какой материал для экрана более эффективен с целью поглощения бета излучения
27. Материал для экранов при защите от бета-лучей.
28. Организация защиты поглощением от гамма и ионизирующих излучений(альфа,бета), защита от нейтронов.
Защита при работе с - и -излучениями.
Ввиду малого пробега -частиц практически не требуется защиты от внешнего облучения при работе с -излучающими веществами. Одежда, резиновые перчатки, плексигласовые экраны или расстояния в 9 10 см полностью защищают от внешнего облучения -частицами. При работе с открытыми -источниками используются герметичные плексигласовые боксы. -частицы также обладают сравнительно малой проникающей способностью (до нескольких метров в воздухе для -излучателей большой энергии). Однако, для того, чтобы предохранить организм работающего от внешнего облучения -частицами, операции с радиоактивными веществами следует вести за специальными экранами или в специальных защитных шкафах. Хранить -активные вещества следует в сосудах или контейнерах с соответствующей толщиной стенок. В качестве защитных материалов обычно используются алюминий или нержавеющая сталь.
Особое внимание при работе с - и -излучателями следует обратить на защиту глаз. Глаза работающего должны быть защищены специальными очками.
Защита от -излучения.
При применении источников -излучения небольшой активности способами предохранения персонала от облучения могут служить «защита расстоянием» и «защита временем». Это значит, что все операции с источниками -излучений следует проводить при помощи манипуляторов, а весь процесс работы в возможно короткий срок, в течение которого доза, полученная работающим, будет наименьшей и не превысит пределов, установленных санитарными нормами и правилами.
Однако, при работе с источниками большой активности для защиты работающих необходимы специальные экраны, в десятки и сотни раз ослабляющие интенсивность излучения.Для защитных экранов, поглощающих -излучение, используются материалы, содержащие элементы с высоким атомным номером и с высокой плотностью (например, Pb (свинец)). Пригодны по своим защитным свойствам также вода, сталь, чугун, бетон, баритобетон.Определение необходимой толщины экрана может быть произведено расчетным путем по справочным данным и по номограммам, приведенным в специальной литературе.
Что представляет собой бета-излучение и способы защиты от него
Продолжаем наше знакомство с миром радиоактивности. Это явление было открыто боле века назад французским учёным Анри Беккерелем. Изучению свойств таинственных лучей посвятили свою жизнь Мария Складовская и Пьер Кюри. Они первыми ощутили на себе их пагубное воздействие. Что нам известно сейчас о радиоактивности? Оказалось, что, радиоактивное излучение имеет неоднородный состав. Это два вида частиц (альфа и бета) и гамма кванты.
В этой статье мы выясним, что такое бета-излучение, где встречается такой вид радиоактивности, как он влияет на человека и какие существуют способы защиты от него.
Что такое бета-излучение
Своим рождением бета-излучение обязаны распаду ядер атомов радиоактивных элементов. Вырываясь из плена внутриядерных сил, бета-частицы наследуют от родительского атома разную энергию и соответственно, разную скорость. Быстрота полёта этих частиц колеблется от 100 тыс. км/с и до световой скорости. Поэтому в воздухе они способны «пробегать» разные расстояния вплоть до 1800 см. В биологических тканях их жизненных сил хватает лишь на 2,5 см свободного пробега. Это вполне объяснимо. Поскольку проникающая способность бета-излучения зависит от плотности среды.
Из-за ничтожно малой массы, бета-частицы легко отклоняются от прямолинейного пути, описывая в веществе самые причудливые траектории.
Естественные источники бета-излучения
Естественное бета-излучение представляет собой поток мельчайших заряженных частиц, несущих либо отрицательный, либо положительный электрический заряд.
Каковы же источники бета-излучения? Природа не предусмотрела никаких источников радиации, способных излучать лишь бета-излучение. Как правило, оно является лишь одним из компонентов семейства естественных радиоактивных излучений. Оно приходит к нам из космических глубин, просачивается из земных недр в местах залегания руд, содержащих радиоактивные частицы.
Но некоторые химические элементы при радиоактивном распаде особенно активно излучают бета-частицы (прометий, криптон, стронций и другие).
