Лабораторная работа № 20
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДОЗЫ РАДИОАКТИВНОГО ОБЛУЧЕНИЯ,
ПОЛУЧЕННОЙ НАСЕЛЕНИЕМ И ОБСЛУЖИВАЮЩИМ
ПЕРСОНАЛОМ, ПРИ АВАРИИ
НА РАДИАЦИОННО ОПАСНОМ ОБЪЕКТЕ
Цель работы– ознакомить студентов с методами определения дозы радиоактивного облучения; привить практические навыки работы с индивидуальными дозиметрами.
1. Краткие сведения из теории
1.1. Общие положения
Действие ионизирующего излучения на организм человека было обнаружено в конце прошлого века, почти одновременно с открытием радиоактивности и рентгеновского излучения. Так, в 1895 году один из помощников Рентгена получил радиационный ожог рук при работе с рентгеновскими лучами, а французский учёный Беккерель, открывший радиоактивность, получил сильный ожог от излучения радия, когда положил пробирку с препаратом радия в карман. Мария Кюри умерла от злокачественного заболевания крови, поскольку слишком часто подвергалась воздействию радиоактивного излучения. В первые годы после открытия радиоактивности в результате облучения умерло более 300 человек, работавших с радиоактивными веществами.
За почти вековую историю изучения и применения радиоактивных веществ от непосредственного воздействия ионизирующего излучения погибло несколько десятков тысяч человек, в основном в результате ядерных бомбардировок японских городов Хиросима и Нагасаки в 1945 г., а также аварий на радиационно опасных объектах.
Наиболее крупные аварии произошли на территории России и Украины. Так, 29 сентября 1957 г. на Южном Урале, вследствие выхода из строя системы охлаждения бетонной ёмкости с высокоактивными отходами, произошел тепловой взрыв с выбросом в атмосферу радиоактивных продуктов деления активностью более 2 миллионов кюри (один кюри равен 37 млрд. распадов в секунду). Радиоактивное облако длиной 100 и шириной 10 км накрыло часть территории Челябинской, Свердловской и Тюменской областей с населением 270 тыс. человек.
Вторая авария произошла 10 августа 1985 г. на судоремонтном заводе в посёлке Шкотово–22 Приморского края. При демонтаже реактора атомной подводной лодки была смещена защитная решетка, в результате чего началась неконтролируемая ядерная реакция, приведшая к тепловому взрыву и пожару. Вместе с продуктами горения из реактора выделилось большое количество радиоактивных веществ в окружающую среду. В результате этой аварии 10 человек погибли, а несколько тысяч рабочих и служащих завода получили различные дозы облучения. Значительные площади лесного массива вокруг завода и посёлка Шкотово–22 были загрязнены радиоактивными веществами.
Наконец, наиболее известная авария на радиационно опасном объекте – это авария на Чернобыльской АЭС, произошедшая 26 апреля 1986 г. Выброс радионуклидов в атмосферу составил 50 миллионов кюри. Радиоактивные осадки выпали на территории ряда областей Украины, Белоруссии и России. Повышение уровня радиации наблюдалось даже в Швеции и ряде других зарубежных стран.
Эти крупномасштабные аварии выявили ряд существенных недостатков в контроле радиационной обстановки. В частности, на Чернобыльской АЭС сразу после взрыва реактора вышла из строя автоматическая система радиационного контроля, в первые часы не проводился оперативный контроль за радиационной обстановкой на разрушенном энергоблоке, в результате чего прибывшие на место аварии пожарники получили опасные, а ряд из них и смертельные дозы облучения.
На судоремонтном заводе в Шкотово–22 также в первое время не удалось наладить радиационный контроль. Дозы облучения, полученные рабочими, определялись приблизительно – по степени загрязненности одежды и территории завода радиоактивными веществами.
На всех трех объектах, где произошли эти аварии, индивидуальный дозиметрический контроль лиц, занятых ликвидацией аварий, производился с очень большой погрешностью, что объясняется прежде всего отсутствием твёрдых навыков работы с дозиметрами.
В результате не удалось точно оценить степень радиационного воздействия на каждого из рабочих и служащих, находившихся в аварийной зоне, что значительно снизило эффективность профилактических и лечебных мероприятий, проводимых с лицами, подвергшимися облучению.
1.2 Воздействие на человека ионизирующего излучения.
