Ионизирующее излучение и его воздействие на организм человека, их единицы измерений. Способы защиты

Санкт-Петербургский  Государственный Политехнический  университет

Факультет управления и информационных технологий

Кафедра «Управление  в социально-экономических системах»

КУРСОВАЯ  РАБОТА

по дисциплине «Безопасность жизнедеятельности»

На тему: «Ионизирующее излучение и его воздействие на организм человека, их единицы измерений. Способы защиты»

Работу выполнила

студентка гр. 3242/3 ________ В.Ю. Шубина

(подпись)

Работу  проверил

доцент    __________  Г.В. Струйков   

(подпись)

Санкт-Петербург

2011 г. 

Оглавление

Введение 3

Ионизирующее излучение 4

Виды ионизирующего излучения 4

Единицы измерения радиоактивности и доз облучений 6

Влияние на организм человека 6

Способы защиты 8

Заключение 12

Литература 13

Введение

Ионизирующее  излучение было открыто больше 100 лет назад, в ноябре 1895 года, Вильгельмом  Конрадом Рентгеном. Открытие немецкого  учёного очень сильно повлияло на развитие науки. Эксперименты и исследования с использованием рентгеновских  лучей помогли получить новые  сведения о строении вещества, которые  вместе с другими открытиями того времени заставили пересмотреть целый ряд положений классической физики. Год спустя французским физиком  Беккерелем была открыта радиоактивность.

Последующее быстрое развитие ядерной энергетики и широкое применение источников ионизирующих излучений (ИИИ) в различных  областях науки, техники и народного  хозяйства создали потенциальную  угрозу радиационной опасности для  человека и загрязнения окружающей среды радиоактивными веществами. Поэтому  вопросы защиты от ионизирующих излучений (радиационная безопасность) превращаются в одну из важнейших проблем.

Однако, в нашей стране, несмотря на трагедию Чернобыля в 1986 году, Федеральный закон "О радиационной безопасности населения" был принят только 9 января 1995 года.

Ионизирующее излучение

Согласно  Федеральному закону от 9 января 1996 г. N 3-ФЗ "О радиационной безопасности населения" ионизирующее излучение - излучение, которое создается при  радиоактивном распаде, ядерных  превращениях, торможении заряженных частиц в веществе и образует при  взаимодействии со средой ионы разных знаков. Оно обладает энергией, достаточной для того, чтобы выбить один или более электронов из атомов и образовать положительно заряженные ионы, которые в свою очередь могут вступать в реакцию и разрушать ткани живых организмов. 

Виды ионизирующего  излучения

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). Процесс самопроизвольного  распада нуклида называется радиоактивным  распадом, а сам такой нуклид –  радионуклидом.

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.) – ядро испускает два нейтрона и два протона. 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 – ядро испускает электрон. Бета-излучения обладают большей проникающей способностью по сравнению с альфа-лучами, поэтому и для защиты от них требуются более плотные и толстые экраны.

Гамма-излучение, или кванты энергии (фотоны), представляют собой жесткие электромагнитные колебания, образующиеся при распаде  ядер многих радиоактивных элементов – нестабильный нуклид оказывается перевозбужденным, он выбрасывает порцию чистой энергии, называемую гамма-излучением (гамма-квантом) [1], при этом не происходит испускание каких-либо частиц. Эти лучи обладают гораздо большей проникающей способностью. Поэтому для экранирования от них необходимы специальные устройства из материалов, способных хорошо задерживать эти 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.).

Все виды ионизирующих излучений отличаются друг от друга  различными зарядами, массой и энергией. Различия имеются и внутри каждого  вида ионизирующих излучений, обусловливая большую или меньшую проникающую  и ионизирующую способность и другие их особенности. Интенсивность всех видов радиоактивного облучения, как и при других видах лучистой энергии, обратно пропорциональна квадрату расстояния от источника излучения, то есть при увеличении расстояния вдвое или втрое интенсивность облучения уменьшается соответственно в 4 и 9 раз. [2]

Единицы измерения  радиоактивности и доз облучений

Величина энергии излучения, поглощённая  телом либо веществом, называется поглощённой дозой. 

В качестве единицы измерения поглощённой  дозы излучения в системе СИ принят грей (Гр). 

