Измерение мощности эквивалентной дозы гамма-излучения (мэд)

Введение

О чем вы сейчас думаете? Быть может о нас…Мы такие разные: отличаемся друг от друга по росту, по возрасту и даже по цвету кожи. Вы это все видите, а значит, и ощущаете. Но совсем другое дело… с радиацией. Ее не видно, она не имеет запаха, ее нельзя ощутить, и вам, конечно же, не приходит в голову мысль, о том, что, например, дома, в которых мы живем и работаем, тоже очень разные по внешнему виду и содержанию, могут представлять… угрозу для вашей жизни.

Актуально? Как никогда! Речь идет о здоровье и жизни человека! Чтобы успокоить себя и своих близких, чтобы понять, как нам дальше жить, а главное, где жить, мы и взялись за эту работу.

Новизна нашей работы заключается в том, что никто из сотрудников и учащихся школ города Котельники не проводил подобные исследования радиационного фона, тем более в жилых и общественных местах. Более того, данные отдела экологии и природных ресурсов администрации нашего города не являются доступными для населения. Стало быть, живем мы в полном неведении, додумывая или веря все тем же СМИ.

Цель нашей работы посвящена измерению радиоактивного фона уровня в жилых и общественных зданиях, а точнее уровню мощности эквивалентной дозы гамма-излучения (МЭД) в этих зданиях. Наша работа является продолжением темы исследований радиоактивного фона учащимися школы в 2011 году. Тогда, попытки оценить уровень МЭД в нашем городе, проводились в Кузьминском лесопарке, и объектом изучения была почва в излюбленных местах отдыха горожан. Результаты работы, хоть и были утешительными, но все же заставили задуматься над будущим парковой зоны нашего микрорайона. Уровень радиации в нашем парке, потихоньку, растет. Впрочем, как и растет его допустимый уровень.

И тогда, и сейчас, понимая, в какой стране мы живем, понимая, что все источники информации нельзя воспринимать буквально, для собственного спокойствия и справедливости ради, мы поставили перед собой несколько задач:

1. Проведение социологического опроса учащихся.
2. Изучение информационных источников.
3. Консультация в отделе строительства администрации городского округа Котельники.
4. Исследование уровня МЭД в жилых и общественных зданиях, кирпичных и панельных.
5. Анализ полученных результатов.
6. Консультации в отделе здравоохранения администрации нашего города.
7. Оформление выводов и рекомендации по итогам исследования.

Методика нашей работы – это радиационно-дозиметрический контроль.

Действие опасных доз радиации

А теперь поговорим об опасных дозах радиации для человека, о том, как их вычислять и как использовать показания дозиметра для правильной оценки этих доз.

Большинство бытовых дозиметров предназначено для измерения гамма-излучения, которое легче всего обнаружить из-за его большой проникающей способности, и которое обладает хорошими метрологическими свойствами, обеспечивающими приемлемую точность измерения. Поэтому все расчеты производят именно по внешнему гамма-облучению человека.

У человека нет никаких органов чувств, чтобы реагировать на действие ионизирующих излучений, поэтому радиация действует на человека невидимо и неощутимо, даже в смертельных дозах. При однократном воздействии радиации на организм человека, через некоторое время наблюдаются следующие биологические эффекты:

