Радиационная защита

Комплекс мер безопасности

Радиационная защита , также известная как радиологическая защита , определяется Международным агентством по атомной энергии (МАГАТЭ) как «Защита людей от вредных последствий воздействия ионизирующего излучения и средства достижения этой цели». ^[1] Воздействие может происходить от источника радиации, внешнего по отношению к телу человека, или вследствие внутреннего облучения , вызванного попаданием в организм радиоактивного загрязнения .

Ионизирующее излучение широко используется в промышленности и медицине и может представлять значительную опасность для здоровья, вызывая микроскопические повреждения живых тканей. Существует две основные категории последствий ионизирующего излучения для здоровья. При высоких дозах он может вызвать «тканевые» эффекты, также называемые «детерминированными» эффектами из-за уверенности в их возникновении, обычно обозначаемых единицей серого цвета и приводящих к острому лучевому синдрому . При низком уровне облучения может возникнуть статистически повышенный риск радиационно-индуцированного рака , называемый « стохастическим эффектом», из-за неопределенности его возникновения, обычно обозначаемой единицей зиверта .

Основополагающим принципом радиационной защиты является предотвращение или снижение дозы с использованием простых защитных мер, таких как время, расстояние и экранирование. Продолжительность воздействия должна быть ограничена необходимой, расстояние от источника излучения должно быть максимальным, а источник или мишень, где это возможно, экранироваться. Для измерения индивидуального поглощения дозы при профессиональном или аварийном облучении используются индивидуальные дозиметры внешнего излучения , а для внутреннего облучения в результате поступления радиоактивного загрязнения в организм применяются методы биоанализа.

Для радиационной защиты и дозиметрической оценки Международная комиссия по радиационной защите (ICRP) и Международная комиссия по радиационным единицам и измерениям (ICRU) публикуют рекомендации и данные, которые используются для расчета биологического воздействия на организм человека определенных уровней радиации, и тем самым сообщить приемлемые пределы поглощения дозы.

Принципы

Международные политические отношения в области радиологической защиты. МКРЗ обычно признается регулирующими органами как международный авторитет по передовой практике.

Величины внешних доз, используемые в радиационной защите и дозиметрии - на основе отчета ICRU 57

Графика, показывающая взаимосвязь между радиоактивностью и обнаруженным ионизирующим излучением.

МКРЗ рекомендует, разрабатывает и поддерживает Международную систему радиологической защиты, основанную на оценке большого количества имеющихся научных исследований, позволяющих приравнять риск к полученным уровням доз. Цели системы здравоохранения заключаются в том, чтобы «управлять и контролировать воздействие ионизирующего излучения, чтобы предотвратить детерминированные эффекты и снизить риски стохастических эффектов до разумно достижимой степени». ^[2]

Рекомендации МКРЗ доходят до национальных и региональных регулирующих органов, которые имеют возможность включить их в свое собственное законодательство; этот процесс показан на прилагаемой блок-схеме. В большинстве стран национальный регулирующий орган работает над обеспечением безопасной радиационной среды в обществе, устанавливая требования по ограничению дозы, которые обычно основаны на рекомендациях МКРЗ.

Ситуации воздействия

ICRP распознает плановые, аварийные и существующие ситуации облучения, как описано ниже; ^[3]

• Планируемое облучение - определяется как «...где радиологическую защиту можно планировать заранее, до того, как произойдет облучение, и где величину и степень облучения можно разумно предсказать». ^[4] К ним относятся, например, ситуации профессионального облучения, когда персоналу необходимо работать в известной радиационной среде.
• Аварийное воздействие – определяется как «...неожиданные ситуации, которые могут потребовать срочных защитных мер». ^[5] Это было бы похоже на аварийную ядерную аварию.
• Существующее воздействие – определяется как «...это уже существующее воздействие, когда необходимо принять решение о контроле». ^[6] Это могут быть радиоактивные материалы естественного происхождения , существующие в окружающей среде.

Регулирование поступления дозы

МКРЗ использует следующие общие принципы для всех ситуаций контролируемого облучения. ^[7]

• Обоснование: недопустимо ненужное использование радиации, а это означает, что преимущества должны перевешивать недостатки.
• Ограничение: Каждый человек должен быть защищен от слишком больших рисков посредством применения индивидуальных пределов дозы радиации.
• Оптимизация: Этот процесс предназначен для применения в тех ситуациях, которые считаются оправданными. Это означает, что «вероятность облучения, количество людей, подвергшихся облучению, и величина их индивидуальных доз» должны поддерживаться на столь низком уровне, насколько это разумно достижимо (или разумно практически осуществимо), известное как ALARA или ALARP. Он учитывает экономические и социальные факторы.

Факторы поступления внешней дозы

Есть три фактора, которые контролируют количество или дозу радиации, полученной от источника. Радиационное воздействие можно контролировать с помощью комбинации этих факторов:

1. Время : сокращение времени воздействия пропорционально снижает эффективную дозу . Примером снижения доз радиации за счет сокращения времени воздействия может быть улучшение обучения операторов с целью сокращения времени, затрачиваемого им на обращение с радиоактивным источником.
2. Расстояние : Увеличение расстояния снижает дозу по закону обратных квадратов . Расстояние может быть таким же простым, как работа с источником щипцами , а не пальцами. Например, если во время рентгеноскопической процедуры возникнет проблема, по возможности отойдите от пациента.
3. Экранирование : источники излучения могут быть экранированы твердым или жидким материалом, который поглощает энергию излучения. Термин «биологический щит» используется для поглощения материала, размещенного вокруг ядерного реактора или другого источника радиации, с целью снижения радиации до уровня, безопасного для человека. Защитные материалы представляют собой бетон и свинцовый экран толщиной 0,25 мм для вторичного излучения и 0,5 мм для первичного излучения ^[8].