Для оценки повреждающего действия различных  видов ионизирующего излучения  на биологические объекты применяют  специальную единицу измерения  – бэр (биологический эквивалент рентгена). 

В системе  СИ единицей этой эквивалентной дозы является зиверт (1 Зв = 100 бэр).

Для оценки радиационной обстановки на местности, в рабочем или жилом помещении, обусловленной воздействием рентгеновского или гамма-излучения, используют экспозиционную дозу облучения.

За единицу  экспозиционной дозы в системе СИ принят кулон на килограмм (Кл/кг). 

На практике она чаще всего измеряется в рентгенах (Р).

Экспозиционная  доза в рентгенах достаточно надёжно  характеризует потенциальную опасность  воздействия ионизирующих излучений  на тело человека. При прочих равных условиях доза ионизирующего излучения  тем больше, чем больше время облучения, т.е. доза накапливается со временем. Доза, отнесённая к единице времени, называется мощностью дозы или уровнем радиации. 

Так, если мы говорим, что уровень радиации на местности составляет 1 Р/ ч, то это значит, что за 1 час нахождения на местности человек получит дозу, равную 1Р. 

Рентген является весьма крупной единицей измерения, поэтому уровни радиации обычно выражаются в долях рентгена – тысячных (миллирентген в час – мР/ч) и миллионных (микрорентген в час – мкР/ч). [3]

Влияние на организм человека

Основное  действие всех ионизирующих излучений  на организм сводится к ионизации  тканей тех органов и систем, которые  подвергаются их облучению. Приобретенные  в результате этого заряды являются причиной возникновения несвойственных для нормального состояния окислительных  реакций в клетках, которые, в  свою очередь, вызывают ряд ответных реакций. Таким образом, в облучаемых тканях живого организма происходит серия цепных реакций, нарушающих нормальное функциональное состояние отдельных  органов, систем и организма в  целом. Есть предположение, что в  результате таких реакций в тканях организма образуются вредные для  здоровья продукты — токсины, которые  и оказывают неблагоприятное  влияние.

При работе с продуктами, обладающими ионизирующими  излучениями, пути воздействия последних могут быть двоякими: посредством внешнего и внутреннего облучения. Внешнее облучение может иметь место при работах на ускорителях, рентгеновских аппаратах и других установках, излучающих нейтроны и рентгеновские лучи, а также при работах с закрытыми радиоактивными источниками, то есть радиоактивными элементами, запаянными в стеклянные или другие глухие ампулы, если последние остаются неповрежденными. Источники бетта- и гамма-излучений могут представлять опасность как внешнего, так и внутреннего облучения. Альфа-излучения практически представляют опасность лишь при внутреннем облучении, так как вследствие весьма малой проникающей способности и малого пробега альфа-частиц в воздушной среде незначительное удаление от источника излучения или небольшое экранирование устраняют опасность внешнего облучения.

При внешнем  облучении лучами со значительной проникающей  способностью ионизация происходит не только на облучаемой поверхности  кожных и других покровов, но и в  более глубоких тканях, органах и  системах. Период непосредственного  внешнего воздействия ионизирующих излучений — экспозиция — определяется временем облучения.

Внутреннее  облучение происходит при попадании радиоактивных веществ внутрь организма, что может произойти при вдыхании паров, газов и аэрозолей радиоактивных веществ, занесении их в пищеварительный тракт или попадании в ток крови (в случаях загрязнения ими поврежденных кожи и слизистых). Внутреннее облучение более опасно, так как, во-первых, при непосредственном контакте с тканями даже излучения незначительных энергий и с минимальной проникающей способностью все же оказывают действие на эти ткани; во-вторых, при нахождении радиоактивного вещества в организме продолжительность его воздействия (экспозиция), не ограничивается временем непосредственной работы с источниками, а продолжается непрерывно до его полного распада или выведения из организма. Кроме того, при попадании внутрь некоторые радиоактивные вещества, обладая определенными токсическими свойствами, кроме ионизации, оказывают местное или общее токсическое действие. [5]

В организме  радиоактивные вещества, как и  все остальные продукты, разносятся кровотоком по всем органам и системам, после чего частично выводятся из организма через выделительные  системы (желудочно-кишечный тракт, почки, потовые и молочные железы и др.), а некоторая их часть отлагается в определенных органах и системах, оказывая на них преимущественное, более выраженное действие. Некоторые же радиоактивные вещества (например, натрий — Na24) распределяются по всему организму относительно равномерно. Преимущественное отложение различных веществ в тех или иных органах и системах определяется их физико-химическими свойствами и функциями этих органов и систем.

