Т. И. Юрасова основы радиационной безопасности

Вид материала

Документы

Содержание Календарный тематический план 1. Свойства ионизирующих излучений и взаимодействие их со средой 1.1. Строение атома. 1.2. Радиоактивные нуклиды. 1.3. Радиоактивные излучения и взаимодействие их с веществом. 2. Закон радиоактивного распада. 3. Единицы измерения радиоактивности, активность дозы излучения. Поглощенная доза Экспозиционная доза Рентген – специальная единица экспозиционной дозы, Р; 1 Р = 0.258 мКл/кг (милликулон на килограмм). Эквивалентная доза Эффективная доза Бэр – специальная единица эквивалентной дозы. Зиверт 4. Влияние радиоактивных излучений на организм человека. 4.1. Биологическое действие излучений. 4.2. Лучевые поражения. 4.3. Действие радиации на человека. 5. Факторы, влияющие на эффект облучения. 5.1. Доза облучения. 5.2. Величина облучаемой поверхности. 5.3. Вид излучения. ... Полное содержание

Подобный материал:

• Методические указания по выполнению лабораторной работы по дисциплине «Основы радиационной, 237.73kb.
• Федеральный надзор россии по ядерной и радиационной безопасности, 790.94kb.
• Обеспечение радиационной безопасности населения, 185.1kb.
• Система радиационной безопасности ир ввр-м, 257.59kb.
• Конституция Российской Федерации, федеральные закон, 245.01kb.
• Конституции Российской Федерации и федеральных закон, 327.39kb.
• Ю. А. Александров Основы радиационной экологии Учебное пособие, 5090.11kb.
• Й на радиационно-опасных объектах (роо) применяемых в целях предотвращения хищения, 33.21kb.
• Использование систем индикаторов безопасности органами регулирования ядерной и радиационной, 147.24kb.
• 1. Основные документы нормативно-правового обеспечения радиационной безопасности работ, 239.18kb.

АКАДЕМИЯ ТРУДА И СОЦИАЛЬНЫХ ОТНОШЕНИЙ


ИНСТИТУТ ОХРАНЫ ТРУДА И ЭКОЛОГИИ


Т.И. Юрасова


ОСНОВЫ РАДИАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ


Москва

2001


Автор – составитель – профессор Юрасова Т.И.

Ответственный за выпуск – профессор Карнаух Н.Н.

АННОТАЦИЯ

курса «Основы радиационной безопасности»

Курс предназначен для слушателей Открытого института охраны труда, промышленной безопасности и экологии Академии труда и социальных отношений, обучающихся по специальности 280102 «Безопасность технологических процессов и производств», а также в качестве учебного пособия в системе дополнительного профессионального образования по направлениям охрана труда, промышленная безопасность и т.д.

Курс базируется на таких дисциплинах, как «Охрана труда», «Ядерная физика», «Дозиметрия», «Радиационная гигиена» и др.

При изложении курса используется системный подход, позволяющий более полно определить опасности при работе с радионуклидами , способы их снижения и оптимизации условий труда.

Цель изучаемой дисциплины: дать слушателям необходимые теоретические и практические знания о радиационной безопасности, опасных факторах технологических процессов и производств, связанных с использованием источников ионизирующих излучений и мерах зашиты от проникающих излучений.

Задачи курса: изучить взаимодействие ионизирующих излучений с веществом; заболевания, возникающие от воздействия ионизирующих излучений и др.; вопросы безопасной организации труда и осуществления мер защиты от ионизирующих излучений.