• При дозе до 25 бэр в большинстве случаев заметных изменений в организме не происходит.
• При облучении дозой 25-50 бэр обнаруживаются временные изменения в крови, которые быстро проходят, однако у некоторых людей могут появиться остаточные явления.
• При дозе в 50-100 бэр у большинства людей наблюдаются изменения в крови средней степени, с незначительной потерей трудоспособности. У отдельных лиц может появиться рвотная реакция с благоприятным исходом.
• Облучение дозой 100-200 бэр приводит к легкой форме острой лучевой болезни, обнаруживаются заметные изменения в составе крови, возникает усталость, умеренная тошнота. Если не откладывая начать лечение, то через несколько недель обычно он выздоравливает.
• Лучевая болезнь средней тяжести возникает при разовой дозе в 200-400 бэр. Человек испытывает общую слабость, рвоту, потерю аппетита, работоспособности. Как правило, наблюдаются подкожные кровоизлияния. Это пороговая доза, при которой могут отмечаться смертельные случаи. Кроветворная функция поражена в сильной степени. В случае благоприятного исхода, длительность лечения может составить около 1 года.
• Тяжелую форму лучевой болезни дает облучение дозой 400-600 бэр. Она может вызвать гибель 50% населения в течение месяца после облучения и называется средней смертельной дозой. При этом люди испытывают головокружение, слабость, тошноту и рвоту, повышается температура тела, происходят кровоизлияния и быстрое истощение. У оставшихся в живых срок выздоровления затягивается на несколько лет.
• Доза свыше 600 бэр вызывает крайне тяжелую форму острой лучевой болезни, при которой погибают 100% облученных, и называется абсолютно смертельной дозой. У людей, получивших такую дозу, через 2-4 часа после облучения возникает рвота, кровавый понос, сильное головокружение и обильные подкожные кровоизлияния. Быстро развивается «белокровие». Причиной смерти чаще всего является кровоизлияние или инфекция.
• При дозе 6000 бэр изрешеченный радиацией организм погибает во время облучения.

Главные опасности гамма-излучения

Основными источниками гамма-облучения числятся космические лучи. Также на их образование влияет распад атомных ядер различных элементов с радиоактивной составляющей и несколько других процессов. Вне зависимости от того, каким конкретно способом излучение попало на человека, оно всегда несет идентичные последствия. Это сильное ионизирующее воздействие.

Физики отмечают, что самые короткие волны электромагнитного спектра имеют самую большую энергетическую насыщенность квантов. Из-за этого гамма-фон получил славу потока с большим энергетическим запасом.

Его влияние на все живое заключается в следующих аспектах:

• Отравление и повреждение живых клеток. Вызвано это тем, что проникающая способность гамма-излучения отличается особенно высоким уровнем.
• Круговорот ионизации. По пути движения луча разрушенные из-за него молекулы начинают активно ионизировать следующую порцию молекул. И так до бесконечности.
• Трансформация клеток. Разрушенные подобным образом клетки вызывают сильные изменения в различных ее структурах. Получившийся результат негативно сказывается на организме, превращая здоровые компоненты в яды.
• Рождение мутированных клеток, которые не способны исполнять возложенные на них функциональные обязанности.

Все органы человека по-разному реагируют на гамма-частицы. Некоторые системы справляются лучше других за счет сниженной индивидуальной чувствительности к столь опасным волнам.

Хуже всего такое воздействие сказывается на кроветворной системе. Объясняется это тем, что именно тут присутствуют одни из наиболее быстро делящихся клеток в организме. Также от такого облучения сильно страдают:

• пищеварительный тракт;
• лимфатические железы;
• половые органы;
• волосяные фолликулы;
• структура ДНК.

Проникнув в структуру цепочки ДНК, лучи запускают процесс многочисленных мутаций, сбивая природный механизм наследственности. Далеко не всегда врачи могут сразу определить, в чем причина резкого ухудшения самочувствия больного. Происходит это за счет длительного латентного периода и способности облучения накапливать вредоносное действие в клетках.

Смертельная доза

В одном из произведений Бориса Акунина рассказывается об острове Ханаан. Святые отшельники не подозревали, что охраняемый ими «кус сферы небесной» — метеорит, угодивший в месторождение урана. Излучение этого природного делителя приводило к смерти через год.

Но один из «охранников» отличался богатырским здоровьем – он позже других полностью облысел, и прожил в два раза дольше, чем прочие.

Этот литературный пример четко показывает, насколько вариативным может быть ответ на вопрос, какова смертельная доза радиации для человека.

Существуют такие цифры:

1. Смерть – свыше 10 Гр (10 Зв, или 10000 мЗв).
2. Угроза для жизни – дозировка более 3000 мЗв.
3. Лучевую болезнь вызовет более 1000 мЗв (или 1 Зв, или 1 Гр).
4. Риск различных заболеваний, в том числе раковых – более 200 мЗв. До 1000 мЗв говорят о лучевой травме.

