Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Защита от ионизирующих излучений



Ядерные излучения оказывают разрушающее действие на организм человека. Поэтому при работе с любыми источниками радиации необходимо защита.

Для расчета любой защиты нужно установить предельно допустимую дозу (ПДД), облучение которой безвредно для организма.

При установлении ПДД исходят из того, что в естественных условиях облучение человека за счет космических лучей и радиоактивности веществ земной коры составляет около 0,1 бэр в год и является достаточно безвредным. Но, с другой стороны, доза 400-600 бэр смертельна.

Принятая сейчас ПДД от внешних источников облучения для лиц, непосредственно работающих с излучением, составляет 5 бэр в год.

Помимо внешнего, возможно и внутреннее облучение организма. Оно создается радиоактивными веществами, попадающими в организм при дыхании, с пищей и через раны. Кроме того, само тело человека также содержит некоторое количество радиоактивных материалов.

Например, в теле имеется порядка 140 г. калия, который содержит около 0,01% радиоактивного изотопа 4019К с периодом полураспада 109 лет. Легко подсчитать, что в человеке происходит около 4000 распадов радиокалия в секунду!

При установлении ПДД внутреннего облучения необходимо учитывать, в каких органах концентрируется радиоактивный изотоп и как долго удерживается он в организме.

Так, сверхтяжелый -активный изотоп водорода – тритий – довольно быстро вымывается из организма в процессе обмена веществ. А -активный изотоп стронция 3890Sr, попав в организм, стремится к замещению кальция в костной ткани, где он застревает надолго и облучает очень чувствительные к радиации кроветворные ткани костного мозга.

В связи с этим, предельно допустимые концентрации в воздухе, воде, пищевых продуктах и т.д. устанавливаются для каждого изотопа отдельно. К примеру, предельно допустимые концентрации в воде открытых водоемов для трития 13Н и стронция 3890Srравны 3 10-7 и 3 10-11 Ки/л соответственно.

Ядерные излучения опасны еще и тем, что даже их большие дозы не воспринимаются органами чувств человека.

Чтобы при работе с ядерными излучениями их доза не превышала предельно допустимую, нужна защита. Простейшим методом защиты является удаление от источника излучения на достаточное расстояние R, т.к. даже без учета поглощения в воздухе интенсивность излучения падает как 1/R2. В тех случаях, когда удаление от источника на достаточное расстояние невозможно, для защиты от излучения используются преграды из поглощающих материалов.

Наиболее проста защита от -излучения т.к. -частицы, вылетающие из радиоактивных ядер, имеют ничтожно малые пробеги.

Что касается -излучений, то пробег -электронов в воздухе не так уж мал (более 3 м при энергии 3 МэВ), и -активные препараты, даже малых активностей, необходимо экранировать. Для экранировки от электронов с энергиями до 4 МэВ достаточен слой пластмассы в 0,25 см.

Более массивная защита требуется при работе с радиоактивными источниками -излучений. В этом случае толщина защиты зависит не только от энергии излучения, но и от его интенсивности, т.к. поток -частиц экспоненциально ослабевает с расстоянием внутри вещества защиты.

Практически в лабораторных условиях для защиты от
-активных препаратов используют «домики» из свинцовых плиток, форма которых дает возможность кладки без сквозных зазоров. При необходимости визуального наблюдения используют окошки из специального содержащего свинец стекла.

Лучшими поглотителями тепловых нейтронов являются бор и кадмий. При расчете защиты от тепловых нейтронов необходимо учитывать вторичное -излучение, возникающее при захвате нейтронов.

Быстрые нейтроны слабо поглощаются любыми веществами. Поэтому для защиты от быстрых нейтронов их сначала замедляют (обычно водой или графитом), а уже после замедлителя ставят поглотитель.

Для защиты от особо мощных источников излучения используется бетон. Толщина защитных бетонных стен иногда достигает нескольких метров.

При защите от протонов и других тяжелых заряженных частиц высоких энергий необходимо учитывать потоки вторичных частиц, возникающих при ядерных столкновениях. Вклад вторичных частиц в тканевую поглощенную дозу становится существенным, начиная с энергий первичного пучка в несколько десятков МэВ, и становится преобладающим с энергии 300 МэВ.

 

Лучевая болезнь

Лучевая болезньзаболевание, возникающее в результате действия на организм ионизирующих излучений в дозах, превышающих допустимые.

Лучевая болезнь может развиться при внешнем общем облучении всего тела или большей его части, а также при внутреннем облучении в связи с проникновением радиоактивных веществ в организм через дыхательные пути, или вместе с зараженной пищей и водой. Радиоактивные вещества, попавшие внутрь организма, могут создавать очаги постоянного облучения.

Лучевая болезнь бывает двух видовострая, возникающая в результате однократного или ряда последовательных воздействий ионизирующих излучений в больших дозах, и хроническая, возникающая при длительном (в течение многих месяцев) облучении в малых дозах.

В течении острой лучевой болезни различают 4 периода: первичной реакции, скрытый, период разгара и период восстановления.