Календарный тематический план

(Рекомендуемое время изучения курса – 4 недели, трудоемкость 72 часа )

Неделя	Номер занятия	Содержание занятия	Трудоемкость, часы
1	1	Свойства ионизирующих излучений и взаимодействие их со средой	10
	2	Влияние радиоактивных излучений на организм человека	5
	3	Факторы, влияющие на эффект облучения	2
	4	Пределы доз ионизирующих излучений	3
2	5	Организация работы с источниками ионизирующих излучений (ИИИ), защита от излучения	6
	6	Принципы устройства оборудования для работы с ИИИ	4
	7	Расположение помещений, цехов и лабораторий для работы с ИИИ	4
	8	Документы, необходимые для работы с ИИИ	4
3	9	Хранение, перевозка радиоактивных веществ	6
	10	Дезактивация и удаление радиоактивных отходов	4
	11	Меры индивидуальной защиты	2
	12	Радиационный фон и захоронение радиоактивных отходов	6
4	13	Основы дозиметрии и приборы дозиметрического контроля	4
	14	Выполнение зачетной работы. Консультации с тьютером. Получение зачета.	12

ВВЕДЕНИЕ


Человечество познакомилось с понятием радиационная безопасность в 1896 г., когда французский физик Беккерель открыл радиоактивность, т.е. излучение, которым обладают некоторые урановые соли. Незадолго до этого, в 1895 г. Рентген открыл новое электромагнитное излучение, которое названо его именем. Вопросы защиты человека от повреждающего действия возникли почти одновременно с открытием рентгеновского излучения и радиоактивного распада. Основными предпосылками для этого явились два фактора: чрезвычайно быстрое развитие применения вновь открытых излучений в науке и практике и обнаружение повреждающего действия этих излучений на организм.

Первые сведения о повреждающем действии ионизирующего излучения описаны в 1896 г., когда у ряда больных, которым производились рентгеновские снимки, а также у врачей-рентгенологов, были обнаружены “рентгеновские дерматиты”. При лучевых поражениях покровов кожи отмечались краснота, отек, образование пузырей и язв, шелушение, повреждение ногтей, выпадение волос, болевые ощущения.

Немало врачей-энтузиастов рентгенологов и радиологов стали жертвой поиска новых путей и методов облегчения страданий своих пациентов. Человечество высоко оценило их подвиг, воздвигнув им памятник перед больницей Альбере-Шонберга в Германии, на котором высечены имена более 100 рентгенологов и радиологов, врачей и ученых – жертв лучевых поражений.

Однако, в настоящее время радиоактивное излучение находит широкое применение. Ионизирующее излучение помогает повышать качество химической продукции. Так, например, облучение материала автомобильных шин увеличивает их пробег на 2030%. Радиоактивные нуклиды, введенные в химические соединения, помогают изучать и совершенствовать технологические процессы. Метод “меченых атомов” прочно вошел в практику научных исследований. Широкое применение в промышленности нашли приборы для контроля и автоматизации производственных процессов, построенные на основе радиоактивных излучений. В этих приборах датчик не контактирует с измеряемой средой.

В легкой промышленности используются приборы, действующие на основе радиоактивного излучения, для снятия зарядов статического электричества (особенно в производстве синтетического волокна).

Метод - и нейтронной дефектоскопии широко используется в металлургии, судостроении, при строительстве газо- и нефтепроводов для обнаружения дефектов в отливках, сварных швах.

С помощью радиоактивных облучений ведется борьба с насекомыми – вредителями сельскохозяйственной продукции (стерилизация мясных и плодовых мух).

Облучение зерна, картофеля увеличивает срок хранения и не позволяет им прорастать. Таким же образом продлевается срок хранения рыбы, птицы, мяса, овощей, фруктов.

Широкое применение находит в медицине рентгеновское излучение, например, компьютерная томография, а радиоактивные нуклиды успешно применяются для лечения онкологических больных, при так называемой лучевой терапии.

Существенный вклад в энергетику страны вносят атомные электростанции.

При таком широком использовании ионизирующего излучения с каждым годом растет число людей, работающих с ним, поэтому вопросы безопасной организации труда и осуществления мер радиоактивной защиты приобретают особое значение. Значительный интерес эти вопросы должны представлять для инженеров по охране труда и технической инспекции, которая осуществляет государственный надзор и контроль за соблюдением законодательства о труде, правил по охране труда.


