5. Защита от ионизирующих излучений

Тема 5. Защита от ионизирующих излучений.

Воздействие ионизирующих излучений на человека.

Ионизирующее излучение



Ионные пары



Разрыв молекулярных соединений

(свободные радикалы).



Биологический эффект

Радиоактивность - самораспад атомных ядер, сопровождающийся излучением гамма-квантов, выбрасыванием - и -частиц. При ежедневной длительности (несколько месяцев или лет) облучения в дозах превышающих ПДД, у человека развивается хроническая лучевая болезнь ( 1 стадия - функциональное нарушение центральной нервной системы, повышенная утомляемость, головные боли, снижение аппетита). При однократном облучении всего тела высокими дозами (>100 бэр) развивается острая лучевая болезнь. Доза 400-600 бэр - возникает смерть у 50% облученных. Первичный этап воздействия на человека - ионизация живой ткани , молекул йода. Ионизация приводит к разрыву молекулярных соединений. Образуются свободные радикалы ( H, OH), которые вступают в реакции с другими молекулами, что разрушает тело, нарушает работу нервной системы. Радиоактивные вещества накапливаются в организме. Выводятся они крайне медленно. В дальнейшем возникает острая или хроническая лучевая болезнь, лучевой ожог. Отдаленные последствия - лучевая катаракта глаз, злокачественная опухоль, генетические последствия. Естественный фон ( космическое излучение и излучение радиоактивных веществ в атмосфере, на земле, в воде). Мощность эквивалентной дозы 0,36 - 1,8 мЗв/год, что соответствует мощности экспозиционной дозы 40-200 мР/год. Рентгеновские снимки: черепа - 0,8 - 6 Р; позвоночника - 1,6 - 14,7 Р; легких (флюорография) - 0,2 - 0,5 Р; рентгеноскопия - 4,7 - 19,5 Р; желудочно-кишечного тракта - 12,82 Р ; зубов -3-5 Р.

Различные виды облучения не одинаково воздействуют на живую ткань. Воздействие оценивают по глубине проникновения и количеству пар ионов , образующихся на одном см пути частицы или луча. - и -частицы проникают лишь в поверхностный слой тела, - на несколько десятков мкм и образует несколько десятков тысяч пар ионов на пути одного см. - на 2,5 см и образуют несколько десятков пар ионов на пути 1 см. Рентгеновское и  - излучение обладает большой проникающей способностью и малым ионизирующим действием.  - кванты, рентгеновское, нейтронное излучение с образованием ядер отдачи и вторичным излучением. При равных поглощенных дозах Д_погл разные виды излучения вызывают не одинаковый биологический эффект. Это учитывается эквивалентной дозой

Д_экв = Д_погл * К_i , 1 Кл./кг =3,876 * 10³ Р

i=1

где Д_погл - поглощенная доза разных излучений, рад;

К_i - коэф качества излучения.

Излучения	К_i
поток ядер гелия , 	20
поток электронов или позитронов, 	1
электромагнитное излучение f =10²⁰ -10²² Гц, 	1
поток незаряженных частиц нейтроны	10
электромагнитное f =10¹⁷ -10¹⁹ Гц, рентгеновское излучение	1

Экспозиционная доза Х - применяется для характеристики источника излучения по ионизирующей способности ед измерения кулон на кг (Кл/кг). Дозе 1 Р соответствует образование 2,083 * 10⁹ пар ионов на 1 см³ воздуха 1 Р = 2,58 * 10^-4 Кл/кг.

Единицей измерения эквивалентной дозы излучения является зиверт (ЗВ) спец единица экв дозы биологический эквивалент рентгена (БЭР) 1 ЗВ = 100 бэр. 1 бэр - доза эквивалентного излучения, которое создает такое же биологическое порождение как и 1 рад рентгеновсокого или  - излучения ( 1 бэр = 0,01Дж/кг ), рад - внесистемная ед поглощенной дозы соответствует энергии 100 эрг поглощенной веществом массой 1г. ( 1 рад = 0,01Дж/кг =2,388 * 10^-6 кал/г) Единица поглощенной дозы (СИ) - Грей - характеризует поглощенную энергию в 1 Дж на массу в 1кг облученного вещества ( 1 Грей = 100 рад).
Нормирование ионизирующих облучений
Согласно нормам радиационной безопасности (НРБ- 76) для ч. установлены предельно допустимые дозы облучения (ПДД). ПДД - это годовая доза облучения, которая при равномерном накоплении в течении 50 лет не вызовет неблагоприятных изменений здоровья облучаемого и его потомства.

