе несколько  метров;

· в биологических  тканях – несколько сантиметров;

· в алюминии – несколько  миллиметров.

Важнейшим свойством  рентгеновского излучения является его большая проникающая способность.

Источниками ИИ могут  быть природные и искусственные  радиоактивные вещества, различного рода ядерно-технические установки, медицинские препараты, многочисленные контрольно-измерительные устройства (дефектоскопия металлов, контроль качества сварных соединений). Они используются также в сельском хозяйстве, геологической разведке, при борьбе со статическим электричеством и др.

    Любой источник  излучения характеризуется:

1. Видом  излучения  –   основное   внимание   уделяется   наиболее   часто встречающимся на практике источникам (рентгеновского излучения,                          нейтронов, α-, β-, γ- частиц).
2. Геометрией источника  (формой  и  размерами)  –  геометрически  источники могут быть точечными и протяженными. Протяженные  источники    представляют суперпозицию точечных источников и могут быть  линейными,  поверхностными или  объемными  с  ограниченными,   полубесконечными   или   бесконечными размерами. Физически точечным можно считать такой источник,  максимальные размеры которого много меньше расстояния до точки детектирования и  длины свободного  пробега  в  материале  источника  (ослаблением  излучения   в источнике можно пренебречь). Поверхностные источники имеют толщину  много меньшую, чем  расстояние  до  точки  детектирования  и  длина  свободного пробега  в  материале  источника.   В   объемном   источнике   излучатели распределены в трехмерной области пространства.
3. Мощностью  и  ее  распределением  по  источнику  –  источники  излучения наиболее часто  распределяются  по  протяженному  излучателю  равномерно, экспоненциально, линейно или по косинусоидальному закону.
4. Энергетическим составом – энергетический  спектр  источников  может быть моноэнергетическим (испускаются частицы одной фиксированной энергии), дискретным (испускаются моноэнергетические  частицы  нескольких энергий) или непрерывным (испускаются частицы разных энергий в пределах некоторого энергетического диапазона).
5. Угловым  распределением   излучения   –   среди   многообразия   угловых распределений излучений источников для решения  большинства  практических задач достаточно рассматривать следующие:  изотропное,  косинусоидальное, мононаправленное. Иногда встречаются угловые распределения, которые можно записать  в  виде  комбинаций  изотропных  и   косинусоидальных   угловых распределений излучений.

Специалисты и другие работники могут сталкиваться с  ионизирующими излучениями при  выполнении работ на ускорителях заряженных частиц (синхрофазотронах), а также на атомных электростанциях, урановых рудниках и др.

Некоторые характеристики основных радиоактивных элементов представлены в таблице.

 

Название элемента	Характеристика элемента и меры предосторожности	Период полураспада
Радон - 222	Газ, испускающий альфа-частицы. Постоянно  образуется в горных породах. Газ  опасен при накоплении в шахтах, подвалах, на 1 этаже. Необходима вентиляция (проветривание)	3,8 суток
Ксенон - 133	Газообразные изотопы. Постоянно образуются и распадаются в процессе работы атомного реактора. В качестве защиты используют изоляцию.	5 суток
Йод - 131	Испускает бета-частицы и гамма-излучение. Образуется при работе атомного реактора. Накапливается в щитовидной железе человека. В качестве защиты от внутреннего облучения применяют “йодную диету”, т.е. вводят в рацион человека стабильный йод.	8 суток
Криптон - 85	Тяжёлый газ, испускающий бета-частицы  и гамма излучение. Входит в состав отработанного топливного элемента реактора. Выделяется при их хранении. Защита в использовании изолированных помещений.	10 лет
Стронций - 90	Металл, испускающий бета-частицы. Основной продукт деления в радиоактивных  отходах. Накапливается в костных  тканях человека. Защита, прежде всего, в контроле пищи и т.п.	29 лет
Цезий - 137	Металл, испускающий бета-частицы  и гамма-излучение. Накапливается  в клетках мышечной ткани. Защита, прежде всего, в контроле пищи и т.п.	30 лет
Радий - 226	Металл, испускающий гамма-излучение, альфа и бета-частицы. Защита: укрытия и убежища.	1600 лет
Углерод -14	Испускает бета-частицы. Естественный природный изотоп углерода. Используется при определении возраста археологического материала.	5500 лет
Плутоний - 239	Испускает альфа-частицы. Содержится в радиоактивных отходах. Защита: качественное захоронение радиоактивных отходов.	24000 лет
Калий - 40	Испускает бета-частицы и гамма-излучение. Содержится и замещается (выводится) во всех растениях и животных.	1,3 млрд. лет

