Главная страница

Радиационная безопасность при работе с радиоактивными веществами и источниками ионизирующих излучений


Скачать 224,99 Kb.
НазваниеРадиационная безопасность при работе с радиоактивными веществами и источниками ионизирующих излучений
АнкорRadiatsionnaya_bezopasnost_pri_rabote_s_RV_i_II.
Дата01.05.2017
Размер224,99 Kb.
Формат файлаpdf
Имя файлаRadiatsionnaya_bezopasnost_pri_rabote_s_RV_i_II.pdf
оригинальный pdf просмотр
ТипДокументы
#22630
страница1 из 3
Каталог
  1   2   3

1
ГОУ ВПО Нижегородская государственная медицинская
академия Минздравсоцразвития
___________________________________________________
Кафедра общей гигиены и экологии
"РАДИАЦИОННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ПРИ РАБОТЕ С
РАДИОАКТИВНЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ И ИСТОЧНИКАМИ
ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ
"
учебно-методическое пособие для студентов
г. Нижний Новгород,
2009 г.

2
Оглавление
2.Термины, определения, единицы измерений
8 3. Биологическое действие радиации
15 4. Нормы радиационной безопасности (РБ)
18 5. Применение источников ионизирующих излучений в медицине
22
Основные требования к устройству и эксплуатации
25
радиологических объектов
25
Медицинский контроль за состоянием здоровья персонала
31 8. Аппаратура радиационного контроля (АРК)
32 9. Расчетные методы определения дозы облучения и защиты от гамма- и рентгеновских излучений
34

3
Научно-технический прогресс сопровождался образованием целого ряда факторов, интенсивно изменяющих окружающую природную и производственную среду, могущих оказывать неблагоприятное влияние на здоровье населения. Ионизирующие излучения, как и всякий другой фактор внешней среды, оказывающий негативное влияние на организм человека, должен находится под пристальным вниманием медицинских работников, тем более, что во многих лечебно-профилактических учреждениях широко применяются радиоактивные вещества (РВ) и другие источники ионизирующих излучений (ИИИ) с лечебными, диагностическими и научно- исследовательскими целями. Для осуществления должного контроля необходимо иметь представления о физической природе излучений, радиационно-гигиенической характеристике работ с источниками ионизирующего излучения, о действии радиации на организм, основные положения нормативных документов, содержание мероприятий по обеспечению радиационной безопасности персонала и больных и, наконец, владеть основными методами измерений ионизирующих излучений.
Прежде всего, необходимо вспомнить определения некоторых понятий, без знания которых трудно усвоить последующий материал.
1.
Типы радиоактивных превращений, виды ионизирующих
излучений и их взаимодействие со средой
Как известно, атом любого вещества представляет собой сложную динамическую систему, состоящую из электрически заряженных и нейтральных частиц. В центре атома находится положительно заряженное ядро, вокруг которого под действием электрических сил движутся электроны, отрицательный суммарный заряд которых равен положительному заряду ядра. Ядро атома состоит из нуклонов: положительно заряженных частиц - протонов и нейтральных частиц - нейтронов. Ядра устойчивы только тогда, когда существуют определенные соотношения между числом протонов и нейтронов. Этому соотношению соответствует энергетическое

4
состояние ядра с наименьшей энергией, так называемое основное состояние.
С нарушением соотношения между числом нейтронов и протонов ядра переходят из основного состояния в возбужденное, которое и определяет неустойчивость и самопроизвольные превращения атомов.
Таким образом, в зависимости от состава и энергетического состояния ядра нуклиды могут быть стабильными и нестабильными, иначе – радиоактивными. Ядра радиоактивных нуклидов (радионуклидов) неустойчивы, вследствие чего в них происходят сложные процессы – ядерные превращения, конечным результатом которых является образование стабильного нуклида той или иной разновидности. Совокупность таких ядерных превращений называется радиоактивным распадом, или
радиоактивностью. Или иначе, радиоактивность – это процесс самопроизвольной перестройки неустойчивых ядер. Радиоактивный распад носит вероятностный характер, при этом в равные промежутки времени распадается одна и та же доля активных ядер (закон радиоактивного распада). Время, в течение которого распадается половина всех атомов данного радионуклида, называется периодом полураспада (Т
1/2
).
К основным типам ядерных превращений относятся: α-распад, β- распад, деление тяжелых ядер, синтез легких ядер, нейтронный захват
(реакция активации). Ядерные превращения сопровождаются испусканием элементарных частиц или фотонов, которые, взаимодействуя со средой, приводят к образованию электрических зарядов разных знаков.
Таким образом, ионизирующие излучения - это поток частиц или электромагнитных колебаний, возникающих в результате ядерных превращений и имеющих достаточную энергию для ионизации атомов среды.
Энергию элементарных частиц и фотонов принято определять в специальных единицах – электронвольтах (эВ). Один эВ – это энергия, которую приобретает один электрон, пройдя в электрическом поле разность потенциалов в один вольт. 1 эВ – сравнительно небольшая единица энергии,