Допустимые дозы радиоактивного облучения.
Воздействие ионизирующих излучений на человека практически не ощущается его органами чувств. Лишь при очень больших, опасных для жизни, уровнях ионизирующих излучений, обоняние человека воспринимает запах озона, который образуется в результате ионизации кислорода воздуха этим излучением, что может служить лишь косвенным подтверждением наличия ионизирующего излучения. Однако, даже кратковременное пребывание в зоне воздействия такого ионизирующего излучения может привести к возникновению лучевой болезни или смерти.
Меньшие уровни ионизирующего излучения, которые при длительном воздействии на человека также могут привести к резкому ухудшению его здоровья или смерти, не ощущаются людьми. Поэтому степень воздействия ионизирующего излучения на человека измеряется специальными приборами – дозиметрами.
Оценивают воздействие радиации на человека при авариях на радиационно опасных объектах величиной поглощенной дозы ионизирующего излучения. Единицей поглощенной дозы в системе СИ является грей (Гр). Один грей равен поглощенной дозе ионизирующего излучения, при которой веществу массой 1 кг предается энергия ионизирующего излучения 1 Дж. Внесистемная единица поглощенной дозы – рад; 1 рад = 0,01 Гр.
Следует иметь ввиду, что обычно дозиметры измеряют экспозиционную (а не поглощенную) дозу ионизирующего излучения. Внесистемной единицей экспозиционной дозы является рентген (Р). При дозе облучения в 1Рв 1куб. смвоздуха образуется 2,08 млрд. пар ионов. В системе СИ за единицу измерения экспозиционной дозы принятКл/кг(кулон на килограмм), 2,58Кл/кг= 10000Р.
При воздействии гамма – излучения на человека поглощенная доза в радах численно примерно равна экспозиционной дозе, измеренной в рентгенах. Поэтому в аварийных ситуациях, когда основной вред организму человека при внешнем облучении наносится главным образом гамма–излучением, измеренная экспозиционная доза достаточно объективно оценивает поражающее действие радиоактивного излучения.
При облучении человека в его тканях так же, как и в воздухе, образуются ионы, которые почти мгновенно (в течение миллионных долей секунды) вступают в сложные физико–химические превращения. В результате образуются новые химические модификации важных в биологическом отношении молекул. Эти модифицированные молекулы могут явиться причиной немедленной гибели клеток или таких изменений в них, которые могут привести к раку и другим болезням или мутациям (в том числе и в организмах людей последующих поколений).
Реагирует на повышенные дозы облучения весь организм человека в целом, как единая система. В частности, в качестве защитной меры организма (даже от сравнительно малых доз радиации) на внутренних стенках кровеносных сосудов откладывается холестерин, защищающий кровь от ионизирующего излучения. Однако, в результате отложения холестерина происходит сужение сосудов, что ухудшает в них кровоток, вследствие чего затрудняется также работа сердца, уменьшается снабжение тканей кровью. Нарушение питания тканей влечет за собой развитие склероза и цирроза различных органов, сердечно–сосудистых заболеваний, а в тяжелых случаях – некроза (омертвление тканей), инфаркта.
Однако, ни на Земле, ни в космосе нет места, где не было бы радиации, где человек не получал бы ту или иную дозу ионизирующего излучения. Поэтому за длительный период эволюции человеческий организм приспособился к воздействию небольших доз радиации.
В настоящее время приняты следующие предельно допустимые дозы для мирного времени:
– для работающих с радиоактивными веществами в нормальных (не аварийных) условиях – до 5 радв год;
– для населения, проживающего в пределах 30–километровой зоны вокруг нормально функционирующего радиационно опасного объекта – до 0,5 радв год;
– для работающих с радиоактивными веществами в аварийных условиях – до 25 радв год;
– для населения, проживающего в пределах 30–километровой зоны вокруг радиационно опасного объекта, на котором произошла авария с выбросом радиоактивных веществ – до 10 радв год.
В военное время, когда возможно применение ядерного оружия против мирного населения, допустимые дозы определяются характером лучевых поражений. Так, например, при однократном или многократном облучении в течение 4 суток дозой до 50 раду подавляющего большинства облученных отсутствуют признаки лучевой болезни. Эта доза – 50ради считается однократной допустимой дозой для военного времени.
