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 проглатыванием 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 «детерминистическими» 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 персональные 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.
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.
ICRP распознает плановые, аварийные и существующие ситуации облучения, как описано ниже; [3]
МКРЗ использует следующие общие принципы для всех ситуаций контролируемого облучения. [7]
Есть три фактора, которые контролируют количество или дозу радиации, полученной от источника. Радиационное воздействие можно контролировать с помощью комбинации этих факторов:
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:
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.
В случае попадания радиоактивных материалов в пищу и напитки для измерения концентрации таких материалов используются специальные лабораторные методы радиометрического анализа. [9]
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]
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 (излучение в единицу времени), а в примерах 5 и 6 – шкалу суммарной накопленной дозы.
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 , «Настолько низкий, насколько разумно достижимый» , 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. Они используют ионизирующее излучение , которое может вызвать рак, особенно у детей. [13] Когда лица, осуществляющие уход, следуют надлежащим показаниям к их использованию и безопасным для детей методам, а не методам для взрослых, можно предотвратить последующий рак. [13] [14]
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 сигнал тревоги, 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 , работники лабораторий, использующих радионуклиды , и 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: [15] [16]
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, практический 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%. [17] Он обычно используется в спутниковых детекторах частиц, предлагая несколько преимуществ:
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 . [18] [19]
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 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 .
Электромагнитное излучение состоит из излучений электромагнитных волн , свойства которых зависят от длины волны .
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 (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 широкого спектра источников. [22] Некоторые из этих стратегий, разработанных для защиты от внутреннего, внешнего и высокоэнергетического излучения, описаны ниже.
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)
Респиратор с электроприводом очистки воздуха (PAPR)
Респиратор с подачей воздуха (SAR)
Вспомогательный спасательный респиратор
Автономный дыхательный аппарат (SCBA)
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
Эквивалент уровня C: Бункерное снаряжение
Эквивалент уровня B — негазонепроницаемый герметизирующий костюм
Эквивалент уровня А — полностью герметизирующий костюм для защиты от химикатов и паров
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 радиационный синдром (ОЛС) , возникающий в результате необратимого повреждения 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 и предотвращает развитие кроветворного субсиндрома острого радиационного 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. [23]
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. Измерительные приборы радиационной защиты бывают как «установленные» (в фиксированном положении), так и переносные (ручные или переносные).
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 зоны «контролируемого загрязнения» 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. [24]
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 . [25] Здесь рассматриваются все технологии радиационных приборов и является полезным сравнительным руководством.
Ниже перечислен ряд часто используемых типов приборов обнаружения, которые используются как для стационарного, так и для обзорного мониторинга.
Для более полного описания каждого из них следует перейти по ссылкам.
В следующей таблице показаны основные величины и единицы измерения, связанные с радиацией.
Космические корабли, как роботизированные, так и пилотируемые, должны справляться с высокорадиационной средой космического пространства. Радиация, испускаемая Солнцем и другими галактическими источниками и попавшая в радиационные «пояса» , более опасна и в сотни раз интенсивнее, чем источники радиации, такие как медицинское рентгеновское излучение или обычное космическое излучение, обычно наблюдаемое на Земле. [26] 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. [26] 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. [27] 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. [28]
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 . [29]
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. [30] Иногда в причинении ущерба обвиняли и другие воздействия, в том числе ультрафиолетовые лучи и озон. [31] Многие физики утверждали, что рентгеновское воздействие вообще не имело никаких последствий. [30]
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. [32] [ 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 ).
{{cite journal}}
: Требуется цитировать журнал |journal=
( помощь ){{cite journal}}
: Требуется цитировать журнал |journal=
( помощь ){{cite journal}}
: Требуется цитировать журнал |journal=
( помощь ){{cite journal}}
: Требуется цитировать журнал |journal=
( помощь ){{cite journal}}
: Требуется цитировать журнал |journal=
( помощь ){{cite journal}}
: Требуется цитировать журнал |journal=
( помощь )«ALARP» — сокращение от «настолько низкий, насколько это практически осуществимо».
ФС-2002-10-080-ОАО