Тема 9. Технические средства радиационного контроля

9.1. Понятие делящихся и радиоактивных материалов

Все радиоактивные материалы являются источ­никами ионизирующих излучений в виде положительно заряжен­ных а-частиц, отрицательно заряженных электронов и электричес­ки нейтральных частиц с высокой энергией нейтронов и у-квантов.

Вещества, содержащие радиоактивные изотопы, называют ра­диоактивными веществами.

Под делящимися радиоактивными материалами (ДРМ) по­нимают такие радиоактивные вещества, которые могут поддержи­вать цепную реакцию деления атомных ядер и требуют соблюдения дополнительных мер ядерной безопасности, исключающих возмож­ность возникновения критической массы при их транспортировке.

Излучения могут воздействовать путем:

• внешнего (в том числе контактного) облучения;

• внутреннего облучения (ввода радиоактивных веществ внутрь организма);

• комбинации внешнего и внутреннего облучения.

При внешнем облучении источник радиации находится вне организма, возможность попадания радиоактивных веществ внутрь организма исключена. Внешнее облучение часто подразделяют на локальное и местное (воздействие ИИ* на определенную часть организма), и облучение всего тела, а также на хроническое (постоянное) острое (однократное, кратковременное облучение организма значительной дозой в результате радиационной аварии или грубых нарушений правил радиационной безопасности) и дробное (многократное облучение с некоторыми интервалами между отдельными воздействиями).

Контактное облучение – разновидность внешнего облучения, при котором радиоактивное вещество или источник ионизирующего излучения непосредственно соприкасаются с кожными покровами, например, когда человек берет незащищенными руками предметы, загрязненные радиоактивными веществами, или источниками ионизирующих излучений. Кожа рук при этом подвергается интенсивному воздействию. Глубина поражения зависит от дозы, вида и энергии ИИ*. Радиоактивные вещества, попадая на участки кожи, фиксируются кожным покровом в мелких бороздках, порах, протоках сальных желез. Прочность фиксации зависит от физико-химического состава радиоактивного вещества и состояния кожного покрова.

покрова. Длительное воздействие нередко ведет к хроническому дерматиту.

При авариях объектов с ДРМ* возможен выброс радиоактивных продуктов, а следовательно, радиоактивное загрязнение помещений и местности, тела и одежды, атмосферы, продуктов питания, и, в конце концов, наведенное вторичное излучение. Очевидно, что в этом случае радиоактивные вещества могут попасть внутрь организма через дыхательные органы (ингаляционный путь) и с пищей (пероральный путь). Так возникают условия для внутреннего облучения и накопления в организме радиоактивных изотопов.

Радиоактивные вещества могут находиться в воздухе в виде газов и аэрозолей. Аэрозоли, в зависимости от дисперсности частиц, по-разному задерживаются в различных отделах дыхательных путей. Частицы с размером более 1 мкм задерживаются преимущественно в верхних дыхательных путях, откуда они через определенный промежуток времени удаляются за счет очистительных процессов, а частицы размером до 0,1мкм, задерживающиеся в трахеобронхиальной области, и меньше 0,1 мкм, остающиеся в пространстве легочных альвеол, разносятся с кровью по организму.

Таким образом, доля радиоактивных веществ, поступающих в организм ингаляционным путем, зависит от дисперсности аэрозолей. Скорость же поступления тем больше, чем выше растворимость аэрозолей в физиологических жидкостях организма (например, в лимфе крови).

Всасываются в кровь и попадающие в желудочно-кишечный тракт пероральные поступления. Чем меньше растворимость соединений, тем большая его доля проходит по желудочно-кишечному тракту транзитом и эвакуируется из организма.

Поступившие в кровь изотопы накапливаются преимущественно в том органе или группе органов, где накапливаются их нерадиоактивные аналоги:

радий, фосфор, стронций – в костных тканях; йод – в щитовидной железе;

цезий – в мышцах; кобальт – в селезенке и поджелудочной железе; полоний –

в селезенке, почках, печени; натрий и тритий равномерно распределяются во всем организме и т.д.

Радий и стронций остаются в организме практически в течении всей жизни человека, а тритий, цезий полоний довольно быстро выводятся.

Для оценки продолжительности присутствия радиоактивных изотопов в организме введено понятие «эффективный период Т полувыведения» - время, в течение которого количество изотопа (его активность) в организме уменьшается вдвое:

Т эф=ТфТб/ Тф+Тб

где Тф – период полураспада изотопа;

Тб – период биологического полувыведения – время, в течение которого количество изотопа в организме уменьшается вдвое за счет физиологического обмена.

При Тф» Тб можно считать, что Тэф = Тб, а при Тф «Тб имеем Тэф=Тф.