Внутреннее поглощение дозы

Крупногабаритный перчаточный бокс в атомной промышленности, используемый для хранения переносимых по воздуху радиоактивных частиц.

Внутренняя доза, возникающая в результате вдыхания или проглатывания радиоактивных веществ, может привести к стохастическим или детерминированным эффектам в зависимости от количества проглоченного радиоактивного материала и других биокинетических факторов.

Риск от внутреннего источника низкой мощности представлен величиной ожидаемой дозы , которая имеет тот же риск, что и такая же сумма внешней эффективной дозы .

Поступление радиоактивного материала может происходить четырьмя путями:

• вдыхание переносимых по воздуху загрязнителей, таких как газ радон и радиоактивные частицы
• попадание радиоактивного загрязнения в пищу или жидкости
• поглощение паров, таких как оксид трития , через кожу
• инъекции медицинских радиоизотопов, таких как технеций-99m

Профессиональные риски, связанные с переносимыми по воздуху радиоактивными частицами при ядерных и радиохимических применениях, значительно снижаются за счет широкого использования перчаточных боксов для хранения таких материалов. Для защиты от вдыхания радиоактивных частиц окружающего воздуха надевают респираторы с сажевыми фильтрами.

Для контроля концентрации радиоактивных частиц в окружающем воздухе приборы для мониторинга радиоактивных частиц измеряют концентрацию или присутствие переносимых по воздуху материалов.

Для измерения концентрации таких материалов в пищевых продуктах и ​​напитках используются специальные лабораторные методы радиометрического анализа. ^[9]

Рекомендуемые пределы приема дозы

Таблица доз в зивертах Министерства энергетики США, 2010 г., для различных ситуаций и применений.

Различные дозы радиации в зивертах: от незначительных до смертельных.

Визуальное сравнение радиологического облучения в результате повседневной деятельности.

МКРЗ рекомендует ряд пределов поглощения дозы в таблице 8 отчета МКРЗ 103. Эти пределы являются «ситуативными» для плановых, аварийных и существующих ситуаций. В таких ситуациях пределы установлены для определенных групп населения; ^[10]

• Планируемое облучение – пределы, установленные для профессионального, медицинского облучения и облучения населения. Предел профессионального воздействия эффективной дозы составляет 20 мЗв в год, усредненный за определенные периоды в 5 лет, при этом ни один год не превышает 50 мЗв. Предел облучения населения составляет 1 мЗв в год. ^[11]
• Аварийное облучение – пределы, установленные для профессионального облучения и облучения населения.
• Существующее воздействие – референтные уровни для всех лиц, подвергшихся воздействию

Таблица доз для публичной информации Министерства энергетики США, показанная здесь справа, применима к правилам США, основанным на рекомендациях ICRP. Обратите внимание, что примеры в строках 1–4 имеют шкалу мощности дозы (излучения в единицу времени), а в примерах 5 и 6 – шкалу суммарной накопленной дозы.

АЛАРП И АЛАРА

ALARP — это аббревиатура важного принципа воздействия радиации и других профессиональных рисков для здоровья, который в Великобритании означает «настолько низкий, насколько это практически осуществимо». ^[12] Цель состоит в том, чтобы свести к минимуму риск радиоактивного облучения или другой опасности, помня при этом, что некоторое облучение может быть приемлемым для решения поставленной задачи. Эквивалентный термин ALARA (насколько разумно достижимый низкий уровень) чаще используется за пределами Великобритании.

Этот компромисс хорошо иллюстрируется в радиологии . Применение радиации может помочь пациенту, предоставив врачам и другим специалистам здравоохранения медицинский диагноз, но облучение пациента должно быть достаточно низким, чтобы поддерживать статистическую вероятность рака или саркомы (стохастические эффекты) ниже приемлемого уровня. и для устранения детерминированных эффектов (например, покраснения кожи или катаракты). Приемлемый уровень возникновения стохастических эффектов для работника считается равным риску при других радиационных работах, которые обычно считаются безопасными.

Эта политика основана на принципе, что любое количество радиационного облучения, каким бы малым оно ни было, может увеличить вероятность негативных биологических эффектов, таких как рак . Он также основан на том принципе, что вероятность возникновения негативных последствий радиационного воздействия увеличивается с увеличением кумулятивной дозы за всю жизнь. Эти идеи объединены в линейную беспороговую модель , которая утверждает, что не существует порога, при котором частота возникновения стохастических эффектов увеличивается с увеличением дозы. В то же время радиология и другие практики, связанные с использованием ионизирующего излучения, приносят пользу, поэтому снижение радиационного воздействия может снизить эффективность медицинской практики. При применении принципа ALARP также необходимо учитывать экономические затраты, например, создание барьера против радиации. Компьютерная томография , более известная как компьютерная томография или компьютерная томография, внесла огромный вклад в медицину, однако не без некоторого риска. Ионизирующее излучение, используемое при компьютерной томографии, может привести к радиационно-индуцированному раку . ^[13] Возраст является важным фактором риска, связанного с компьютерной томографией, ^[14] и в процедурах с участием детей и систем, которые не требуют обширной визуализации, используются более низкие дозы. ^[15]

Индивидуальные дозиметры радиации

Дозиметр радиации является важным прибором для индивидуального измерения дозы. Его носит человек, за которым ведется наблюдение, и он используется для оценки дозы внешнего облучения, полученной человеком, носящим это устройство. Они используются для гамма-, рентгеновского, бета- и других сильнопроникающих излучений, но не для слабопроникающих излучений, таких как альфа-частицы. Традиционно для долговременного контроля использовались пленочные бейджи, а для кратковременного мониторинга — дозиметры из кварцевого волокна. Однако на смену им в основном пришли бейджи термолюминесцентной дозиметрии (TLD) и электронные дозиметры. Электронные дозиметры могут подавать тревожное предупреждение, если достигнут заданный порог дозы, что позволяет более безопасно работать при потенциально более высоких уровнях радиации, когда полученную дозу необходимо постоянно контролировать.

