Учебное пособие

ОХРАНА ТРУДА

Воздействие ионизирующих излучений на организм человека

В организме человека радиация вызывает цепочку обратимых и необратимых изменений. Пусковым механизмом воздействия являются процессы ионизации и возбуждения молекул и атомов в тканях. Важную роль в формировании биологических эффектов играют свободные радикалы Н⁺ и ОН^—, образующиеся в процессе радиолиза воды (в организме содержится до 70% воды). Обладая высокой химической активностью, они вступают в химические реакции с молекулами белка, ферментов и других элементов биологической ткани, вовлекая в реакции сотни и тысячи молекул, не затронутых излучением, что приводит к нарушению биохимических процессов в организме.

Под воздействием радиации нарушаются обменные процессы, замедляется и прекращается рост тканей, возникают новые химические соединения, не свойственные организму (токсины). Нарушаются функции кроветворных органов (красного костного мозга), увеличивается проницаемость и хрупкость сосудов, происходит расстройство желудочно-кишечного тракта, ослабевает иммунная система человека, происходит его истощение, перерождение нормальных клеток в злокачественные (раковые) и др.

Ионизирующее излучение вызывает поломку хромосом, после чего происходит соединение разорванных концов в новые сочетания. Это приводит к изменению генного аппарата человека. Стойкие изменения хромосом приводят к мутациям, которые отрицательно влияют на потомство.

Степень изменений в организме зависит от полученной дозы и времени, в течение которого она была получена. Острое лучевое поражение (острая лучевая болезнь) возникает тогда, когда человек в течение нескольких часов или даже минут получает значительную дозу. Различают несколько степеней острого лучевого поражения (табл. 31).

Таблица 31
Последствия острого лучевого поражения

Эти градации приблизительны, поскольку зависят от индивидуальных особенностей каждого человека. Устанавливаются дозовые пределы эквивалентной дозы для следующих категорий лиц:

• персонал — лица, работающие с источниками радиации (группа А) или находящиеся по условиям работы в сфере их воздействия (группа Б);
• все население, включая лиц из персонала, вне сферы и условий в их производственной деятельности.

В табл. 32 приведены основные дозовые пределы облучения (они не включают в себя дозы от природных и медицинских источников ионизирующего излучения, а также дозы, полученные в результате радиационных аварий). На эти виды облучения устанавливаются специальные ограничения.

Таблица 32
Основные пределы доз облучения

* Допускается одновременное облучение до указанных пределов по всем нормируемым величинам.

** Относится к дозе на глубине 300 мг/см².

*** Относится к среднему по площади в см² значению в базальном слое кожи толщиной 5 мг/см2 под покровным слоем толщиной 5 мг/см².

Для ряда категорий персонала устанавливаются дополнительные ограничения. Например, для женщин в возрасте до 45 лет эквивалентная доза, приходящаяся на нижнюю часть живота, не должна превышать 1 мЗв в месяц.

При установлении беременности женщин из персонала работодатели обязаны переводить их на другую работу, не связанную с излучением.

Для учащихся в возрасте до 21 года, проходящих обучение с источниками ионизирующего излучения, принимаются дозовые пределы, установленные для лиц из населения.

Защита от ионизирующих излучений (радиации)

• снижение активности (количества) радиоизотопа, с которым работает человек;
• увеличение расстояния от источника излучения;
• экранирование излучения с помощью экранов и биологических защит;
• применение средств индивидуальной защиты.

Если мер защиты временем, расстоянием, количеством недостаточно для снижения уровня излучения до допустимых величин, между источником излучения и защищаемым объектом (человеком) устанавливают защиту (экраны).

В инженерной практике для выбора типа и материала экрана, его толщины используют уже известные расчетно-экспериментальные данные по кратности ослабления излучений различных радионуклидов и энергий, представленные в виде таблиц или графических зависимостей. Выбор материала защитного экрана определяется видом и энергией излучения.

Для защиты от альфа-излучения достаточно 10 см слоя воздуха. При близком расположении от альфа-источника применяют экраны из органического стекла.

