Л14

ЛЕКЦІЯ14   Іонізуюче випромінювання

1.  Джерела, властивості та види

іонізуючого випромінювання

Одна з найбільших технологічних катастроф на планеті – аварія на

ЧАЕС у 1986 р. – показала, що може зробити навіть мирний атом, у випа-

дку якщо з ним невміло поводитись. Тоді від іонізуючого випромінюван-

ня непоправні втрати понесли й підрозділи ОВС, що працювали в зоні

лиха. Оскільки саме на ОВС покладена охорона об’єктів, де зберігаються

радіоактивні речовини, питання радіаційної безпеки є дуже актуальним

для працівників міліції. 

Іонізуюче випромінювання (радіоактивність) – це будь-яке випро-

мінювання,  взаємодія якого із середовищем призводить до утворення

електричних зарядів різних знаків. Воно має місце при розпаді ядер де-

яких природних елементів (уран, радій, торій і т. п.), штучних радіоак-

тивних ізотопів. З точки зору фізики, це потоки елементарних частинок,

які швидко рухаються. Їх хвилеподібне електромагнітне випромінювання,

маючи велику енергію, здатне спричиняти іонізацію навколишнього се-

редовища (повітря, матеріалів, живої тканини), тобто утворення позитив-

но і негативно заряджених атомів і молекул (іонів), які змінюють фізико-

хімічні властивості речовини.

Енергія випромінювання витрачається на утворення іонів. Тому чим

більше утворюється іонів, тим менший шлях в речовині пройдуть хвилі

до повної втрати енергії, тобто від іонізуючої здатності залежить проник-

ливість та швидкість руху. 

До основних видів іонізуючого випромінювання належать:

-  альфа-частинки (ядра гелію), які рухаються зі швидкістю 20 000

км/с, мають велику питому іонізацію і малу проникливість (в повітрі 9-11

см, рідких і твердих середовищах – 0,099 мм). Одяг захищає людину від

цих променів, але небезпечним є попадання цього випромінювання все-

редину людини;

-  бета-частинки –  рухаються з швидкістю світла (300 000  км/с).

Вони мають меншу здатність до іонізації, але більш проникливі (в повітрі

– 20 м, воді і тілі людини – 3 см, металі – 1 см). Одяг поглинає до 50%

цих променів. Небезпечним є безпосереднє попадання цих часточок на

шкіру, в очі й всередину організму;

-  нейтронне випромінювання –  це потік нейтронів з швидкістю

20 000 км/с, що легко проникають в живу тканину і захоплюються ядрами

атомів, руйнуючи їх. Добрими захисними матеріалами від них є поліети-

лен, парафін, вода;  Випромінювання відбувається окремими порціями  (квантами) і розповсюджується зі швидкістю світла. Іонізуюча здатність його менша, ніж в α- і β-частках,  але значно більша проникливість (в повітрі – сотні метрів, у воді – 23 см, сталі – 3 см, дереві – 30 см, бетоні – 19 см). Добре захищають від цих променів екрани з тяжких металів (свинець);

-  рентгенівське випромінювання –  електромагнітні промені,  але

позаядерного походження, які володіють високою проникливою здатніс-

тю (довжина від 5 до 0,004 нм).

Основну частину опромінення населення земної кулі одержує від

природних джерел. Це опромінення з космосу та від радіоактивних речо-

вин, що знаходяться у земній корі.

Космічні промені можуть досягати поверхні землі або взаємодіяти з

її атмосферою, породжуючи повторне випромінювання і призводячи до

утворення різноманітних радіонуклідів.

Штучними джерелами іонізуючих випромінювань є ядерні вибухи,

ядерні установки для виробництва енергії, ядерні реактори, прискорювачі

заряджених частинок, рентгенівські апарати, прилади апаратури засобів

зв’язку високої напруги тощо.

Серед техногенних джерел іонізуючого опромінення сьогодні люди-

на найбільш опромінюється під час медичних процедур і лікування,

пов’язаного із застосуванням штучних джерел радіації.

 2.  Дія іонізуючого випромінювання на організм людини 

В ураженому організмі атоми і молекули клітин іонізуються,  в ре-

зультаті чого відбуваються складні фізико-хімічні процеси, які впливають

на характер подальшої життєдіяльності людини. Згідно з одними погля-

дами, іонізація атомів і молекул, що виникає під дією радіації, веде до ро-

зірвання зв’язків у молекулах клітин, що призводить до загибелі останніх.

