Лаб_4_Іоніз_випром_1

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 4

«ДОСЛІДЖЕННЯ СПОСОБІВ ЗАХИСТУ ПЕРСОНАЛУ ВІД ІОНІЗУЮЧОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ»

Мета роботи: ознайомитися з джерелами, біологічною дією та способами захисту від іонізуючого випромінювання, набути практичних навичок вимірювання гама- і бета- випромінювань за допомогою радіометра.

Прилади:

Радіометр «Припять» РКС 20.03.

Короткі теоретичні положення

Іонізуюче випромінювання — це випромінювання, взаємодія якого з середовищем призводить до утворення електричних зарядів (іонів) різних знаків. Джерелом іонізуючого випромінювання є природні та штучні радіоактивні речовини та елементи (уран, радій, цезій, стронцій та інші). Джерела іонізуючого випромінювання широко використовуються в атомній енергетиці, медицині (для діагностики та лікування) та в різних галузях промисловості (для дефектоскопії металів, контролю якості зварних з’єднань, визначення рівня агресивних середовищ у замкнутих об’ємах, боротьби з розрядами статичної електрики і т. д.).

Іонізуючі випромінювання поділяються на електромагнітні (фотонні) та корпускулярні. До останніх належать випромінювання, що складаються із потоку частинок, маса спокою яких не рівна нулю (альфа- і бета-частинок, протонів, нейтронів та ін.). До електромагнітного випромінювання належать гамма- та рентгенівські випромінювання.

Альфа-випромінювання — потік позитивно заряджених частинок (ядер атомів гелію), що рухаються зі швидкістю 20 000 км/с.

Бета-випромінювання — потік електронів та позитронів, їх швидкість наближається до швидкості світла.

Гамма-випромінювання — являють собою короткохвильове електромагнітне випромінювання, яке за своїми властивостями подібне до рентгенівського, однак має значно більшу швидкість (приблизно дорівнює швидкості світла) та енергію.

Іонізуюче випромінювання характеризується двома основними властивостями: здатністю проникати через середовище, що опромінюється та іонізувати повітря і живі клітини організму. Причому обидві ці властивості іонізуючого випромінювання зв’язані між собою оберненою пропорційною залежністю. Найбільшу проникну здатність мають гамма- та рентгенівські випромінювання. Альфа- та бета-частинки, а також інші, що належать до корпускулярного іонізуючого випромінювання швидко втрачають свою енергію на іонізацію, тому в них порівняно низька проникна здатність.

Дія іонізуючого випромінювання оцінюється дозою випромінювання. Розрізняють поглинуту, еквівалентну та експозиційну дози.

Поглинута доза D — це відношення середньої енергії dE, що передається випромінюванням речовині в деякому елементарному об’ємі, до маси dm в цьому об’ємі:

(4.1)

Одиницею поглинутої дози в системі одиниць СІ є грей (Гр), а позасистемною — рад; 1 Гр = 1 Дж/ кг = 100 рад.

Оскільки різні види іонізуючого випромінювання навіть при однакових значеннях поглинутої дози викликають різний біологічний ефект, введено поняття еквівалентної дози Н, що визначається як добуток поглинутої дози та коефіцієнта якості даного випромінювання Кя:

Н = D.Кя(4.2)

Коефіцієнт якості показує у скільки разів радіаційна небезпека даного виду випромінювання вище радіаційної небезпеки рентгенівського випромінювання при однаковій поглинутій дозі. В табл. 4.1 наведені значення коефіцієнта якості для деяких видів випромінювання.

Таблиця 4.1

Значення коефіцієнта якості для деяких видів випромінювання

Одиницею еквівалентної дози опромінення в системі СІ є зіверт (Зв): 1 Зв = 100 бер. Бер (біологічний еквівалент рада) — позасистемна одиниця Н.