 

Рентгеновское излучение  представляет собой электромагнитное излучение высокой частоты и короткой длиной волны, возникающее при бомбардировке вещества потоком электронов. Важнейшим свойством рентгеновского излучения является его большая проникающая способность. Рентгеновские лучи могут возникать в рентгеновских трубках, электронных микроскопах, мощных генераторах, в выпрямительных лампах, электронно - лучевых трубках и др.

Гамма-излучение относится  к электромагнитному излучению  и представляет собой поток квантов  энергии, распространяющихся со скоростью света. Они обладают более короткими длинами волн, чем рентгеновское излучение. Гамма-излучение свободно проходит через тело человека и другие материалы без заметного ослабления и может создавать вторичное и рассеянное излучение в средах, через которые проходит. Интенсивность облучения гамма-лучами снижается обратно пропорционально квадрату расстояния от точечного источника.

Нейтронное излучение - это поток нейтральных частиц. Эти частицы вылетают из ядер атомов при некоторых ядерных реакциях, в частности, при реакциях деления ядер урана и плутония. Вследствие того, что нейтроны не имеют электрического заряда, нейтронное излучение обладает большой проникающей способностью. В зависимости от кинетической энергии нейтроны условно делятся на: быстрые; сверхбыстрые; промежуточные; медленные и тепловые. Нейтронное излучение возникает при работе ускорителей заряженных частиц и реакторов, образующих мощные потоки быстрых и тепловых нейтронов. Отличительной особенностью нейтронного излучения является способность превращать атомы стабильных элементов в их радиоактивные изотопы, что резко повышает опасность нейтронного облучения.

Источниками ионизирующих излучений являются радиоактивные элементы и их изотопы,   ядерные   реакторы,   ускорители   заряженными   частиц   и   др. рентгеновские  установки  и  высоковольтные   источники   постоянного   тока относятся к источникам рентгеновского излучения.

Здесь следует отметить,  что  при  нормальном  режиме  их  эксплуатации

радиационная  опасность  незначительна.  Она  наступает  при   возникновении

аварийного режима и может долго  проявлять себя при  радиоактивном  заражении местности. Радиоактивный фон, создаваемый космическими лучами (0,3 мЭв/год),  дает чуть меньше половины всего внешнего облучения  (0,65 мЭв/год),  получаемого населением. Нет такого места на Земле,  куда  бы  ни  проникали  космические лучи. При этом надо отметить, что Северный и Южный  полюса  получают  больше радиации, чем экваториальные районы. Происходит это из-за  наличия  у  Земли магнитного поля, силовые линии которого входят и выходят у полюсов.

Однако более существенную роль играет место  нахождения  человека.  Чем выше поднимается он над уровнем моря, тем сильнее становится облучение,  ибо толщина воздушной прослойки и ее плотность по мере  подъема  уменьшается,  а следовательно, падают защитные свойства.

ГОСТ  Р 51873-2002 – Источники ионизирующего излучения радионуклидные закрытые. Общие технические требования. Введен в действие в 2003 г. Стандарт распространяется на закрытые радионуклидные источники альфа-, бета-, гамма-, рентгеновского и нейтронного излучений. Не распространяется на образцовые и контрольные источники, а также на источники, активность радионуклидов в которых не превышает минимально значимой, установленной «Нормами радиационной безопасности».

Согласно стандарту  источники должны быть герметичными, с установленными классами прочности, допустимых климатических и механических воздействий по ГОСТ 25926 (но не ниже диапазона от -50 до +50^оС и влажности не менее 98% при +40^оС). Срок службы источника должен быть не менее:

— двух периодов полураспада - для источников с периодом полураспада менее 0,5 года;

— одного периода полураспада (но не менее 1 года) - с периодом полураспада от 0,5 до 5 лет;

— 5 лет - для источников гамма- и нейтронного излучений с периодом полураспада 5 и более лет. Для источников альфа-, бета- и рентгеновского излучений с периодом полураспада 5 и более лет срок службы устанавливают в нормативном документе на конкретный тип источника.

