Джерела іонізуючого випромінювання

Іонізуюче випромінювання - в ​​найзагальнішому сенсі - різні види мікрочастинок та фізичних полів, здатні іонізувати речовину. У більш вузькому сенсі до іонізуючого випромінювання не відносять ультрафіолетове випромінювання і випромінювання видимого діапазону світла, яке в окремих випадках також може бути іонізуючим. Випромінювання мікрохвильового і радіодіапазонів не є іонізуючим .

Найбільш значимі наступні типи іонізуючого випромінювання: короткохвильове  електромагнітне випромінювання ( рентгенівське і гамма-випромінювання), потоки заряджених частинок: бета-частинок ( електронів і позитронів), альфа-часток (ядер атома гелію-4), протонів, інших іонів, мюонів та інші, а також нейтронів.

Джерела іонізуючого  випромінювання.

У природі іонізуюче  випромінювання зазвичай генерується  в результаті спонтанного радіоактивного розпаду радіонуклідів, ядерних реакцій ( синтез і індукованеподіл ядер, захоплення протонів, нейтронів, альфа-часток та ін), а також при прискоренні заряджених частинок в космосі (природа такого прискореннякосмічних частинок до кінця не зрозуміла). Штучними джерелами іонізуючого випромінювання є штучні радіонукліди (генерують альфа-, бета-і гамма-випромінювання), ядерні реактори (генерують головним чином нейтронне і гамма-випромінювання), радіонуклідні нейтронні джерела, прискорювачі елементарних частинок (генерують потоки заряджених частинок, а також гальмівне фотонное випромінювання), рентгенівські апарати (генерують гальмівнерентгенівське випромінювання).

Фізичні властивості іонізуючих випромінювань.

Альфа-випромінювання являє собою  потік альфа-частинок - ядер гелію-4. Альфа-частинки, що народжуються при радіоактивному розпаді, можуть бути легко зупинені аркушем паперу. Бета-випромінювання - це потік електронів, що виникають при бета-розпаді; для захисту від бета-частинок енергією до 1 МеВ досить алюмінієвої пластини товщиною в кілька міліметрів. Гамма-випромінювання має набагато більшу проникаючу здатність, оскільки складається з високоенергічних фотонів, що не володіють зарядом; для захисту ефективні важкі елементи ( свинець і т.д.), які поглинають МеВ-ні фотони в шарі товщиною кілька см. Проникаюча здатність всіх видів іонізуючого випромінювання залежить від енергії.  По механізму взаємодії з речовиною виділяють безпосередньо потоки заряджених частинок і побічно іонізуюче випромінювання (потоки нейтральних елементарних частинок - фотонів і нейтронів). По механізму освіти - первинне (народжене в джерелі) і вторинне (утворене в результаті взаємодії випромінювання іншого типу з речовиною) іонізуюче випромінювання.

Енергія частинок іонізуючого випромінювання лежить в діапазоні від декількох  сотень електронвольт (рентгенівське випромінювання, бета-випромінювання деяких радіонуклідів) до 10 15 - 10 20 і вище електронвольт (протони космічного випромінювання, для яких не виявлено верхньої межі по енергії).

Залежно від типу частинок і їх енергії сильно розрізняються довжина пробігу і проникаюча здатність іонізуючого випромінювання - від часток міліметра в конденсованому середовищі (альфа-випромінювання радіонуклідів, осколки поділу) до багатьох кілометрів (високоенергетичні мюони космічних променів).

Важливими показниками  взаємодії іонізуючого випромінювання з речовиною служать такі величини, як лінійна передача енергії (ЛПЕ), що показує, яку енергію випромінювання передає середовищі на одиниці довжини пробігу при одиничній щільності речовини, а також поглинена доза випромінювання, що показує, яка енергія випромінювання поглинається в одиниці маси речовини. В Міжнародній системі одиниць (СІ) одиницею поглиненої дози є грей (Гр), чисельно рівний відносин 1 Дж до 1 кг. Раніше широко застосовувалася також експозиційна доза випромінювання - величина, що показує, який заряд створює фотонное (гамма-або рентгенівське) випромінювання в одиниці обсягу повітря. Найбільш часто застосовується одиницею експозиційної дози був рентген (Р), чисельно рівний 1 СГС Е-одиниці заряду до 1 см повітря.