Для кількісної оцінки іонізуючої дії рентгенівського та гамма-випромінювання в сухому атмосферному повітрі використовується експозиційна доза, яка являє собою відношення повного заряду іонів одного знаку dQ, що виникають у малому об’ємі повітря, до маси повітря в цьому об’ємі dm:

X = dQ/dm(4.3)

За одиницю експозиційної дози приймають кулон на кілограм (Кл/кг). Застосовується також позасистемна одиниця — рентген (Р); 1 Р = 2,58 • 10-4Кл/кг.

Поглинута, еквівалентна та експозиційна дози за одиницю часу (1 секунду) називаються потужностями відповідних доз.

Біологічна дія іонізуючих опромінень

Механізм взаємодії випромінювання з речовиною залежить від властивостей середовища, виду та енергії випромінювання.

При вивченні дії випромінювання на організм людини були визначені наступні особливості:

дія іонізуючих опромінень на організм невідчутна людиною. У людей відсутні органи почуття, що сприймають іонізуючі випромінювання. Тому людина може проковтнути, вдихнути радіоактивну речовину без усяких первинних від чуттів. Дозиметричні прилади є як би додатковим органом почуттів, призначеним для сприйняття іонізуючого випромінювання;

висока ефективність поглиненої енергії. Мала кількість поглиненої енергії випромінювання може викликати глибокі біологічні зміни в організмі;

різні органи живого організму мають свою чутливість до опромінення. При щоденному впливі дози 0,002 — 0,005 Гр (Грей) вже настають зміни в крові;

наявність прихованого, чи інкубаційного, періоду прояву дії іонізуючого випромінювання. Цей період часто називають періодом удаваного благополуччя. Тривалість його скорочується зі збільшенням дози;

дія від малих доз може підсумовуватися чи накопичуватися. Цей ефект називається кумуляцією;

вплив опромінювання може проявляється безпосередньо на живому організмі у вигляді миттєвих уражень (соматичний ефект), через деякий час у вигляді різноманітних захворювань, а також на його потомстві (генетичний ефект);

не кожен організм у цілому однаково реагує на опромінення.

Іонізуюче випромінювання, впливаючи на живий організм, викликає в ньому ланцюжок зворотних і незворотних змін, що призводять до тих чи інших біологічних наслідків, залежно від виду, рівня опромінення, часу дії, розміру поверхні, яка опромінюється та властивостей організму. Первинним етапом — спусковим механізмом, що ініціює різноманітні процеси в біологічному об’єкті, є іонізація і порушення молекулярних зв’язків. У результаті впливу іонізуючого випромінювання порушується нормальний плин біохімічних процесів і обмін речовин в організм і блокується ділення клітин та процеси регенерації тканин. Відомо, що 2/3 загального складу тканини людини складають вода і вуглець. Вода під впливом випромінювання розщеплюється на водень Н і гідроксильну групу ОН, що безпосередньо, або через ланцюг вторинних цепних перетворень призводить до утворення продуктів з високою хімічною активністю: гідратного оксиду Н02 і перекису водню Н2О2. Ці з’єднання взаємодіють з молекулами органічної речовини тканини, окисляючи і руйнуючи її на клітинному рівні.

Залежно від величини поглиненої дози випромінювання та індивідуальних особливостей організму викликані зміни можуть бути зворотними чи незворотними. При невеликих дозах уражені тканини відновлюють свою функціональну діяльність. Великі дози при тривалому впливі можуть викликати незворотне ураження окремих органів чи всього організму.

Будь-який вид іонізуючих опромінювань викликає біологічні зміни в організмі як при зовнішньому (джерело знаходиться поза організмом), так і при внутрішньому опроміненні (радіоактивні речовини попадають усередину організму, наприклад пероральним чи інгаляційним шляхом). При попаданні в середину організму найбільш небезпечні речовини, які мають більшу іонізуючу здатність, тобто α і β випромінювачі. Зовнішнє опромінення α -, а також β-частками менш небезпечно. Вони мають невеликий пробіг у тканині і не досягають кровотворних і інших внутрішніх органів. При зовнішньому опроміненні необхідно враховувати — і нейтронне опромінення, які проникають у тканину на велику глибину і руйнують її.