Нормами установлены 3 категории облучения :

А - облучение лиц работающих с источниками радиоактивных излучений( персонал АЭС );

Б - облучение лиц работающих в соседних помещениях ( ограниченная часть населения);

В - облучение населения всех возрастов.
Значения ПДД облучения (сверх естественного фона)

Категория лиц/внешнее облучение всего организма	бэр/нед	бэр/год
А	0,1	5
Б	0,01	0,5
В	0,001	0,05

Однократная доза внешнего облучения допускается равной 3 бэр в квартал при условии, что годовая доза не привысит 5 бэр. В любом случае доза накопленная к 30 годам не должна превышать 12 ПДД т.е. 60 бэр.

Естественный фон на земле - 0,1 бэр/год ( от 00,36 до 0,18 бэр/год).
Контроль облучения (службой радиационной безопасности или спец работником).

Осуществляют систематическим измерением доз ионизирующих излучений источников на рабочих местах.

Приборы дозиметрического контроля основаны на ионизационном сцинтиляционном и фотографическом методах регистрации.

Ионизационный метод - основан на способности газов под действием радиоактивных излучений становится электропроводными( за счет образования ионов).

Сцинтиляционный метод - основан на способности некоторых люминисцирующих вешеств, кристалло, газов испускать вспышки видимого света при поглощении радиоактивного излучения (фосфор, флуор, люминофор).

Фотографический метод - основан на воздействии рдоактивного излучения на фотоэмульсию ( почернение фотопленки).

Приборы: КПД - 6 (карманный инд дозиметр 0,02-0,2Р);

Счетчики Гейгера(0,2-2Р).

Радиоактивность - самопроизвольное превращение неустойчивых атомных ядер в ядра др элементов, сопроваждающиеся испусканием ядерных излучений.

Известны 4 типа радиоактивности: альфа - распад, бета - распад, спонтанное деление атомных ядер, протонная радиоактивность.

Для измерения мощности экспозиционной дозы : ДРГ-0,1; ДРГ3-0,2;СГД-1

Дозиметры экспозиционной дозы накопительного типа : ИФК-2,3; ИФК-2,3М; КИД -2; ТДП - 2.

Защита от ионизирующих излучений
Р изл-я поглощает любой материал, но в различной степени. Используют следующие материалы:

Для защиты от нейтронного излучения применяют материалы содержащие водород ( вода, парафины), а также бериллий, графит и др.

 - частицы : ткань, листовой алюминий; длинна пробега  - частиц в воздухе 2,6 - 2,8 см;

 - частицы : алюминий, плексиглас, слой воздуха в несколько метров; максимальный пробег в воздухе 1,8 м, в живых тканях 2,5 см.

 - излучения : свинец, вольфрам, чугун, сталь, бетон, т е материалы с большим атомным номером элементов и высокой плотностью.

Доза за экраном с учетом рассеяния излучения экраном ( превращения в широкий пучок ):

Д_погл = f * Х где : для воздуха f = 0,88

для живой ткани f = (Мат/т)/ (Мав/в), f = 0,9 - 4 в среднем f = 0,94 для мышц.

Х_{за экр} = Х ₀ * е^-^ ^*^d * В где  - линейный коэф ослабления (см ^-1),

Х ₀ - экспозиционная доза созд источником у экрана (Р),

d - толщина экрана ( см ),

В -фактор накопления, находят из таблицы, учитывает наличие рассеянного излучения после экрана.

Для точечного источника экспозиционная доза излучения на рабочем месте при отсутствии поглотителя ( экрана):

Х₀ = (Q*K_ * t)/ x² , Р где Q - активность изотопа (мКи) - единицы измерения Беккерель (Бк) 1 Бк = 1 ядерному превращению в секунду, 1 Ки = 3,7 * 10¹⁰ Бк.

T - время работы с радиоактивным веществом в течении недели (Ч).

K_ - гамма - постоянная изотопа ( Р *см² / мКи * ч ), К ~ 0.09 -19 ( см табл 13 стр 232 Юдин).

x - расстояние от источника до рабочей зоны (см).
Принимая Х _{за экр} = Х _доп - предельно допустимую дозу в раб зоне можно рассчитать толщину экрана ( а если без него, то необходимую защиту временем и расстоянием).