Первичные реакции возникают сразу после облучения. При этом отмечается возбуждение, или, наоборот, состояние апатии, вялость, слабость, головокружение, тошнота, а в тяжелых случаях рвота и понос. Расстраивается сон, нарушается аппетит. Возможна временная потеря сознания. Пульс и артериальное давление становятся неустойчивыми. В крови выявляются характерные изменения преимущественно со стороны белых кровяных телец.

Эти явления по прошествии нескольких часов могут сгладиться или исчезнуть вовсе. После этого наступает скрытый период заболевания. При этом заметно улучшается общее состояние организма. Однако, несмотря на кажущееся благополучие, болезнь неуклонно прогрессирует. Спустя некоторое время (от нескольких дней до двух, трех недель) наступает период разгара болезни, который начинается с резкого ухудшения общего состояния, сопровождающегося повышением температуры тела, рвотой и поносом, часто с примесью крови.

Появляется кровоточивость десен и других слизистых оболочек, образуются язвы, под кожей возникают характерные кровоизлияния. Через 2-3 недели начинают выпадать волосы. Все это сопровождается развитием малокровия и нервными расстройствами. Резко падает сопротивляемость организма к инфекционным заболеваниям.

При благоприятном течении и в результате своевременного лечения лучевая болезнь может вступить в фазу восстановления. Состояние больного постепенно начинает улучшаться, нормализуется температура, постепенно исчезают признаки нарушения функций центральной нервной системы, восстанавливается нормальный состав крови.

У некоторых больных, перенесших острую лучевую болезнь, могут наблюдаться остаточные явления в виде слабости, быстрой утомляемости, головных болей, предрасположенности к инфекционным заболеваниям, а также нерезко выраженное малокровие.

Хроническая лучевая болезнь, в отличие от острой, развивается медленно, годами. Прекращение хронического облучения в ряде случаев может существенно улучшить состояние больного без специального лечения. Продолжающееся облучение способствует развитию заболевания.

У человека наиболее чувствительны к облучению кроветворные органы (костный мозг, селезенка, лимфатические железы), эпителий половых желез и слизистой оболочки кишечника. При дозе, близкой к смертельной, смерть наступает в результате разрушения производящих кровь клеток костного мозга (лейкемия). При дозах, значительно превышающих смертельную, гибель наступает гораздо быстрее за счет поражения кишечника.

Часто возникают различные длительные заболевания, приводящие к истощению и смерти через несколько лет после сильного облучения.

Любая сколь угодно малая доза облучения может вызвать необратимые генетические изменения хромосом, что с неизбежностью приводит к тяжелым наследственным аномалиям в последующих поколениях.

При облучении небольшой части тела доза, даже превышающая смертельную, может оказать сравнительно слабое действие на состояние организма в целом. Но наблюдались случаи, когда локальное облучение оказывало действие на части организма, не подвергавшиеся облучению. Механизм этого воздействия не совсем ясен. Возможно, что здесь играет роль образование во время облучения каких-то сильно ядовитых веществ. Это объяснение подкрепляется опытами на животных и растениях, в которых введение в здоровый организм экстрактов из облученной ткани вызывало ряд проявлений лучевой болезни.

В заключение отметим, что действие одной и той же дозы облучения заметно зависит от того, за какой промежуток времени эта доза получена. Если облучение сильно растянуть во времени, то общее поражающее действие будет меньшим, чем при однократном облучении суммарной дозой. Это различие особенно сильно проявляется у высокоорганизованных видов, имеющих развитую систему восстанавливающих и компенсирующих процессов. Однако восстановление почти всегда неполное, а для генетических повреждений отсутствует вовсе. Поэтому хроническое облучение малыми дозами тоже является опасным.

В настоящее время разработаны эффективные методы лечения лучевой болезни, позволяющие иногда спасать жизнь даже при облучении смертельной дозой. При большой дозе основным методом лечения является переливание крови и пересадка костного мозгаот здорового организма.

 

3. Цель деятельности студентов на занятии:

Студент должен знать:

1.Виды доз ионизирующего излучения, системные и внесистемные единицы их измерения.

2.Физическую природу проникающей и ионизирующей способности радиоактивных излучений.

3. Особенности биологического действия ионизирующего излучения.

4. Методы защиты от ионизирующего излучения.

5. Симптомы лучевой болезни и ее виды. Периоды острой лучевой болезни.

 

Студент должен уметь:

1.С помощью соотношений между дозиметрическими величинами вычислять виды доз излучения.

2.Устанавливать взаимосвязь между системными и внесистемными дозиметрическими единицами.

3. Решать ситуационные задачи.

 

4. Содержание обучения:

1. Понятие ионизирующего излучения.

2.Особенности взаимодействия ионизирующего излучения с веществом.

3.Поглощенная доза. Экспозиционная доза. Эквивалентная (биологическая) доза.

4. Мощность дозы излучения.

5. Детекторы ионизирующих излучений.

6. Защита от ионизирующего излучения.

7. Лучевая болезнь.

8.Решение ситуационных задач.