Работники, подвергшиеся воздействию радиации, такие как рентгенологи , работники атомных электростанций , врачи, использующие лучевую терапию , сотрудники лабораторий, использующих радионуклиды , а также сотрудники групп HAZMAT , обязаны носить дозиметры, чтобы можно было вести учет профессионального облучения. Такие устройства обычно называют «легальными дозиметрами», если они одобрены для использования при регистрации доз персонала в целях регулирования.

Дозиметры можно носить для получения дозы всего тела, а также существуют специальные типы, которые можно носить на пальцах или прикреплять к головному убору для измерения локализованного облучения тела при определенных видах деятельности.

К распространенным типам носимых дозиметров ионизирующего излучения относятся: ^{[16] [17]}

• Пленочный дозиметр
• Дозиметр из кварцевого волокна
• Электронный индивидуальный дозиметр
• Термолюминесцентный дозиметр

Радиационная защита

Диаграмма, показывающая различные формы ионизирующего излучения и тип материала, который используется для остановки или уменьшения этого типа.

Общий коэффициент поглощения свинца (атомный номер 82) для гамма-лучей в зависимости от энергии гамма-излучения, а также вклад трех эффектов. Здесь фотоэффект доминирует при малых энергиях. Выше 5 МэВ начинает доминировать образование пар.

Свинцовый замок , построенный для защиты радиоактивного образца в лаборатории и являющийся формой свинцовой защиты .

Практически любой материал может действовать как защита от гамма- или рентгеновского излучения, если его использовать в достаточных количествах. Различные типы ионизирующего излучения по-разному взаимодействуют с защитным материалом. Эффективность защиты зависит от останавливающей способности , которая зависит от типа и энергии излучения и используемого защитного материала. Поэтому в зависимости от применения, типа и энергии излучения используются различные методы защиты.

Экранирование снижает интенсивность излучения, увеличиваясь с толщиной. Это экспоненциальная зависимость с постепенно уменьшающимся эффектом по мере добавления равных частей защитного материала. Для расчета используется величина, известная как половинная толщина . Например, практичный щит в убежище от радиоактивных осадков с десятью слоями утрамбованной земли толщиной пополам, что составляет примерно 115 см (3 фута 9 дюймов), уменьшает гамма-излучение до 1/1024 от их первоначальной интенсивности (т. е. 2 ^-10 ).

Эффективность защитного материала в целом увеличивается с увеличением его атомного номера, называемого Z , за исключением нейтронной защиты, которая легче экранируется такими поглотителями и замедлителями нейтронов , как соединения бора , например, борная кислота , кадмий , углерод и водород .

Экранирование Graded -Z представляет собой ламинат из нескольких материалов с разными значениями Z ( атомными номерами ), предназначенный для защиты от ионизирующего излучения . Было показано , что по сравнению с защитой из одного материала, экранирование с градиентной Z той же массы снижает проникновение электронов более чем на 60%. ^[18] Он обычно используется в спутниковых детекторах частиц, предлагая несколько преимуществ:

• защита от радиационного поражения
• снижение фонового шума детекторов
• меньшая масса по сравнению с защитой из одного материала

Конструкции различаются, но обычно включают в себя градиент от элементов с высоким Z (обычно тантал ) к последовательно более низким Z , таким как олово , сталь и медь , обычно заканчивая алюминием . Иногда используются даже более легкие материалы, такие как полипропилен или карбид бора . ^{[19] [20]}

В типичном экране с градиентным Z слой с высоким Z эффективно рассеивает протоны и электроны. Он также поглощает гамма-лучи, что приводит к рентгеновской флуоресценции . Каждый последующий слой поглощает рентгеновскую флуоресценцию предыдущего материала, в конечном итоге снижая энергию до подходящего уровня. При каждом уменьшении энергии образуются тормозные и оже-электроны , которые находятся ниже энергетического порога детектора. Некоторые конструкции также включают внешний слой алюминия, который может быть просто оболочкой спутника. Эффективность материала в качестве биологической защиты связана с его поперечным сечением для рассеяния и поглощения и в первом приближении пропорциональна общей массе материала на единицу площади, расположенной вдоль луча зрения между источником радиации и областью. быть защищенным. Следовательно, прочность экранирования или «толщина» обычно измеряется в единицах г/см ² . Излучение, которому удается пройти, падает экспоненциально с толщиной экрана. В рентгеновских кабинетах стены, окружающие комнату с рентгеновским генератором, могут содержать свинцовую защиту , например свинцовые листы, или штукатурка может содержать сульфат бария . Операторы наблюдают за целью через экран из свинцового стекла или, если им необходимо оставаться в той же комнате, что и цель, надевают свинцовые фартуки .

Излучение частиц

Излучение частиц состоит из потока заряженных или нейтральных частиц, как заряженных ионов, так и субатомных элементарных частиц. Сюда входит солнечный ветер , космическое излучение и поток нейтронов в ядерных реакторах .

