Методичка: Оценка вредных производственных факторов

Рак желудка, печени, толстой кишки и т.д. встречаются реже. Рак легких излечим хирургическим путем только на начальной стадии.

У людей, получающих малые дозы облучения, наблюдается повышенное содержание клеток крови с хромосомными нарушениями. Эти нарушения проявляются в следующем или последующих поколениях (это дети, внуки и более отдаленные потомки).

Если облучение производится не однократно, а в этой дозе растянуто во времени, то эффект облучения будет снижен. Это связано с тем, что живые организмы, в том числе и человек, способны восстанавливать нормальную жизнедеятельность после нарушений.

Условия безопасной работы с радиоактивными веществами регламентированы Нормами радиационной безопасности НРБ-76/87 и Основными санитарными правилами работы с радиоактивными веществами и другими источниками ионизирующих излучений ОСП-72/87 [1].

Радиационному воздействию могут подвергаться не только лица, непосредственно работающие с радиоактивными веществами, но и население, поэтому нормами НРБ-76/87 установлены предельно допустимые уровни облучения в зависимости от категории облученных лиц и группы критических органов (таблица 2.1).

Таблица 2.1. Дозовые пределы облучения

3. Определение доз облучения от точечных источников гамма-излучения

Величина мощности экспозиционной дозы от точечного источника (рисунок 3.1) прямо пропорциональна активности радионуклида и обратно пропорциональна квадрату расстояния до него. Кроме этого, разные радионуклиды при одинаковой активности создают разную величину экспозиционной дозы, что учитывается гамма-постоянной:

(3.1)

где _- мощность экспозиционной дозы, Р/ч;

K - гамма-постоянная радионуклида, Рсм ² / (ч мКu);

A - активность радионуклида, мКu;

R - расстояние от точечного радионуклида до места измерения, см.

Гамма-постоянная показывает, какую мощность экспозиционной дозы создает данный радионуклид активностью 1 мКu на расстоянии 1 см. За эталон принят радий-226 массой 1 мг, заключенный в платиновую упаковку толщиной 0,5 мм, который создает на расстоянии 1 см мощность дозы D _эксп = 8,4 Р/ч. Значения гамма-постоянных приведены в таблице 1.1, например, для цезия-137 K = 3,19 Рсм ²/(чмКu).

Для определения дозы облучения от точечных источников -излучения обычно используется формула (1.9), т.е. принимается мощность дозы постоянной во времени.

1 - точечный источник -излучения; 2 - облучаемое вещество

Рисунок 3.1 - Схема для расчета мощности экспозиционной и поглощенной дозы

Пример. Определить эквивалентную дозу и сравнить с допустимой, полученной рабочим от точечного изотропного источника ⁶⁰Со активностью 1,110^-2 Ku, если он работает с источником в течение всего рабочего времени на расстоянии 0,8 м. Продолжительность рабочего времени для персонала составляет 1700 ч/год (36-часовая рабочая неделя).

Решение. Определяем мощность экспозиционной дозы на рабочем месте по формуле (3.1):

,

где значение гамма-постоянной выбираем из таблицы 1.1,

P/ч.

Экспозиционную дозу, полученную рабочим за год, определяем по формуле (1.9)

Р/год.

Эквивалентная доза, полученная рабочим, составляет:

бэр/год,

т.е. она превышает почти в 4 раза предельно допустимую дозу для категории А (таблица 2.1).

Пример. На расстоянии R = 0,3 м от точечного источника радионуклида ⁶⁰Со мощность эквивалентной дозы от -излучения составляет D_экв = 450 мкЗв/ч. На каком расстоянии от источника (R_пдд) можно работать, чтобы доза облучения персонала не превышала ПДД при 36-часовой рабочей неделе и равномерном распределении дозы в течение года?

Решение. Эквивалентную дозу, полученную рабочим за год, определяем по формуле (1.9)

Полученная доза превышает ПДД (0,05 Зв/год) в 15,3 раза, поэтому необходимо увеличить расстояние от источника излучения до рабочего места.