Важливим фактором при впливі іонізуючого випромінювання на організм є тривалість опромінення. При одноразовому опроміненні всього тіла людини можливі біологічні порушення залежать від сумарної поглиненої дози випромінювання.

Поглинена доза випромінювання, що викликає ураження окремих частин тіла, а потім смерть, перевищує смертельну поглинену дозу опромінення всього тіла. Смертельні поглинені дози для окремих частин тіла наступні: голова — 20 Гр, нижня частина живота — 30 Гр, верхня частина живота — 50 Гр, грудна клітка — 100 Гр, кінцівки — 200 Гр. Променеві захворювання можуть початися вже при дозі в 1 Гр. При загальному опроміненні за короткий термін доза 5 — 6 Гр призводить до смертельного результату у 100% опромінених, якщо постраждалим не була вчасно надана спеціальна медична допомога.

Ступінь чутливості різних тканин до опромінення неоднакова. Якщо розглядати тканини органів у порядку зменшення їхньої чутливості до дії випромінювання, то одержимо наступну послідовність: зародкові клітини, червоний кістковий мозок, селезінка, легені, лімфатична тканина, зобна залоза. Велика чутливість кровотворних органів до радіації лежить в основі визначення характеру променевої хвороби. При одноразовому опроміненні всього тіла людини поглиненою дозою 0,5 Гр за добу після опромінення може різко скоротитися число лімфоцитів. Зменшиться також і кількість еритроцитів (червоних кров’яних тілець) по закінченні двох тижнів після опромінення. У здорової людини нараховується біля 1014 червоних кров’яних тілець і при щоденному відтворенні 1012, у хворого променевою хворобою таке співвідношення порушується, і в результаті гине організм.

Ступінь ураження організму залежить від розміру поверхні, що опромінюється. Зі зменшенням поверхні, що опромінюється, зменшується і біологічний ефект. Так, при опроміненні фотонами поглиненою дозою 4 Гр ділянки тіла площею 6 см2 помітного ураження організму не спостерігалося, а при опроміненні такою ж дозою всього тіла було 50% смертельних випадків.

Радіоактивні речовини можуть потрапити всередину організму при вдиханні повітря, забрудненого радіоактивними елементами, із забрудненою їжею чи водою, через шкіру, а також при зараженні відкритих ран. Набагато частіше внаслідок недотримання вимог безпеки радіоактивні речовини попадають в організм через травний тракт.

Небезпека радіоактивних джерел, що попадають тим чи іншим шляхом в організм людини, тим більше, чим вище їх активність. Ступінь небезпеки залежить також від швидкості виведення речовини з організму. Період напіввиведення Тнв, тобто термін за який активність нукліда в організмі зменшиться у два рази, для калію – 40 Тнв= 58 діб; цезію – 137 Тнв= 70 діб; для стронцію – 90 Тнв = 1,8104 діб.

Деякі радіоактивні речовини, потрапляючи в організм, розподіляються в ньому більш-менш рівномірно, інші концентруються в окремих внутрішніх органах. Так, у кісткових тканинах відкладаються джерела α-випромінювання (радій-226, уран-238, плутоній-239); β-випромінювання (стронцій-90). Ці елементи, хімічно зв’язані з кістковою тканиною, дуже важко виводяться з організму. Тривалий час утримуються в організмі також елементи з великим атомним номером (полоній, уран і ін.). Елементи, що утворюють в організмі легкорозчинні солі, накопичуються в м’яких тканинах, відносно легко видаляються з організму. У м’язових тканинах більш менш рівномірно розподіляються джерела β-випромінювання натрій-24 та цезій-137, а у щитовидній залозі відбувається накопичування γ випромінюючого елементу йод-131. Накопичування радіоактивних елементів в окремих тканинах та органах обумовлює з часом розвиток в них патологічних змін, наприклад злоякісних пухлин.