• Альфа-частицы ( ядра гелия ) обладают наименьшей проникающей способностью. Даже очень энергичные альфа-частицы можно остановить с помощью одного листа бумаги.
• Бета-частицы ( электроны ) обладают большей проникающей способностью, но все же могут быть поглощены несколькими миллиметрами алюминия . Однако в тех случаях, когда испускаются бета-частицы высокой энергии, экранирование должно быть выполнено с использованием материалов с низким атомным весом, например, пластика , дерева , воды или акрилового стекла (оргстекло, люцит ). ^[21] Это сделано для уменьшения генерации тормозного рентгеновского излучения. В случае бета+-излучения ( позитронов ) дополнительную озабоченность вызывает гамма-излучение реакции аннигиляции электрона-позитрона .
• Нейтронное излучение не так легко поглощается, как излучение заряженных частиц, что делает этот тип излучения очень проникающим. В процессе, называемом нейтронной активацией , нейтроны поглощаются ядрами атомов в ядерной реакции . Чаще всего это создает вторичную радиационную опасность, поскольку поглощающие ядра трансмутируют в следующий более тяжелый изотоп, многие из которых нестабильны.
• Космическое излучение не является общей проблемой на Земле, поскольку атмосфера Земли поглощает его, а магнитосфера действует как щит, но оно представляет собой серьезную проблему для спутников и астронавтов , особенно при прохождении через пояс Ван Аллена или при полном выходе за пределы защитных регионов. магнитосферы Земли. Часто летающие пассажиры могут подвергаться несколько более высокому риску из-за меньшего поглощения из-за более разреженной атмосферы. Космическое излучение обладает чрезвычайно высокой энергией и очень проникающим действием.

Электромагнитное излучение

Электромагнитное излучение состоит из излучений электромагнитных волн , свойства которых зависят от длины волны .

• Рентгеновское и гамма-излучение лучше всего поглощаются атомами с тяжелыми ядрами ; чем тяжелее ядро, тем лучше поглощение. В некоторых специальных применениях используются обедненный уран или торий ^[22] , но гораздо чаще встречается свинец ; часто требуется несколько см . Сульфат бария также используется в некоторых приложениях. Однако, когда важна стоимость, можно использовать практически любой материал, но он должен быть намного толще. В большинстве ядерных реакторов для создания биозащиты используются толстые бетонные щиты с тонким водоохлаждаемым слоем свинца внутри, защищающим пористый бетон от охлаждающей жидкости внутри. Бетон также изготавливается из тяжелых заполнителей, таких как барит или магнетит , чтобы улучшить защитные свойства бетона. Гамма-лучи лучше поглощаются материалами с высоким атомным номером и высокой плотностью, хотя ни один из этих эффектов не важен по сравнению с общей массой на площадь на пути гамма-лучей.
• Ультрафиолетовое (УФ) излучение ионизирует на самых коротких длинах волн, но не проникает, поэтому его можно экранировать тонкими непрозрачными слоями, такими как солнцезащитный крем , одежда и защитные очки. Защита от УФ-излучения проще, чем от других форм излучения, описанных выше, поэтому ее часто рассматривают отдельно.

В некоторых случаях неправильная защита может фактически усугубить ситуацию, когда излучение взаимодействует с защитным материалом и создает вторичное излучение, которое легче поглощается организмами. Например, хотя материалы с высоким атомным номером очень эффективны для защиты фотонов , их использование для защиты бета-частиц может вызвать более высокое радиационное воздействие из-за образования тормозного рентгеновского излучения, поэтому рекомендуется использовать материалы с низким атомным номером. Кроме того, использование материала с высоким сечением нейтронной активации для защиты от нейтронов приведет к тому, что сам защитный материал станет радиоактивным и, следовательно, более опасным, чем если бы его не было.

Средства индивидуальной защиты

Средства индивидуальной защиты (СИЗ) включают всю одежду и аксессуары, которые можно носить для предотвращения тяжелых заболеваний и травм в результате воздействия радиоактивных материалов. К ним относятся SR100 (защита на 1 час), SR200 (защита на 2 часа). Поскольку радиация может воздействовать на людей через внутреннее и внешнее загрязнение, были разработаны различные стратегии защиты людей от вредных последствий радиационного воздействия из спектра источников. ^[23] Некоторые из этих стратегий, разработанных для защиты от внутреннего, внешнего и высокоэнергетического излучения, описаны ниже.

Средства защиты от внутреннего загрязнения

Оборудование для защиты от внутреннего загрязнения защищает от вдыхания и проглатывания радиоактивных материалов. Внутреннее отложение радиоактивного материала приводит к прямому воздействию радиации на органы и ткани внутри тела. Описанные ниже средства защиты органов дыхания предназначены для сведения к минимуму возможности вдыхания или проглатывания таких материалов, поскольку аварийные работники подвергаются воздействию потенциально радиоактивной среды.

Многоразовые респираторы с очисткой воздуха (APR)

• Эластичная маска для лица, закрывающая рот и нос.
• Содержит фильтры, картриджи и канистры для обеспечения повышенной защиты и лучшей фильтрации.

Респиратор с электроприводом очистки воздуха (PAPR)

• Вентилятор с батарейным питанием вытесняет загрязнения через фильтры очистки воздуха.
• Очищенный воздух подается под положительным давлением к лицевой части

Респиратор с подачей воздуха (SAR)

• Сжатый воздух подается от стационарного источника к лицевой части.