Для защиты от бета-излучения рекомендуется использовать материалы с малой атомной массой (алюминий, плексиглас, карболит). Для комплексной защиты от бета- и тормозного гамма-излучения применяют комбинированные двух- и многослойные экраны, у которых со стороны источника излучения устанавливают экран из материала с малой атомной массой, а за ним — с большой атомной массой (свинец, сталь и т.д.).

Для защиты от гамма- и рентгеновского излучения, обладающих очень высокой проникающей способностью, применяют материалы с большой атомной массой и плотностью (свинец, вольфрам и др.), а также сталь, железо, бетон, чугун, кирпич. Однако чем меньше атомная масса вещества экрана и чем меньше плотность защитного материала, тем для требуемой кратности ослабления требуется большая толщина экрана.

Для защиты от нейтронного излучения применяют водородосодержащие вещества: воду, парафин, полиэтилен. Кроме того, нейтронное излучение хорошо поглощается бором, бериллием, кадмием, графитом. Поскольку нейтронные излучения сопровождаются гамма-излучениями, необходимо применять многослойные экраны из различных материалов: свинец—полиэтилен, сталь—вода и водные растворы гидроокисей тяжелых металлов.

Помещения, предназначенные для работы с радиоактивными препаратами, должны быть отдельными, изолированными от других помещений и специально оборудованными. Стены, потолки и двери делают гладкими, не имеющими пор и трещин. Все углы помещения закругляют для облегчения уборки помещения от радиоактивной пыли. Стены покрывают масляной краской на высоту 2 м, а при поступлении в воздушную среду помещения радиоактивных аэрозолей или паров как стены, так и потолки покрывают масляной краской полностью. Помещения оборудуют хорошей приточно-вытяжной вентиляцией, проводят ежедневную влажную уборку.

Конструкции защитных устройств разнообразны, некоторые из них представлены на рис. 72.

Рис. 72. Конструкции устройств для защиты от радиации: а — экран из органического стекла: 1 — смотровое окно; 2 — подставка; б — сейф стационарный стенной защитный: 3 — стальной шкаф; 4 — свинцовая дверь с замком; в — экран настольный передвижной с двумя захватами: 5 — боковые стенки; 6 — передняя стенка; 7 — смотровое окно; 8 — захваты; г — сейф стационарный стенной защитный поворотный: 9 — дверца с замком; 10 — кожух; 11 — указатель; 12 — маховик; 13 — барабан; д — бокс защитный перчаточный на одно рабочее место: 14 — корпус бокса; 15 — перчатки; 16 — смотровое окно; 17 — тягонапоромер; 18 — вытяжной фильтр; 19 — форкамера; 20 — подставка; е — передвижной защитный экран: 21 — смотровое окно; 22 — манипуляторы; 23 — механизм передвижения

Средства индивидуальной защиты. Для защиты человека от внутреннего облучения при попадании радиоизотопов внутрь организма с вдыхаемым воздухом применяют респираторы (для защиты от радиоактивной пыли), противогазы (для защиты от радиоактивных газов).

При работе с радиоактивными изотопами применяют халаты, комбинезоны, полукомбинезоны из неокрашенной хлопчатобумажной ткани, а также хлопчатобумажные шапочки. При опасности значительного загрязнения помещения радиоактивными изотопами поверх хлопчатобумажной одежцы надевают пленочную (нарукавники, брюки, фартук, халат, костюм), покрывающую все тело или места возможного наибольшего загрязнения. В качестве материалов для пленочной одежды применяют пластики, резину и другие материалы, которые легко очищаются от радиоактивных загрязнений. При использовании пленочной одежцы в ее конструкции предусматривается принудительная подача воздуха под костюм и нарукавники.

При работе с радиоактивными изотопами высокой активности используют перчатки из просвинцованной резины.

