Йонизиращи лъчения и радиационна опасност

Основни принципи на нормирането в радиационната защита

 

          Определение
          Всички лъчения, които преминавайки през материалната среда, образуват положително или отрицателно заредени йони.
          Източници на йонизиращи лъчения
          Йонизиращи лъчения се излъчват от т. нар. радиоизотопи /радионуклиди, РЕ/.   Такива радиоизотопи съществуват нормално в природата, но могат да бъдат получени и по изкуствен път.
          Всеки ХЕ от Менделеевата таблица може да има няколко изотопа /с еднакъв атомен номер, но различно масово число/. Едни от тези изотопи са стабилни, не се разпадат, а други са нестабилни и с течение на времето се разпадат.
          РЕ представляват нестабилни изотопи на ХЕ.
          В ядрата на нестабилния изотоп има несъответствие между броя на р и броя на n, в следствие на което тези ядра се намират в енергетично неустойчиво, нестабилно състояние. Стабилизирането на тези ядра става самопроизволно, без външни въздействия – радиоактивен разпад. В резултат на този разпад ядрото на атома на РЕ изхвърля елементарна частица и се превръща в атом на друг, нов, наречен дъщерен ХЕ, чиито атомно ядро притежава такъв брой р и n, който съответства на устойчивото им стабилно състояние. Стабилизирането на ядрата на РЕ може да стане по различен начин / α- ,β- разпад/, при което се отделят съответните йонизиращи лъчения.
          Броят на атомите, които се разпадат за определено време е пропорционален на наличните радиоактивни атоми. С течение на времето броят на последните намалява, намалява интензивността на йонизиращото лъчение от дадения РЕ. Времето, за което броят на атомите намалява на половина се нарича период на полуразпад /Т/ и определя продължителността на живота на РЕ.
Видове йонизиращи лъчения
          1. Според специфичните им характеристики:
      α-лъчения – представляват поток от α-частици /хелиеви ядра/, състоящи се от 2р и 2n; a-частиците се получават при т.нар. α-разпад, възможен само в ядрата на тежките ХЕ с масово число над 200 /Ra/; от разпадащия се атом на такъв ХЕ се отделя тежка частица –  хелиево ядро;
      β-лъчения – представляват поток от е или позитрони:
             –  β-лъчение от е се получава при b-електронен разпад;  характерен за РЕ, в чиито ядра има излишък на n – при разпада на 1n се получават 1р, 1е и u /неутрино/; р остава в ядрото, а е и u излитат и формират  β-лъчение; при този разпад е възможно дъщерното ядро да получи излишък от енергия, която се излъчва под формата на γ-лъчение; РЕ,  при чиито разпад се отделят само е се наричат чисти β-лъчители /P-32, C-14, Ca-45/, а РЕ при разпада на които се излъчват и γ-лъчи се наричат смесени лъчители /Na-24, K-40, Co-60/;
                 – β-лъчение от позитрони се получава при β-позитронно разпадане; то е характерно за РЕ, в чиито ядра има излишък на р; при разпада на 1р се получават 1n, 1позитрон и uσ неутронът остава в ядрото, а позитрона и неутриното излитат и формират β-лъчението; β-лъчението от позитрони е характерно само за някой изкуствени РЕ;
     γ-лъчения – електромагнитни вълни /поток от  фотони/ подобни на обикновената светлина и УВЛ; получават се при радиоактивно разпадане / α- или β-разпад/ на атоми на РЕ, когато новополучения радионуклид е във възбудено състояние, т.е. ядрото му притежава излишък на енергия; тази енергия се излъчва под форма на фотони / γ-лъчи/, след което ядрото се превръща в стабилно;
          1.Според същността на лъчението:
                 •  корпускулярни – състоят се от електрично заредени или неутрални частици /р, e, n, α-частици, позитрони и др./;
                    •   електромагнитни /квантови/ лъчения – с малка дължина на вълната /Ro- и γ-лъчения/;
         2. Според произхода им:
                •  естествени йонизиращи лъчения – излъчват се от естествено съществуващи в природата радиоактивни елементи /РЕ/;
                • изкуствени йонизиращи лъчения – получават се от радиоактивни елементи, създадени по изкуствен път; представители на тази група са Ro-лъчения;
         3. Според начина на действие:
                    • директно йонизиращи лъчения – елементарните им частици имат достатъчно кинетична енергия, за да йонизират при удар /образуват самостоятелно йони/; такива са α- и β-лъченията;