Вспомогательный спасательный респиратор

• Защищает пользователя от вдыхания вредных газов, паров, дыма и пыли.
• Может быть сконструирован как респиратор с очисткой воздуха (APER) или респиратор типа автономного дыхательного аппарата (SCBA).
• Респираторы для эвакуации типа SCBA имеют прикрепленный источник воздуха для дыхания и капюшон, который обеспечивает барьер против загрязненного наружного воздуха.

Автономный дыхательный аппарат (SCBA)

• Подает очень чистый, сухой сжатый воздух в полнолицевую маску через шланг.
• Воздух выдыхается в окружающую среду
• Носится при входе в среду, непосредственно опасную для жизни и здоровья (IDLH), или когда информации недостаточно, чтобы исключить атмосферу IDLH.

Средства защиты от внешних загрязнений

Оборудование для защиты от внешнего загрязнения обеспечивает барьер, защищающий радиоактивный материал от осаждения снаружи на теле или одежде. Описанное ниже кожное защитное оборудование действует как барьер, препятствующий физическому контакту радиоактивного материала с кожей, но не защищает от проникающего извне излучения высокой энергии.

Химическистойкий внутренний костюм

• Пористый комбинезон — защита кожи от аэрозолей, сухих частиц и неопасных жидкостей.
• Непористый комбинезон для защиты кожи от:
  • Сухие порошки и твердые вещества
  • Передаваемые через кровь патогены и биологические опасности
  • Химические брызги и аэрозоли неорганических кислот/оснований
  • Слабые жидкие химические брызги токсичных и коррозийных веществ
  • Токсичные промышленные химикаты и материалы

Эквивалент уровня C: Бункерное снаряжение.

• Защитная одежда пожарного
• Огне/водостойкий
• Шлем, перчатки, обувь и капюшон.

Эквивалент уровня B: Негазонепроницаемый герметизирующий костюм.

• Разработан для сред, которые представляют непосредственный риск для здоровья, но не содержат веществ, которые могут впитываться кожей.

Эквивалент уровня А: Полностью герметизирующий костюм для защиты от химикатов и паров.

• Разработан для сред, представляющих непосредственный риск для здоровья и содержащих вещества, которые могут впитываться кожей.

Внешнее проникающее излучение

Существует множество решений для защиты от воздействия низкоэнергетического излучения, такого как низкоэнергетическое рентгеновское излучение . Одежда для защиты от свинца , такая как свинцовые фартуки, может защитить пациентов и врачей от потенциально вредного радиационного воздействия при ежедневных медицинских осмотрах. Защитить большие площади поверхности тела от излучений низкоэнергетического спектра вполне реально, поскольку для обеспечения необходимой защиты требуется очень мало экранирующего материала. Недавние исследования показывают, что медная защита гораздо более эффективна, чем свинцовая, и, вероятно, заменит ее в качестве стандартного материала для защиты от радиации. ^{[ нужна цитата ]}

Индивидуальную защиту от более энергичного излучения, такого как гамма-излучение, очень сложно обеспечить, поскольку большая масса защитного материала, необходимая для надлежащей защиты всего тела, сделает функциональное движение практически невозможным. В этом случае наиболее эффективной стратегией защиты является частичное экранирование радиочувствительных внутренних органов.

Непосредственной опасностью интенсивного воздействия высокоэнергетического гамма-излучения является острый лучевой синдром (ОЛС), возникающий в результате необратимого поражения костного мозга. Концепция избирательного экранирования основана на регенеративном потенциале гемопоэтических стволовых клеток, обнаруженных в костном мозге. Регенеративные свойства стволовых клеток требуют только защиты достаточного количества костного мозга для повторного заселения организма непораженными стволовыми клетками после воздействия: аналогичная концепция применяется при трансплантации гемопоэтических стволовых клеток (ТГСК), которая является обычным методом лечения пациентов с лейкемия. Это научное достижение позволяет разработать новый класс относительно легкого защитного снаряжения, которое защищает высокие концентрации костного мозга, чтобы отсрочить гематопоэтический субсиндром острого лучевого синдрома при использовании гораздо более высоких доз.

Один из методов заключается в применении избирательного экранирования для защиты высокой концентрации костного мозга, хранящегося в бедрах и других радиочувствительных органах брюшной полости. Это дает службам быстрого реагирования безопасный способ выполнения необходимых задач в радиоактивной среде. ^[24]

Приборы радиационной защиты

Практическое измерение радиации с использованием калиброванных приборов радиационной защиты имеет важное значение для оценки эффективности мер защиты и оценки дозы радиации, которая может быть получена отдельными людьми. Средства измерений радиационной защиты бывают как «установленные» (в фиксированном положении), так и переносные (ручные или переносные).

Установленные инструменты

Установленные приборы закрепляются в положениях, которые, как известно, важны для оценки общей радиационной опасности на территории. Примерами являются установленные «зональные» радиационные мониторы, мониторы гамма-блокировки, мониторы выходов персонала и бортовые мониторы твердых частиц.

Зональный радиационный монитор измеряет окружающее излучение, обычно рентгеновское, гамма-излучение или нейтроны; это излучения, которые могут иметь значительные уровни радиации на расстоянии более десятков метров от источника и, таким образом, охватывать большую территорию.

«Мониторы блокировки» гамма-излучения используются для предотвращения непреднамеренного воздействия на работников избыточной дозы путем предотвращения доступа персонала в зону, где присутствует высокий уровень радиации. Они напрямую блокируют доступ к процессу.

Мониторы загрязнения воздуха измеряют концентрацию радиоактивных частиц в окружающем воздухе для защиты от попадания радиоактивных частиц в организм или отложения в легких персонала. Эти приборы обычно подают местный сигнал тревоги, но часто подключаются к интегрированной системе безопасности, чтобы можно было эвакуировать участки предприятия и предотвратить попадание персонала в воздух с высоким уровнем загрязнения воздуха.