Нормування іонізуючих опромінень

Допустимі рівні іонізуючого випромінювання регламентуються „Нормами радіаційної безпеки України НРБУ — 97”, які є основним документом, що встановлює радіаційно-гігієнічні регламенти для забезпечення прийнятих рівнів опромінення як для окремої людини, так і суспільства взагалі. НРБУ — 97 поширюються на ситуації опромінення людини джерелами іонізуючого випромінювання в умовах:

нормальної експлуатації індустріальних джерел іонізуючого випромінювання ;

медичної практики;

радіаційних аварій;

опромінення техногенно-підсиленими джерелами природного походження.

Згідно з цими нормативними документами опромінюванні особи поділяються на наступні категорії:

А — персонал — особи, котрі постійно або тимчасово безпосередньо працюють з джерелами іонізуючого випромінювання;

Б — персонал — особи, що безпосередньо не зайняті роботою з джерелами іонізуючих опромінень, але у зв’язку з розміщенням робочих місць у приміщеннях і на промислових площадках об’єктів з радіаційно-ядерними технологіями можуть одержувати додаткове опромінення;

В — все населення.

НРБУ-97 включають такі регламентовані величини: ліміт дози, допустимі рівні, контрольні рівні, рекомендовані рівні та ін. Для контролю за практичною діяльністю, а також підтримання радіаційного стану навколишнього середовища найбільш значимою регламентованою величиною є ліміт ефективної дози опромінення за рік (мЗв/рік). Також встановлюють ліміт річної еквівалентної дози зовнішнього опромінювання окремих органів і тканин (таблиця 4.1).

Таблиця 4.1

Ліміти дози опромінювання (мЗв/рік)

Категорія осіб, які зазнають опромінювання

А

Б

В

ЛДЕ (ліміт ефективної дози)

20 *

2

1

Ліміти еквівалентної дози зовнішнього опромінювання:

- ЛДlens (для кришталика ока)

150

15

15

- ЛДskin (для шкіри)

500

50

50

- ЛДextrim (для кістей та стоп)

500

50

-

* — в середньому за будь-які послідовні 5 років, але не більше 50 мЗв за окремий рік.

З метою зниження рівнів опромінювання населення Міністерство охорони здоров’я України запроваджує рекомендовані рівні медичного опромінювання. При проведенні профілактичного обстеження населення річна ефективна доза не повинна перевищувати 1 мЗв. НРБУ-97 також регламентує ефективну питому активність природних радіонуклідів у будівельних матеріалах (за зваженою сумою активності радію-226, торію- 232 і калію- 40). Наприклад, коли активність в будівельних матеріалах та мінеральній сировині нижче або дорівнює 370 Бк·кг-1, то вони можуть використовуватися для усіх видів будівництва без обмежень. В середині приміщень з постійним перебуванням людей потужність поглиненої в повітрі дози гамма-випромінювання не повинна перевищувати 30 мкР/рік.

Захист від іонізуючих опромінень

Захист від іонізуючих опромінень може здійснюватися шляхом:

використання джерел з мінімальним випромінюванням шляхом зниження активності джерела випромінювання;

скорочення часу роботи з джерелом іонізуючого випромінювання;

віддалення робочого місця від джерела іонізуючого випромінювання;

екранування джерела іонізуючого випромінювання;

екранування зони знаходження людини;

застосування засобів індивідуального захисту людини;

провадження санітарно-гігієнічних та лікарсько – профілактичних заходів;

впровадження організаційних заходів захисту робітників з відкритими та закритими джерелами іонізуючого випромінювання.

