Защита от ионизирующих излучений (радиации)
Для защиты от ионизирующих излучений применяют следующие методы и средства:
- снижение активности (количества) радиоизотопа, с которым работает человек;
- увеличение расстояния от источника излучения;
- экранирование излучения с помощью экранов и биологических защит;
- применение средств индивидуальной защиты.
Для точечного изотропного источника (под точечным источником понимают источник, размеры которого значительно меньше расстояния, на котором рассматривается его действие; под изотропным источникам понимают источник одного радионуклидного состава с равномерно распределенной активностью) мощность поглощенной дозы (dD/dt) определяется формулой
- Гδ — керма-постоянная, Гр * м2 / (с * Бк) — постоянная для каждого радионуклида величина, значение которой можно найти в справочниках по радиационной безопасности;
- A(t) — активность источника, зависящая от времени, Бк;
- r — расстояние до источника, м.
Так как в соответствии с законом радиоактивного распада активность источника изменяется по времени в соответствии с формулой
- A0 — начальная активность, Бк;
- λ = ln 2/Т1/2 — постоянная распада радионуклида, с;
- T1/2 — период полураспада (время, в течение которого распадается половина атомов радионуклида), с, то
Таким образом, на основании анализа приведенной формулы можно сделать вывод, что защищаться от ионизирующих излучений можно путем уменьшения активности радиоактивного источника (А0), времени пребывания в поле ионизирующего из лучения (t) и удалением от источника излучения ®, причем поглощенная доза обратно пропорциональна квадрату расстояния.
Экранирование ионизирующего излучения
Если указанных мер защиты временем, расстоянием, количеством недостаточно для снижения уровня излучения до допустимых величин, между источником излучения и защищаемым объектом (человеком) устанавливают защиту (экраны). Мощность дозы уменьшается в экране по экспоненциальному закону:
D0— мощность поглощенной дозы перед экраном; μ,d1/2, d— соответственно линейный коэффициент ослабления, толщина половинного ослабления (толщина материала экрана, ослабляющая мощность излучения в 2 раза), толщина экрана. Значения μ, d1/2 зависят от вида и энергии излучения и материала экрана, их значения известны и содержатся в справочниках по радиационной безопасности.
Кроме указанных формул, обычно в инженерной практике для выбора типа и материала экрана, его толщины используют уже известные расчетно-экспериментальные данные по кратности ослабления излучений различных радионуклидов и энергий, представленные в виде таблиц или графических зависимостей. Примеры таких графических зависимостей представлены на рис. 1. Кратность ослабления К — это отношение мощности
дозыD0 перед экраном к мощности дозыD за экраном. Зная допустимую мощность дозы для защищаемого объекта и мощность источника излучения при отсутствии экрана, можно определить требуемую кратность ослабления К и, выбрав материал, по графикам определить его необходимую толщину.
Выбор материала защитного экрана определяется видом и энергией излучения.
Альфа-излучение. Альфа-частицы тяжелые, поэтому, обладая высокой ионизирующей способностью, быстро теряют свою энергию. Для защиты от альфа-излучения достаточно 10 см слоя воздуха. При близком расположении от альфа-источника обычно применяют экраны из органического стекла. Однако распад альфа-нуклида может сопровождаться бета- и гамма-излучением. В этом случае должна устанавливаться защита от этих видов излучений.
Бета-излучение. Для защиты от бета-излучения рекомендуется использовать материалы с малой атомной массой (алюминий, плексиглас, карболит), которые дают наименьшее тормозное гамма-излучение, обычно сопровождающее поглощение бета-частиц. Для комплексной защиты от бета- и тормозного гамма-излучения применяют комбинированные двух- и многослойные экраны, у которых со стороны источника излучения устанавливают экран из материала с малой атомной массой, а за ним — с большой атомной массой (свинец, сталь и т. д.).
Гамма- и рентгеновское излучение. Для защиты от гамма- и рентгеновского излучения, обладающих очень высокой проникающей способностью, применяют материалы с большой атомной массой и плотностью (свинец, вольфрам и пр.), а также сталь, железо, бетон, чугун, кирпич. Однако, чем меньше атомная масса вещества экрана и чем меньше плотность защитного материала, тем для обеспечения требуемой кратности ослабления необходима большая толщина экрана.
Рис. 1. Зависимость кратности ослабления y-излучения от толщины защитного экрана: из свинца: 1 — 192Ir; 2 — 137Cs; 3 — 60Со; из железа: 4 — 192Ir: 5 — 137Cs; 6 — 60Cо
Нейтронное излучение. Лучшими для защиты от нейтронного излучения являются водородосодержащие вещества, т. е. вещества, имеющие в своей химической структуре атомы водорода. Обычно применяют воду, парафин, полиэтилен. Кроме того, нейтронное излучение хорошо поглощается бором, бериллием, кадмием, графитом. Поскольку нейтронные излучения сопровождаются гамма-излучениями, необходимо применять многослойные экраны из различных материалов: свинец-полиэтилен, сталь-вода и т. д. В ряде случаев для одновременного поглощения нейтронного и гамма-излучений применяют водные растворы гидроокисей тяжелых металлов, например гидрооксида железа Fe2(OH)3.
Конструкции защитных устройств разнообразны, некоторые из них представлены на рис. 2. Они могут выполняться в виде защитных боксов, сейфов для хранения радиоактивных препаратов, передвижных и стационарных экранов. При выделении радиоактивной пыли и газов боксы снабжаются вытяжной вентиляцией.