К_осл = Х₀ / Х_доп = е ^^*d / В

На практике толщину экрана необходимую для ослабления интенсивности потока в любое число раз (1/2, 1/10 ,1/20 ), определяют по номограммам.

Если без экрана, то принимая Х₀= Х_доп(Р)

(X_доп * x² )/(Q* K_ )  t, (ч) защита временем

x   (Q * K_ * t)/ X_доп, (см) защита расстоянием

К_осл 1

10⁶					2
10⁵
10⁴					3
10³
10²					4
10

5 10 15 20 25 d, см

1-свинец

бетон
железо
???

Мощность экспозиционной дозы по НРБ-76, мР/ч

В помещениях постоянного пребывания при 6-ти час раб дне	1,4
Соседнее помещение с людьми, не связанными непосред- -ственно с работой с радиоактивными веществами	0,12

По НРБ -76 в помещениях пост пребывания персонала допуст мощность экспозиционной дозы :

W _доп= 1,4 мР/ч.

Активность изотопа в источнике ( распадов в секунду ) с^-1. Интенсивность излучения (Ватт на м²). Доза излучения (поглощенная доза) джоуль на кг.
Защита от рентгеновского излучения
Обладает большой проницаемостью и ионизирующей способностью. Защита также осуществляется экранами, временем и расстоянием.

Толщина экрана определяется необходимой степенью ослабления мощности дозы излучения за экраном

P_доп= P₀ * e^-^ ^d *B, где P₀ - мощность экспозиционной дозы излучения при отсутствии экрана, р/с;

 - линейный коэффициент ослабления см^-1

_ист Р₀ Р_доп

х

d

Р₀ = Р_ист/ х² = (к * I U² * z)/ х² , (р/с)

Р_ист = мощность экспозиционной дозы источника (р/с);

z - атомный номер материала анода;

к - коэфф. пропорциональности, к  0,44 * 10^-6

Источник - электровакуумный аппарат. Напряжение U = 30-800 кВ, ток анода I= десятки мА.

Отсюда толшина экрана :

d = 1/ * ln ((P₀/P_доп)*B)

На основании выражения построены номонограммы которые позволяют для необходимой кратности ослабления и заданного напряжения определять толщину экрана из свинца.

К_осл = P₀/P_доп по К _осл и U -> d

к = I*t*100/36*x² P_доп

I - (мА)- ток в рентгеновской трубке

t (ч) в нед.

P_доп - (мР/нед).

Для быстрых нейтронов с энерг. < 100 МэВ интенсивность нейтронного потока на расстоянии х.

J_x=J₀/4x² где J₀- абсолютный выход неитронов в 1 сек.

Защита водой или парафином (из-за больш. колич. водорода)

Контейнеры для хранения и транспортировки - из смеси парафина с каким - либо веществом, сильно поглощающим медленные нейтроны (напр различные соединения бора).

Способы и средства защиты от радиоактивных излучений.

Радиоактивные вещества как потенциальные источники внутреннего облучения по степени опасности разделяют на 4 группы - А,Б,В,Г (в убывающем порядке по степени опасности).

Установлены “ Основными санитарными правилами работы с радиоактивными веществами и источниками ионизирующих излучений” - ОСП -72. Все работы с открытыми радиоактивными веществами разделяются на 3 класса ( см табл). Сп и ср-ва защиты для работ с открытыми радиоактивными в-ми установлены в зависимости от класса ( I,II,III) радиационной опасности работ с изотопами.
Активность препарата на рабочем месте мкКи

Класс опасности работ	А	Б	В	Г
I	> 10⁴	>10⁵	>10⁶	>10⁷
II	10 -10⁴	100-10⁵	10³ - 10⁶	10⁴ - 10⁷
III	0.1-1	1-100	10-10³	10²-10⁴

Работы с открытыми источниками класса I, II требуют специальных мер защиты и проводятся в отдельных изолированных помещениях. Не рассматриваются. Работы с источниками III класса проводятся в общих помещениях специально оборудованных местах. Для этих работ установлены следующие меры защиты:

1) На оболочке прибора мощность экспозиционной дозы должна быть 10 мр/ч;

На расстоянии 1 м от прибора мощность экспозиционной дозы  0,3 мр/ч;
Приборы помещаются в специальном защитном контейнере, в защитном кожухе;
Сокращают продолжительность работ;
Вывешивают знак радиационной опасности

Производство работ осуществляется по наряду, бригадой в составе 2 чел , с квалифик гр -4.
До работ допускаются лица старше 18 лет, специально обученные, медосмотры не реже 1 раза в 12 мес.
Применяются СИЗ: халаты, шапочки, из х.б. ткани, очки из стекла со свинцом, манипуляторы, инструмент.
Стены помещения окрашены масляной краской на высоту больше 2 метров, полы стойкие к моющим средствам.
В помещении - хранилище рад. в-в.