Обґрунтування і вибір доцільного комплексу заходів щодо захисту від іонізуючих опромінень в кожному конкретному випадку здійснюється на основі аналізу реальних особливостей джерел випромінювання та радіаційно небезпечних чинників.

Найбільш поширеним засобом захисту від іонізуючого випромінювання є екрани. Екрани можуть бути пересувні або стаціонарні, призначені для поглинання або послаблення іонізуючого випромінювання. Екранами можуть бути стінки контейнерів для перевезення радіоактивних ізотопів, стінки сейфів для їх зберігання.

Альфа-частинки екрануються шаром повітря товщиною декілька сантиметрів, шаром скла товщиною декілька міліметрів. Однак, працюючи з альфа-активними ізотопами, необхідно також захищатись і від бета — або гамма — випромінювання.

З метою захисту від бета-випромінювання використовуються матеріали з малою атомною масою. Для цього використовують комбіновані екрани, у котрих з боку джерела розташовується матеріал з малою атомною масою товщиною, що дорівнює довжині пробігу бета-частинок, а за ним — з великою масою.

З метою захисту від рентгенівського та гамма-випромінювання застосовуються матеріали з великою атомною масою та з високою щільністю (свинець, вольфрам).

Для захисту від нейтронного випромінювання використовують матеріали, котрі містять водень (вода, парафін), а також бор, берилій, кадмій, графіт. Враховуючи те, що нейтронні потоки супроводжуються гамма-випромінюванням, слід використовувати комбінований захист у вигляді шаруватих екранів з важких та легких матеріалів (свинець-поліетилен).

Дієвим захисним засобом є використання дистанційного керування, маніпуляторів, комплексів з використанням роботів.

В залежності від характеру виконуваних робіт вибирають засоби індивідуального захисту: халати та шапочки з бавовняної тканини, захисні фартухи, гумові рукавиці, щитки, засоби захисту органів дихання (респіраторів), комбінезони, пневмокостюми, гумові чоботи .

Особливі вимоги пред’являються к приміщенням в яких впроваджуються роботи з джерелами іонізуючого випромінювання. Таки приміщення розташовуються в окремих будівлях або їх частинах і мають окремий вхід з санітарними шлюзами. При вході обов’язково повинні бути встановлені знаки радіаційної небезпеки і вказані класи робот, що здійснюються у приміщенні. Вхід в такі приміщення суворо заборонено для сторонніх осіб.

Для захисту людини від дії іонізуючого випромінювання використовують різноманітні речовини штучного та природного походження, які здатні зв’язувати та виводити радіонукліди з організму людини (радіопротектори). К таким радіопротекторам відносяться: поліаміди, лимонна та щавелєва кислота, сірчанокислий барій, сорбенти на основі фероціанідів та ін. Для зниження дії радіонуклідів велике значення має харчування людини продуктами, які мають радіозахисні властивості. К таким відносяться, наприклад, продукті, які вмістять значну кількість пектинів (чорна смородина, аґрус, шипшина, сік журавлини, яблука та ін.)

Прилади радіаційного контролю розподіляються по призначенню на:

дозиметричні прилади, які призначаються для вимірів потужності дози, наприклад, дозиметри “Рось”, “РКС-104”,”ДК-02” та ін.;

радіометричні прилади, які дозволяють вимірювати поверхні забруднення та питому активність, наприклад, радіометри “Прип’ять”, ”Десна”, ”Бриз”, ”Белла”, “Бета” та ін.;

спектрометричні прилади, які дозволяють визначити спектр (склад) радіонуклідів на забрудненому об’єкті.

Порядок виконання роботи

За допомогою радіометра «Прип’ять» провести вимірювання β-і γ- випромінювання.

Зробити висновок.

Дати письмово визначення та розкрити зміст наступних понять:

іонізуюче випромінювання,

джерела іонізуючих опроміннь,

експозиційна, поглинута, еквівалентна дози, їх системні й позасистемні одиниці вимірювання.

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________