5
поэтому чаще применяют для характеристики энергии ИИ кило- и мега- электронвольт (кэВ и МэВ), равных соответственно 10 3
и 10 6
эВ.
Различают фотонное и корпускулярное ионизирующее излучение, непосредственно и косвенно ионизирующее излучение. Корпускулярное излучение, представленное заряженными частицами, является непосредственно ионизирующим. Фотонное и нейтронное излучение, состоящее из нейтральных элементарных частиц, относится к косвенно ионизирующим, так как ионизация атомов и молекул в этих случаях осуществляется опосредованно через высвобождаемые в процессе взаимодействия этих видов излучения со средой заряженные частицы.
Фотонное излучение представляет собой поток электромагнитных колебаний, которые распространяются в вакууме со скоростью 300000 км/ч и характеризуются длиной волны, частотой и энергией. Фотонное излучение при взаимодействии с веществом проявляет как волновые, так и корпускулярные свойства. Поэтому его можно рассматривать как поток незаряженных частиц-фотонов, обладающих определенной массой и энергией. Фотонное излучение по условиям его образования подразделяется на характеристическое, тормозное, рентгеновское и гамма-излучение.
Характеристическое излучение возникает при перестройке внутренних электронных оболочек атома, избыток энергии при этом выделяется в виде кванта электромагнитного излучения. Тормозное излучение образуется при торможении заряженных частиц в поле ядра атома.
Источник рентгеновского излучения – рентгеновская трубка, состоящая из катода и анода, помещенных в вакуумированный стеклянный баллон. Катод при накаливании испускает электроны, которые ускоряются в поле высокого напряжения и бомбардируют анод. Вследствие торможения ускоренных электронов их кинетическая энергия частично или полностью превращается в энергию тормозного излучения. В процессе взаимодействия электронов с веществом анода возможно «вырывание» отдельных электронов

6
внутренних оболочек атомов этого вещества. Переход электронов с внешних оболочек на вакантные внутренние оболочки сопровождается испусканием фотонного характеристического излучения. Следовательно, рентгеновское излучение представляет собой совокупность тормозного и характеристического излучений.
Гамма-излучение сопровождает α- и β-распад, когда избыток образующейся при этих превращениях энергии не захватывается полностью соответствующими элементарными частицами (α- и β-поток), а также возникает при аннигиляции частиц (например, слияние электрона и позитрона сопровождается их превращением в два гамма-кванта).
Корпускулярным называется ионизирующее излучение, состоящее из частиц с массой покоя, отличной от нуля. Наиболее значимыми видами корпускулярных излучений являются нейтронное, протонное, бета- и альфа- излучения.
Нейтронное излучение – корпускулярное излучение, возникающее при ядерных реакциях и состоящее из нейтронов – электрически нейтральных нуклонов. В таблице 1 приведена классификация нейтронов в зависимости от их энергии.
Таблица 1
Классификация нейтронов
Нейтроны
Диапазон энергий
Ультрахолодные
Холодные
Тепловые
Надтепловые
Промежуточные
Быстрые
Сверхбыстрые
Менее 10
-7
эВ
10
-7
– 5*10
-3
эВ
0,01 – 0,1 эВ
0,1 – 100 эВ
0,1 – 200 кэВ
0,2 – 20 МэВ
более 20 МэВ
В веществе среды нейтроны взаимодействуют с ядрами атомов, причем характер этого взаимодействия определяется энергией нейтронов и массой