Біологічна дія іонізуючих випромінювань.

Іонізація, створювана випромінюванням в клітинах, призводить до утворення вільних радикалів. Вільні радикали викликають руйнування цілісності ланцюжкамакромолекул ( білків і нуклеїнових кислот), що може призвести як до масової загибелі клітин, так і канцерогенезу і мутагенезу. Найбільш схильні до дії іонізуючого випромінювання активно діляться (епітеліальні, стволові, також ембріональні) клітини.

Через те, що різні типи іонізуючого  випромінювання володіють різною ЛПЕ, однієї і тієї ж поглиненої дози відповідає різна біологічна ефективність випромінювання. Тому для опису впливу випромінювання на живі організми вводять поняття відносної біологічної ефективності ( коефіцієнта якості) випромінювання по відношенню до випромінювання з низькою ЛПЕ (коефіцієнт якості фотонного та електронного випромінювання беруть за одиницю) іеквівалентної дози іонізуючого випромінювання, чисельно дорівнює добутку поглиненої дози на коефіцієнт якості.

Після дії випромінювання на організм в залежності від дози можуть виникнути детерміновані  та стохастичні радіобіологічні ефекти. Наприклад, поріг появи симптомів гострої променевої хвороби у людини становить 1-2 Зв на все тіло.

На відміну від детермінованих, стохастичні ефекти не мають чіткого дозового порога прояви. Зі збільшенням дози опромінення зростає лише частота прояву цих ефектів. Проявитися вони можуть як через багато років після опромінення ( злоякісні новоутворення), так і в наступних поколіннях ( мутації).

Основним джерелом інформації про стохастичних ефекти впливу іонізуючого випромінювання є дані спостережень за здоров'ям людей, які пережили атомні бомбардування Хіросіми і Нагасакі. Японські фахівці протягом усіх років після атомного бомбардування двох міст спостерігали тих 87 500 чоловік, які пережили її. Середня доза опромінення їх склала 240 мілі зіверт. При цьому приріст онкологічних захворювань за наступні роки склав 9%. При дозах менше 100 мілізіверт відмінностей між очікуваною і спостерігається в реальності захворюваністю ніхто в світі не встановив.  

Гігієнічне нормування іонізуючих випромінювань

Нормування здійснюється за санітарним правилам і нормативам СанПин 2.6.1.2523-09 "Норми радіаційної безпеки (НРБ-99/2009)". Встановлюються дозові межі еквівалентної дози для наступних категорій осіб:

• персонал - особи, які працюють з техногенними джерелами випромінювання (група А) або знаходяться за умовами роботи у сфері їхнього впливу (група Б);
• все населення, включаючи осіб із персоналу, поза сферою і умов у їх виробничій діяльності.

Основні межі доз та допустимі рівні  опромінення персоналу групи  Б дорівнюють чверті значень для  персоналу групи А.

Ефективна доза для персоналу не повинна перевищувати за період трудової діяльності (50 років) 1000 мЗв, а для звичайного населення за все життя - 70 мЗв. Плановане підвищену опромінення допускається тільки для чоловіків старше 30 років при їх добровільному письмовій згоді після інформування про можливі дозах опромінення і ризик для здоров'я.

Застосування іонізуючих випромінювань

Іонізуючі випромінювання застосовуються в різних галузях важкої ( інтроскопія) і харчової ( стерилізація медичних інструментів, витратних матеріалів тапродуктів харчування) промисловості, а також у медицині (променева терапія, ПЕТ-томографія).

Для лікування пухлин використовують важкі ядерні частки такі як протони, важкі іони, негативні π-мезони і  нейтрони різних енергій. Створювані на прискорювачах пучки важких заряджених частинок мають мале бічне розсіювання, що дає можливість формувати дозного поля з чітким контуром по межах пухлини.

Радіаційна  безпека

Радіаці́йна безпе́ка — стан захищеності теперішнього і майбутнього поколінь людей від шкідливого для їх здоров'я впливу іонізуючого випромінювання.