Расчеты показывают, что, например, йод 131 (Тф=8 сут., Тб=138 сут., накапливается в щитовидной железе) имеет эффективный период полувыведения Тэф= 7,6сут.; Тэф полония – 210 (орган накопления – селезенка, Тф = 138,4 сут., Тб=60сут.) равно 42 сут., а цезия – 137 (мышцы, Тф=1,1*10*4 сут., Тб=140 сут.) составляет 14 сут.

Значительную опасность представляет загрязнение радиоактивными веществами рук и тела человека, являющееся источником внешнего (непосредственная лучевая нагрузка на кожу и прилегающие органы) и внутреннего (при всасывании радиоактивных веществ через кожу и при попадании их в рот и нос с загрязненных рук) облучения. При известных условиях загрязнения лучевая нагрузка на кожу определяется довольно точно. Сложнее оценить факторы внутреннего облучения. Так, процесс всасывания зависит от состояния кожи индивидуума, от влажности и температуры воздуха и кожи, от физико-химических свойств веществ, покрывающих кожу и т.п., поэтому доля всасываемых радиоактивных веществ колеблется в больших пределах. Например, для плутония она составляет от 0,005 до 0,18%, а для стронция – 90 (наиболее радиотоксичного изотопа) – от 0,4 до 3 %. Еще большая неопределенность существует при оценке коэффициента переноса радиоактивных веществ внутрь организма с рук, поэтому условно его принимают равным 0,1.

При правильной организации ТК ДРМ (ТК ДРМ - таможенный контроль делящихся и радиоактивных материалов)

, персонал подвергается только внешнему облучению.

В случае аварии объектов ДРМ, сопровождающейся выбросом радиоактивных продуктов, и отсутствия специальных мер защиты персонала имеет место комбинированное воздействие. Опыт показывает, что использование специальных средств защиты позволяет свести внутреннюю составляющую воздействия к нулю.

Биологические последствия облучения

При воздействии ИИ жизнедеятельность отдельных органов и тканей человека, а также организма в целом нарушается. Это так называемые радиационные эффекты, которые могут иметь вид:

• клинических эффектов, проявляющихся через сравнительно короткий срок (часы, дни) или же через длительный промежуток времени (годы, десятилетия) – отдаленные последствия;

• изменений структурных элементов, ответственных за наследственность; как правило, эти изменения безвредны для облученного индивидуума, но опасны для его потомков.

Эффекты, которые проявляются у облученного в виде заболеваний различного вида, называют соматическими, а неблагоприятные изменения генетических структур облученного, непосредственно проявляющиеся в последующих поколениях – генетическими. Исследования показывают, что эффект (реакция организма на облучение) сильно зависит от дозы и кратности воздействия и носит пороговый характер. Рассмотрим радиационные эффекты подробнее.

Соматические эффекты

К соматическим эффектам относятся:

- лучевая болезнь;

- отдельные реакции организма на облучение;

- локальные лучевые повреждения отдельных органов или тканей.

Лучевая болезнь – соматический эффект, наступающий в результате облучения всего тела после получения определенной суммарной дозы. По характеру течения различают острую и хроническую лучевую болезнь.

Острая лучевая болезнь – результат одно – или многократного облучения. В случае однократного облучения она возникает при поглощенной суммарной дозе, превышающей 100 бэр.

Существует четыре степени острой лучевой болезни.

Первая степень – кратковременная легкая форма острой лучевой болезни – наблюдается при дозе однократного облучения, равна 1501…250 бэр. Симптомы: выраженная, продолжающаяся длительное время, лимфопения; рвота в первые сутки у 30…50% облученных. Смертельных исходов нет.

Вторая степень – средняя степень тяжести – возникает при дозе однократного облучения 250…400 бэр. Симптомы: резкое снижение содержания лейкоцитов, подкожные кровоизлияния, тошнота и рвота в первые сутки. Смертельный исход примерно в 20% случаев. Смерть наступает через 0,5…1,5 месяца.

Третья степень – тяжелая форма – наблюдается при дозе однократного облучения 400…700 бэр. Смертельный исход возможен примерно у 50% облученных в течение месяца.

Четвертая степень – крайне тяжелая – развивается как результат воздействия полученной при однократном облучении дозы свыше 700 бэр. Симптомы: в крови почти полностью исчезают лейкоциты, появляются множественные подкожные кровотечения, кровавый понос, рвота (через 2…4 ч. после облучения). Исход смертельный. Причина – кровоизлияния и инфекционные заболевания.

Указанные последствия имеют место в том случае, если не проводится лечение. Медицинское вмешательство позволяет ослабить результат.

Хроническая лучевая болезнь развивается в том случае, если облучение повторяется многократно.

Наиболее характерными признаками считается снижение лейкоцитов и малокровие.