Безпека життєдіяльності - Запорожець О.І. - 3.7. Радіаційна безпека

Радіоактивні речовини та джерела іонізуючого випромінювання широко використовуються у виробництві, наукових дослідженнях, медицині та, на жаль, при створенні зброї. Близько 3 тис. підприємств на території України використовують радіоактивні речовини.

Катастрофи, пов'язані з радіоактивними речовинами та застосування ядерної зброї, є найбільш небезпечними надзвичайними ситуаціями. Адже їх наслідки мають найважчий і найдовший негативний вплив на людей.

Радіоактивні речовини та джерела іонізуючих випромінювань широко використовуються у виробництві, наукових дослідженнях, медицині та, на жаль, при створенні зброї. Статистика свідчить, що близько 3 тис. підприємств на території України використовують радіоактивні речовини.

Катастрофи, пов'язані з радіоактивними речовинами та застосування ядерної зброї, є найбільш небезпечними надзвичайними ситуаціями. Адже їх наслідки мають найважчий і найдовший негативний вплив на людей.

Іонізуючі випромінювання - квантове (електромагнітне та корпускулярне) випромінювання, під дією якого із нейтральних атомів утворюються іони (рис 2.1.)

Іонізація живої тканини призводить до розриву молекулярних зв'язків і зміни хімічної структури різних сполук. Зміни в хімічному складі значної кількості молекул спричиняють загибель клітин.

Природа іонізуючого випромінювання

Термін "іонізуюче випромінювання" об'єднує різні за своєю фізичною природою види випромінювань, що мають здатність іонізувати речовину. Людський організм не має органу, який міг би сприймати іонізуюче випромінювання.

Електромагнітне випромінювання включає частину спектра, що починається з жорсткого ультрафіолету, переходить у рентгенівське випромінювання і закінчується гамма-випромінюванням. У практиці для позначення всіх видів електромагнітного іонізуючого випромінювання користуються терміном гамма-випромінювання, тому що як найчастіше його частка у загальному потоці найбільша. Жорстке ультрафіолетове випромінювання - це найбільша короткохвильова частина ультрафіолетового випромінювання, воно, як і рентгенівське, генерується атомами чи молекулами внаслідок зміни стану електронів на зовнішніх оболонках.

Альфа-випромінювання (а) - потік позитивно заряджених частинок, що складаються з двох протонів та двох нейтронів і за структурою відповідють ядрам атомів гелію, які називаються а-частинками та мають високу іонізуючу і малу проникаючу здатність. Відомо близько 40 природних та понад 200 штучних альфа-активних ізотопів. У повітрі альфа-частинки пролітають кілька сантиметрів, добре затримуються речовинами, в шкіру проникають на глибину до 0,1 мм. Найбільшу небезпеку а-випромінювання становить при внутрішньому опроміненні організму та аплікації на шкіру.

Бета-випромінювання (в) - потік електронів або позитронів, що називаються в-частинками. Випромінюються атомними ядрами при бета-розпаді радіоактивних ізотопів. При взаємодії в-частинок з речовиною утворюється рентгенівське випромінювання. Іонізуюча здатність бета-випромінювання менша, ніж у альфа-випромінювання, а проникаюча здатність вища. Найбільш енергетичні в-частинки можуть проникнути через шар алюмінію до 5 см.

Гама-випромінювання (у) - електромагнітні хвилі з частотою 3-10¹⁹ Гц і більше, що мають високу проникаючу здатність. Гама-випромінювання виникає при ядерних вибухах, розпадах радіоактивних ядер, елементарних часток, а також при проходженні швидких заряджених часток крізь речовину. Використовується у медицині (променева терапія), для стерилізації приміщень, апаратури, ліків, продуктів харчування. Найбільш ефективно ослаблюється матеріалами з високою щільністю.

Потоки нейтронів, протонів виникають при ядерних реакціях їх дія залежить від енергії часток. Зазвичай, потоки нейтронів поділяють на повільні (холодні), швидкі та надшвидкі.

Для вимірювання радіоактивності використовується цілий ряд одиниць. У практиці радіаційних досліджень дотепер використовуються старі позасистемні одиниці (система СГС) та одиниці системи СІ, що ускладнює сприйняття інформації. У таблиці 3.1 приведено одиниці радіоактивності в обох системах та переведення їх з однієї системи у іншу.

Таблиця 3.1

Одиниці вимірювання радіоактивності, переведення одиниць системи СГС у систему СІ

Продовження табл. 3.1

Кількісною характеристикою джерела випромінювання є активність. Для вимірювання активності (міра кількості радіоактивної речовини, виражена числом радіоактивних розпадів за одиницю часу) застосовується одиниця беккерель (Бк) (фр. becquerel - за ім'ям фр. фізика А. Беккереля (А. Becquerel), яка чисельно дорівнює одному ядерному перетворенню за секунду (розпад/с). Позасистемною одиницею активності є Кюрі (Кі), що відповідає активності 1 г радію або 3,7-10¹⁰ розпадам за секунду.