7
ядер. Нейтроны, обладающие малой энергией (менее 0,5 МэВ), проникают в ядра и возбуждают их, в результате чего испускаются гамма-кванты и нейтроны меньшей энергии (неупругое рассеяние). Нейтроны с энергией более 0,5 МэВ выбивают из ядра протоны, теряя при этом часть энергии
(упругое рассеяние). В результате упругого и неупругого рассеяния нейтроны замедляются и переходят в тепловые. Тепловые нейтроны поглощаются средой с испусканием гамма-квантов.
Бета-излучение представляет собой поток электронов или позитронов с единичным соответственно отрицательным или положительным зарядом и возникает при радиоактивном распаде ядер, а также при взаимодействии фотонов с веществом. Бета-частицы, испускаемые радионуклидами, имеют энергию в пределах 0,01 – 10 МэВ в зависимости от радионуклида. При взаимодействии бета-частиц с веществом их энергия расходуется на возбуждение и ионизацию атомов среды.
Альфа-излучение является потоком ядер гелия, содержащих по два нейтрона и протона и имеющих положительный заряд две единицы, возникает при радиоактивном распаде. Энергия альфа-частиц различна у радионуклидов и колеблется от 4 до 9 МэВ. При взаимодействии альфа- частиц с веществом их энергия расходуется на возбуждение и ионизацию атомов среды.
Для оценки радиобиологического эффекта важное значение имеет длина пробега частицы (фотона), или проникающая способность.
Повреждающее значение излучений на биологическую ткань находится в прямой зависимости от удельной ионизации. Это – число пар ионов, образующихся на единице пути пробега частицы. Этот показатель связан с
линейной передачей энергии (ЛПЭ), то есть величиной энергии, теряемой заряженной частицей на единицу длины пробега.
Длина пробега частицы зависит от энергии частицы, массы и величины заряда, а также от характера облучаемой среды. С энергией частицы пробег связан прямой зависимостью, с массой и величиной заряда – обратной.

8
Чем меньше энергия, тем меньше пробег.
Чем больше масса частицы, тем меньше скорость движения. У α-частиц скорость 20 тыс. км/с, а у β-частиц – 200-270 тыс. км/с (табл.2). Чем меньше скорость частицы, тем больше вероятность ее взаимодействия с атомами среды, следовательно, больше потери энергии и меньше пробег.
Таблица 2
Основные физические свойства ионизирующих излучений
Вид излучения
Природа излучения
Заряд
Обычные пределы энергИИИ
Ионизирующая способность в воздухе на 1 см пути
Проникающая способность
Скорость распрост- ранения, км/с
В воздухе
В тканях человека
Альфа-
Ядра гелия
+2 4-9 МэВ
25 – 60 тысяч пар ионов
2,5 см
Несколь ко микроно в
20 000
Бета-
Поток электронов позитронов
-1
+1
Несколько кэВ до 3
МэВ
100 - 300 пар ионов
17 м
2 см
200 000 –
270 000
Гамма-
Поток квантов
0
То же
Несколько пар ионов
Десятки и сотни м
300 000
Рентгеновские
То же
0 1кэВ-
1МэВ
То же
То же
То же
Нейтроны
Частицы ядра
0
Около
2МэВ
То же
То же
То же
Заряд электрона (β-частица) по абсолютной величине вдвое меньше заряда α-частицы. Вследствие этого вероятность взаимодействия электрона с атомами среды в один и тот же момент времени и соответственно количество образуемых ионов на единице пробега будет меньше, чем у α-частицы.
Таким образом, при равенстве энергии длина пробега электрона будет значительно больше, чем у α-частицы в одной и той же среде, а плотность ионизации существенно меньше.
2.Термины, определения, единицы измерений

9
Несмотря на переход к единицам Международной системы (СИ), широкое хождение имеют и внесистемные единицы измерений, что требует знаний и тех и других.
Мерой количества радионуклида (радиоактивности) служит активность
(А) – число спонтанных ядерных превращений в единицу времени. Единицей активности является беккерель (Бк) – одно ядерное превращение в секунду; специальной единицей – кюри (Кu). 1Кu - это активность 1 г радия, равная
3,7*10 10
Бк. Широко используются дольные (милликюри, мKu; микрокюри, мкKu) и кратные (килобеккерель, кБк; мегабеккерель, МБк) единицы.
Существует понятие удельной (объемной) активности, выраженной в единицах активности, отнесенной к единице массы, объема, площади.
Поле ионизирующего излучения характеризуется потоком, переносом
(флюенсом) и плотностью потока частиц и энергии. Поток частиц и энергии
– это число частиц или энергии ИИ, проходящего через данную поверхность в единицу времени. Перенос (или флюенс) частиц и энергии определяется числом частиц и энергии ИИ, проникающих в объем элементарной сферы через единицу площади поперечного сечения этой сферы (частицы/м
2
; квант/м
2
). Плотность потока частиц и энергии – это число частиц и энергии
ИИ, проходящих через единицу площади поверхности в единицу времени
(частица/(м
2
*с); фотон/(м
2
*с)).
Разные виды излучений сопровождаются высвобождением разного количества энергии и обладают разной проникающей способностью (табл. 2), поэтому они оказывают неодинаковое воздействие на ткани живого организма.
Повреждений, вызванных в живом организме излучением, будет тем больше, чем больше энергии оно передаст тканям. Количество переданной организму энергии называется дозой.
Дозу можно рассчитать по-разному, с учетом того, каков размер облучаемого участка и где он расположен, один ли человек подвергся облучению или группа людей и в течение какого времени это происходит.

