Ионизирующие излучения
Методы и средства защиты от лазерного излучения.
Нормирование лазерного облучения
За основную характеристикупредельно-допустимого уровня (ПДУ) лазерного излучения принимается энергетическая экспозиция облучаемых тканей в спектральном диапазоне от 0,2 до 20 мкм, которые регламентируются отдельно для роговицы, сетчатки глаза и кожи (Санитарные нормы и правила устройства и эксплуатации лазеров СН 2392-81)
Лазерное излучение, согласно ГОСТ 12.1.040-83 нормируется по плотности мощности в (Вт/см2). Лазеры классифицируются на 4 класса опасности. Наиболее опасны лазеры 4го класса.
Помещения для установки лазеров должны быть отдельные и специально оборудованные. Установки размещаются так. Чтобы луч лазера был направлен на капитальную огнестойкую стену. Все поверхности в помещении должны иметь покрытия или окраску с малым коэффициентом отражения. Освещение должно быть с высоким уровнем освещенности, чтобы зрачок глаза имел минимальное расширение. Лазерные установки 4го класса должны иметь дистанционное управление, а установки 2 и 3-го классов — экранирование пучка излучений. В качестве индивидуальных средств защиты используются очки со светофильтрами, защитные щитки, халат и перчатки.
Радиоактивность – это самопроизвольное превращение ядер одних атомов в ядра других атомов, сопровождающиеся испусканием ионизирующих излучений.
Ионизирующее излучение – это любое излучение, вызывающее ионизацию среды, т. е. протекание электрических токов в среде (в том числе и в организме человека), что приводит к разрушению клеток, изменению состава крови, ожогам и другим тяжким последствиям.
Под термином «проникающая радиация» понимают поражающий фактор ионизационных излучений, возникающих, например, при взрыве атомного реактора.
Ионизирующие излучения разделяются на два вида: электромагнитные (γ – излучения, рентгеновское излучение) с очень малой длиной волны и корпускулярные (α, β излучения, нейтронное излучение).
γ – излучение обладает небольшой ионизирующей и большой проникающей способностью, они могут быть задержаны лишь толстой свинцовой или бетонной плитами. Это коротковолновое, высокочастотное электромагнитное излучение, распространяющееся со скоростью света, возникающее в процессе ядерных реакций или радиоактивного распада.
α – излучение обладает большой тонизирующей и малой проникающей способностью (не проходит через внешний слой кожи). Они не представляют опасности до тех пор, пока радиоактивные вещества, испускающие α – частицы, не попадут внутрь организма через рану с пищей, с вдыхаемым воздухом. Тогда они становятся чрезвычайно опасными.
β – частицы могут проникать в ткани организма на глубину 1–2 см, поэтому они одинаково опасны как при непосредственном прикосновении к излучаемому веществу, так и на расстоянии.
Различают естественную (природную) радиоактивность и искусственную (у элементов, получаемых искусственным путем).
Естественные источники ионизирующих излучений. Природная радиоактивность была открыта в 1898 году физиком Беккерелем при исследовании солей урана. Пьер и Мария Кюри, изучая радиоактивность других химических элементов, открыли ранее неизвестные элементы, названные Радием и Полонием, радиоактивность которых во много раз превосходила радиоактивность Урана. Основную часть облучения население Земного шара получает от естественных источников радиации земного и космического происхождения. Человек подвергается облучению двумя способами: внешним облучением (радиоактивные вещества находятся вне организма) и внутренним (зараженные пища, воздух, вода).
Уровень радиации в некоторых местах Земного шара, там, где залегают особенно радиоактивные породы, оказывается значительно выше среднего, а в других местах – соответственно ниже. Доза облучения зависит также от образа жизни людей. Применение некоторых строительных материалов, использование газа для приготовления пищи, герметизация помещений, полеты на самолетах – все это увеличивает уровень облучения за счет естественных источников радиации. Космические лучи, попадающие на поверхность Земли, порождают вторичное излучение и осуществляют внешнее облучение людей.
Наиболее весомыми из всех естественных источников радиации является невидимый, не имеющий вкуса и запаха, тяжелый газ (в 7,5 раза тяжелее воздуха) – радон со своими дочерними продуктами. Этот газ ответственен за 
годовой дозы облучения, получаемой населением от земных источников радиации, и за 
дозы от всех естественных источников.