При высоких уровнях радиоактивного загрязнения применяют пневмокостюмы из пластических материалов с принудительной подачей чистого воздуха под костюм. Для защиты глаз применяют очки закрытого типа со стеклами, содержащими фосфат вольфрама или свинец. При работе с альфа- и бета-препаратами для защиты лица и глаз используют защитные щитки из оргстекла.

На ноги надевают пленочные туфли или бахилы и чехлы, снимаемые при выходе из загрязненной зоны.

Основные методы и приборы регистрации ионизирующего излучения

Для регистрации ионизирующего излучения применяют следующие методы: ионизационные, люминесцентные, полупроводниковые, фотоэмульсионные, химические и калориметрические.

Ионизационные методы основаны на способности ионизирующего излучения вызывать ионизацию молекул и атомов газа, твердых и жидких веществ. Наибольшее практическое применение получил метод, основанный на использовании изменения электрической проводимости газов. К основным ионизационным детекторам относятся ионизационные камеры, газоразрядные счетчики (пропорциональные, счетчики Гейгера—Мюллера, искровые и др.). Для регистрации следов движения (треков) отдельных заряженных частиц применяется камера Вильсона.

Люминесцентные методы основаны на способности ионизирующего излучения возбуждать молекулы и атомы среды. Переход молекул и атомов из возбужденного состояния в основное происходит с испусканием света (видимого или ультрафиолетового). Световые вспышки с помощью электронных устройств преобразуются в электрический сигнал, который можно зарегистрировать.

Полупроводниковые детекторы основаны на использовании способности ионизирующего излучения изменять проводимость полупроводников.

Фотоэмульсионные методы основаны на способности ионизирующего излучения вызывать потемнение фотоэмульсии или оставлять треки в фотоматериалах. Эти методы широко используются в дозиметрии для определения индивидуальных доз от р-, у- и нейтронного излучения.

Химические методы основаны на необратимых химических изменениях в некоторых веществах под действием ионизирующих излучений.

Калориметрические методы основаны на том, что ионизирующее излучение несет энергию, которая поглощается веществом и превращается в тепло.

Приборы и установки, используемые для регистрации ионизирующих излучений, подразделяются на следующие основные группы.

Дозиметры — приборы для измерения дозы ионизирующего излучения (экспозиционной, поглощенной, эквивалентной), а также коэффициента качества. В практической деятельности для измерения доз наибольшее распространение получили индивидуальные дозиметры.

Радиометры — приборы, предназначенные для измерения плотности потока ионизирующих излучений, пересчитываемой на величину, характеризующую источники излучений.

Универсальные приборы — устройства, совмещающие функции дозиметра и радиометра, радиометра и спектрометра и пр. Эти приборы широко применяются службами дозиметрии и радиационной безопасности, так как они могут совмещать функции нескольких приборов, измеряющих различные виды ионизирующего излучения.

Спектрометры ионизирующих излучений— приборы, измеряющие распределение (спектр) величин, характеризующих поле ионизирующих излучений. В зависимости от вида ионизирующего излучения спектрометры подразделяются на а-, Р-, у- и нейтронные, а от применяемого блока детектирования — на полупроводниковые, ионизационные, сцинтилляционные, магнитные.

Сцинтилляционный метод регистрации излучений основан на измерении интенсивности световых вспышек, возникающих в люминесцирующих веществах при прохождении через них ионизирующих излучений. Для регистрации световых вспышек используют фотоэлектронный умножитель с регистрирующей электронной схемой.

Сцинтилляционные счетчики можно применять для измерения числа заряженных частиц, гамма-квантов, быстрых и медленных нейтронов; для измерения мощности дозы от бета-, гамма- и нейтронного излучения; для исследования спектров гамма- и нейтронного излучений. Преимущества метода — высокая эффективность измерения проникающих излучений, малое время высвечивания сцинтилляторов, что позволяет производить измерения с короткоживущими изотопами.

Для измерения достаточно больших мощностей дозы используют калориметрические методы. Эти методы также применяют для определения совместного и раздельного гамма- и нейтронного излучений в ядерных реакторах и ускорителях.