Мощность дозы, а следовательно и доза, уменьшаются с увеличением квадрата расстояния (по зависимости 3.1), поэтому требуемое расстояние R_пдд можно вычислить по отношению:

Таким образом получено, что расстояние от источника излучения до рабочего места должно быть не менее 1,17 м.

4. Определение доз от радионуклидов, равномерно распределенных в почве

Определение доз от -излучения радионуклидов, находящихся в почве, путем измерения мощности эквивалентной дозы прибором. При определении эквивалентной дозы облучения человека от -излучающих радионуклидов, находящихся в земле, можно использовать формулу (1.9). Кроме этого, необходимо учитывать экранирование тканей человека другими тканями, а также стенами зданий и сооружений. Научный комитет ООН по действию атомной радиации (НКДАР) рекомендует использовать усредненное значение коэффициента ослабления поглощенной дозы в теле человека по сравнению с поглощенной дозой в воздухе Кнкдар=0,7.

Измерив мощность эквивалентной дозы облучения на высоте 1 м от поверхности земли, можно определить дозу, полученную человеком:

(4.1)

где D экв - эквивалентная доза облучения человека, Зв;

- мощность эквивалентной дозы облучения, Зв/ч;

t - время нахождения человека в данном районе, ч.

Пример. Оценить опасность нахождения людей на территории, если мощность эквивалентной дозы облучения человека на расстоянии 1 м от поверхности земли составляет 0,6 мкЗв/ч.

Решение. Годовая эквивалентная доза рассчитывается по формуле (4.1):

0,6 10-⁶ 24 365 0,7 = 0,0037 Зв/год.

Предельно допустимая доза для населения (категория Б, таблица 2.1) ПДД_Б = 0,5 бэр/год = 0,005 Зв/год. То есть эквивалентная доза D_экв меньше ПДД_Б в 1,3 раза.

Определение доз от -излучения радионуклидов, находящихся в почве, по величине активности единицы площади земной поверхности. Доза -излучения от земной поверхности обычно определяется для точки на высоте H от земли и считается, что основное излучение попадает в эту точку с площади круга радиусом 3 H (рисунок 4.1).

Формула расчета мощности дозы облучения в этом случае:

(4.2)

где - мощность экспозиционной дозы -излучения от земной поверхности, Р/ч;

A_s - среднегодовая активность (плотность загрязнения радио нуклидами) поверхности земли, мКu/см ²;

H - высота над поверхностью земли, м;

R - радиус круга участка земной поверхности, м.

Для определения дозы, полученной человеком, принимается H = 1м,

R = 3 м.

Рисунок 4.1. Схема определения дозы -излучения от поверхности земли

Пример. Определить эквивалентную дозу облучения, полученную человеком за год, если среднегодовая активность поверхности земли от цезия-137 составляет 210⁶ Бк/м ².

Решение. Мощность экспозиционной дозы определяем по формуле (4.2)

где активность:

;

.

Эквивалентную дозу, полученную человеком за год, вычисляем по формуле (4.1):

.

Эта доза примерно в 1,5 раза выше ПДД для населения.

Ориентировочная оценка радиационного загрязнения поверхности земли. Для ориентировочной оценки радиационного загрязнения поверхности земли обычно используют измерительные приборы, установленные на вертолете. Вертолет пролетает на высоте 100 м от земли параллельными маршрутами через 600 м и затем строится карта. Таким образом были построены карты радиационного загрязнения (Ku/км ²) поверхности земли в Тульской области.

В случае загрязнения территории цезием-137 от Чернобыльской АЭС расчет доз внешнего облучения можно производить с помощью дозовых коэффициентов:

D _экв = A_т d, (4.3)

где D _{экв -} годовая эквивалентная доза облучения, бэр/год;

A_т - среднегодовая плотность загрязнения территории, Ku/км ²;

d - дозовый коэффициент, бэр км ²/ (Kuгод).