Експозиційна доза характеризує іонізуючу здатність випромінювання у повітрі, тобто потенційні можливості іонізуючого випромінювання. За одиницю дози у системі СІ прийнятий Кулон поділений на кілограм (Кл/кг) - це така доза випромінювання, при якій в 1 кг сухого повітря виникає така кількість іонів, що мають заряд 1 кулон електрики кожного знаку. Позасистемною одиницею експозиційної дози є рентген (Р) - одна з найпоширеніших одиниць вимірювання радіоактивності.

Поглинута доза характеризує енергію іонізуючого випромінювання (незалежно від виду випромінювання), яка поглинута одиницею маси опроміненого середовища. Одиниця вимірювання поглинутої дози в системі СІ - грей (Гр), позасистемна одиниця - рад. При підрахунках експозиційну дозу прирівнюють до поглинутої 1Р=1рад, проте для точних розрахунків необхідно враховувати, що 1 Р відповідає поглинута доза у повітрі - 0,87 рад, у воді та живій тканині - 0,93 рад.

Біологічний ефект іонізуючого випромінювання надзвичайно сильний і не може бути порівняним з дією будь-якого іншого виду енергії. Однократна смертельна доза іонізуючого випромінювання для людини становить 5 Гр, тобто відповідає поглиненій енергії випромінювання 5 Дж/кг. Така кількість теплової енергії витрачається на нагрівання склянки води до 100⁰С або на нагрівання тіла людини не більше, ніж на 0,001⁰С.

Поглинута доза не відображає біологічну дію радіації, а тільки свідчить про кількість поглинутої енергії. Для оцінки біологічного впливу різних видів іонізуючих випромінювань на організм людини використовується еквівалентна доза, що у системі СІ вимірюється у зівертах (3в), у системі СГС - берах (біологічний еквівалент рентгена, БЕР). Еквівалентна доза служить для оцінки радіаційної небезпеки різних видів випромінювань.

Еквівалентна доза характеризує біологічний ефект будь-якого іонізуючого випромінювання, що приведений до впливу, який викликають гама-промені:

Д=К-Дп,

де: Д - еквівалентна доза; Дп - поглинута доза; К - коефіцієнт якості випромінювання, який вказує, у скільки разів біологічний ефект даного виду випромінювання відрізняється від такої ж дії гама-випромінювання. Для рентгенівського випроміювання К = 1, для нейтронів - К=10, для альфа-випромінювання - К=20.

При наближених розрахунках, пов'язаних тільки з у-випро-мінюванням (для випадків зовнішнього опромінення людини без забруднення радіоактивним пилом) можна вважати, що експозиційна, поглинута та еквівалентна дози практично рівні: 1 бер = 1 рад = 1 рентген.

Плануючи заходи цивільного захисту, користуються показником колективної еквівалентної дози, тобто дози, яка отримана групою людей (вимірюється у людино-зівертах). Колективну ефективну еквівалентну дозу, яку отримують багато поколінь людей від будь-якого радіоактивного джерела за час його існування, називають очікуваною (повною) колективною ефективною еквівалентною дозою.

Поглинута та експозиційна дози випромінювання, віднесені до одиниці часу, визначають потужність дози (рівень радіації).

Рівень радіації характеризує, наприклад, ступінь забруднення місцевості та вказує, яку дозу може одержати людина, знаходячись на забрудненій місцевості, за певний час. Рівень радіації вимірюється у рентген/годинах, рад/годинах, бер/ годинах.

Рівень радіації зменшується у геометричній прогресії через розпад радіоактивних елементів. Швидкість зменшення залежить від періоду напіврозпаду ізотопів, що забруднили територію.

Період напіврозпаду - час, за який розпадається половина атомів радіоактивного елемента (Т1/2).

Так, якщо зараження відбулося радіоактивним йодом з періодом напіврозпаду 8 діб, зменшення рівня радіації на місцевості буде йти швидко, а при зараженні цезієм та стронцієм з періодами напіврозпаду 28 і 30 років - довго.

Приклад задачі. В результаті аварії виникло забруднення місцевості Л¹³¹. Природний фон місцевості до забруднення становив 15 мкР/год, а в результаті забруднення зріс до 115 мкР/год. Скласти графік зниження радіаційного фону на місцевості.

Кількість радіоактивного йоду, що забезпечують рівень випромінювання на рівні 100 мкР/год, приймаємо за 100%. Знаючи період напіврозпаду радіоактивного йоду, можна вирахувати його кількість на будь-який момент часу за формулою

де Мк - маса кінцева, Мп - маса початкова, п - кількість періодів напіврозпаду, що вираховується діленням заданого часу на період напіврозпаду ізотопа.

Результати розрахунків показують, що рівень радіації при забрудненні радіоактивним йодом зменшується практично до природного фонового рівня приблизно через 50 діб.

При забрудненні місцевості кількома ізотопами з різними періодами напіврозпаду необхідно провести розрахунки окремо по кожному з них та визначити середні значення з врахуванням їх питомого вмісту у загальному забрудненні.

Під час Чорнобильської катастрофи основними радіоактивними елементами, що призвели до забруднення були, йод-131 (<Р³¹), цезій-137 (Об¹³⁷) та стронцій-90 (Бг⁹⁰) з періодами напіврозпаду відповідно 8 діб, 29,7 роки та 28 років, які є найбільш небезпечними для організму людини.