Нормирование радиационной безопасности и уровни доз облучения

СОДЕРЖАНИЕ

Введение……………………………………………………………………………..3

1. Виды излучений………………………………………………………………….5

2. Нормирование  радиационной безопасности…………………………………10

3. Основные  дозовые пределы….......................................................................13

4. Допустимые  и контрольные уровни облучения…………………………………18

Заключение………………………………………………………………………….26

Список использованных источников……………………………………………….28 

ВВЕДЕНИЕ

Среди вопросов, представляющих научный интерес, немногие приковывают к себе столь постоянное внимание общественности и вызывают так много споров, как вопрос о действии радиации на человека и окружающую среду.

К сожалению, достоверная  научная информация по этому вопросу  очень часто не доходит до населения, которое пользуется из-за этого всевозможными слухами. Слишком часто аргументация противников атомной энергетики опирается исключительно на чувства и эмоции, столь же часто выступления сторонников ее развития сводятся к мало обоснованным успокоительным заверениям.

Научный комитет ООН по действию атомной радиации собирает всю доступную информацию об источниках радиации и ее воздействии на человека и окружающую среду и анализирует ее. Он изучает широкий спектр естественных и созданных искусственно источников радиации, и его выводы могут удивить даже тех, кто внимательно следит за ходом публичных выступлений на эту тему.

Радиация действительно  смертельно опасна. При больших дозах  она вызывает серьезнейшие поражения тканей, а при малых может вызвать рак и индуцировать генетические дефекты, которые, возможно, проявятся у детей и внуков человека, подвергшегося облучению, или у его более отдаленных потомков.

Но для основной массы  населения самые опасные источники  радиации - это вовсе не те, о которых  больше всего говорят. Наибольшую дозу человек получает от естественных источников радиации. Радиация, связанная с развитием атомной энергетики, составляет лишь малую долю радиации, порождаемой деятельностью человека; значительно большие дозы мы получаем от других, вызывающих гораздо меньше нареканий, форм этой деятельности, например от применения рентгеновских лучей в медицине. Кроме того, такие формы повседневной деятельности, как сжигание угля и использование воздушного транспорта, в особенности же постоянное пребывание в хорошо герметизированных помещениях, могут привести к значительному увеличению уровня облучения за счет естественной радиации. Наибольшие резервы уменьшения радиационного облучения населения заключены именно в таких «бесспорных» формах деятельности человека.

В настоящей работе освещены различные виды излучений, как от естественных, так и от техногенных источников, оказывающих воздействие на человека и окружающую среду, приведены нормативные источники информации о радиационной безопасности, дозовые пределы облучений и их допустимые и контрольные уровни.

1. ВИДЫ  ИЗЛУЧЕНИЙ

Проникающая радиация представляет собой большую опасность для  здоровья и жизни людей. В больших дозах она вызывает серьезные поражения тканей организма, развивается острая лучевая болезнь, в малых дозах – онкологические заболевания, провоцирует генетические дефекты. В природе существует ряд элементов, ядра атомов которых превращаются в ядра других элементов. Эти превращения сопровождаются излучением – радиоактивностью. Ионизирующее излучение представляет собой потоки элементарных частиц и квантов электромагнитных излучений, способных вызывать ионизацию атомов и молекул среды, в которой они распространяются.

Разные виды излучений  сопровождаются высвобождением разного  количества энергии и обладают разной проникающей способностью, поэтому они оказывают неодинаковое воздействие на ткани живого организма (рис. 1). Альфа-излучение, которое представляет собой поток тяжелых частиц, состоящих из нейтронов и протонов, задерживается, например, листом бумаги и практически не способно проникнуть через наружный слой кожи, образованный отмершими клетками. Поэтому оно не представляет опасности до тех пор, пока радиоактивные вещества, испускающие α-частицы, не попадут внутрь организма через открытую рану, с пищей или с вдыхаемым воздухом; тогда они становятся чрезвычайно опасными. Бета-излучение обладает большей проникающей способностью: оно проходит в ткани организма на глубину один - два сантиметра. Проникающая способность гамма-излучения, которое распространяется со скоростью света, очень велика: его может задержать лишь толстая свинцовая или бетонная плита. В силу очень высокой проникающей способности гамма-излучения представляют большую опасность для человека. Особенность ионизирующего излучения состоит в том, что его воздействие человек начнет ощущать лишь по прошествии некоторого времени.