Таблица 4.1. Значения коэффициента d с учетом ослабления внешнего облучения зданиями

Пример. Определить годовую эквивалентную дозу облучения населения, если плотность загрязнения поверхности земли составляет 40 Ku/км ².

Решение. Годовая эквивалентная доза облучения людей рассчитывается по формуле (4.3):

D = 40 0,009 = 0,36 бэр/год,

то есть доза ниже предельно допустимой.

5. Определение доз внутреннего облучения от гамма-излучающих радионуклидов

Радиоактивные вещества могут поступать в организм человека при вдыхании воздуха, загрязненного радиоактивными веществами, через желудочно-кишечный тракт, а также через кожу. Из-за большого объема легочной вентиляции (20 м ³/сут) и более высокого коэффициента усвоения наиболее опасен первый путь. Количество радионуклидов, поступающих из желудочно-кишечного тракта в кровь, зависит от его вида, например, цирконий Zr и ниобий Nb практически не поступают в кровь (коэффициент резорбции составляет доли процента), висмут Bi - 1 %, барий Ba - 5 %, кобальт Со и стронций Sr - до 30 %, водород и щелочно-земельные вещества - 100 %. Поступления в кровь через неповрежденную кожу в 200-300 раз меньше, чем через желудочно-кишечный тракт. Исключение составляет изотоп водорода - тритий, легко проникающий в кровь через кожу.

По характеру распределения в организме радиоактивные вещества условно разделяются на три группы: равномерно распределяющиеся в организме, отлагающиеся преимущественно в скелете и концентрирующиеся в печени (см. таблицу 1.1). Особое место занимает радиоактивный йод, который селективно отлагается в щитовидной железе.

Мощность дозы, получаемая человеком при внутреннем облучении в общем виде определяется выражением:

, (5.1)

где - мощность эквивалентной дозы в рассматриваемом органе или ткани при внутреннем облучении человека, Зв/ч;

A_уд - удельная активность радионуклида в рассматриваемом органе человека, Бк/кг;

K - гамма-постоянная радионуклида, Р см ²/(ч мКu);

- плотность ткани, ( = 1 г/см ³);

g - геометрический фактор, см;

К ₁ - коэффициент перевода единицы экспозиционной дозы в единицу поглощенной дозы, (К ₁ = 0,01 Гр/Р);

К ₂ - коэффициент качества облучения, (К ₂ = 1 Зв/Гр).

Удельная активность радионуклида A_уд, Бк/кг рассчитывается по формуле:

, (5.2)

где A - активность единичного поступления радионуклида в организм человека, Бк;

f - коэффициент метаболизма (см. таблицу 1.1);

m - масса всего тела человека (если радионуклид распространяется по всему телу) или масса органа человека, куда поступает радионуклид, кг.

Геометрический фактор g учитывает соотношение массы облучаемого тела или органа и его геометрических размеров. Например, чем ниже рост человека и больше его масса, тем больше g:

рост 2 м, масса 60 кг g = 117 см;

рост 1,7 м, масса 70 кг g = 126 см;

рост 1,4 м, масса 100 кг g = 154 см.

При облучении печени массой 1,8 кг геометрический фактор принимается равным g = 80 см. При облучении щитовидной железы массой 20 г g = 40 см.

Годовую дозу внутреннего облучения следует определять с учетом эффективного периода полувыведения нуклидов из организма

, (5.3)

где T _{эф -} эффективный период полувыведения, сут;

T _1/2 - период полураспада изотопа, сут;

T _B/2 - период полувыведения из организма, т.е. время, в течение которого из организма выводится половина имеющегося радиоактивного вещества, сут.

при T_эф 365 сут, (5.4)

при T_эф < 365 сут, (5.5)

где D_экв.вн - эквивалентная годовая доза внутреннего облучения, Зв/год;

- мощность эквивалентной дозы внутреннего облучения, Зв/ч;

24 - количество часов облучения в год, ч/год.

Пример. Рассчитать внутреннюю годовую дозу облучения человека в результате вдыхания радиоактивной пыли ⁹⁰ Sr в количестве 2 г активностью 10 Ku/кг.