10
Исторически первым для оценки действия рентгеновского излучения было введено понятие экспозиционной дозы облучения, которое характеризует ионизационную способность только фотонного излучения при его взаимодействии исключительно с воздухом. Основной единицей экспозиционной дозы облучения является кулон на килограмм (Кл/кг), внесистемной единицей – рентген (Р).
Однако область ее использования оказалась слишком узкой. Со временем потребовалось оценивать воздействие других видов излучения и не только на воздух.
Для характеристики уровня воздействия любого вида ионизирующего излучения на любое вещество применяется поглощенная доза (D), которая измеряется отношением энергии, переданной ионизирующим излучением веществу, к единице массы вещества. Единица поглощенной дозы – джоуль на 1 кг (Дж/кг), или специальная единица – грей (Гр). Кроме того используется внесистемная единица поглощенной дозы – рад (от англ. RAD –
Radiation Absorbed Dose). При дозе 1 рад величина энергии, переданной излучением 1 г вещества, составляет 100 эрг. 1 рад = 1,13 Р, а 1 Гр = 100 рад.
Но поглощенная доза не учитывает того, что при одинаковой поглощенной дозе альфа-излучение гораздо опаснее бета- или гамма- излучений (в 20 раз). Если принять во внимание тот факт, что разные излучения имеют разный риск опасности, то поглощенную дозу следует умножить на взвешивающий коэффициент, отражающий способность излучений данного вида повреждать ткань организма (табл. 3).
Пересчитанную таким образом дозу называют эквивалентной дозой (Н); ее измеряют в системе СИ в Дж/кг, имеющей специальное наименование зиверт
(Зв); внесистемной единицей эквивалентной дозы является бэр
(биологический эквивалент рентгена), 1 Зв равен 100 бэр.
Таблица 3
Взвешивающие коэффициенты для отдельных видов излучения при расчете эквивалентной дозы

11
Виды излучений
Коэффициенты
Фотоны любых энергий
Электроны и мюоны любых энергий
Нейтроны энергией: менее 10 кэВ
от 10 кэВ до 100 кэВ
от 100 кэВ до 2 МэВ
более 20Мэв
Протоны, кроме протонов отдачи, энергия более 2 МэВ
Альфа-частицы, осколки деления, тяжелые ядра
1 1
5 10 20 5
5 20
Следует учитывать также, что одни части тела более чувствительны, чем другие к действию радиации. Например, при одинаковой эквивалентной дозе облучения рак в легких более вероятен, чем рак щитовидной железы, а облучение половых желез особенно опасно из-за риска генетических повреждений. Поэтому дозы облучения органов и систем (тканей) также следует учитывать с разными коэффициентами (табл. 4). Для учета и сравнения риска отдаленных последствий облучения введена эффективная эквивалентная доза, или просто эффективная доза. Это – сумма произведений дозы эквивалентной на соответствующий взвешивающий
коэффициент для ткани и органа.
H
эф
= Н × W
T
Эффективная доза измеряется также в зивертах (Зв) или бэрах.
Таблица 4
Взвешивающие коэффициенты для ткани и органов при расчете эффективной дозы
Ткани и органы
Коэффициенты

12
Гонады
Костный мозг (красный)
Толстый кишечник (прямая, сигмовидная, нисходящая часть ободочной кишки)
Легкие
Желудок
Мочевой пузырь
Грудная железа
Печень
Пищевод
Щитовидная железа
Кожа
Клетки костных поверхностей
Остальное
0,2 0,12 0,12 0,12 0,12 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,01 0,01 0,05*
* при расчете учитывать, что рубрика «остальное» состоит из надпочечников, головного мозга, верхнего отдела толстого кишечника (слепая кишка, восходящая и поперечная часть ободочной кишки), тонкой кишки, мышечной ткани, поджелудочной железы, селезенки, вилочковой железы и матки. В тех исключительных случаях, когда один из перечисленных органов или тканей получает эквивалентную дозу, превышающую самую большую дозу, полученную любым из двенадцати органов или тканей, для которых определены взвешенные коэффициенты, то следует приписывать этому органу или ткани взвешенный коэффициент, равный 0,025, а остальным органам и тканям из рубрики
«остальное» приписать суммарный коэффициент, равный 0,025 для расчета средней дозы.
Просуммировав индивидуальные эффективные дозы, полученные группой людей, мы придем к коллективной эффективной дозе (
S
) , которой измеряется в человеко-зивертах (чел-Зв). Например, если 1 миллион человек в среднем получили дозы по 0,03 Зв, то коллективная доза составит 3*10 4 человеко-зиверт.
Следует, однако, ввести еще одно определение, поскольку многие радионуклиды распадаются очень медленно и остаются радиоактивными и в отдаленном будущем. Коллективную эффективную или эквивалентную дозу, которую получат многие поколения людей от какого-либо радиоактивного источника за все время его дальнейшего существования (за время после