1. Свойства ионизирующих излучений и взаимодействие их со средой.


Прежде чем подойти к изучению вопросов радиационной безопасности, надо четко представлять, что такое радиоактивное или ядерное излучение. На первых порах изучения природы радиоактивных излучений были определены три его вида: -частицы, -частицы и -излучения. По мере развития научных исследований произошли открытия других видов ядерного излучения – протонов, нейтронов, мезонов, нейтрино и др. К настоящему времени число изученных ядерных частиц достигает нескольких десятков.


1.1. Строение атома.


Мельчайшей частицей вещества является атом. Атом любого химического элемента представляет сложную систему. Центральная часть атома – ядро очень маленьких размеров, но с большой плотностью ядерного вещества.

В пространстве вокруг центрального ядра вращаются отрицательно заряженные электроны (₁e⁰). Их масса в тысячи раз меньше массы ядра. Несмотря на чрезвычайно малые размеры, атомные ядра в свою очередь, состоят из более мелких частиц – нуклонов, т.е. положительно заряженных протонов (₁p¹), имеющих массу электрона и нейтральных частиц нейтронов – (₀n¹). Таким образом, ядро в целом обладает положительным зарядом.

Каждый атом любого химического элемента содержит в своем ядре постоянное число протонов, которое определяет химические и физические свойства данного элемента. В нормальном состоянии атомы электрически нейтральны, т.к. на каждый протон ядра в атоме имеется один электрон и, следовательно, положительный заряд ядра уравновешивается отрицательным зарядом электронов.

Количество протонов в ядре численно равно атомному номеру элемента в таблице элементов Д.И. Менделеева (Z). Следовательно, Z – протонов и Z – электронов. Суммарное число протонов и нейтронов в ядре называется массовым числом элемента (А). А = N + Z, где N – число нейтронов в ядре атома. А – приблизительно равно атомному весу.

Число протонов (Z) в ядре каждого элемента строго постоянно, число нейтронов (N) может несколько меняться. Поэтому атомы одного и того же элемента могут иметь разное массовое число. Но, обладая одинаковым количеством протонов, они имеют сходные химические свойства. Такие атомы называются нуклидами. Формула любого нуклида записывается в следующем виде: _Z(символ элемента)^А, например, обычный гелий – ₂He⁴, уран-235 – ₉₂U²³⁵.


1.2. Радиоактивные нуклиды.


Ядра встречающихся в природе элементов не всегда устойчивы. Некоторые из них способны самопроизвольно превращаться в другие ядра, причем этот процесс превращения сопровождается выделением энергии в виде различного рода излучений. Такой процесс самопроизвольного превращения неустойчивых нуклидов одного химического элемента в другой называется радиоактивностью, а нуклиды участвующие в этом процессе, – радиоактивными.


1.3. Радиоактивные излучения и взаимодействие их с веществом.


Распад радиоактивных нуклидов сопровождается , ,  и другими видами излучения, обладающими способностью при взаимодействии с тем или иным веществом ионизировать его атомы и молекулы.

Источник радиоактивного излучения – вещество или установка, создающие поле ионизирующего излучения.

Ионизирующее излучение – любое излучение, взаимодействие которого со средой приводит к образованию зарядов разных знаков (электронов, ионов).

Корпускулярное излучение – ионизирующее излучение, состоящее их частиц. Одним из видов корпускулярного излучения является -излучение, которое представляет собой поток ядер гелия с низкой проникающей и высокой ионизирующей способностью. Пробег -частиц в воздухе составляет 3  12 см, в более плотных веществах пробег ₂He⁴ уменьшается; в ткани человеческого тела они проникают на десятые или сотые доли миллиметра. Длина пробега -частицы зависит не только от плотности вещества, в котором она пролетает, но и от энергии самой -частицы (чем больше энергия, тем больше пробег).