ТЕМА 6.

Эргономические основы ОТ.
В процессе труда на чел воздействуют психофизические факторы, физические нагрузки, среда обитания и др.

Изучением совокупного воздействия этих факторов, согласованием их с человеч-ми возможностями, оптимизацией условий труда занимается эргономика.

Расчет категории тяжести труда.

Тяжесть труда подразделена на 6 категорий в зависимости от изменения функционального состояния человека по сравнению с исходным состоянием покоя. Категория тяжести труда определяется медицинской оценкой или эргономическим расчетом (результаты близки).

Порядок расчета следующий:

- Составляется “ Карта условий труда на рабочем месте”, в которую заносят все биологически значимые показатели (факторы) условий труда с оценкой их по 6-ти бальной шкале. Оценка на основе норм и критериев. “Критерии для оценки условий труда по шестибальной системе”.

- Баллы рассматриваемых факторов k_i суммируют и находят усредненный балл:

k_{ср =} 1/n _i=1ⁿ k_i

- Определяют интегральный показатель воздействия на чел всех факторов:

k _ = 19.7 k_ср - 1.6 k_ср²

Показатель работоспособности:

k_работ= 100-((k _ - 15,6)/0,64)

-По интегральному показателю из табл находят категорию тяжести труда.

1 категория - оптимальные условия труда, т.е. такие, которые при систематическом и длит-м воздействии на чел обеспечивают нрм-е сост-е его организма. Опасные и вредные факторы отсутствуют. k _  18 Работосп выс отсутств функц сдвиги по медиц показ.

2 категория - условия труда допустимые, т.е. такие, которые могут вызывать временное ухудшение самочувствия чел . После отдыха состояние чел нормализуется. k _ =19,7-33.

3 категория - на грани допустимых. Если по расчету категория тяжести труда окажется выше 2 кат., то необходимо принимать техн-е решения по рационализации наиболее тяжелых факторов и доводить их до нормальных.

4 категория - отличающиеся от допустимых.

5 категория - резко отлич от допустимых.
Показатели, факторы и критерии оценки тяжести труда.
Показатели психофизиологической нагрузки: напряжение органов зрения, слуха, внимания, памяти; количество информации, проходящей через органы слуха, зрения.

Физическая работа оценивается по энергозатратам в Вт:

I категория - легкая работа(<172 Вт); IIа - средней тяжести (< 232 Вт); IIб - средней тяжести (< 293 Вт); III - тяжелая ( > 293 Вт).

Условия окруж среды (микроклимат, шум, вибрация, состав воздуха, освещение и др.). Оцениваются по нормам ГОСТов ССБТ.

Безопасность труда (электробезопасность, облучение, взрыво- и пожаробезопасность). Оцениваются по нормам ПТБ и ГОСТов ССБТ.

Информационная нагрузка оператора определяется следующим образом. Афферентные (операции без воздействия.), эфферентные (операции по управлению).

Определяется энтропия (т.е. количество информации, приходящейся на одно сообщение) каждого источника информации:

Hj = -  pi log₂ pi, бит/сигн.

i=1

где j - источников информации, в каждом по n сигналов(элементов);

Hj - энтропия одного (j- го) источника информации;

m - число групп с однотипными сигналами;

pi = k_i/n - вероятность i -го сигнала рассматриваемого источника информации;

 ki = n - число сигналов(элементов) от одного

источника информации;

ki - число повторений одноименных сигналов или однотипных элементов работы.

- Определяется энтропия всей системы

H_ =  Hj

j=1

число источников информации.

Допустимой энтропией информации считается 8-16 бит/сигн.

-Определяется расчетный поток информации

Фрасч = H_ * N/t,

где N - общее число сигналов (элементов) всей операции (системы);

t - длительность операции, сек.

- Проверяется условие Фмин  Фрасч  Фмакс, где Фмин =0,4 бит/сек, Фмакс = 3,2 бит/сек - наименьшееи наибольшее допустимые кол-ва информации обрабатываемые оператором.</172>