Большую часть радона получает человек вместе с вдыхаемым воздухом, особенно в непроветриваемых помещениях. В природе Радон встречается в двух основных формах: радон 222 (от распада Урана 238) и радон 220 (от распада Тория 232). Но наибольшая часть облучения идет от его дочерних продуктов распада. В зонах с умеренным климатом концентрация радона в закрытых помещениях в 8 раз выше, чем в наружном воздухе. Источником радона являются природный газ, используемый в жилых домах, некоторые источники воды. Наибольшая концентрация радона обнаружена в ванной комнате (в 3 раза выше, чем на кухне и в 40 раз выше, чем в жилой комнате).
Другими источниками радионуклидов радона служат уголь, сжигаемый в жилых домах или на ТЭЦ, термальные водоемы, фосфатные месторождения (для производства удобрений и как кормовая добавка), а также строительные материалы, изготавливаемые из золы и шлака.
Искусственные источники ионизирующих излучений. За последнее десятилетие человек создал сотни искусственных радионуклидов и научился использовать энергию атома в различных целях: в медицине, в производстве атомного оружия, для получения энергии, в средствах обнаружения пожаров, для изготовления светящихся циферблатов, для поиска полезных ископаемых и т. д. Все это приводит к увеличению дозы облучения как отдельных людей, так и населения Земли в целом.
Индивидуальные дозы, получаемые людьми разных профессий от искусственных источников радиации, сильно различаются. В большинстве случаев эти дозы весьма невелики, но иногда облучение за счет техногенных источников оказывается во много тысяч раз интенсивнее, чем за счет естественных.
Радиация от техногенных источников контролируется легче, чем от естественных источников, но облучение, связанное с радиоактивными осадками от ядерных взрывов, аварий, также невозможно контролировать, как и облучение, обусловленное космическими лучами или земными источниками.
Степень воздействия ионизирующих излучений на живой организм зависит от мощности дозы облучения, продолжительности этого воздействия и вида излучения и радионуклида, попавшего в организм.
Экспозиционная доза – это энергетическая характеристика γ – излучения и рентгеновского излучения в сухом атмосферном воздухе. Единица измерения – Кулон на килограмм (Кл/кг). 1 Кл/кг – это экспозиционная доза излучения, при которой сумма электрических зарядов ионов одного знака, образовавшихся в 1 кг воздуха, равна 1 кулону.
Внесистемная единица – рентген (Р). 1Р = 2,85 . 10-4 Кл/кг.
Биологическое действие ионизирующих излучений на живой организм зависит от поглощения дозы. Это – количество энергии излучения, поглощенное единицей массы облучаемого тела (тканям организма).
Поглощенная энергия измеряется в греях (1 Гр = 1 дж/кг) в системе СИ. Внесистемная единица – рад (1 рад = 0,01 Гр). Однако эта единица не учитывает того, что α-излучение гораздо опаснее γ- и β-излучений (при одинаковой поглощенной дозе).
Эквивалентная доза учитывает биологическую активность излучения и измеряется в зивертах (1 Зв = 1 дж/кг).
Зиверт представляет собой единицу поглощенной дозы, умноженную на коэффициент, учитывающий неодинаковую радиационную опасность для организма разных видов ионизирующего излучения.
Для оценки эквивалентной дозы применяется БЭР (биологический эквивалент рада). 1 БЭР = 0,01 Зв.
Эффективно-эквивалентная доза облучения. Разные части тела (органы, ткани) по-разному чувствительны к ионизационному излучению.
Международной комиссией по радиационной защите рекомендованы значения коэффициентов радиационного риска для определения эффективно-эквивалентной дозы: костный мозг – 0,12; костная ткань – 0,03; щитовидная железа – 0,03; молочная железа – 0,15, легкие – 0,12, гениталии – 0,25, другие ткани – 0,3 (сумма коэффициентов для организма в целом равна 1,0).
Поглощенная, эквивалентная и эффективно-эквивалентная дозы описывают индивидуально полученные дозы облучения.
Облучения, полученные группой людей, измеряются в человеко-зивертах и называются коллективной эффективно-эквивалентной дозой.