Рис. 1. Три вида излучений  и их проникающая способность

Источники радиации бывают естественными, присутствующими в  природе, и не зависящими от человека.

Основную часть облучения население земного шара получает от естественных источников радиации (рис. 2).

Рис. 2. Средние годовые  эффективные эквивалентные дозы облучения от естественных и техногенных  источников радиации (цифры указывают  величину дозы в миллизивертах)

Большинство из них таковы, что избежать облучения от них  совершенно невозможно. На протяжении всей истории существования Земли разные виды излучения падают на поверхность Земли из космоса и поступают от радиоактивных веществ, находящихся в земной коре. Человек подвергается облучению двумя способами. Радиоактивные вещества могут находиться вне организма и облучать его снаружи; в этом случае говорят о внешнем облучении. Или же они могут оказаться в воздухе, которым дышит человек, в пище или в воде и попасть внутрь организма. Такой способ облучения называют внутренним.

Облучению от естественных источников радиации подвергается любой  житель Земли, однако одни из них получают большие дозы, чем другие. Это  зависит, в частности, от того, где  они  живут. 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, открытых угольных жаровень, герметизация помещений и даже полеты на самолетах – все это увеличивает уровень облучения за счет естественных источников радиации.

Земные источники радиации в сумме ответственны за большую часть облучения, которому подвергается человек за счет естественной радиации. В среднем они обеспечивают более ⁵/₆ годовой эффективной эквивалентной дозы, получаемой населением, в основном вследствие внутреннего облучения. Остальную часть вносят космические лучи, главным образом путем внешнего облучения (рис. 3).

Рис. 3. Средние годовые  эффективные эквивалентные дозы облучения от естественных источников радиации (цифры указывают дозу в миллизивертах)

По некоторым данным¹ средняя эффективная эквивалентная доза внешнего облучения, которую человек получает за год от земных источников естественной радиации, составляет примерно 350 микрозивертов, т.е. чуть больше средней индивидуальной дозы облучения из-за радиационного фона, создаваемого космическими лучами на уровне моря.

В среднем примерно ²/₃ эффективной эквивалентной дозы облучения, которую человек получает от естественных источников радиации, поступает от радиоактивных веществ, попавших в организм с пищей, водой и воздухом.

Установлено, что из всех естественных источников радиации наибольшую опасность представляет радон  –  тяжелый газ без цвета и запаха. Он высвобождается из земной коры повсеместно, но его концентрация в наружном воздухе существенно отличается для разных точек Земного шара. Основное излучение от радона человек получает, находясь в закрытом помещении. Радон концентрируется в воздухе внутри помещений лишь тогда, когда они в достаточной мере изолированы от внешней среды. Просачиваясь через фундамент и пол из грунта или, реже, из стройматериалов, радон накапливается в помещении. Самые распространенные стройматериалы – дерево, кирпич и бетон – выделяют относительно немного радона. Гораздо большей удельной радиоактивностью обладают гранит, пемза, изделия из глиноземного сырья, фосфогипса.

Еще один источник поступления  радона в жилые помещения –  вода и природный газ. Концентрация радона в обычно используемой воде чрезвычайно мала, но вода из глубоких колодцев или артезианских скважин содержит очень много радона. Однако основная опасность исходит вовсе не от питья, даже при высоком содержании радона. Обычно люди употребляют кипяченую воду или в виде горячих напитков, а при кипячении радон практически полностью улетучивается. Большую опасность представляет попадание паров воды с высоким содержанием радона в легкие вместе с вдыхаемым воздухом, что чаще всего происходит в ванной комнате или в парилке. В природный газ радон проникает под землей. В результате предварительной переработки и в процессе хранения газа перед поступлением его к потребителю большая часть радона улетучивается, но концентрация радона может возрасти, если кухонные плиты не снабжены вытяжкой. Следовательно, радон особенно опасен для малоэтажных зданий с тщательной герметизацией помещений (с целью сохранения тепла) и при использовании глинозема в качестве добавки к строительным материалам.