Основні принципи забезпечення радіаційної безпеки

Радіаційна безпека персоналу, населення і оточуючого середовища вважається забезпеченою, якщо дотримуються основні принципи радіаційної безпеки (виправданості, оптимізації, неперевершення) і вимоги радіаційного захисту, встановлені діючими нормами радіаційної безпеки та санітарними правилами.

• Принцип виправданості передбачає заборону всіх видів діяльності з використанням джерел радіактивного випромінювання, за яких отримана для людини та суспільства користь не перевищує ризику можливої шкоди, яка може бути заподіяною випромінюванням. Цей принцип повинен застосовуватись на стадії прийняття рішення уповноваженими органами при проектуванні нових джерел випромінювання та об'єктів підвищеної радіаційної безпеки, видачі ліцензій та затвердженні нормативно-технічної документації на використання джерел випромінювання, а також при зміні умов їх експлуатації. В умовах радіаційної аварії принцип виправданості стосується не джерел випромінювання та умов опромінення, а захисних заходів, при цьому в якості величини користі слід оцінювати попереджену даними заходами дозу. Заходи ж, що направлені на відновлення контролю над джерелами випромінювання, мають проводитись в обов'язковому порядку.
• Принцип оптимізації передбачає підтримання на максимально низькому рівні як індивідуальних (нижче лімітів, встановлених діючими нормами), так і колективних доз опромінення, з врахуванням соціальних та економічних факторів. В умовах радіаційної аварії, коли замість лімітів доз діють більш високі рівні втручання, принцип оптимізації має застосовуватись до захисних заходів з врахуванням попередженої дози опромінення і збитків, пов'язаних з втручанням.
• Принцип неперевершення вимагає запобігання перевищення встановлених діючими нормами радіаційної безпеки індивідуальних лімітів доз та інших нормативів радіаційної безпеки. Даного принципу повинні дотримуватись всіма організаціями та особами, від яких залежить рівень опромінення людей.

Шляхи забезпечення радіаційної  безпеки

Радіаційна безпека об'єкту та прилеглої  до нього території забезпечується за рахунок:

• якості проекту радіаційного об'єкту;
• обґрунтованого вибору району та майданчика для розміщення радіаційного об'єкту;
• фізичного захисту джерел радіактивного випромінювання;
• зонування території навколо найнебезпечніших об'єктів та всередині них;
• умов експлуатації технологічних систем;
• санітарно-епідеміологічної оцінки та ліцензування діяльності з джерелами випромінювання;
• санітарно-епідеміологічної оцінки виробів та технологій;
• наявності системи радіологічного контролю;
• планування та проведення заходів з забезпечення радіаційної безпеки персоналу та населення за нормальної роботи об'єкту, його реконструкції та виведення з експлуатації;
• підвищення радіаційно-гігієнічної грамотності персоналу та населення.

Радіаційна безпека  персоналу забезпечується:

• обмеженням допуску до роботи з джерелами випромінювання за віком, статтю, станом здоров'я, рівнем раніше отриманої дози опромінення та іншими показниками;
• знанням та дотриманням персоналом правил роботи з джерелами випромінювання;
• достатньою кількістю та якістю захисних бар'єрів, екранів та відстанню від джерел випромінювання, а також обмеженням роботи з джерелами випромінювання;
• створенням умов праці, що відповідають вимогам діючих норм і правил радіаційної безпеки;
• застосуванням індивідуальних засобів захисту;
• дотриманням встановлених контрольних рівнів випромінювання;
• організацією радіологічного контролю;
• організацією системи інформації про радіаційний стан;
• проведенням ефективних заходів щодо захисту персоналу при плануванні підвищеного опромінення в разі загрози та виникненні аварії.

 

 

Радіаційна безпека населення забезпечується:

• створенням умов життєдіяльності людей, які відповідають вимогам діючих норм і правил радіаційної безпеки;
• встановленням квот на опромінення від різних джерел випромінювання;
• організацією радіологічного контролю;
• ефективністю планування та проведення заходів з радіаційного захисту в нормальних умовах та у випадку радіаційної аварії;
• організацією системи інформації про радіаційний стан.