Источники относятся к невосстанавливаемым промышленным изделиям и не подлежат ремонту. При сохранении радиационных параметров в пределах, удовлетворяющих пользователя, сохранении герметичности и отсутствии дефектов допускается продление срока эксплуатации источника. Порядок продления устанавливают органы государственного управления использованием атомной энергией.

4. Дозиметрические  величины и единицы измерения  радиации.

Во всем мире сейчас действует  единая система измерений - СИ (система интернациональная). У нас она подлежит обязательному применению с 1 января 1982 г. К 1 января 1990 г. этот переход надо было завершить. Но в связи с экономическими и другими трудностями процесс затягивается. Однако вся новая аппаратура, в том числе и дозиметрическая, как правило, градуируется в новых единицах.

Активность  радионуклида в источнике (А). Активность равна отношению числа самопроизвольных ядерных превращений в этом источнике за малый интервал времени (dN) к величине этого интервала (dt):

A = dN/dt  

 Единица активности  в системе СИ - Беккерель (Бк). 
   Внесистемная единица - Кюри (Ки).   

 Число радиоактивных  ядер N(t) данного изотопа уменьшается  со временем по закону:

N(t) = N₀ exp(-tln2 / T_1/2) = N₀ exp(-0.693t / T_1/2)

где N_o - число радиоактивных ядер в момент времени t = 0, Т_1/2 -период полураспада - время, в течение которого распадается половина радиоактивных ядер.

Массу m радионуклида активностью  А можно рассчитать по формуле :

m = 2.4*10^-24 M T_1/2 A

где М - массовое число  радионуклида, А - активность в Беккерелях, T_1/2 - период полураспада в секундах. Масса получается в граммах.

Экспозиционная  доза (X). В качестве количественной меры рентгеновского и -излучения принято использовать во внесистемных единицах экспозиционную дозу, определяемую зарядом вторичных частиц (dQ), образующихся в массе вещества (dm) при полном торможении всех заряженных частиц :

X = dQ/dm

Единица экспозиционной дозы - Рентген (Р). Рентген - это экспозиционная доза рентгеновского и 
-излучения, создающая в 1куб.см воздуха при температуре О°С и давлении 760 мм рт.ст. суммарный заряд ионов одного знака в одну электростатическую единицу количества электричества. Экспозиционной дозе 1 Р соответствует 2.08*10⁹ пар ионов (2.08*10⁹ = 1/(4.8*10^-10)). Если принять среднюю энергию образования 1 пары ионов в воздухе равной 33.85 эВ, то при экспозиционной дозе 1 Р одному кубическому сантиметру воздуха передается энергия, равная :    (2.08*10⁹)*33.85*(1.6*10^-12) = 0.113 эрг,     а одному грамму воздуха :     0.113/ _возд ⁼ 0.113/0.001293 = 87.3 эрг. 
Поглощение энергии ионизирующего излучения является первичным процессом, дающим начало последовательности физико-химических преобразований в облученной ткани, приводящей к наблюдаемому радиационному эффекту. Поэтому естественно сопоставить наблюдаемый эффект с количеством поглощенной энергии или поглощенной дозы.

Поглощенная доза (D) - основная дозиметрическая величина. Она равна отношению средней энергии dE, переданной ионизирующим излучением веществу в элементарном объеме, к массе dm вещества в этом объеме :

D = dE/dm

Единица поглощенной  дозы - Грей (Гр). Внесистемная единица  Рад определялась как поглощенная  доза любого ионизирующего излучения, равная 100 эрг на 1 грамм облученного  вещества.

Эквивалентная доза (Н). Для оценки возможного ущерба здоровью человека в условиях хронического облучения в области радиационной безопасности введено понятие эквивалентной дозы Н, равной произведению поглощенной дозы D_r, созданной облучением - r и усредненной по анализируемому органу или по всему организму, на весовой множитель w_r (называемый еще - коэффициент качества излучения) 

Единицей измерения  эквивалентной дозы является Джоуль на килограмм. Она имеет специальное наименование Зиверт (Зв).