Комплекс  стойких изменений в организме  под воздействием ионизирующих излучений  называется лучевой болезнью. Лучевая  болезнь может развиться как  вследствие хронического воздействия  ионизирующих излучений, так и при  кратковременном облучении значительными дозами. Она характеризуется главным образом изменениями со стороны центральной нервной системы (подавленное состояние, головокружение, тошнота, общая слабость и др.), крови и кроветворных органов, кровеносных сосудов (кровоподтеки вследствие ломкости сосудов), желез внутренней секреции.

В результате длительных воздействий значительных доз ионизирующего излучения  могут развиваться злокачественные  новообразования различных органов  и тканей, которые: являются отдаленными  последствиями этого воздействия. К числу последних можно отнести также понижение сопротивляемости организма различным инфекционным и другим заболеваниям, неблагоприятное влияние на детородную функцию и др. [4]

Способы защиты

От альфа-лучей  можно защититься путём:

• увеличения расстояния до ИИИ, т.к. альфа-частицы имеют небольшой пробег;
• использования спецодежды и спецобуви, т.к. проникающая способность альфа-частиц невысока;
• исключения попадания источников альфа-частиц с пищей, водой, воздухом и через слизистые оболочки, т.е. применение противогазов, масок, очков и т.п.

В качестве защиты от бета-излучения используют:

• ограждения (экраны), с учётом того, что лист алюминия толщиной несколько миллиметров полностью поглощает поток бета-частиц;
• методы и способы, исключающие попадание источников бета-излучения внутрь организма.

Защиту от рентгеновского излучения и гамма-излучения  необходимо организовывать с учётом того, что эти виды излучения отличаются большой проникающей способностью. Наиболее эффективны следующие мероприятия (как правило, используемые в комплексе):

• увеличение расстояния до источника излучения;
• сокращение времени пребывания в опасной зоне;
• экранирование источника излучения материалами с большой плотностью (свинец, железо, бетон и др.);
• использование защитных сооружений (противорадиационных укрытий, подвалов и т.п.) для населения;
• использование индивидуальных средств защиты органов дыхания, кожных покровов и слизистых оболочек;
• дозиметрический контроль внешней среды и продуктов питания.

При использовании  различного рода защитных сооружений следует учитывать, что мощность экспозиционной дозы ионизирующего  излучения снижается в соответствии с величиной коэффициента ослабления (Косл). Некоторые величины Косл приведены в (табл. 1). [4]

Для населения  страны, в случае объявления радиационной опасности существуют следующие  рекомендации.

УКРЫТЬСЯ  В ЖИЛЫХ ДОМАХ. Важно знать, что  стены деревянного дома ослабляют  ионизирующее излучение в 2 раза, а  кирпичного - в 10 раз. Погреба и подвалы  домов ослабляют дозу излучения  от 7 до 100 и более раз (табл. 3.6).

ПРИНЯТЬ МЕРЫ ЗАЩИТЫ ОТ ПРОНИКНОВЕНИЯ В КВАРТИРУ (ДОМ) РАДИАКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ С ВОЗДУХОМ:

закрыть форточки, уплотнить рамы и дверные проёмы.

СДЕЛАТЬ ЗАПАС  ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ:

набрать воду в закрытые ёмкости, подготовить  простейшие средства санитарного назначения (например, мыльные растворы для  обработки рук), перекрыть краны.

ПРОВЕСТИ  ЭКСТРЕННУЮ ЙОДНУЮ ПРОФИЛАКТИКУ (как  можно раньше, но только после специального оповещения!). Йодная профилактика заключается  в приёме препаратов стабильного  йода: йодистого калия или водно-спиртового раствора йода. При этом достигается 100%-ная степень защиты от накопления радиоактивного йода в щитовидной железе.