Другие источники радиации, представляющие опасность, к сожалению, созданы самим человеком. Радиация в настоящее время широко используется в различных областях: медицине, промышленности, сельском хозяйстве, химии, науке и т. д. Источниками искусственной радиации служат созданные с помощью ядерных реакторов и ускорителей искусственные радионуклиды, пучок нейтронов и заряженных частиц. Они получили название техногенных источников ионизирующего излучения. Все мероприятия, связанные с получением и применением искусственной радиации, строго контролируются. Особняком по своему воздействию на организм человека стоят испытания ядерного оружия в атмосфере, аварии на АЭС и ядерных реакторах и результаты их работы, проявляющиеся в радиоактивных осадках и радиоактивных отходах. При выпадении радиоактивных осадков в некоторых местностях Земли радиация может попадать внутрь организма человека непосредственно через сельскохозяйственную продукцию и питание.

2. НОРМИРОВАНИЕ  РАДИАЦИОННОЙ  БЕЗОПАСНОСТИ

Нормирование радиационного  облучения – задача радиационной гигиены, изучающей влияние радиоактивного облучения на здоровье человека с целью разработки методов противорадиационной защиты. Проблема защиты населения от действия радиационного облучения носит глобальный характер. Поэтому соответствующие мероприятия разрабатываются не только в отдельных странах, но и в международном масштабе. Этими вопросами занимается Международная комиссия по радиационной защите (МКРЗ). В Российской Федерации вопросы гигиенического нормирования освещены в Нормах радиационной безопасности (НРБ – 99).

Нормы являются основополагающим документом, регламентирующим требования Федерального закона «О радиационной безопасности населения» в форме основных пределов доз, допустимых уровней воздействия ионизирующего излучения и других требований по ограничению облучения человека. Никакие другие нормативные и методические документы не должны противоречить требованиям Норм.

Для обеспечения радиационной безопасности при нормальной эксплуатации источников ионизирующего излучения необходимо руководствоваться следующими тремя основными принципами:

1. принцип нормирования – непревышение допустимых пределов индивидуальных доз облучения человека от всех источников излучения;
2. принцип обоснования – запрещение всех видов деятельности по использованию источников излучения, при которых полученная для человека и общества польза не превышает риск возможного вреда, причиненного дополнительным облучением;
3. принцип оптимизации – поддержание на возможно низком и доступном уровне с учетом экономических и социальных факторов индивидуальных доз облучения и числа облучаемых лиц при использовании любого источника излучения.

В нормальных условиях эксплуатации источников излучения Нормами радиационной безопасности (в дальнейшем – Нормами) установлены следующие категории облучаемых лиц:

а) персонал – физические лица, работающие с источниками излучения  или находящиеся по условиям работы в зоне их воздействия;

б) все население, включая  лиц из персонала, вне сферы их производственной деятельности.

Для категорий облучаемых лиц установлены три класса нормативов:

а) основные пределы доз (ПД);

б) допустимые уровни монофакторного воздействия (т.е. для одного вида внешнего облучения, одного радионуклида, одного пути поступления радионуклида в организм), являющиеся производными от основных пределов доз: пределы годового поступления (ПГП), допустимые среднегодовые объемные активности (ДОА), среднегодовые удельные активности (ДОА) и др.;

в) контрольные уровни (дозы, уровни, активности, плотности  потоков и др.). Их значения должны учитывать достигнутый в организации (учреждении) уровень радиационной безопасности и обеспечивать условия, при которых радиационное воздействие будут ниже допустимого.