                    •  индиректно йонизиращи лъчения – йонизират веществото, през което преминават чрез образуваните от тях заредени частици; такива са електромагнитните /Ro- и γ-лъчения/ и лъченията от електронеутрални частици /неутрони/;
                    Взаимодействие на йонизиращите лъчения с веществото
          Йонизиращите лъчения, преминавайки през веществото го йонизират, като му предават енергията си.
          Пробег на частицата – пътят, който йонизиращата частица изминава във веществото до пълното изразходване на енергията си.   Дължината на пробега е правопропорционална на енергията на частицата и обратнопропорционална на плътността на средата, през която преминава.
          Енергията, която заредената частица предава на единица дължина  от пробега в средата определя линейното предаване на енергията /ЛПЕ/ на йонизиращите лъчения.
          Корпускулярни лъчения:
                   • малка дължина на пробега – по-слаба прониквателната способност;
                   • голяма плътност на йонизацията;
                   • високо ЛПЕ;
                   • предизвикват значителен биологичен ефект.
          Така например алфа-частиците от редица естествени радионуклиди имат пробег във въздуха няколко сантиметра, а в меките тъкани на тялото-30-40 микрометра.
          Рентгеновите и гама-лъченията:
               • голяма дължина на пробега – голяма прониквателната способност;
               • малка плътност на йонизацията;
               • ниско ЛПЕ;
               • по-ниска биологична ефективност .
          Квантовите лъчения и неутроните от корпускулярните лъчения не въздействуват на  веществото пряко, а индиректно чрез получените под тяхно влияние вто­рично заредени частици.
          Неутроните имат по-голяма прониквателна способност. Начинът на взаимодействие зависи от тяхната енергия. Според количеството й те се делят на: бързи (с енергия над 200 КеV); междинни (от 0,5 еV до 200 КеV); бавни (0,025 еV до 0,5 еV); топлинни (0,025 еV). Ядрените реакции се извършват предимно с бавните и топлинните неутрони.
                                Основни величини и единици в дозиметрията на йонизиращите лъчения и лъчезащитата.
          Йонизиращите лъчения, преминавайки през веществото, взаимодействат с него като му предават енергията си. Погълнатата от веществото енергия предизвиква физически, химически и биологически процеси, които водят до възникването на радиационно индуциран ефект.
          Дозиметричните величини са мярката за очакваните последствия от облъчването в живия организъм.
          1. Активност /А/ – определя се от броя на ядрата на радиоактивния елемент, които се разпадат за единица време. Активността е количествена характеристика на процеса на спонтанно разпадане на радиоактивните изотопи. Резултатът от този разпад е излъчването на различни йонизиращи лъчения в околната среда.
                 А = DN / DT     DN – брой разпаднали се ядра
                                          DT – интервал от време
          Единица за измерване – Бекерел  /Bq/.
          Стара единица – Кюри /Ci/.
          1 Bq = разпада на 1 ядро за 1 s
          Активността е правопропорционална на количеството нестабилни атоми и обратно пропорционална на периода на полуразпад.     Периода на полуразпад /времето, за което началната активност на изотопа намалява на половина/ е също важен параметър за оценка на радиационната обстановка.
          2. Погълната доза /D/ – енергията, която йонизиращото лъчение е предало при преминаването си на единица маса от облъченото вещество.
                  D =  DE / Dm                   DE  - енергия, предадена на    средата
                                                           Dm – единица маса от средата
          Единица за измерване – Грей /Gy/.
          Стара единица – Рад /rad/.
          1 Gy = 100 rad
          Погълнатата доза за единица време се нарича мощност на погълнатата доза /PD/ и изразява скоростта на натрупване на дозата в определен обем. Измервателна единица за мощността на D е Gy/s,min,h. Намаляването на мощността на дозата води до снижаване ефективността на лъчението.
                 РD = D/T
          3. Еквивалентна доза /HT/.