Мониторы выхода персонала (PEM) используются для наблюдения за работниками, выходящими из «контролируемой загрязненности» или потенциально загрязненной зоны. Они могут быть в виде ручных мониторов, датчиков для проверки одежды или мониторов всего тела. Они контролируют поверхность тела и одежды рабочих, чтобы проверить, не осталось ли радиоактивного загрязнения . Обычно они измеряют альфа, бета или гамма или их комбинации.

Национальная физическая лаборатория Великобритании публикует на своем Форуме по метрологии ионизирующего излучения руководство по передовой практике, касающееся предоставления такого оборудования и методологии расчета используемых уровней сигнализации. ^[25]

Портативные инструменты

Ручной измеритель ионной камеры для измерения мощности поверхностной дозы на одном из трех радиоизотопных термоэлектрических генераторов (РТГ) космического корабля Кассини.

Портативные инструменты бывают ручными или переносными. Ручной прибор обычно используется в качестве измерительного прибора для детальной проверки объекта или человека или для оценки территории, где нет установленных приборов. Их также можно использовать для мониторинга выхода персонала или проверки загрязнения персонала на местах. Обычно они измеряют альфа, бета или гамма или их комбинации.

Переносные приборы – это, как правило, приборы, которые были бы установлены стационарно, но временно размещаются в зоне для обеспечения непрерывного мониторинга, где существует вероятность возникновения опасности. Такие инструменты часто устанавливаются на тележках для облегчения развертывания и связаны с временными оперативными ситуациями.

В Соединенном Королевстве HSE выпустило руководство пользователя по выбору правильного прибора для измерения радиации для конкретного применения . ^[26] Здесь рассматриваются все технологии радиационных приборов и является полезным сравнительным руководством.

Типы инструментов

Ниже перечислен ряд часто используемых типов приборов обнаружения, которые используются как для стационарного, так и для обзорного мониторинга.

• ионизационные камеры
• пропорциональные счетчики
• Счетчики Гейгера
• полупроводниковые детекторы
• сцинтилляционные детекторы
• мониторинг радиоактивности твердых частиц в воздухе

Величины, связанные с радиацией

В следующей таблице показаны основные величины и единицы измерения, связанные с радиацией.

Радиационные проблемы космического корабля

Космические корабли, как роботизированные, так и пилотируемые, должны справляться с высокорадиационной средой космического пространства. Излучение, испускаемое Солнцем и другими галактическими источниками и попавшее в радиационные «пояса» , более опасно и в сотни раз интенсивнее, чем источники радиации, такие как медицинское рентгеновское излучение или обычное космическое излучение, обычно наблюдаемое на Земле. ^[27] Когда сильно ионизирующие частицы, обнаруженные в космосе, поражают ткани человека, это может привести к повреждению клеток и в конечном итоге привести к раку.

Обычным методом радиационной защиты является материальная защита космических кораблей и конструкций оборудования (обычно из алюминия), возможно, дополненная полиэтиленом в пилотируемых космических полетах, где основной проблемой являются протоны высоких энергий и ионы космических лучей. На беспилотных космических кораблях в средах с высокими дозами электронов, таких как миссии на Юпитер или средняя околоземная орбита (MEO), может быть эффективной дополнительная защита материалами с высоким атомным номером. В длительных миссиях с экипажем можно воспользоваться хорошими защитными характеристиками жидкого водородного топлива и воды.

Лаборатория космической радиации НАСА использует ускоритель частиц, производящий пучки протонов или тяжелых ионов. Эти ионы типичны для ускоренных в космических источниках и Солнцем. Пучки ионов проходят через транспортный туннель длиной 100 м (328 футов) в экранированный целевой зал площадью 37 м ² (400 квадратных футов). Там они поражают цель, которой может быть биологический образец или защитный материал. ^[27] В исследовании НАСА 2002 года было установлено, что материалы с высоким содержанием водорода, такие как полиэтилен , могут снижать первичное и вторичное излучение в большей степени, чем металлы, такие как алюминий. ^[28] Проблема этого метода «пассивного экранирования» заключается в том, что радиационные взаимодействия в материале генерируют вторичное излучение.

Активное экранирование, то есть использование магнитов, высокого напряжения или искусственных магнитосфер для замедления или отклонения излучения, считается потенциально возможным способом борьбы с радиацией. Пока стоимость оборудования, мощность и вес средств активной защиты перевешивают их преимущества. Например, для оборудования с активным излучением потребуется жилой объем для его размещения, а магнитные и электростатические конфигурации часто не являются однородными по интенсивности, что позволяет частицам высокой энергии проникать в магнитные и электрические поля из частей с низкой интенсивностью, таких как выступы в диполярных полях. магнитное поле Земли. По состоянию на 2012 год НАСА проводит исследования в области сверхпроводящей магнитной архитектуры для потенциальных приложений активной защиты. ^[29]

Ранние радиационные опасности

Использование раннего рентгеновского аппарата с трубкой Крукса в 1896 году. Один мужчина рассматривает свою руку с помощью флюороскопа , чтобы оптимизировать излучение трубки, другой держит голову близко к трубке. Никаких мер предосторожности не предпринимается.

Памятник рентгеновским и радиевым мученикам всех народов установлен в 1936 году в больнице Святого Георга в Гамбурге в память о 359 первых работниках радиологии.

