Радиационные дозы ионизирующих излучений и нормирование в области радиационной безопасности

Как было указано в предыдущих разделах, естественные и искусственные источники радиации создают радиационный фон. Однако опасен не сам фон, а доза полученного облучения. Дозой называется порция энергии, переданная ионизирующим излучением веществу.

Существует ряд специальных показателей для оценки излучения. Основным количественным показателем является поглощенная доза. Это отношение средней энергии (ΔЕ), переданной ионизирующим излучением веществу, к массе (Δm) вещества в единицу объема:

В системе СИ в качестве единицы поглощенной дозы принят грей (Гр), в честь английского физика и радиобиолога С. Грея. 1 Гр соответствует поглощению в среднем 1 Дж энергии ионизирующего излучения в массе вещества, равной 1 кг. 1 Гр = 1 Дж/кг. В качестве внесистемной единицы в практической дозиметрии до настоящего времени используется единица поглощенной дозы – рад.

1 рад = 100 эрг/г = 10^-2 Дж/кг = 10^-2 Гр. 1 Гр = 100 рад

До последнего времени в качестве характеристики поля фотонного излучения при его воздействии на среду использовали экспозиционную дозу (Д_э), которая определяет ионизационную способность только рентгеновского и гамма-излучений в единственном веществе – в воздухе. Экспозиционная доза фотонного излучения – это отношение суммарного заряда ΔQ всех ионов одного знака в воздухе при полном торможении электронов и позитронов, которые были образованы фотонами в элементарном объеме воздуха, к массе Δm воздуха в этом объеме:

Единицей экспозиционной дозы в системе СИ является кулон на 1 кг воздуха. Внесистемной единицей экспозиционной дозы является рентген (Р). Один рентген – это такая доза рентгеновского или гамма-излучения, при которой в 1 см³сухого воздуха при t = 0°С и давлении 760 мм. рт. ст. (10⁵ Па) образуется 2,083 млрд. пар ионов. 1P = 2,58 × 10^-4 Кл/кг.

Если организм подвергается воздействию различных видов излучения, применяется понятие эквивалентной (биологической) дозы. Она введена в связи с тем, что различные виды излучений при равных затратах энергии на ионизацию производят различное биологическое воздействие. Эквивалентная доза определяется как произведение поглощенной дозы данного вида излучения на коэффициент качества ионизирующего излучения в биологической ткани стандартного человека:

Таким образом, коэффициент качества показывает, во сколько раз эффективность биологического воздействия данного вида излучения больше эффективности биологического воздействия гамма-излучения при одинаковой поглощенной дозе в тканях. Приняты следующие значения КК: для рентгеновского, гамма- и бета-излучения – 1, для протонов и нейтронов с энергией до 10 МэВ – 10, для альфа-излучения – 20. Для смешанного излучения эквивалентная доза определяется как произведение поглощенных доз отдельных видов излучения Д_ni на соответствующие коэффициенты качества КК_i:

Эквивалентная доза в международной системе единиц измеряется в зивертах (Зв) в честь известного физика Зиверта, внесшего значительный вклад в метрологию количественного измерения радиации. Внесистемная единица – бэр (биологический эквивалент рентгена). 1 бэр –это доза излучения (любого вида), действие которой на ткани любого организма эквивалентно действию 1 рентгена гамма-излучения: 1 бэр = 1P, 1 Зв = 100 бэр.

Степень зараженности местности радиоактивными веществами характеризуется мощностью экспозиционной дозы (уровнем радиации) и обозначается буквой Р. Уровень радиации или мощность дозы показывает, какую дозу может получить человек в единицу времени. Внесистемной единицей мощности экспозиционной дозы является рентген в час (Р/ч) или в секунду (Р/с), а в системе СИ – кулон на килограмм в секунду (Кл/кг×с). Внесистемной единицей мощности поглощенной дозы является рад/ч, рад/с, а в системе СИ – грей в секунду (Гр/с). Местность считается зараженной и требуется применить средства защиты, если уровень радиации, измеренный на высоте 0,7–1 м от поверхности земли, составляет 60 мкР/ч в мирное время и 0,5 Р/ч – в военное. Мощность эквивалентной дозы в системе СИ – Зв/ч, внесистемная – 1 бэр/ч.

Таким образом, опасность радиационного излучения определяется дозой полученного ионизирующего излучения. В Российской Федерации за последние годы разработана система основ радиационной безопасности. Основными правовыми нормативными документами в этой области являются: Федеральный закон «О радиационной безопасности населения» от 5 декабря 1995 г., «Нормы радиационной безопасности» (НРБ - 99).

В указанном законе радиационная безопасность населения определена как состояние защищенности настоящего и будущего поколений людей от вредного для их здоровья воздействия ионизирующего излучения. Здесь же введено понятие эффективной дозы. Это величина воздействия ионизирующего излучения, используемая как мера риска возникновения отдаленных последствий облучения организма человека и отдельных его органов с учетом их радиочувствительности.

В законе изложены основные принципы обеспечения радиационной безопасности (нормирования, обоснования, оптимизации), перечислены мероприятия по обеспечению радиационной безопасности, определены полномочия Российской Федерации и субъектов РФ в этой области, установлен порядок контроля за радиационной безопасностью, лицензирования деятельности в области обращения с источниками ионизирующего излучения, обеспечения радиационной безопасности при радиационной аварии, изложены права и обязанности граждан в области радиационной безопасности. Федеральный закон вводит также государственное нормирование в области обеспечения радиационной безопасности.

Нормы радиационной безопасности основаны на следующих принципах:

- не превышение установленного основного дозового предела;

- исключение всякого необоснованного облучения;

- снижение дозы излучения до возможного низкого уровня.

Нормы радиационной безопасности устанавливают основные дозовые пределы, предельно допустимые концентрации радиоактивных веществ в воздухе рабочих помещений и в атмосферном воздухе, в воде открытых водоемов, допустимое содержание радионуклидов в критических органах, допустимое годовое поступление радионуклидов через органы дыхания и пищеварения.

Устанавливаются следующие основные гигиенические нормативы (допустимые пределы доз) облучения на территории Российской Федерации в результате использования источников ионизирующего излучения:

- для населения средняя годовая эффективная доза равна 0,001 Зв или эффективная доза за период жизни (70 лет) – 0,07 Зв; в отдельные годы допустимы большие значения эффективной дозы при условии, что средняя годовая эффективная доза, исчисленная за пять последовательных лет, не превысит 0,001 Зв;

- для работников, т.е. лиц, которые непосредственно работают с источниками ионизирующих излучений, средняя годовая эффективная доза равна 0,02 Зв или эффективная доза за период трудовой деятельности (50 лет) – 1 Зв; допустимо излучение в годовой эффективной дозе до 0,05 Зв при условии, что средняя годовая эффективная доза, исчисленная за пять последовательных лет, не превысит 0,02 Зв.

Регламентируемые значения основных пределов доз не включают в себя дозы, создаваемые естественным радиационным и техногенно измененным радиационным фоном, а также дозы, получаемые гражданами (пациентами) при проведении медицинских рентгенорадиологических процедур и лечения.

В случае радиационных аварий допускается облучение, превышающее установленные основные гигиенические нормативы (допустимые пределы доз), в течение определенного промежутка времени и в пределах, определенных санитарными нормами и правилами.