Згідно з іншими уявленнями, у формуванні біологічних наслідків радіації

відіграють роль продукти радіолізу води,  яка становить біля 70% маси

організму людини. При іонізації води утворюються вільні радикали Н та ОН+

, а у присутності кисню – перекисні сполуки, що є сильними окислю-

вачами. Останні атакують молекули білків, руйнуючи їх, у результаті чо-

го утворюються сполуки, не властиві живому організму. Це призводить

до порушення обміну речовин і життєдіяльності всього організму.

Специфічність дії іонізуючого випромінювання полягає в тому, що

інтенсивність хімічних реакцій, індуційованих вільними радикалами, під-

вищується, й до них втягується багато сотень і тисяч молекул, не пору-

шених опроміненням. Цим відрізняється дія радіації від дії інших видів

енергії (теплова, електрична та ін.). Інші особливості дії іонізуючої енер-

гії на організм людини полягають у тому, що вона не проявляє впливу на

органи чуття, її дози можуть кумулюватись і накопичуватися в організмі

(кумулятивні ефекти) і діяти не тільки на даний живий організм, але і на

його нащадків (генетичний ефект).

Радіаційне опромінення може бути зовнішнім і внутрішнім.  Якщо

радіоактивні речовини знаходяться поза організмом і опромінюють його

ззовні,  то у цьому випадку говорять про зовнішнє опромінення.  Ззовні

може викликати ураження людини рентгенівське,  гамма-  та нейтронне

випромінювання.  А якщо ж іонізуючі частинки знаходяться у повітрі,

яким дихає людина, або у їжі чи воді і потрапляють в середину організму

через шлунково-кишковий тракт, то таке опромінення називають внутрі-

шнім.

Внутрішнє опромінення в середньому становить 2/3 ефективної екві-

валентної дози опромінення, яку людина одержує від природних джерел

радіації (вуглець-14, калій-40, уран-238, торій-232). З відомих на сьогодні

близько 2000 радіоактивних ізомерів 70 є природними.

Радіаційне випромінювання може спричиняти ураження окремих ді-

лянок шкіри, тіла, органів або загальне захворювання – променеву хворо-

бу, яка може виникати у гострій (за короткий проміжок опромінення ве-

ликими дозами)  чи хронічній формі  (при систематичному опроміненні

дозами,  які перевищують допустимий рівень).  Вражаючий ефект зале-

жить від виду опромінення, тривалості дії, індивідуальних особливостей

людини тощо.

3.  Основні параметри іонізуючоговипромінювання та його нормування

До основних параметрів іонізуючого випромінювання відносять:

експозиційну, поглинальну, еквівалентну дози та рівень радіації.

Експозиційна доза – кількісна оцінка дії іонізуючого випромінювання

на атмосферне повітря. Ця величина являє собою відношення повного за-

ряду іонів одного знака до маси повітря у визначеному об’ємі. Системна

одиниця експозиційної дози – кулон-на-килограм (Кл/кг). Застосовується

і несистемна одиниця – рентген (Р). 

Поглинальна доза – фізична величина, яка дорівнює відношенню се-

редньої енергії, переданої випромінюванням, що поглинається одиницею

маси опроміненої речовини.  Вона вимірюється в греях  (Гр). 1  Гр = 1

Дж/кг. Застосовується і позасистемна одиниця – рад (1 рад = 0,01 Гр =

0,01 Дж/кг). 

При опроміненні людини дозою 0,25-0,5 Гр можливі зміни в крові,

понад 1 Гр – розвивається враження всього організму, при 2-4 Гр – без лі-

кування можлива смерть, вище 6-10 Гр – летальність 100%.

Еквівалентна доза –  оцінна характеристика радіаційної небезпеки

хронічної дії, що визначається як добуток поглиненої дози на коефіцієнт

якості випромінювання. За одиницю випромінювання еквівалентної дози

прийнятий зіверт (Зв). Зв = 1 Дж/кг. Використовують також позасистем-

ну одиницю – бер (біологічний еквівалент рентгена), 1 бер = 0,01 Зв.

Рівень радіації – оцінка дії іонізуючого випромінювання на атмосфе-

рне повітря за одиницю часу. Одиниця виміру – Р/год. Фоновим допус-

тимим рівнем радіації є 50 мкР/год.

Нормами радіаційної безпеки в Україні (НРБУ - 97) встановлені три

категорії (А, Б, В) опромінення людей:

А -  професійні працівники, що мають безпосередній зв’язок з джере-

лами іонізуючого випромінювання. Загальна доза опромінення на рік – 5

бер (50 мЗв);

Б -  люди, які за умов проживання або розміщення можуть піддава-

тися опроміненню. Для них гранична доза опромінення – 0,5 бер/рік;

В -  решта населення держави. Доза не нормується,  але не повинна

перевищувати природний фон – від 40 до 200 мбер/рік.