Опасность радиоактивности и радиации была осознана не сразу. Открытие рентгеновских лучей в 1895 году привело к широкому распространению экспериментов со стороны ученых, врачей и изобретателей. Многие люди начали рассказывать истории об ожогах, выпадении волос и других худших явлениях в технических журналах еще в 1896 году. В феврале того же года профессор Дэниел и доктор Дадли из Университета Вандербильта провели эксперимент, включающий рентгеновское исследование головы Дадли, в результате которого у него выпали волосы. . Сообщение доктора Х.Д. Хоукса, выпускника Колумбийского колледжа, о тяжелых ожогах рук и груди во время демонстрации рентгеновских снимков, было первым из многих других сообщений в журнале Electrical Review . ^[30]

Многие экспериментаторы, в том числе Элиху Томсон из лаборатории Томаса Эдисона , Уильям Дж. Мортон и Никола Тесла , также сообщали об ожогах. Элиху Томсон намеренно подвергал палец воздействию рентгеновской трубки в течение определенного периода времени и почувствовал боль, отек и образование волдырей. ^[31] Иногда в причинении ущерба обвиняли и другие воздействия, в том числе ультрафиолетовые лучи и озон. ^[32] Многие физики утверждали, что рентгеновское воздействие вообще не имело никаких последствий. ^[31]

Еще в 1902 году Уильям Герберт Роллинз почти в отчаянии писал, что его предупреждения об опасностях, связанных с небрежным использованием рентгеновских лучей, не были услышаны ни промышленностью, ни его коллегами. К этому времени Роллинз доказал, что рентгеновские лучи могут убить экспериментальных животных, вызвать аборт у беременной морской свинки и убить плод. ^{[33] [ собственный источник? Он} также подчеркнул, что «животные различаются по восприимчивости к внешнему действию рентгеновского света» и предупредил, что эти различия следует учитывать при лечении пациентов с помощью рентгеновских лучей.

До того, как были известны биологические эффекты радиации, многие физики и корпорации начали продавать радиоактивные вещества в качестве патентованных лекарств в виде светящихся в темноте пигментов. Примерами могут служить радиевые клизмы и радийсодержащие воды для питья в качестве тонизирующих средств. Мария Кюри протестовала против такого лечения, предупреждая, что влияние радиации на организм человека недостаточно изучено. Позже Кюри умер от апластической анемии , вероятно, вызванной воздействием ионизирующей радиации. К 1930-м годам, после ряда случаев некроза костей и смерти энтузиастов радиевого лечения, радийсодержащие лекарственные средства были в значительной степени удалены с рынка ( радиоактивное шарлатанство ).

Смотрите также

• CBLB502 , «Протектан», разрабатываемый радиопротекторный препарат из-за его способности защищать клетки во время лучевой терапии .
• Ex-Rad — радиозащитный препарат Министерства обороны США , находящийся в стадии разработки.
• Физика здоровья
• Угроза здоровью от космических лучей
• Международная ассоциация радиационной защиты – (IRPA). Международная организация, занимающаяся продвижением науки и практики радиационной защиты.
• Радиационное хранилище Юноны
• Неионизирующее излучение
• Ядерная безопасность
• Йодистый калий
• Радиационный мониторинг
• Конвенция о радиационной защите, 1960 г.
• Отчеты Европейского Союза по радиационной защите
• Радиобиология
• Радиационная защита пациентов
• Радиорезистентность
• Общество радиологической защиты – главный орган Великобритании, занимающийся продвижением науки и практики радиационной защиты. Это британская национальная дочерняя организация IRPA.
• Научный комитет ООН по действию атомной радиации