Важнейшей частью обеспечения  радиационной безопасности является радиационный контроль, он имеет целью определение степени соблюдения принципов радиационной безопасности и требований нормативов, включая непревышение установленных основных пределов доз и допустимых уровней при нормальной работе, получение необходимой информации для оптимизации защиты и принятия решений о вмешательстве в случае радиационных аварий, загрязнения местности и зданий радионуклидами, а также на территориях и в зданиях с повышенным уровнем природного облучения.

Основными контролируемыми  параметрами являются:

- годовая эффективная и эквивалентная дозы;

- поступление радионуклидов в организм и их содержание в организме для оценки годового поступления;

- объемная и удельная активность радионуклидов в воздухе, воде, продуктах питания, строительных материалах и др.;

- радиоактивное загрязнение кожных покровов, одежды, обуви, рабочих поверхностей;

- доза и мощность дозы внешнего излучения;

- плотность потока частиц и фотонов.

Государственный надзор за выполнением Норм радиационной безопасности осуществляют органы госсанэпиднадзора и другие органы, уполномоченные Правительством Российской Федерации в соответствии с действующими нормативными актами. Контроль за соблюдением Норм в организациях, независимо от форм собственности, возлагается на администрацию этой организации. Контроль за облучением населения возлагается на органы исполнительной власти субъектов Российской Федерации. Контроль за медицинским облучением пациентов возлагается на администрацию органов и учреждений здравоохранения.

3. ОСНОВНЫЕ  ДОЗОВЫЕ  ПРЕДЕЛЫ

Для того чтобы определить характер повреждений в организме, вызванных радиацией, необходимо иметь элементарные сведения о единицах измерения радиации. Повреждений, вызванных в живом организме ионизирующим излучением, будет тем больше, чем больше энергии оно передаст тканям: количество этой энергии называется дозой, по аналогии с любым веществом, поступающим в организм и полностью им усвоенным. Дозу излучения организм может получить независимо от того, находится радионуклид вне организма или внутри него. Количество энергии излучения, поглощенное облученными тканями организма, в перерасчете на единицу массы тела называется поглощенной дозой и измеряется в Греях (Гр). Но эта величина не учитывает того, что при одинаковой поглощенной дозе альфа-излучение гораздо опаснее (в двадцать раз) бета или гамма-излучений. Рассчитанную таким образом дозу называют эквивалентной, измеряют в Зивертах (Зив). Следует учитывать также, что одни части тела более чувствительны, чем другие: например, при одинаковой эквивалентной дозе облучения возникновение рака легких более вероятно, чем в щитовидной железы, а облучение половых желез особенно опасно из-за риска генетических повреждений. Поэтому дозы облучения человека следует учитывать с различными коэффициентами. Умножив эквивалентные дозы на соответствующие коэффициенты и суммировав по всем органам и тканям, получим эффективную эквивалентную дозу, отражающую суммарный эффект облучения для организма. Она также измеряется в Зивертах.

Для всех очень важно  знать предельно допустимые дозы. По заключению Международной комиссии по радиационной защите на 1990 год, вредные эффекты могут наступать при эквивалентных дозах не менее 1,5 Зив/год (150 бэр/год), а в случаях кратковременного облучения – при дозах выше 0,5 Зив (50 бэр). Когда облучение превышает некоторый порог, возникает лучевая болезнь. Различают хроническую и острую (при однократном, массивном воздействии) формы этой болезни. Острую лучевую болезнь по тяжести подразделяют на четыре степени, начиная от дозы 1–2 Зив (100–200 бэр, 1-я степень) до дозы 6 Зив (600 бэр, 4-я степень). Четвертая степень может закончиться летальным исходом.