Різні тканини тіла неоднаково радіочутливі.  Всього виділено три

групи критичних органів, опромінення яких є дуже небезпечним: 

I група -  все тіло, гонади і червоний кістковий мозок. Опромінен-

ня допускається для професійних працівників не більше як 30 мДж/кг на

квартал і не більше як 50 мДж/кг на рік, а для інших осіб – 5 мДж/кг на

рік;

II група -  м’язи, щитовидна залоза, жирова тканина, печінка, нир-

ки, шлунково-кишковий тракт, легені, селезінка. Допустима доза опромі-

нення персоналу – 80 мДж/кг на квартал і 150 мДж/кг на рік. Для інших

осіб – 15 мДж/кг на рік;

III група -  шкіра,  кісткова тканина,  кисті рук,  передпліччя,  гомілка,

ступня. Допустима доза для обслуговуючого персоналу – 150 мДж/кг на

квартал і 300 мДж/кг на рік, для інших осіб – 30 мДж/кг на рік.

У 1982 р. Науковий комітет ООН запропонував величину середньо-

річної дози природного опромінення, з урахуванням техногенного підси-

лення фону, – 200 мбер/рік. 

При рівномірному одноразовому опроміненні тіла людини дозою 1-

10 Зв розвивається гостра променева хвороба (ГПХ). Розрізняють 4 сту-

пеня ГПХ:  легкий, при дозі 1-2  Зв;  середній – 2-4  Зв;  важкий – 4-6  Зв;

вкрай важкий – 6-10 Зв.

Внаслідок дії радіації може спостерігатися:

а) соматичний ефект – ушкодження різних органів тіла;

б) соматико-стохастичний ефект – пухлини органів, тканин, злоякісні

пухлини;

в) генетичний ефект – мутації хромосом і генів, порушення спадко-

вості.

Для уникнення небезпечних генетичних ефектів впливу іонізуючого

випромінювання існує кілька правил безпеки:

-  до безпосередньої роботі з джерелами іонізуючого випромінюван-

ня допускаються особи не молодше 18 років;

-  до 30-літнього віку накопичена доза не повинна перевищувати 12-

кратну (ГДД);

-  для жінок до 40 років доза опромінення в тазовій ділянці не пови-

нна переважати 1 бер за будь-які два місяці.

Може бути дозволене перевищення ГДД, якщо воно виправдане по-

рятунком людей і запобіганням розвитку аварій та опромінення великої

кількості людей: у два рази – один раз на рік і в п’ять разів – один раз у

житті з компенсацією зменшення опромінення в наступні п’ять років.

Цих норм необхідно дотримуватись:

-  при ймовірності різкого погіршення ситуації доза опромінення не

повинна перевищувати 10 бер = 0,1 Зв;

-  при порятунку людей допустима доза 25 бер = 0,25 Зв;

-  при опроміненні дозою 25 бер особовий склад з небезпечної зони

виводиться і надалі до роботи в небезпечній зоні не допускається.

4.  Методи дозиметричного контролюіонізуючого випромінювання

Для контролю доз іонізуючого випромінювання використовують іо-

нізаційний, сцинциляційний, фотографічний, хімічний методи.

Іонізаційний метод дозиметричного контролю базується на здатності

газів під дією випромінювання ставати провідниками електричного стру-

му. На цьому принципі працюють іонізаційні камери та газові лічильни-

ки.

Сцинциляційний метод ґрунтується на здатності деяких твердих, рід-

ких та газоподібних речовин світитися під дією іонізуючих випроміню-

вань. Світлові спалахи через фотопомножувачі подаються на електронні

лічильні схеми.  За інтенсивністю спалахів оцінюється доза випроміню-

вання.

Фотографічний метод базується на здатності фотоемульсії змінюва-

ти свої властивості під дією випромінювання. Фотопластинка в світлоза-

хисному папері розташовується в зоні впливу випромінювання.  Потім

пластинка проявляється, і за ступенем почорніння робиться висновок про

дозу випромінювання.

Хімічний метод полягає в здатності деяких хімічних речовин зміню-

вати свій колір під впливом іонізуючого випромінювання. За густиною

забарвлення робиться висновок про дозу випромінювання.

Усі дозиметричні прилади поділяються на дві групи: 1) прилади для

кількісних вимірювань дози та потужності дози опромінення; 2) індика-

торні прилади для швидкого виявлення джерел випромінювання. Оцінку

радіаційної обстановки проводять за допомогою дозиметрів ДП-5А, ДП-

5Б, ДП-5В, «Прип’ять».