Радиационная безопасность: основные понятия и определения

Атомная энергия широко применяется в большинстве отраслей промышленности. Контроль качества изделий, производящийся без их разрушения, может быть успешно осуществлен при использовании данного вида энергии. Получение новых полимеров, определение структуры и дефектов сплавов, исследование смазочных материалов в трущихся частях машин, холодная стерилизация перевязочных материалов и лекарственных средств, анализ жидких и газовых сред осуществляется с наибольшим успехом при непосредственном участии ядерной энергии.

Атомная энергия может быть переработана в другие виды, например, в электрическую (АЭС), энергию движения ледоколов или подводных лодок. Благодаря наличию ядерного реактора на борту ледокола имеется возможность круглогодичного плавания и, следовательно, навигации в северных широтах без частых дозаправок природным топливом [1].

Радиационная безопасность - новая научно практическая дисциплина, возникшая с момента создания атомной промышленности, решающая комплекс теоретических и практических задач, связанных с уменьшением возможности возникновения аварийных ситуаций и несчастных случаев на радиационно-опасных объектах. Ниже освящается весь комплекс задач, стоящих перед радиационной безопасностью.

Первой задачей радиационной безопасности является разработка критериев:

а) для оценки ионизирующего излучения как вредного фактора воздействия на отдельных людей, популяцию в целом и объекты окружающей среды;

б) способов оценки и прогнозирования радиационной обстановки, а также путей приведения ее в соответствие с выработанными критериями безопасности на основе создания комплекса технических, медико-санитарных и административно-организационных мероприятий, направленных на обеспечение безопасности в условиях применения атомной энергии в сфере человеческой деятельности.

Атом можно представить как систему, содержащую положительно заряженное ядро и отрицательно заряженные электроны, которые вращаются вокруг ядра.

Ядро является центральным ядром атома и состоит из двух типов частиц: протонов с положительным зарядом и нейтронов с нейтральным зарядом. Каждая из этих частиц имеет массу примерно одну атомную единицу массы (АМЕ). (1 AMU = 1,66E-24 г)

Электроны окружают ядро на орбиталях разной энергии. (Проще говоря, чем дальше электрон от ядра, тем меньше энергии требуется, чтобы освободить его от атома.) Электроны очень легкие по сравнению с протонами и нейтронами. Каждый электрон имеет массу примерно 5,5E-4 AMU.

Нуклид - это атом, описываемый его атомным номером (Z) и его массовым числом (A). Число Z равно заряду (числу протонов) в ядре, который является характеристикой элемента. Число A равно общему количеству протонов и нейтронов в ядре. Нуклиды с одинаковым числом протонов, но с разным числом нейтронов называются изотопами. Например, дейтерий (2,1H) и тритий (3,1H) являются изотопами водорода с массовыми числами два и три соответственно. Существует порядка 200 стабильных нуклидов и более 1100 нестабильных (радиоактивных) нуклидов. Радиоактивные нуклиды обычно можно охарактеризовать как те, которые имеют избыток или недостаток нейтронов в ядре.

Радиоактивные нуклиды (также называемые радионуклидами) могут восстановить стабильность в результате ядерного преобразования (радиоактивного распада), испуская при этом излучение. Испускаемое излучение может быть твердым, электромагнитным или и тем, и другим. Ниже показаны различные типы излучения и примеры распада.

АЛЬФА (а)

Альфа-частицы имеют массу и заряд, равные ядрам гелия (2 протона + 2 нейтрона). Альфа-частицы испускаются при распаде некоторых очень тяжелых нуклидов (Z> 83).

226,88Ra -> 222,86Rn + 4,2a

БЕТА (B-, B +).

Рентгеновские лучи - это фотоны, испускаемые во время переходов энергетических уровней орбитальных электронов.

Тормозное рентгеновское излучение (тормозное излучение) излучается, когда энергичные электроны (бета) замедляются при прохождении вблизи ядра. Тормозное излучение необходимо учитывать при использовании большой активности бета-излучателей с высокой энергией, таких как P-32 и Sr-90.

В зависимости от типа испускаемого излучения распад радионуклида можно описать следующими характеристиками.

ПЕРИОД ПОЛУРАСПАДА

Период полураспада радионуклида - это время, необходимое для распада половины совокупности атомов этого нуклида. Распад - это случайный процесс, который следует экспоненциальной кривой. Количество радиоактивных ядер, оставшихся по прошествии времени (t), определяется как:

N (t) = N (0) x exp (-0,693 т / т)

куда

N (0) = исходное количество атомов

N (t) = количество, оставшееся на момент t

t = время затухания

T = период полураспада.

ПОГЛОЩЕНИЕ ЭНЕРГИИ

Передача энергии от испускаемой частицы или фотона к поглощающей среде имеет несколько механизмов. Эти механизмы приводят к ионизации и возбуждению атомов или молекул в поглотителе. Переданная энергия в конечном итоге рассеивается в виде тепла.

Ионизация - это удаление орбитального электрона из атома или молекулы с образованием положительно заряженного иона. Чтобы вызвать ионизацию, излучение должно передать электрону достаточно энергии, чтобы преодолеть силу связи на электроне. Выброс электрона из молекулы может вызвать диссоциацию молекулы.

Возбуждение - это передача энергии орбитальному электрону, переводящая атом или молекулу из основного состояния в возбужденное состояние.

АЛЬФА-ЧАСТИЦЫ

Взаимодействия между электрическим полем альфа и орбитальных электронов в поглотителе вызывают события ионизации и возбуждения. Из-за своего двойного заряда и низкой скорости (из-за большой массы) альфа-частицы теряют свою энергию на относительно коротком расстоянии. Один альфа вызовет десятки тысяч ионизаций на сантиметр воздуха. Дальность действия наиболее энергичных альфа-частиц в воздухе обычно составляет около 10 сантиметров (4 дюймов). В более плотных материалах диапазон намного меньше. Альфа-частицы легко задерживаются листом бумаги или защитными (мертвыми) слоями кожи.

ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Деятельность

Активность - это скорость распада (распад / время) данного количества радиоактивного материала.

Доза

Доза - это мера энергии, выделяемой излучением в материале, или относительного биологического повреждения, вызванного этим количеством энергии с учетом природы излучения.

Экспозиция

Воздействие - это мера ионизации воздуха рентгеновским или гамма-излучением. Термин «воздействие» (с его «нормальным» определением) иногда используется для обозначения дозы. (например, «Он получил радиационное облучение в руку»).