Искусственные источники бета-излучения
Наряду с естественным радиоактивным фоном, окружающий нас мир вынужден существовать среди множества искусственно созданных источников радиации. Наведённая радиоактивность — это чаще всего тяжкое наследие радиационных аварий, когда β-распад приводит к рождению новой порции радиоактивных атомов, но с другим атомным номером в таблице Менделеева.
Техногенная авария на АЭС Фукусима 1 в сентябре 2013 года привела к утечке радиоактивной воды. В результате чего содержание изотопов цезия и стронция, излучающих бета-частицы, выросло в тысячи раз.
Создание источников этого излучения часто инициируется человеком целенаправленно, для вполне конкретных практических нужд.
Применение бета-излучения
Так же, как и другие виды радиоактивных излучений, бета-излучение находит широкое применение в медицине. Это бета-терапия и радиоизотопная диагностика.
Для терапевтических целей на поражённые участки накладываются аппликаторы, излучающие бета-лучи.
Источники бета-излучения применяют в химии, для контроля разнообразных автоматических процессов, при ремонте автомобилей, в археологии для определения возраста горных пород и т. д.
Влияние бета-излучения на человека
Как же эти представители микромира влияют на человеческий организм? Если бета-излучение попадает на кожу человека, то происходит ожёг тканей. Степень повреждения при этом зависит от длительности облучения, его интенсивности и структуры ткани. Особенно страдают открытые участки тела и слизистые оболочки глаз.
После аварии на Чернобыльской АЭС в радиусе более 100 метров у людей, ступавших на землю босыми ногами, наблюдались тяжёлые ожоги стоп. Но особо тяжкие последствия имеют место при попадании вещества, испускающих эти крохотные, но далеко не безобидные частички внутрь организма. При этом происходит ионизация молекул, гибель клеток, выделение токсинов, ведущих к отравлению организма и в итоге — к летальному исходу. Опасность бета-излучения весьма велика! Каждая бета-частица со средним значением энергии, может образовать на своём пути в воздухе около 30 000 пар ионов. То есть весь её путь среди живых тканей усеян остатками молекул, являющихся источниками разрушительных процессов в организме.
В сфере обитания человека радиоактивность до определённой нормы является таким же естественным компонентом, как скажем, кислород. Безопасной нормой бета-облучения считается 0.20 мкЗв/час. Если же радиационный фон превысил эту норму в 2 раза, то находиться в этой зоне без последствий вы можете лишь полчаса.
Защита от бета-излучения
Когда речь идёт о людях чья профессиональная деятельность, так или иначе, связана с бета-излучателями, для защиты и минимизации последствий их воздействия предусмотрены следующие правила.
При планировании кратковременных работ используются радиопротекторы — вещества, вводимые в организм до начала работ в опасной зоне, и способные ослабить действие излучения. Они вводятся в организм в виде инъекций или пищевых добавок.
Что делать, если облучение произошло:
Что должны знать обычные люди, далёкие от сферы атомной энергетики, чтобы не стать невольным объектом воздействия дополнительной дозы бета-излучения?
Если исключить необходимые медицинские процедуры с участием бета-источников, то следует знать, что при работе ядерных реакторов образуется йод-131, являющийся источником значительного бета-излучения. 
Вместе с зелёной растительной массой они попадают в корма для животных и скапливаются в молочных продуктах. Далее, этот изотоп находит для себя «пристанище» в щитовидной железе, вызывая внутреннее облучение. Регулярное введение в рацион продуктов, богатых стабильным йодом (морепродуктов) является действенной защитой от этой опасности.
Ещё один пример. Для облегчения поиска ключей в темноте используются тритиевые брелоки. Исходящее из трития бета-излучение, вызывает свечение люминофора. Производители уверяют в безопасности этого гаджета. Однако нарушение целостности корпуса может привести к попаданию вредного излучения в организм человека. Прежде чем приобрести подобную «игрушку» — поинтересуйтесь компонентами, задействованными в её работе.
В качестве мер защиты от бета-излучения совершенно нелишним будет наличие в каждой семье дозиметра, позволяющего оценить радиационную ситуацию в своём доме и проверить радиоактивность приобретаемых продуктов.
Зная, что, представляет собой бета-излучение, и чётко осознавая опасность, сопутствующую его воздействию, следует очень серьёзно отнестись к выполнению всех предлагаемых рекомендаций. Поскольку стремительный поток электронов и позитронов, несмотря на ничтожно малую массу этих частиц, является носителем очень значительной энергии и способен нанести серьёзнейшие повреждения организму за счёт своей активной ионизирующей способности.
