Ионизирующие излучения. Виды ионизирующих излучений, основные характеристики

 

Федеральное государственное бюджетное образовательное  учреждение

высшего профессионального  образования

«Уфимский государственный  авиационный технический университет»

 

 

Кафедра «Безопасность производства и промышленная экология»

 

 

 

 

 

Расчетно-графическая  работа по дисциплине

«Безопасность жизнедеятельности»

 

 

 

Вариант № 16

 

 

 

 

Выполнил: студент гр. М-106

Шакирова  Л.М.

                                                                    Проверил: Зельдова А.И.

 

 

 

 

 

 

Уфа 2012

 Теоретическая часть.

Ионизирующие излучения. Виды ионизирующих излучений, основные характеристики.

Ионизирующее  излучение — это явление, связанное  с радиоактивностью. Радиоактивность  — самопроизвольное превращение  ядер атомов одних элементов в  другие, сопровождающееся испусканием  ионизирующих излучений.

В зависимости  от периода полураспада  различают  короткоживущие изотопы, период полураспада  которых исчисляется долями секунды, минуты, часами, сутками, и долгоживущие изотопы, период полураспада которых  от нескольких месяцев до миллиардов лет.

Наиболее  разнообразны по видам ионизирующих излучений так называемые радиоактивные  излучения, образующиеся в результате самопроизвольного радиоактивного распада атомных ядер элементов  с изменением физических и химических свойств последних. Элементы, обладающие способностью радиоактивного распада, называются радиоактивными; они могут  быть естественными, такие, как уран, радий, торий и др. (всего около 50 элементов), и искусственными, для  которых радиоактивные свойства получены искусственным путем (более 700 элементов).

При радиоактивном  распаде имеют место три основных вида ионизирующих излучений: альфа , бета и гамма.

Альфа-частица  — это положительно заряженные ионы гелия, образующиеся при распаде  ядер, как правило, тяжелых естественных элементов (радия, тория и др.). Эти  лучи не проникают глубоко в твердые  или жидкие среды, поэтому для  защиты от внешнего воздействия достаточно защититься любым тонким слоем, даже листком бумаги.

Бета-излучение  представляет собой поток электронов, образующихся при распаде ядер как  естественных, так и искусственных  радиоактивных элементов. Бета- излучения обладают большей проникающей способностью по сравнению с альфа-лучами, поэтому и для защиты от них требуются более плотные и толстые экраны. Разновидностью бета- излучений, образующихся при распаде некоторых искусственных радиоактивных элементов, являются. позитроны. Они отличаются от электронов лишь положительным зарядом, поэтому при воздействии на поток лучей магнитным полем они отклоняются в противоположную сторону.

Гамма-излучение, или кванты энергии (фотоны), представляют собой жесткие электромагнитные колебания, образующиеся при распаде  ядер многих радиоактивных элементов. Эти лучи обладают гораздо большей  проникающей способностью. Поэтому  для экранирования от них необходимы специальные устройства из материалов, способных хорошо задерживать эги  лучи (свинец, бетон, вода). Ионизирующий эффект действия гамма-излучения обусловлен в основном как непосредственным расходованием собственной энергии, так и ионизирующим действием  электронов, выбиваемых из облучаемого  вещества.

Рентгеновское излучение образуется при работе рентгеновских трубок, а также  сложных электронных установок (бетатронов и т. п.). По характеру рентгеновские  лучи во многом сходны с гамма-лучами и отличаются от них происхождением и иногда длиной волны: рентгеновские  лучи, как правило, имеют большую  длину волны и более низкие частоты, чем гамма-лучи. Ионизация  вследствие воздействия рентгеновских  лучей происходит в большей степени  за счет выбиваемых ими электронов и лишь незначительно за счет непосредственной траты собственной энергии. Эти  лучи (особенно жесткие) также обладают значительной проникающей способностью.

Нейтронное  излучение представляет собой поток  нейтральных, то есть незаряженных частиц нейтронов (n) являющихся составной  частью всех ядер, за исключением атома  водорода. Они не обладают зарядами, поэтому сами не оказывают ионизирующего  действия, однако весьма значительный ионизирующий эффект происходят за счет взаимодействия нейтронов с ядрами облучаемых веществ. Облучаемые нейтронами вещества могут приобретать радиоактивные свойства, то есть получать так — называемую наведенную радиоактивность. Нейтронное излучение образуется при работе ускорителей элементарных частиц, ядерных реакторов и т. д. Нейтронное излучение обладает наибольшей проникающей способностью. Задерживаются нейтроны веществами, содержащими в своей молекуле водород (вода, парафин и др.).