-излучение представляет собой поток электронов и позитронов (электронов с положительным зарядом). Пробег -частиц в воздухе колеблется в пределах от нескольких сантиметров до нескольких метров (в зависимости от энергии -частиц). Проникающая способность -частиц больше, чем -частиц, а ионизирующая способность меньше. Это связано с тем, что -частица двухзарядная и более тяжелая, а -частица однозарядная и легче.

- и -частицы при прохождении через вещество вызывают его ионизацию.

-излучение – электромагнитное излучение, возникающее при изменении энергетического состояния атомного ядра или при аннигиляции (исчезновении) частиц.

-излучение обладает большой проникающей силой и при взаимодействии с веществом вызывает его ионизацию за счет трех эффектов. Первый эффект – фотоэлектрический, когда фотон -излучения может передать свою энергию атомному электрону и выбить его из электронной оболочки атома. Если энергия падающего фотона больше энергии, необходимой для удаления электрона из атома, то избыточную энергию фотон передает электрону в виде кинетической энергии. Фотоэлектроны могут иметь значительную энергию и вызывать ионизацию соседних атомов.

Второй эффект не менее важный – эффект Комптона. Он заключается в том, что фотон -излучения соударяется с электроном атома и превращается в фотон с другой энергией, а электрон отдачи начинает двигаться под некоторым углом к траектории первичного фотона.

Третий эффект – эффект образования пар, состоящий в том, что фотон большой энергии вблизи ядра может превратиться в пару электронов. Один из них – обыкновенный электрон, другой – позитрон.

Из других видов радиоактивного излучения можно упомянуть рентгеновское и нейтронное излучение. Рентгеновское излучение представляет собой электромагнитное излучение с большей длиной волны, чем -излучение, и возникающее при переходах электронов с внешних электронных слоев атома на внутренние.

Диапазон излучений – от 1 кэВ (килоэлектронвольт) до 1 МэВ (мегаэлектронвольт). При прохождении через вещество рентгеновское излучение, как и -излучение, вызывает его ионизацию.

Нейтронное излучение – это поток нейтральных, незаряженных частиц, обладающих огромной проникающей способностью. В большинстве случаев поглощение ядрами нейтронов приводит к -излучению.


2. Закон радиоактивного распада.


Радиоактивность веществ уменьшается с течением времени: у одних веществ радиоактивность уменьшается очень быстро, буквально за несколько секунд, у других – более медленно, годами. Изменение радиоактивности подчиняется следующему закону:


N = N₀^-t, (1)

где N – количество радиоактивного вещества, распавшегося за время t;

N₀ – исходное количество радиоактивного вещества;

 - постоянная распада;

 – основание натурального логарифма.

Скорость изменения радиоактивности является характерной для отдельных нуклидов. Время, в течение которого количество радиоактивных атомов нуклида уменьшается вдвое, называется периодом его полураспада. Период полураспада радиоактивного нуклида (Т_1/2) связан с постоянной его распада соотношением:


T_1/2 = (2)


Для Po²¹² (полония) Т_1/2 = 310^-7 c, а для U²³⁸ – 4.5 млрд. лет.


3. Единицы измерения радиоактивности, активность дозы излучения.


При работах с радиоактивными веществами существенное значение имеет не их количество (г, кг), а число испускаемых частиц (или пропорциональная величина – число радиоактивных ядер) Поэтому для количественной характеристики радиоактивных веществ введено понятие активность. Активность (С) радиоактивного вещества – число спонтанных ядерных превращений (dN) в этом веществе за малый промежуток времени (dt), деленное на этот промежуток:


. (3)


В соответствии с НРБ – 99 (Нормы радиационной безопасности), активность – это мера количества какого-либо радионуклида, находящегося в данном энергетическом состоянии в данный момент времени.