          Всички видове йонизиращи лъчения предизвикват йонизация и възбуждане на атомите на средата, т.е. качествената страна на биологичния им ефект не зависи от вида на лъчението. Но различните видове йонизиращи лъчения притежават различна енергия, поради което тяхната плътност на йонизация е различна. На това се дължи факта, че при облъчване с еднакви дози, но с различни видове йонизиращи лъчения възникват количествено различни биологични ефекти. За сравняване на количествената характеристика на биологичното действие на различните видове лъчения е въведена величината HT, т.е.  тя служи за количествена оценка на биологичната ефективност на йонизиращите лъчения.
                 HT = SWR.DTR
                          R
          DTR – осреднена погълната доза от даден вид лъчение в съответния орган или тъкан
          WR  - радиационен тегловен коефициент
          HT се изчислява като сума от произведенията на осреднената за даден орган погълната доза от всеки вид йонизиращо лъчение и съответния радиационен тегловен коефициент.
          Единица за измерване – Сиверт /Sv/.
          Стара единица – ber /биологичен еквивалент на rad/.
          100 ber = 1 Sv
          Числовите значения на WR са представителни стойности за относителния биологичен ефект /ОБЕ/ за дадения вид йонизиращо лъчение по отношение възможността му да индуцира стохастични ефекти при малки дози. Неговата стойност се определя в зависимост от големината на   ЛПЕ.
          WR на различните видове лъчения: фотони – 1; електрони – 1; неутрони – от 5 до 20 в зависимост от енергията, която притежават; протони – 5; алфа-частици – 20.
          4. Ефективна доза /Е/ – величина, която определя сумарния стохастичен ефект, вземайки под внимание вида на облъчвания орган или тъкан и тяхната радиочувствителност, а не само големината на получаната евкивалентна доза.
                 Е =SНТ.WТ
                       Т
          Нт – еквивалентна доза в съответния орган
          Wт – тъканен тегловен коефициент
          Wт характеризира относителния принос на съответния орган по отношение на общата вреда на целия организъм, която би се получила при равномерно облъчване на цялото тяло.
          Единица за измерване  Сиверт /Sv/.
          Wт на различни органи и тъкани: гонади – 0,20; млечни жлези – 0,05; червен костен мозък – 0,12; щитовидна жлеза – 0,03.
          Wт характеризират отношението на риска за стохастичния ефект при облъчване на даден орган към общия риск от стохастичния ефект при равномерно облъчване на цялото тяло. Сумата от всички Wт е равна на единица.
          Нт и Е се използват в радиационната защита за оценяване на риска.
          5. Колективна доза – използва се, когато се прави оценка на радиационното въздействие върху определени групи от хора. Има 2 разновидности:
                     а) колективна еквивалентна доза /Sн/:
                                    _
                           SH = НТ.N
          N – брой на хората, получили средна еквивалентна доза НТ в даден орган
                     б) колективна ефективна доза / S?/:
                                   _
          _               SE= E.N
          E – средна ефективна доза
          Единица за измерване – човекоСиверт /man Sv/.
          6. Експозиционна доза /Х/ – измерва се със сумата от електричните заряди DQ на всички йони с еднакъв знак, произведени от лъчението в даден обем въздух, разделен на масата му Dm.
                   Х = DQ/ Dm
          Прилага се само за фотонно лъчение и е дефинирана само за въздух. Х характеризира самото лъчение, за разлика от D, която характеризира въздействието на йонизиращото лъчение върху веществата.
          Единица за измерване кулон/кг   /С/kg/.
          Стара единица – R /рентген/.
          Х за единица време се нарича мощност на експозицията – РХ=Х/Т.
          Измервателна единица за РХ е С/кg/s.
          При оценка на биологичния ефект освен дозата и вида на лъчението, значение имат и условията на средата. При повишено съдържание на О2 и Н2О в средата на биологичния обект, ефекта на йонизиращото лъчение е по-голям. При по ниска температура или добавяне на химични съединения /радиопротектори/, биологичната ефективност на йонизиращите лъчения намалява.
            Основни принципи на нормирането в радиационната защита. Максимално допустими дози и граници на дозата при облъчване от техногенни източници на йонизиращо лъчение.