Охрана труда и БЖД
Охрана труда и безопасность жизнедеятельности
Защита от ионизирующих излучений. Устройство и расчет защитных экранов
К числу технических средств защиты относится устройство различных экранов из материалов, отражающих и поглощающих радиоактивное излучение. Экраны устраиваются как стационарные, так и передвижные (рис. 58).
При расчете защитных экранов определяют их материал и толщину, которые зависят от вида излучения, энергии частиц и квантов и необходимой кратности его ослабления. Характеристика защитных материалов и опыт работы с источниками излучений позволяют наметить преимущественные области использования того или иного защитного материала.
Металл чаще всего применяют для сооружения передвижных устройств, а строительные материалы (бетон, кирпич и др.) — для сооружения стационарных защитных устройств.
Прозрачные материалы чаще всего применяют для смотровых систем и поэтому они должны обладать не только хорошими защитными, но и высокими оптическими свойствами. Хорошо удовлетворяют таким требованиям следующие материалы: свинцовое стекло, известковое стекло, стекло с жидким наполнителем (бромистый цинк, хлористый цинк);
Находит применение в качестве защитного материала от гамма-лучей свинцовая резина.
Расчет защитных экранов базируется на законах взаимодействия различных видов излучений с веществом. Защита от альфа-излучений не является сложной задачей, так как альфа-частицы нормальных энергий поглощаются слоем живой ткани 60 мкм, в то время как толщина эпидермиса (омертвевшей кожи) равна 70 мкм. Слой воздуха в несколько сантиметров или лист бумаги являются достаточной защитой от альфа-частиц.
При прохождении бета-излучения через вещество возникает вторичное излучение, поэтому в качестве защитных необходимо применять легкие материалы (алюминий, плексиглас, полистирол), так как энергия тормозного излучения увеличивается с ростом атомного номера материала.
Для защиты от бета-частиц (электронов) высоких энергий используют экраны из свинца, но внутренняя облицовка экранов должна быть изготовлена из материала с малым атомным номером, чтобы уменьшить первоначальную энергию электронов, а следовательно, и энергию излучения, возникающего в свинце.
Толщина защитного экрана из алюминия (г/см2) определяется из выражения
где Еmax — максимальная энергия бета-спектра данного радиоактивного изотопа, МэВ.
При расчете защитных устройств в первую очередь необходимо учитывать спектральный состав излучения, его интенсивность, а также расстояние от источника, на котором находится обслуживающий персонал, и время пребывания в сфере воздействия излучения.
В настоящее время на основании имеющихся расчетных и экспериментальных данных известны таблицы кратности ослабления, а также различного рода номограммы, позволяющие определить толщину защиты от гамма-излучений различных энергий. В качестве примера на рис. 59 приведена номограмма для расчета толщины свинцовой защиты от точечного источника для широкого пучка гамма-излучений Со60, которая обеспечивает снижение дозы излучения до предельно допустимой. На оси абсцисс отложена толщина защиты d, на оси ординат коэффициент К1 равный
(24)
где М — гамма-эквивалент препарата, мг*экв. Ra;
t — время работы в сфере воздействия излучения, ч; R — расстояние от источника, см. Например, надо рассчитать защиту от источника Со60, при М = 5000 мг-экв Ra, если обслуживающий персонал находится на расстоянии 200 см в течение рабочего дня, т. е. t = 6 ч.
Подставляя значения М, R и t в выражение (24), определяем
По номограмме (см. рис. 59) получаем, что для К1 = 2,5-10-1 толщина защиты из свинца d = 7 см.
Другой тип номограммы приведен на рис. 60. Здесь на оси ординат отложена кратность ослабления К, равная
Используя выражение (23), получим
где D0 — доза, создаваемая источником излучения в данной точке в отсутствие защиты; Д — доза, которая должна быть создана в данной точке после устройства защиты.