Единицей измерения активности является одно ядерное превращение в секунду. В системе единиц СИ она получила название беккерель (БК). Используются производные этой единицы – килобеккерель (кБК) – 10³ БК, мегабеккерель (МБК) – 10⁶ БК и т.д.

Кюри – специальная единица активности (Ки), 1 Ки = 3.710¹⁰ ядерных превращений в секунду. Поскольку кюри единица большая, часто используют более мелкие единицы: милликюри, (1 мКи = 110^-3 Ки); микрокюри (1 мкКи = 110^-6 Ки); нанокюри (1 нКи = 110^-9 Ки); пикокюри (1 пКи = 110^-12 Ки) и т.д. Есть единицы большие, чем 1 Кюри, это килокюри (1 кКи = 110³ ) и мегакюри (1 МКи = 110⁶ Ки).

Процесс образования ионов и электронов в любой среде под действием радиоактивного излучения сопровождается поглощением этой средой определенного количества энергии. Поглощенную энергию радиоактивного излучения принято характеризовать величиной, называемой дозой излучения. Поглощенная доза (Д) рассчитывается делением средней энергии , переданной излучением веществу в некотором элементарном объеме, на массу вещества (dm) в этом объеме:


. (4)


Поглощенная доза – величена энергии ионизирующего излучения, переданная веществу.

Рад – специальная единица поглощенной дозы; 1 рад = 100 эрг/г.

Грэй – новая единица поглощенной дозы в системе единиц СИ (Гр); 1 Грэй равен одному джоулю, поглощенному в килограмме вещества (Дж/кг); 1 Гр = 1 Дж/кг = 100 рад.

Экспозиционная доза (X) равна полному заряду (dQ) ионов одного знака, возникающих в воздухе при полном торможении всех вторичных электронов, которые были образованы фотонами в малом объеме воздуха, деленному на массу воздуха (dm) в этом объеме:


. (5)


Рентген – специальная единица экспозиционной дозы, Р; 1 Р = 0.258 мКл/кг (милликулон на килограмм).

Эквивалентная доза (Н) – величена, введенная для оценки радиационной опасности хронического облучения. Это поглощенная доза в органе или ткани, умноженная на соответствующий взвешивающий коэффициент для данного вида излучения Н = W_RD, где D – средняя поглощенная доза в органе или ткани, а W_R – взвешивающий коэффициент для излучения R.

W_R – взвешивающий коэффициент для отдельных видов излучения при расчете эквивалентной дозы. Это используемый в радиационной защите множитель поглощенной дозы (D), учитывающий относительную эффективность различных видов излучения в индуцировании биологических эффектов. Ниже приводятся некоторые значения взвешивающих коэффициентов для отдельных видов излучения:

фотоны любой энергии	1
электроны	1
нейтроны с энергией от 10 кэВ до 100 кэВ	10
протоны с энергией > 2 МэВ	5
альфа – частицы	20

Эффективная доза (Е) – величена, используемая как мера риска возникновения отдаленных последствий облучения всего тела человека и отдельных его органов и тканей с учетом их радиочувствительности. Она составляет сумму произведений эквивалентной дозы в органах и тканях на соответствующие взвешивающие коэффициенты:


, (6)


где Н – эквивалентная доза в органе или ткани, W_Т – взвешивающий коэффициент в органе или ткани.

W_Т – множитель эквивалентной дозы в органе или ткани, используемый в радиационной защите для учета различной чувствительности разных органов в возникновении стохастических эффектов радиации. Некоторые из W_Т:

гонады	0.2
кожа, клетки костных поверхностей	0.01

Бэр – специальная единица эквивалентной дозы.

Зиверт – новая единица эквивалентной дозы в системе единиц СИ (зв).

Доза излучения (Д) рассчитывается по формуле:


, (7)


где С – активность облучателя в милликюри;

t – время облучения в час;

R – расстояние от облучателя в см;

J_ – ионизационная постоянная данного нуклида.

4. Влияние радиоактивных излучений на организм человека.