13
поступления радионуклида в организм или ткань; если время неизвестно, то его следует принимать равным 50 годам для взрослых и 70 годам для детей), называют ожидаемой (полной) коллективной эффективной или эквивалентной дозой (Н
т
)(
S
т
).
Такая иерархия на первый взгляд может показаться слишком сложной, но тем не менее она представляет собой логически последовательную систему и позволяет рассчитывать согласующиеся или сопоставимые друг с другом дозы облучения. Без употребления этих терминов не удается достичь необходимой точности и ясности изложения.
Доза, отнесенная к единице времени, называется мощностью дозы: мощность экспозиционной дозы (Р/ч), мощность поглощенной дозы (Гр/год, рад/ч), мощность эквивалентной и эффективной дозы (Зв/год, мЗв/нед). В практике за единицу времени может приниматься минута, час, секунда, год.
Гамма-излучение радионуклидов часто оценивают по их гамма- активности, измеренной в стандартных условиях. Для обозначения количества гамма-активных радионуклидов используется величина гамма- эквивалент (М), единицей которой является г-экв радия (мг-экв радия). 1 мг – экв радия – это количество радионуклида, гамма-излучение которого создает такую же мощность экспозиционной дозы, как и гамма-излучение 1 мг государственного эталона радия.
Гамма-постоянная радионуклида характеризуется излучением 1 мKu радионуклида, показывает мощность экспозиционной дозы (Р/ч) на расстоянии 1 см в стандартных условиях.
Характеристика некоторых радионуклидов, в том числе численные значения гамма-эквивалента и гамма-постоянной, представлены в таблице 5.
Таблица 5
Характеристика некоторых радионуклидов
Радио- нуклид
Период полу- распада
Вид излу- чения
Энергия альфа- или бета- частиц,
Выход альфа- или бета- частиц
Энер- гия гамма- квантов,
МэВ
Выход гамма- квантов на распад
Полная гамма пстоян- ная,
Р*см
2
/
Гамма экви- валент нукли- да, 1
Крити- ческий орган
Доля радио- нуклида в кри- тичес-

14
МэВ
на распад,
%
ч*мКи мКи, мг
– экв. радия ком органе от общего содер- жания в орга- низме
1 2
3 4
5 6
7 8
9 10 11
Na-24
P-32
-35
Co-60
Sr-90
I-131
Cs-137
Au-198
Po-210
Ra-226
(в равно- весии с основ- ными
ДПР)
14,9 ч.
14,3сут
87,1сут
5,27лет
19,9лет
8,06сут
30лет
2,69сут
138,4
сут
1600 лет бета,
гамма бета бета бета,
гамма бета бета,
гамма бета,
гамма бета,
гамма альфа,
гамма альфа,
гамма
1,39 4,17 1,71 0,17 1,48 0,31 0,61 0,81 0,81 0,43 0,34 0,25 0,20 1,37 0,96 0,28 5,30 4,78 4,59 100 0,003 100 100 0,01 100 100 0,7 86 1,2 9,3 2,8 8
0,03 99,9 0,07 100 94,3 5,7 1,38 2,76 4,14
-
-
1,38 1,17
-
0,72 084 0,86 0,28 0,08 0,66 1,09 0,68 0,41 0,80 2,20 1,85 1,76 1,73 1,51 1,40 1,38 1,24 0,24 100 100 0,04
-
-
100 99
-
3,0 9,0 78,4 5,0 0,74 82,5 0,16 0,80 96,0 0,001 5,2 2,0 16,3 2,4 2,2 4,0 4,8 6,0 47,1 18,13
-
-
12,853
-
2,156 3,242 2,305 9,36 8,4 2,26
-
-
1,54
-
0,26 0,37 0,27 1,11
Весь орга- низм
Кости
Кожа
Печень селезенка
Кости
Щито- видная железа
Мышцы
Печень
Почки
Печень
Кости
0,95 0,2 0,08 0,004 5*10
-5 0,05 0,1 0,02 0,0098 0,22 0,22

15
  1   2   3

перейти в каталог файлов
связь с админом