          Във всяка страна има установени норми и принципи за радиационна защита, съобразени с изискванията на Международната комисия по радиационна защита /МКРЗ/. Радиационната защита /РЗ/ представлява комплекс от мероприятия за ограничаване на облъчването на персонала и населението до най-ниските възможни нива. Основни задачи на радиационната защита са да предотврати проявяването на ранните детерминистични ефекти от облъчването и да намали риска от поява на късни стохастични последици.
          Според МКРЗ принципите за ограничаване на дозите са:
          Обосновка на практическото приложение – приложението на източници на радиация в дадена дейност е допустимо само при наличието на реална полза.
          Оптимизация на радиационната защита с цел снижване до минимум дозата на облъчване.
          Установяване на граници на облъчване, т.е. определяне на максимално допустими дози за съответните категории от хора и контрол за недопускане на превишаването им.
          Нормирането в радиационната защита се основава на принципа за възможния риск от соматично и генетично увреждане на организма при въздействието на йонизиращото лъчение.
          Максимално допустима даза е тази доза, която получена за продължителен период от време или еднократно, носи незначителен риск за появата на соматични или генетични последици. Левкозите и съкращаване продължителността на живота са двата гранични вида на възможните късни соматични последици, които се имат предвид при установяване на допустимите нива на облъчване. Дозовите предели, установени в нормите за радиационна безопастност се отнасят само до облъчването, което се получава в резултат на техническата дейност на хората. Не се включват дозите получавани от пациентите при медицински изследвания и лечение, а също и дозите от естествения радиационен фон.
          При нормирането се установяват следните категории лица:
          Персонал – всички лица, които временно  или постоянно работят с източници на йонизиращо лъчение и лица привлечени за аварийни и спасителни работи. Работещите с йонизиращи лъчения спадат към категория “персонал” само, когато са на работа. През останалото време те са част от категорият “население”.
          Персоналът се разделя на 3 групи:
                    І  Основна група – всички лица от персонала, които не са в гр.ІІ и ІІІ.
                    ІІ  Група – лица, които са на възраст 16 до 18 г.
                    ІІІ  Група – обхваща бременните жени и майките кърмачки.
          Население – цялото население на определен район или страна /всички, които не са персонал/. Допустимото лъчево натоварване на   отделните категории е различно.
          Максимално допустимата ефективна доза на общото външно и вътрешно облъчване е:
          персонал  - 50mSv за 1 година
          100 mSv  за 5 последователни години
          население – 1 mSv  за 1 календарна година
          5 mSv  за 1 г., но средна доза за 5 последователни години да не надвишава 1 mSv  /при особени обстоятелства/
          Максимално допустимата еквивалентна доза на облъчване на отделните органи и системи за 1 календарна година е:
          персонал – 500 mSv за кожа и крайници
          150 mSv  за очна леща
          население – 50 mSv  за кожа
          15 mSv  за очна леща
          Максимално дупустима еквивалентна доза за останалите органи и тъкани няма установени, т.е. при облъчване на кой да е друг орган   /напр. щитовидна жлеза, бял дроб и др./ трябва да се изчисли ефективна доза. За бременните жени и майки кърмачки от категория   персонал има допълнителни ограничения, според които годишната ефективна доза не трябва да надхвърля 1 mSv  или отнесено към всеки месец от бременността – 0,08 mSv.
          Лица от 16 до 18 г. не се допускат за работа с източници на йонизиращи лъчения, освен с учебна цел. За тях максимално допустимата ефективна доза за 1 календарна година е 6 mSv, а максимално допустимата еквивалентна доза за 1 календарна година е 150 mSv  за кожа и крайници и 50 mSv  за очна леща.
Информация
Заглавие
Йонизиращи лъчения и опасност от радиация
Автор
Описание
Принципи на нормирането в радиационната защита. Йонизиращи лъчения. Радиация. Опасност от радиация
Share Button
Няма коментари - Остави коментар

Остави отговор

Вашия имейл адрес няма да бъде публикуван. Задължителните полета са маркирани с *

*


6 × = 18