Рекомендации

1. Глоссарий МАГАТЭ по безопасности — проект редакции 2016 г.
2. МКРЗ. Отчет 103 . п.п. 29.
3. МКРЗ. «Отчет 103»: Раздел 6. {{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь )
4. МКРЗ. «Отчет 103»: п. 253. {{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь )
5. МКРЗ. «Отчет 103»: п. 274. {{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь )
6. МКРЗ. «Отчет 103»: п. 284. {{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь )
7. МКРЗ. «Отчет 103»: Введение. {{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь )
8. «Биологический щит». Комиссия по ядерному регулированию США . Проверено 13 августа 2010 г.
9. Вентури Себастьяно (2022). «Профилактика ядерного поражения щитовидной железы, поджелудочной железы и других органов радионуклидами йода и цезия». Ювенис Саентия . 8 (2): 5–14. doi : 10.32415/jscientia_2022_8_2_5-14 . S2CID  250392484.
10. МКРЗ. «Отчет 103»: Таблица 8, раздел 6.5. {{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь )
11. МКРЗ, Международная комиссия по радиологической защите. «Пределы дозы». ICRPedia . МКРЗ. Архивировано из оригинала 1 октября 2018 года . Проверено 2 ноября 2017 г.
12. Это формулировка, использованная национальным регулирующим органом, который придумал этот термин, в свою очередь, полученный из его соответствующего законодательства: Здоровье и безопасность на работе и т. д. Закон 1974 года : «Управление рисками: краткий обзор ALARP». Лондон: Управление по охране труда и технике безопасности . Архивировано из оригинала 3 февраля 2011 года . Проверено 13 февраля 2011 г.«ALARP» — сокращение от «настолько низкий, насколько это практически осуществимо».
13. Бреннер DJ, Холл EJ (ноябрь 2007 г.). «Компьютерная томография – растущий источник радиационного облучения» (PDF) . Н. англ. Дж. Мед . 357 (22): 2277–84. дои : 10.1056/NEJMra072149. PMID  18046031. S2CID  2760372. Архивировано (PDF) из оригинала 4 марта 2016 г.
14. Уэйтс, Эрик (10 октября 2008 г.). Электронная книга «Рентгенография и радиология для стоматологов». Elsevier Науки о здоровье. п. 25. ISBN 978-0-7020-4799-2.
15. Семелка RC, Армао DM, Элиас Дж, Худа В (май 2007 г.). «Стратегии визуализации для снижения риска радиации при КТ-исследованиях, включая выборочную замену МРТ». J-магнитно-резонансная томография . 25 (5): 900–9. дои : 10.1002/jmri.20895 . PMID  17457809. S2CID  5788891.
16. Достижения в области киловольтной дозиметрии рентгеновского луча, проведенные Hill et al., http://iopscience.iop.org/0031-9155/59/6/R183/article.
17. Секо, Жоао; Класи, Бен; Партридж, Майк (октябрь 2014 г.). «Обзор характеристик детекторов радиации для дозиметрии и визуализации». Физика в медицине и биологии . 59 (20): Р303–Р347. Бибкод : 2014PMB....59R.303S. дои : 10.1088/0031-9155/59/20/R303. PMID  25229250. S2CID  4393848.
18. Вентилятор, туалет; и другие. (1996). «Аспекты экранирования спутниковой микроэлектроники». Транзакции IEEE по ядерной науке . 43 (6): 2790–2796. Бибкод : 1996ITNS...43.2790F. дои : 10.1109/23.556868.
19. Смит, DM; и другие. (2002). «Спектрометр РХЕССИ». Солнечная физика . 210 (1): 33–60. Бибкод : 2002SoPh..210...33S. дои : 10.1023/А: 1022400716414. S2CID  122624882.
20. Пиа, Мария Грация; и другие. (2009). «Моделирование PIXE с помощью Geant4». Транзакции IEEE по ядерной науке . 56 (6): 3614–3649. Бибкод : 2009ITNS...56.3614P. дои : 10.1109/TNS.2009.2033993. S2CID  41649806.
21. «Такого сайта нет | Хостинг UM WP» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 20 февраля 2006 г. Проверено 15 декабря 2005 г.
22. Историческое использование тория в Хэнфорде. Архивировано 12 мая 2013 г. в Wayback Machine.
23. «Средства индивидуальной защиты (СИЗ) в случае радиационной аварийной ситуации - Медицинское управление в случае радиационной аварийной ситуации» . www.remm.nlm.gov . Архивировано из оригинала 21 июня 2018 г. Проверено 21 июня 2018 г.
24. «Радиационная защита персонала при управлении тяжелыми авариями» (PDF) . Организация экономического сотрудничества и развития (ОЭСР) и Агентство по ядерной энергии (АЯЭ) .
25. Руководство по передовой практике оперативного мониторинга «Выбор уровней сигнализации для мониторов выхода персонала», декабрь 2009 г. - Национальная физическая лаборатория, Теддингтон, Великобритания [1]
26. [2] Архивировано 30 июля 2018 г. на сайте Wayback Machine Selection, использование и обслуживание портативных инструментов мониторинга. Великобритания, НИУ ВШЭ
27. «За кулисами - Лаборатория космической радиации НАСА» . НАСА . 2003. Архивировано из оригинала 30 октября 2004 г. Проверено 25 июля 2012 г.
28. «Понимание космического излучения» (PDF) . Космический центр Линдона Б. Джонсона . НАСА. Октябрь 2002 г. Архивировано из оригинала (PDF) 30 октября 2004 г. Проверено 25 июля 2012 г. ФС-2002-10-080-ОАО
29. «Радиационная защита и архитектура с использованием высокотемпературных сверхпроводящих магнитов». Космический центр НАСА имени Джонсона . Шейн Вестовер. 2012 . Проверено 28 апреля 2014 г.
30. Сансаре, К.; Ханна, В.; Карджодкар, Ф. (2011). «Ранние жертвы рентгеновских лучей: дань уважения и современное восприятие». Челюстно-челюстно-лицевая радиология . 40 (2): 123–125. дои : 10.1259/dmfr/73488299. ISSN  0250-832X. ПМК 3520298 . ПМИД  21239576. 
31. «Рональд Л. Катерн и Пол Л. Цимер, первые пятьдесят лет радиационной защиты, Physics.isu.edu». Архивировано из оригинала 12 сентября 2017 г. Проверено 6 октября 2014 г.
32. Грабак, М.; Падован, РС; Кралик, М.; Озретич, Д.; Потоцкий, К. (июль 2008 г.). «Никола Тесла и открытие рентгеновских лучей». Радиографика . 28 (4): 1189–92. дои : 10.1148/rg.284075206 . ПМИД  18635636.
33. Джефф Меггитт (2008), Укрощение лучей - история радиации и защиты. , Lulu.com , ISBN 978-1-4092-4667-1^{[ самостоятельный источник ]}

Примечания

• Управление радиационной защиты Гарвардского университета Предоставление рекомендаций по радиационной безопасности Гарвардскому университету и дочерним учреждениям.
• Журнал явлений твердого тела Тара Ахмади, Использование полудипольного магнитного поля для радиационной защиты космических аппаратов.

Внешние ссылки

• [3] - «Запутанный мир радиационной дозиметрии» - М.А. Бойд, Агентство по охране окружающей среды США. Отчет о хронологических различиях между дозиметрическими системами США и МКРЗ.
• «Уменьшение вдвое толщины различных материалов». Руководство Compass DeRose по готовности к чрезвычайным ситуациям — усиленные убежища. Архивировано из оригинала 22 января 2018 г. Проверено 17 октября 2009 г.