 

Действие ионизирующих излучений  на организм. Единицы измерения.

Ионизирующая радиация при воздействии  на организм человека может вызвать  два вида эффектов, которые клинической  медициной относятся к болезням: детерминированные пороговые эффекты (лучевая болезнь, лучевой ожог, лучевая  катаракта, лучевое бесплодие, анамалии в развитии плода и др.) и стохастические (вероятностные) беспороговые эффекты (злокачественные опухоли, лейкозы, наследственные болезни).

Острые поражения развиваются  при однократном равномерном  гамма- облучении всего тела и поглощенной дозе выше 0,25 Гр. При дозе 0,25...0,5 Гр могут наблюдаться временные изменения в крови, которые быстро нормализуются. В интервале дозы 0,5... 1,5 Гр возникает чувство усталости, менее чем у 10 % облученных может наблюдаться рвота, умеренные изменения в крови. При дозе 1,5...2,0 Гр наблюдается легкая форма острой лучевой болезни, которая проявляется продолжительной лимфопенией, в 30...50 случаев–рвота в первые сутки после облучения. Смертельные исходы не регистрируются.

Лучевая болезнь средней тяжести  возникает при дозе 2,5...4,0 Гр. Почти  у всех облученных в первые сутки наблюдаются тошнота, рвота, резко снижается содержание лейкоцитов в крови, появляются подкожные кровоизлияния, в 20 % случаев возможен смертельный исход, смерть наступает через 2...6 недель после облучения. При дозе 4,0...6,0 Гр развивается тяжелая форма лучевой болезни, приводящая в 50 % случаев к смерти в течение первого месяца. При дозах, превышающих 6,0 Гр, развивается крайне тяжелая форма лучевой болезни, которая почти в 100 % случаев заканчивается смертью вследствие кровоизлияния или инфекционных заболеваний. Приведенные данные относятся к случаям, когда отсутствует лечение. В настоящее время имеется ряд противолучевых средств, которые при комплексном лечении позволяют исключить летальный исход при дозах около 10 Гр.

Хроническая лучевая болезнь может  развиться при непрерывном или  повторяющемся облучении в дозах, существенно ниже тех, которые вызывают острую форму. Наиболее характерными признаками хронической лучевой болезни  являются изменения в крови, ряд  симптомов со стороны нервной  системы, локальные поражения кожи, поражения хрусталика, пневмосклероз (при ингаляции плутония-239), снижение иммунореактивности организма.

Степень воздействия радиации зависит  от того, является облучение внешним  или внутренним (при попадании  радиоактивного изотопа внутрь организма). Внутреннее облучение возможно при  вдыхании, заглатывании радиоизотопов  и проникновении их в организм через кожу. Некоторые вещества поглощаются  и накапливаются в конкретных органах, что приводит к высоким  локальным дозам радиации. Кальций, радий, стронций и другие накапливаются  в костях, изотопы йода вызывают повреждение щитовидной железы, редкоземельные элементы – преимущественно опухоли  печени. Равномерно распределяются изотопы  цезия, рубидия, вызывая угнетение  кроветворения, атрофию семенников, опухоли мягких тканей. При внутреннем облучении наиболее опасны альфа-излучающие изотопы полония и плутония.

Способность вызывать отдаленные последствия  – лейкозы, злокачественные новообразования, раннее старение – одно из коварных свойств ионизирующего излучения.

Гигиеническая регламентация  ионизирующего излучения осуществляется Нормами радиационной безопасности НРБ-96, Гигиеническими нормативами ГН 2.6.1.054-96. Основные дозовые пределы облучения и допустимые уровни устанавливаются для следующих категорий облучаемых лиц:

– персонал – лица, работающие с  техногенными источниками (группа А) или  находящиеся по условиям работы в  сфере их воздействия (группа Б);

– все население, включая лиц  из персонала, вне сферы и условий  их производственной деятельности.

Для категорий облучаемых лиц устанавливают  три класса нормативов: основные дозовые пределы, табл.1, допустимые уровни, соответствующие основным дозовым пределам и контрольные уровни.