При многократных облучениях в течение месяца допустимая суммарная доза увеличивается до 100 рад, в течение трех месяцев – до 200рад, в течение года – до300рад. То есть при многократном облучении такие дозы не приведут к развитию лучевой болезни.
При однократном облучении дозой от 100 до 200 радвозможны слабые признаки поражения ионизационным облучением (лучевая болезнь первой степени).
При однократном облучении дозой от 200 до 400 радразвивается лучевая болезнь второй степени. При активном лечении большинство заболевших выздоравливают.
При однократной дозе облучения от 400 до 600 радразвивается лучевая болезнь третьей степени. Без интенсивного лечения погибают почти все заболевшие.
При однократной дозе облучения свыше 600 радразвивается четвертая степень лучевой болезни, приводящая, как правило, к смертельному исходу.
1.3 Защита работающих от ионизирующего излучения.
Альфа–излучение, т.е. поток ядер гелия, почти полностью поглощается слоем воздуха толщиной 10–20 см, в биологическую ткань альфа–частицы проникают на глубину не более 1мм; алюминиевый лист толщиной 0,1ммпочти полностью поглощает альфа–излучение.
Бета–излучение, т.е. поток электронов или позитронов, имеет большую проникающую способность, чем альфа–излучение, однако даже миллиметровый слой алюминия или другого металла полностью поглощает бета–излучение.
Наибольшей проникающей способностью обладает гамма–излучение, представляющее собой фотонное излучение. Ослабление гамма–излучения различными материалами принято оценивать коэффициентом ослабления, который определяется по следующей формуле:
(20.1)
где d– толщина образца материала,см;d0,5 – толщина материала, ослабляющая гамма–излучение в два раза (для железобетона толщина половинного ослабления равнаd0,5(ж/б) = 5,7см, для дереваd0,5(д)= 12,5см, грунтаd0,5(г)= 8,1см, сталиd0,5(ст)= 3см, свинцаd0,5(св)= 2см).
Если защитная конструкция состоит из нескольких слоев, выполненных из различных материалов, то обобщенный коэффициент ослабления равен
, (20.2)
где ki– коэффициент ослабления i–го слоя, определяемый по формуле (20.1);n– число слоев в защитной конструкции.
Для защиты населения, рабочих и служащих от воздействия внешнего облучения, возникающего в результате заражения местности или рабочих мест радиоактивными веществами во время аварии на радиационно опасных объектах или применения ядерного оружия, используются следующие средства и способы защиты:
– средства коллективной защиты;
– средства индивидуальной защиты;
– эвакуация населения из районов, подвергшихся радиоактивному заражению, или районов, которым угрожает опасность заражения.
В качестве средств коллективной защиты используются специальные убежища, метро, подземные гаражи, переоборудованные подвалы, погреба, шахты, жилые и производственные здания. Защитные свойства этих сооружений различны. Так, например, специальные железобетонные подземные убежища, метро, шахты фактически полностью ослабляют радиацию, подвалы каменных домов – в 200–400 раз, погреба – в 40–50 раз, каменные здания – в 10–40 раз (в зависимости от этажности здания, площади остекления и толщины стен), деревянные дома – в 2–5 раз.
Для предотвращения попадания радиоактивных веществ в сооружения, заблаговременно производят их герметизацию и оборудуют фильтровентиляционными устройствами.
Средства индивидуальной защиты подразделяются на:
– средства защиты кожи (изолирующие и фильтрующие костюмы);
– средства защиты органов дыхания (изолирующие противогазы ИП–5, ИП–46, фильтрующие противогазы ГП–5 и ГП–7, промышленные распираторы, а также простейшие ватно–марлевые повязки);
– медикаментозные средства, которые, в свою очередь, делятся на средства, повышающие устойчивость организма к ионизирующему излучению, средства, ускоряющие выход попавших внутрь организма радиоактивных веществ, и средства, облегчающие течение лучевой и сопутствующих ей болезней.
Средства индивидуальной защиты кожи и органов дыхания защищают практически только от альфа– и бета–излучений, особенно опасных при попадании радиоактивных веществ внутрь организма или непосредственно на незащищенную кожу, но не защищают от внешнего гамма–излучения.
Все же следует признать, что наиболее эффективными способами защиты населения от гамма–излучения являются средства коллективной защиты и эвакуации из зараженных радиоактивными веществами мест.