Дозы, получаемые в обычных условиях, ничтожны по сравнению с дозами, вызывающими заболевания. Мощность эквивалентной дозы, создаваемая естественным излучением, колеблется от 0,05 до 0,2 мЗив/час, т. е. от 0,44 до 1,75 мЗив/год (44–175 мбэр/год). При медицинских диагностических процедурах – рентгенологических – человек получает еще примерно 1,4 мЗив/год. Поскольку в кирпиче и бетоне в небольших дозах присутствуют радиоактивные элементы, доза возрастает еще на 1,5 мЗив/год. Наконец, из-за выбросов современных тепловых электростанций, работающих на угле, и при полетах на самолете человек получает до 4 мЗив/год. В итоге существующий фон может достигнуть 10 мЗив/год (0,5 бэр/год). Такие дозы совершенно безвредны для человека. Предел дозы в добавлении к существующему фону для ограниченной части населения в зонах повышенной радиации установлен 5 мЗив/год (0,5 бэр/год), т. е. с 300-кратным запасом. Для персонала, работающего с источниками ионизирующих излучений, установлена предельно допустимая доза – 50 мЗив/год (5 бэр/год), т.е. 28 мЗив/ч при 36-часовой рабочей неделе.

Таблица 1

Основные дозовые пределы

Дозы облучения и все остальные  допустимые производные уровни для  персонала группы Б не должны превышать 1/4 значения для персонала группы А.

При расчете доз облучения персонала  и населения учитывается как  внешнее, так и внутреннее облучение. Годовая эффективная доза облучения равна сумме эффективной дозы внешнего облучения, накопленной за календарный год и ожидаемой эффективной дозы внутреннего облучения, обусловленной поступлением радионуклидов в организм за тот же период. Интервал времени для определения величины ожидаемой эффективной дозы устанавливается равным 50 годам для персонала и 70 годам для населения. Соблюдение предела годовой дозы предотвращает возникновение детерминированных эффектов, а вероятность стохастических эффектов сохраняется при этом на приемлемом уровне.

Группы критических  органов (в порядке убывания радиационной  чувствительности):

1 группа - все тело, гонады и красный костный мозг;

2 группа - мышцы, щитовидная железа, печень, почки, легкие, хрусталики глаз и другие органы, не входящие в 1 и 2 группы.

3 группа - кожа, костная ткань, кисти, предплечье, лодыжки и стопы.

Установлены следующие  дозовые пределы:

Предельно допустимая доза (ПДД) - наибольшее значение индивидуальной дозы за год, которая при равномерном воздействии в течении 50 лет не вызовет в состоянии здоровья персонала (категория А) неблагоприятных изменений, обнаруживаемых современными методами.

Предел дозы (ПД) - предельная эквивалентная доза за год для  ограниченной части населения (категория Б). ПД устанавливается ниже ПДД для предотвращения необоснованного облучения людей. Ожидаемая эквивалентная доза для населения интегрируется за 70-летний период.

Таблица 2

Основные дозовые  пределы внешнего и внутреннего  облучения

Основные дозовые пределы  облучения персонала и населения  не включают в себя дозы от природных и медицинских источников излучения, а так же дозу вследствие аварий. На эти виды облучения устанавливаются специальные ограничения. Для учащихся в возрасте 21 года, проходящих обучение с использованием ионизирующего излучения, годовые накопленные дозы не должны превышать значений, установленных для населения.

Планируемое повышенное облучение при ликвидации аварии разрешается только в тех случаях, когда нет возможности избежать такого облучения в связи со спасением жизни людей, предотвращением дальнейшего развития аварии и облучения большого количества людей. Планируемое повышенное облучение допускается только для мужчин старше 30 лет при их добровольном письменном согласии, после информирования о возможных дозах облучения и риске для здоровья.

Облучение в дозе до 100 мЗв в год допускается с  разрешения территориальных органов госсанэпиднадзора, а до 200 мЗв в год – с разрешения Госкомсанэпиднадзора России.

Лица, подвергшиеся облучению  в дозе, превышающей 100 мЗв, в дальнейшем не должны подвергаться облучению в дозе более 20 мЗв/год.

Однократное облучение  в дозе свыше 200 мЗв рассматривается  как потенциально опасное. Лица, подвергшиеся такому облучению, должны     выводится из зоны облучения и направляться на медицинское обследование. Дальнейшая работа с  источниками облучения этим лицам может быть разрешена только медицинской комиссией.

Все лица, привлекаемые для  проведения аварийных и спасательных работ, приравниваются к персоналу. Они должны быть обучены для работы в зоне радиационной аварии и пройти медосмотр. Повышенное облучение не допускается для работников, ранее уже получивших дозу 200 мЗв в год, а так же для лиц, имеющие медицинские противопоказания.