Предположим, необходимо рассчитать толщину стен помещения, в котором расположена гамма-терапевтическая установка, заряженная препаратом Cs137 в 400 г-экв Ra (М = = 400 000 мг-экв Ra). Ближайшее расстояние, на котором находится обслуживающий персонал, в соседнем помещении R = 600 см. Согласно санитарным нормам в соседних помещениях, в которых находятся люди, не связанные с работой с радиоактивными веществами, доза излучения не должна превышать 0,03 бэр/неделю или для гамма-излучения примерно 0,005 рад за рабочий день, т. е. Д = 0,005 рад за t = 6 ч ослабления, воспользуемся формулой (23). Чтобы оценить кратность
По рис. 60 определяем, что для К = 1,1 • 104, толщина защиты из бетона равна примерно 70 см.
При выборе защитного материала надо руководствоваться его конструкционными свойствами, а также требованиями к габариту и массе защиты. Для защитных кожухов различного типа (гамма-терапевтических, гамма-дефектоскопических), когда существенную роль играет масса, наиболее выгодными защитными материалами являются материалы, которые лучше всего ослабляют гамма-излучение. Чем больше плотность и порядковый номер вещества, тем больше степень ослабления гамма-излучений.
Поэтому для указанных выше целей чаще всего используют свинец, а иногда даже уран. В этом случае толщина защиты меньше, чем при использовании другого материала, а следовательно, меньше масса защитного кожуха.
В качестве защитного материала для хранилища часто используют воду, т. е. препараты опускают в бассейн с водой, толщина слоя которой обеспечивает необходимое снижение дозы излучения до безопасных уровней. При наличии водяной защиты более удобно проводить зарядку и перезарядку установки, а также выполнять ремонтные работы.
В некоторых случаях условия работы с источниками гамма-излучения могут быть такими, что невозможно создать стационарную защиту (при перезарядке установок, извлечении радиоактивного препарата из контейнера, градуировке прибора и т. д.). Здесь имеется в виду, что активность источников невелика. Чтобы обезопасить обслуживающий персонал от облучения, надо пользоваться, как говорят «защитой временем» или «защитой расстоянием». Это значит, что все манипуляции с открытыми источниками гамма-излучения следует производить при помощи длинных захватов или держателей. Кроме того, ту или иную операцию надо производить только за тот промежуток времени, в течение которого доза, полученная работающим, не превысит установленной санитарными правилами нормы. Такие работы нужно вести контролем дозиметриста. При этом в помещении не должны находиться посторонние лица, а зону, в которой доза превышает предельно допустимую за время работы, необходимо оградить.
Необходимо периодически производить контроль защиты при помощи дозиметрических приборов, так как с течением времени она может частично потерять свои защитные свойства вследствие появления тех или иных незаметных нарушений ее целостности, например трещин в бетонных и баритобетонных ограждениях, вмятин и разрывов свинцовых листов и т. д.
Расчет защиты от нейтронов производят по соответствующим формулам или номограммам. В качестве защитных материалов в этом случае следует брать вещества с малым атомным номером, ибо при каждом столкновении с ядром нейтрон теряет тем большую часть своей энергии, чем ближе масса ядра к массе нейтрона. Для защиты от нейтронов обычно используют воду, полиэтилен. Практически не бывает чистых потоков нейтронов. Во всех источниках помимо нейтронов существуют мощные потоки гамма-излучения, которые образуются в процессе деления, а также при распаде продуктов деления. Поэтому при проектировании защиты от нейтронов всегда надо одновременно предусматривать защиту от гамма-излучений.
Защита от гамма-излучения
Основным вариантом для защиты от альфа-, бета-, гамма-излучения выступает экранирование, а также использование специализированных индивидуальных защитных средств, которые обеспечат безопасность человека в опасных условиях радиации.
Различают несколько типов вредного излучения, каждый из которых имеет свою проникающую способность и, исходя из этого, особенность защиты:
Источниками радиации выступает не только радионуклиды, но и в частности прохождение флюорографического обследования, компьютерной томографии.
Чтобы понять какая защита от гамма-излучения наиболее эффективна, необходимо определиться с источником радиации.
Защита от внешнего гамма-излучения
Источниками внешнего радиационного опасного излучения выступают:
Использование источников радиации предполагает соблюдение специализированных необходимых мер защиты. Допустимые уровни облучения прописаны в нормах радиационной безопасности, которые обязательно должен знать рабочий персон и не превышать указанных данных.