Поскольку многие радионуклиды распадаются очень медленно и остаются радиоактивными в отдаленном будущем, то для учета коллективной дозы, которую получат многие поколения людей от какого-либо радиоактивного источника за все время его существования, используют величину ожидаемой (полной) коллективной эффективной дозы.
Радиация по самой своей природе вредна для жизни. Малые дозы облучения могут провоцировать рак, генетические повреждения. При больших дозах радиация разрушает клетки, повреждает ткани органов и является причиной гибели организма. Повреждения, вызываемые большими дозами облучения, проявляются в течение нескольких часов или дней. Раковые заболевания проявляются спустя несколько лет (через 10–20 лет), а врожденные пороки развития и другие наследственные болезни, вызываемые повреждениями генетического аппарата, – в следующих поколениях. Любой человек, подвергшийся действию радиации, не обязательно заболеет раком или станет носителем наследственных заболеваний, однако риск увеличивается. И он тем выше, чем больше доза полученного облучения.
Механизм воздействия ионизирующего излучения на ткани живого организма. Заряженные γ, β частицы проникая в ткани организма, теряют энергию в ходе электрического взаимодействия с электронами тех атомов, близ которых они проходят.
Электрическое взаимодействие. За время 10-8 секунд после проникновения излучения от атома в ткани организма отрывается электрон, заряженный отрицательно. Остальная часть атома становится положительно заряженной. Это – ионизация.
Физико-химические изменения. Как свободный электрон, так и ионизированный атом не могут долго пребывать в таком состоянии и в течение 10-5 сек участвуют в сложной цепи реакций, в результате чего образуются новые молекулы, включая «свободные радикалы».
Химические изменения. В течение 10-3 сек образовавшиеся свободные радикалы реагируют друг с другом, с другими молекулами и образуют химические модификации биологически важных молекул, необходимых для нормального функционирования клеток.
Биологические эффекты. Биологические изменения происходят как через несколько секунд, так и через десятилетия и являются причиной гибели клеток или долговременных проявлений. Если доза облучения достаточно велика, облученный человек погибает. Облучение дозой порядка 100 Гр вызывает настолько серьезное поражение нервной системы, что смерть, как правило, наступает в течение нескольких часов или дней. При дозах облучения от 10 до 50 Гр (при облучении всего тела) поражение центральной нервной системы может оказаться не настолько серьезным, чтобы привести к летальному исходу, однако облученный человек, возможно, умирает через одну-две недели от кровоизлияний в желудочно-кишечном тракте.
Ионизирующие излучения могут вызвать у человека проявление лучевой болезни. Лучевая болезнь различается по трем степеням: первая (легкая), вторая и третья (тяжелая).
Первая степень лучевой болезни сопровождается головными болями, слабостью, нарушением аппетита и сна. Эти симптомы усиливаются на второй стадии заболевания, но к ним присоединяются нарушения в сердечно-сосудистой деятельности, изменения обмена веществ, состава крови, расстройства пищеварительных органов.
Третья степень проявляется кровоизлиянием и выпадением волос, нарушениями деятельности центральной нервной системы и половых желез. Повышается вероятность развития злокачественных опухолей и заболеваний кроветворных органов.
Облучение организма большими дозами ионизирующих излучений за короткий период времени приводит к лучевой болезни в острой (тяжелой) форме.
Развитие легкой формы лучевой болезни возникает при эквивалентной дозе облучения в 1 Зв, тяжелая форма, при которой погибает 50% облученных, наступает при эквивалентной дозе облучения 4,5 Зв. 100%-й смертельный исход лучевой болезни соответствует эквивалентной дозе облучения 5,5 – 7,0 Зв.
Система защиты человека от вредного и опасного воздействия ионизирующего излучения включает в себя организационные, гигиенические, технические и лечебно-профилактические мероприятия.
Основные из них следующие:
w сокращение продолжительности работы в зоне излучения;
w увеличение расстояния между оператором и источником;
w экранирование источника изучения;
w использование манипуляторов и роботов;
w использование средств индивидуальной защиты и предупреждение знаком радиационной опасности;
w постоянный контроль за уровнем и дозами облучения персонала.