4.  ДОПУСТИМЫЕ  И  КОНТРОЛЬНЫЕ  УРОВНИ  ОБЛУЧЕНИЯ

Критерием количественной оценки радиационного воздействия  радиоактивных веществ при малых уровнях ионизирующего излучения является эквивалентная доза, поглощенная организмом или его отдельным органом. В соответствии с НРБ-99 суммарное воздействие внешних и внутренних источников на каждый критический орган не должно превышать соответствующий ПДД в год.

Однако во многих случаях эту дозу не представляется возможности измерить непосредственно, например, в случае внутреннего облучения. Поэтому для обеспечения требований Норм регламентируется набор допустимых уровней.

Допустимый уровень (ДУ) – производный норматив для поступления радионуклидов в организм человека за календарный год, усредненных за год мощности эквивалентной дозы, концентрации радионуклидов в воздухе, питьевой воде и пище, плотности потока частиц и т.п., рассчитанный для референтных условий облучения из значений пределов доз.

Устанавливается такой перечень допустимых уровней, относящихся к радиационно-гигиеническим регламентам первой группы.

Для категории  А:

• допустимое поступление радионуклида через органы дыхания;
• допустимая концентрация радионуклида в воздухе рабочей зоны;
• допустимая плотность потока частиц;
• допустимое радиоактивное загрязнение кожи, спецодежды и рабочих поверхностей.

Для категории  Б:

• допустимое поступление радионуклида через органы дыхания и органы пищеварения;
• допустимая концентрация радионуклида в воздухе и питьевой воде.

При ежегодном  поступлении на уровне любого из допустимых поступлений средняя эквивалентная доза за любой календарный год у критической группы лиц категории Б будет равна или меньше предела дозы в зависимости от времени достижения равновесного содержания радионуклида в организме.

При расчетах предела дозы учитывается вид излучения, физико-химические свойства радиоактивных веществ и биологические константы, характеризующие их поведение в организме. Важнейшие из них – это коэффициенты всасывания в кровь, доля вещества, депонирующего в критическом органе, эффективный период полувыведения из критического органа Т_эфф.

Для подавляющего большинства радионуклидов значение Т_эфф равен от долей до 100 суток. Для таких радионуклидов допустимое поступление рассчитывают исходя из равновесного накопления его в критическом органе. При нормировании поступления радионуклидов с большим T_эфф осуществляется более жесткий подход. В этом случае при недопустимом накоплении радионуклида в организме может возникнуть необходимость исключить дальнейший его контакт с источниками излучений, а это трудно сочетать с требованием законодательства – обеспечить возможностью работы такого человека по избранной специальности в течение всего трудоспособного периода.

На практике измерение величин допустимых поступлений, как правило, бывает затруднительно. Для этих случаев необходимо ограничивать содержание радионуклидов и осуществлять их контроль в средах обитания человека. Так для осуществления оперативного радиационного контроля внутреннего облучения установлена среднегодовая допустимая концентрация радионуклидов в воздухе рабочих помещений и в питьевой воде.

Допустимое поступление через  органы дыхания – допустимый уровень, обеспечивающий непревышение дозового предела при любых сочетаниях возраста, AMAD и типа соединения ингалируемой примеси. Для персонала рассматривается только референтный возраст «Взрослый», где референтный возраст – один из шести фиксированных возрастов, используемых в системе нормирования облучения.

Медианный по активности аэродинамический диаметр (AMAD) – характеристика статистического распределения активности полидисперсного аэрозоля по аэродинамическому диаметру d_ae. Половина активности рассматриваемого аэрозоля ассоциирована с частицами, имеющими d_ае больший, чем AMAD. Используется когда доминирующими механизмами, определяющими отложения в органах дыхания, является инерционное и гравитационное осаждения, как правило, при AMAD больших 0,5 мкм. При отсутствии фактических данных предполагается логнормальное распределение частиц.