Обычно для защиты от гамма-излучения целесообразно применять защитные сооружения, которые экономически выгодны и обеспечат значительное ослабление радиационного воздействия. Мощность точечного источника радиации прямо пропорциональна активности облучения, поэтому ее удается ограничить путем меньшего использования и на большем удалении.
Такой вариант защиты предусматривает возможность выполнения работ в определенный промежуток времени, который не позволит получить большую дозу облучения, так как первое свойство ионизирующего излучения — это накопление. Следовательно, чем меньше времени человек находится в зоне повышенного радиационного фона, тем меньший вред это нанесет его здоровью.
Следующий способ защиты от внешнего гамма-излучения выступает снижение его мощности при увеличении расстояния между источником изучения и объекта. Четкие указания по допустимому промежутку времени для нахождения вблизи источника излучения предъявляются рабочему персоналу, по истечению которого люди должны выводиться в безопасную зону.
При работе с источниками повышенной радиационной активности необходимо применение специализированных многослойных экранов, позволяющих существенно снизить интенсивность проникновения опасного излучения.
Отличной защитой от гамма-излучения являются материалы с большим атомным номером и высокой плотностью:
В зависимости от мощности гамма-лучей подбирается необходимый материал для повышенной защиты здоровья людей.
Защита от гамма-излучения: свинец
Для защиты от гамма-излучения применяют чаще всего свинцовый лист. Металл способен задерживать заряженные крупные и мелкие радиационные частицы, а также комбинированные излучения.
Используется свинцовые изделия в медицине, научных институтах, лабораториях для защиты от гамма-лучей, рентгеновского излучения от специализированных приборов в поликлиниках.
Помещения для диагностики организма при помощи рентген аппаратов обязательно должны быть экранированы свинцовыми пластинами во избежание избыточного облучения как медицинского персонала, так и пациентов.
Для защиты от гамма-излучения целесообразно использовать специализированную одежду со свинцовыми прокладками:
Свинцовое стекло используется при проведении опытов с радиоактивными веществами, оно необходимо для установки в специализированном оборудовании в качестве смотрового окна.
Свинец выступает тяжелым металлом, который не взаимодействует с бета- и гамма-лучами, радиоактивными изотопами, поэтому станет эффективным для них препятствием.
Способы защиты от гамма-излучения внутри зданий
Для защиты от внутреннего облучения проводятся мероприятия по уменьшению накопления опасной радиоактивной пыли — это специализированная облицовка стен, пола, потолка, проведение регулярной влажной уборки помещений, обустройство эффективной вытяжной вентиляции.
Дополнительно требуется тщательная личная гигиена персонала, применение индивидуальных средств защиты от альфа излучения (это комбинезоны, шапочки, очки, резиновые перчатки, сапоги, респираторы либо шланговые противогазы). При надевании и снятии СИЗ, чтобы не загрязнить одежду и кожные покровы, окружающие предметы необходимо четко следовать инструкции, проводить контроль мощности дозы рентгеновского и прочего излучения.
Расчет защиты от гамма-излучения
Когда рентгеновские лучи проходят через вещество, они не полностью поглощаются материалом, а ослабляются, то есть уменьшается их интенсивность.
Величина ослабления может быть описана математическим соотношением: линейный коэффициент ослабления зависит от следующих данных:
Определить максимальную длину пробега гамма-излучения необходимо с учетом атомной массы, плотности поглощающего вещества.
Мощность дозы источников гамма-излучения может быть измерена соответствующими приборами или подсчитана математически.
После измерения мощности радиационных лучей получится правильно подобрать методы защиты от гамма-излучения, чтобы обезопасить пребывание людей вблизи с источником радиации.
Защита от ионизирующих излучений (радиации)
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).
Выбор материала защитного экрана определяется видом и энергией излучения.
Альфа-излучение. Альфа-частицы тяжелые, поэтому, хотя и обладают высокой ионизирующей способностью, быстро теряют свою энергию. Для зашиты 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.
Нейтронное излучение. Лучшими для зашиты от нейтронного излучения являются водородосодержащие вещества, т. е. вещества, имеющие в своей химической формуле 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 гидроокиси железа Fe2(OH)3.
Средства индивидуальной защиты. 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.
При работе с радиоактивными изотопами высокой активности используют перчатки из просвинцованной резины.
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.