Таблица 1. Основные дозовые пределы облучения (извлечение из НРБ-96)

Нормируемые величины	Дозовые пределы, мЗв
	лица из персонала* (группа А)	лица из населения
Эффективная доза     Эквивалентная доза за год  в: хрусталике коже** кистях и стопах	20 мЗв в год в среднем за  любые последовательные 5 лет, но  не более 50 мЗв в год   150 500 500	1 мЗв в год в среднем за  любые последовательные 5 лет, но  не более 5 мЗв в год   15 50 50

 

* Дозы облучения, как и все  остальные допустимые производные  уровни персонала группы Б, не должны превышать 1/4 значений для персонала группы А. Далее в тексте все нормативные значения для категории персонал приводился только для группы А.

** Относится к среднему значению  в покровном слое толщиной 5 мг/см² На ладонях толщина покровного слоя – 40 мг/см .

Доза эквивалентная  Н_Т,r – поглощенная доза в органе или ткани D_T,R , умноженная на соответствующий взвешивающий коэффициент для данного излучения W_R.

H_T,R = W_RD_T,R.

Единицей измерения эквивалентной  дозы является Дж∙кг^-1, имеющий специальное наименование зиверт (Зв).

Значения W_R для фотонов, электронов и мюонов любых энергий составляет 1, для α-частиц, осколков деления, тяжелых ядер-20.

Доза эффективная – величина, используемая как мера риска возникновения отдаленных последствий облучения всего тела человека и отдельных его органов с учетом их радиочувствительности. Она представляет сумму произведений эквивалентной дозы в органе H_τt на соответствующий взвешивающий коэффициент для данного органа или ткани W_T

где Н_rt–эквивалентная доза в ткани Т за время τ.

τТ Единица измерения эффективной  дозы–Дж∙кг^-1, называемая зивертом (Зв).

Значения W_T для отдельных видов ткани и органов приведены ниже:

Вид ткани, орган	WT
гонады	0,2
костный мозг (красный), легкие, желудок	0,12
печень, грудная железа, щитовидная железа	0,05
кожа	0,01

 

Основные дозовые пределы облучения  лиц из персонала и населения  не включают в себя дозы от природных  и медицинских источников ионизирующего  излучения, а также дозу вследствие радиационных аварий. На эти виды облучения устанавливаются специальные ограничения.

Интервал времени для определения  величины ожидаемой эффективной  дозы устанавливается равным 50 лет  для лиц из персонала и 70 лет  –для лиц из населения.

Таблица 2. Допустимые уровни общего радиоактивного загрязнения  рабочих поверхностей кожи (в течение  рабочей смены),  
(извлечение из НРБ-96) спецодежды и средств индивидуальной защиты, част./(см²∙мин)

Объект загрязнения	α-Активные нуклиды		β-Активные нуклиды
	отдельные	прочие
Неповрежденная кожа, полотенца, спец-белье, внутренняя поверхность лицевых частей средств индивидуальной защиты	2	2	200
Основная спецодежда, внутренняя поверхность  дополнительных средств индивидуальной защиты, наружная поверхность спецобуви	5	20	2000
Наружная поверхность дополнительных средств       индивидуальной защиты, снимаемой  в саншлюзах	50	200	10000
Поверхности помещений постоянного  пребывания персонала и находящегося в них оборудования	5	20	2000
Поверхности помещений периодического пребывания персонала и находящегося в них оборудования	50	200	10000

 

Помимо дозовых пределов облучения  нормы устанавливают допустимые уровни мощности дозы при внешнем  облучении всего тела от техногенных  источников, которые составляют для  помещений постоянного пребывания лиц из персонала 10 мкГр/ч, а для  жилых помещений и территории, где постоянно находятся лица из населения, – 0,1 мкГр/ч, а также  допустимые уровни общего радиоактивного загрязнения рабочих поверхностей, кожи (в течение рабочей смены), спецодежды и средств индивидуальной защиты. Числовые значения допустимых уровней общего радиоактивного загрязнения приведены в табл 2.

Нормы НРБ-96 введены в действие с апреля 1996 г. Для вновь строящихся, проектируемых и реконструируемых предприятий (объектов) значения основных дозовых пределов, приведенных в  табл. 1, уже вступили в силу.