Водно-спиртовой  раствор йода следует принимать  после еды 3 раза в день в течение 7 суток:

- детям до 2 лет - по 1-2 капли 5%-ной настойки  на 100 мл молока или питательной  смеси;

- детям старше 2 лет и взрослым - по 3-5 капель  на стакан молока или воды.

Наносить  на поверхность кистей рук настойку йода в виде сетки 1 раз в день в течение 7 суток. 

Таблица 1 - Средние значения коэффициента ослабления дозы радиации

Начать готовиться к возможной эвакуации

Подготовить документы и деньги, предметы, первой необходимости, упаковать лекарства, минимум белья и одежды. Собрать  запас консервированных продуктов. Все вещи следует упаковать в  полиэтиленовые мешки.

Постараться выполнить следующие правила:

• принимать консервированные продукты;
• не пить воду из открытых источников;
• избегать длительных передвижений по загрязненной территории, особенно по пыльной дороге или траве, не ходить в лес, не купаться;
• входя в помещение с улицы, снимать обувь и верхнюю одежду.

В случае передвижения по открытой местности используйте  подручные средства защиты:

• органов дыхания: прикрыть рот и нос смоченными водой марлевой повязкой, носовым платком, полотенцем или любой частью одежды;
• кожи и волосяного покрова: прикрыть любыми предметами одежды, головными уборами, косынками, накидками, перчатками.

Употребление  алкоголя в этот период - период максимального  стрессового напряжения - может повлиять на правильность принятия решения. [6]

Экспозиционная  доза – количественная мера, основана на величине ионизации сухого воздуха  при нормальном атмосферном давлении, достаточно легко поддающаяся измерению. Определяет энергию излучения. Это  отношение суммарного заряда всех ионов  одного знака в элементарном объеме воздуха к массе воздуха в  этом объеме. Рентген

Поглощенная доза показывает, какое количество энергии излучения поглощено  в единице массы любого облучаемого  вещества и определяется отношением поглощенной энергии ионизирующего излучения на массу вещества. Единица измерения – грей.

Эквивалентная доза. При одинаковых поглощенных  дозах различные виды радиации производят неодинаковое биологическое воздействие  на организм. При одной и той  же поглощенной дозе радиобиологический разрушительный эффект тем выше, чем  плотнее ионизация, создаваемая  излучением. Обусловлен это тем, что  более тяжелая частица (например, протон) производит на единице пути в ткани больше ионов, чем легкая (электрон). Чтобы учесть этот эффект, ведено понятие эквивалентной дозы. Эквивалентная доза рассчитывается путем умножения значения поглощенной  дозы на специальный коэффициент. Коэффициент  относительной биологической эффективности  или коэффициент качества. Единица  измерений – зиверт.

Эффективная доза. Одни органы и ткани человека более чувствительны к действию радиации, чем другие: Доза эффективная  – величина, используемая как мера риска возникновения отдаленных последствий облечения всего тела человека и отдельных его органов и тканей с учетом их радиочувствительности сумма произведений эквивалентной дозы в органах и тканях на соответствующие взвешивающие коэффициенты.

Заключение

Среди опасностей, угрожающих человеку, немногие приковывают  к себе столь постоянное внимание общественности и вызывают так много  споров, как проблема радиации. Особенно много дискуссия и акций протеста возникает по поводу атомной энергетике.

Защита от ионизирующих излучений представляет очень серьезную проблему и требует  объединения усилий учёных и специалистов не только в национальных рамках, но и в международном масштабе.  

Литература

1. Безопасность жизнедеятельности/Под ред. О.Н. Русака.- 8-е издание. - М.: ООО Издательство «Омега-Л», 2005.-448с.
2. Безопасность жизнедеятельности/ Под ред. С. В. Белова.- 3-е изд., перераб.- М.: Высш. шк., 2001.-485с.
3. Анофриков В.Е., Бобок С.А., Дудко М.Н., Елистратов Г.Д. Безопасность жизнедеятельности: Учебное пособие – М., 1999
4. Радиация. Дозы, эффекты, риск: Пер. с англ.- М.: Мир,-79c., ил.
5. http://ohrana-bgd.narod.ru/ioniz2.html
6. http://www.znakcomplect.ru/biologicheskoe-deistvie-ioniziruyuschih-izlucheniy-i-sposoby-zaschity-ot-nih.php