Помещения, предназначенные для работы с радиоактивными препаратами, должны быть отдельными, изолированными от других помещений и специально оборудованными. Стены, потолки и двери делают гладкими, не имеющими пор и трещин. Все углы помещения закругляют для облегчения уборки помещения от радиоактивной пыли. Стены покрывают масляной краской на высоту 2 м, а при поступлении в воздушную среду помещения радиоактивных аэрозолей или паров как стены, так и потолки покрывают масляной краской полностью. Помещения оборудуют хорошей приточно-вытяжной вентиляцией, проводят ежедневную влажную уборку.
Защита от ионизирующих излучений
Защита от ионизирующих излучений состоит из комплекса организационных и технических мер. осуществляемых путем экранирования источников излучения или рабочих мест, удаления источника от рабочих мест, сокращения времени облучения.
К организационным мерам относятся:
- выбор радионуклидов с меньшим периодом полураспада;
- применение измерительных приборов большей точности:
- инструктажи с указанием порядка и правил проведения работ, обеспечивающих безопасность;
- применение специальных хранилищ для радиоактивных веществ;
- медицинский контроль за состоянием здоровья работающих. Технические меры защиты заключаются в экранировании источников излучения или рабочих мест, при помощи которого можно снизить облучение на рабочем месте до заданного значения (рис. 2, 3).
Альфа-частицы имеют небольшую длину пробега, поэтому слой воздуха в несколько сантиметров, одежда, резиновые перчатки являются достаточной защитой.
Для защиты от бета-излучений применяют материалы с небольшим атомным весом (плексиглас, алюминий). Для зашиты от бета- излучений высоких энергий этими материалами облицовывают экраны из свинца, так как при прохождении бета-частиц через вещество возникает тормозное излучение в виде рентгеновского излучения.
Рис. 2. Передвижной экран для защиты от радиоактивных излучений: 1 — смотровое окно; 2 — манипуляторы; 3 — шасси
Гамма-излучение и рентгеновское лучше всего поглощается материалами с большим атомным номером и высокой плотностью (свинец, вольфрам). Применяют и другие материалы: сталь, железо,бетон, чугун, кирпич и т.д. При этом чем меньше атомная масса вещества экрана и чем меньше плотность защитного материала, тем больше должна быть толщина экрана.
Рис. 3. Бокс защитный перчаточный на одно рабочее место: 1 — корпус бокса; 2 — перчатки; 3 — смотровое окно; 4 — тягонапоромер; 5 — вытяжной фильтр; Б — форкамера; 7 — подставка
Защитные экраны могут быть стационарными, передвижными, настольными, разборными.
В качестве технической меры зашиты может быть использована вытяжная вентиляция.
Средствами индивидуальной защиты от альфа- и бета-излучений являются индивидуальные защитные костюмы, изолирующие противогазы.
Средства индивидуальной защиты от ионизирующего излучения
Для защиты человека от внутреннего облучения при попадании радиоизотопов внутрь организма с вдыхаемым воздухом применяют респираторы (для защиты от радиоактивной пыли), противогазы (для защиты от радиоактивных газов).
При работе с радиоактивными изотопами в качестве основной спецодежды применяют халаты, комбинезоны, полукомбинезоны из неокрашенной хлопчатобумажной ткани, а также хлопчатобумажные шапочки.
При опасности значительного загрязнения помещения радиоактивными изотопами поверх хлопчатобумажной одежды надевают пленочную (нарукавники, брюки, фартук, халат, костюм), покрывающую все тело или места возможного наибольшего загрязнения. В качестве материалов для пленочной одежды применяются пластики, резину и другие материалы, которые легко очищаются от радиоактивных загрязнений. При использовании пленочной одежды в ее конструкции предусматривается принудительная подача воздуха под костюм и нарукавники.
Рис. 2. Конструкции устройств для защиты от радиации: а — экран из органического стекла: 1 — смотровое окно; 2 — подставка; б — сейф стационарный стенной защитный: 1 — стальной шкаф; 2 — свинцовая дверь с замком; в — экран настольный передвижной с двумя захватами: 1 — боковые стенки; 2 — передняя стенка; 3 — смотровое окно; 4 — захваты; г — сейф стационарный стенной защитный поворотный: 1 — дверца с замком; 2 — кожух; 3 — указатель; 4 — маховик; 5 — барабан; д — бокс защитный перчаточный на одно рабочее место: 1 — корпус бокса; 2 — перчатки; 3 — смотровое окно; 4 — тягонапоромер; 5 — вытяжной фильтр; 6 — форкамера; 7- подставка; е — передвижной защитный экран: 1 — смотровое окно; 2 — манипуляторы; 3 — механизм передвижения
При работе с радиоактивными изотопами высокой активности используют перчатки из резины, пропитанной свинцом.
При высоких уровнях радиоактивного загрязнения применяют пневмокостюмы из пластических материалов с принудительной подачей чистого воздуха под костюм (рис. 3).
Для защиты глаз применяют очки закрытого типа со стеклами, содержащими фосфат вольфрама или свинец. При работе с альфа- и бета-препаратами для защиты лица и глаз используют защитные щитки из оргстекла.
На ноги надевают пленочные туфли или бахилы и чехлы, снимаемые при выходе из загрязненной зоны.