 

5. Перечень вопросов для проверки исходного уровня знаний:

1. Что понимают под ионизирующим излучением?

2. Какие физические явления происходят в веществе при прохождении через него ионизирующего излучения?

3. Что называется поглощенной дозой излучения? В каких единицах она измеряется?

4. Что называется экспозиционной дозой? В каких единицах она измеряется?

5. Для чего предназначен дозиметр?

6.Опишите первичное действие ионизирующих излучений на организм.

7. Что собой представляют одноударные и двуударные объекты?

 

6. Перечень вопросов для проверки конечного уровня знаний:

1. Чему соответствует экспозиционная доза Дэ = 1 Кл/кг?

2. Запишите формулу для мощности излучения. Что она характеризует? В каких единицах она измеряется?

3.Запишите формулу, связывающую экспозиционную дозу с поглощенной дозой.

4. Что называется эквивалентной дозой? Что такое бэр?

5. Как связаны эквивалентная и поглощенная доза? Что такое относительная биологическая эффективность?

6. Что показывает коэффициент качества излучения?

7. Какие виды детекторов ионизирующих излучений известны?

8. Опишите радиочувствительность различных частей и функций клеток.

9. Какой из видов излучения более опасен при внешнем облучении – - или -излучение?

10. Что такое предельно допустимая доза (ПДД) ?

11. Опишите методы защиты от ионизирующих излучений.

12. Что называется лучевой болезнью? Какие ее виды известны?

13. Охарактеризуйте симптомы и периоды острой лучевой болезни.

 

 

7. Самостоятельная работа студентов:

По учебнику Ремизова и др. (§ 27.5) изучите виды детекторов ионизирующих излучений.

 

8. Решите задачи:

1. Человек (массой m) поглотил энергию ионизирующего излучения, соответствующую дозе γ-излучения D=600 рад. На сколько градусов повысится температура тела, если предположить, что вся энергия излучения пошла на нагрев?

2. Мощность экспозиционной дозы γ-излучения на расстоянии 1 м от точечного источника составляет G∙(X/t)=2,15∙10-7 Кл/(кг∙с). Определить минимальное расстояние от источника, на котором модно ежедневно работать по 6 часов без защиты. Считать, что в году 230 рабочих дней, а предельно допустимая поглощенная доза Dпр при профессиональном облучении составляет 5∙10-2 Гр в течение года.

3. Как различаются эквивалентные дозы, если на биологическую систему попадает: а) поток α-частиц (коэффициент качества К1=20) и б) поток электронов (коэффициент качества К2=1)? Потоки частиц равны Ф1=104с-1 и Ф2=107с-1, энергии частиц равны Е1=200 эВ и Е2=30 эВ соответственно. Все частицы поглощаются телом.

4. Средняя мощность экспозиционной дозы в рентгеновском кабинете X/t=6,45∙10-12 Кл/(кг∙с). Врач находится в кабинете 5ч в день. Какова доза его облучения за 6 рабочих дней?

5. Тело массой 10 г поглотило 109 α-частиц с энергией 5 МэВ. Найдите поглощенную и эквивалентную дозы. Коэффициент качества К для α-частиц равен 20.

6. Вычислите среднюю мощность предельно допустимой экспозиционной дозы для: а) профессионалов; б) населения. Принять, что предельная эквивалентная доза для профессионалов равна 5 бэр, а для населения – 0,17 бэр в течение года.

7. Радиационный фон в городе равен 14 мкР/ч. Найдите поглощенную дозу излучения (в единицах СИ и внесистемных единицах), полученную жителями города в течение года.

8. Найдите мощность предельно допустимой поглощенной дозы D/t рентгеновского излучения (в единицах СИ и внесистемных единицах) при постоянном облучении всего тела, если предельно допустимая эквивалентная доза за год равна H=0,17 бэр.

9. Телом человека массой m=60 кг в течение 6ч была поглощена энергия γ-излучения E=1 Дж. Найдите поглощенную дозу, мощность поглощенной дозы в единицах СИ и во внесистемных единицах.

10. Во сколько раз изменится эквивалентная доза при замене вида ионизирующего излучения, если при этом поглощенную дозу увеличить в 10 раз, а коэффициент качества уменьшится в 2 раза?

9. Хронокарта учебного занятия:

1. Организационный момент – 5 мин.

2. Разбор темы – 40 мин.

3. Решение ситуационных задач- 45 мин.

4. Текущий контроль знаний-40 мин.

5. Подведение итогов занятия – 5 мин.

 

10. Перечень учебной литературы к занятию:

1.Ремизов А.Н., Максина А.Г., Потапенко А.Я. Медицинская и биологическая физика. М., «Дрофа», 2008, §§ 27.3 – 27.5, 28.1 – 28.4.

2. Ремизов А.Н., Потапенко А.Я. Курс физики. М., 2004, §§ 31.7-31.9, 32.1-32.3.

3.Физика и биофизика.(под ред. Антонова В.Ф.). М., «ГЭОТАР-Медиа», 2008, §§ 13.1-13.5, 24.3-24.6.

 




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.