Однократное облучение приведет к:

• 2 Зв (200 Р) – снижение лимфоцитов в крови на 2 недели.
• 3-5 Зв – выпадение волос, облезание кожи, необратимое бесплодие, 3,5 Зв – у мужчин временно исчезают сперматозоиды, при 5,5 – навсегда.
• 6-10 Зв – смертельное поражение, в лучшем случае еще несколько лет жизни с очень тяжелой симптоматикой.
• 10-80 Зв – кома, смерть через 5-30 мин.
• От 80 Зв – смерть мгновенно.

Смертность при лучевой болезни зависит от полученной дозы и состояния здоровья, при облучении более 4,5 Гр смертность – 50%. Также лучевую болезнь подразделяют на различные формы, в зависимости от полученного количества Зв.

Имеет значение и вид облучения (гамма, бета, альфа), время облучения (большая мощность в короткий промежуток или та же самая небольшими порциями), какие именно участки тела подверглись облучению, или оно было равномерным.

Ориентируйтесь на приведенные выше цифры и помните о важнейшем правиле безопасности – здравом смысле.

Поглощенная доза

Допустимые дозы облучения согласно НРБ-99:

1. За год – до 1 мЗв, что составляет 0,57 мкЗв/ч (57 микрорентген/час). За любые пять лет подряд – не более 5 мЗв. В год — не более 5 мЗв. Если человек получил дозу облучения за год 4 мЗв, за прочие четыре года должно быть не более 1 мЗв.
2. За 70 лет (берется как средняя продолжительность всей жизни) – 70 мЗв.

Обратите внимание: 0,57 мкЗв/ч – это верхнее значение, считается, что безопасно для здоровья – в 2 раза меньше. Оптимально: до 0,2 мЗв/час (20 микрорентген/час) – именно на эту цифру и стоит ориентироваться

Внимание: эти нормы радиационного фона не учитывают естественный уровень, который колеблется в зависимости от местности. Порог для жителей равнин будет ниже

Это пределы для гражданского населения. Для профессионалов они в 10 раз выше: допустимо 20 мЗв/год за 5 лет подряд, при этом необходимо, чтобы в один год выходило не более 50.

Допустимая, безопасная радиация для человека зависит и от длительности облучения: без вреда для здоровья можно провести несколько часов при внешнем облучении 10 мкЗв (1 миллирентген/час), 10-20 минут – при нескольких миллирентген. Выполняя рентген грудной клетки пациент получает 0,5 мЗв, что составляет половину годовой нормы.

Источники естественной радиации

До тех пор, пока Земля не обрела железного ядра и не получила импульса на вращение, она была открыта для всех типов радиоактивного излучения. После того как вокруг нашей планеты образовалось мощное магнитное поле, она обрела защиту от проникающей радиации. Губительный для всего живого солнечный ветер огибает Землю вдоль линий магнитного поля. На поверхность планеты попадает незначительная часть тяжелых альфа-частиц. Они представляют опасность только при длительном пребывании на солнце без защиты. Из-за этого возникает ожог кожи.

Определенную опасность представляют объемные выбросы энергии, производимые пульсарами. Эти космические объекты за одну секунду производят столько энергии, сколько Солнце вырабатывает за тысячу лет. От такого луча земная атмосфера не спасает.

Определенное влияние на формирование радиационного фона играет рельеф местности и состав грунта. Наиболее древней горной породой, сформировавшейся миллиарды лет назад, является гранит. Там, где этот минерал выходит на поверхность или находится под тонким слоем почвы, отмечается повышенный уровень радиации.

На уровень излучения влияет и высота над уровнем моря. С каждым километром подъема над землей уменьшается толщина защитного слоя атмосферы. Уже на высоте 10000 метров присутствует такой радиационный фон, норма которого близка к предельно допустимой.

В зависимости от географического положения меняется уровень радиации. На полюсах он значительно сильнее, чем на экваторе. Это явление обуславливается формой магнитного поля Земли, которое сходится на полюсах.

Характеристика грунта. Наибольший уровень радиации наблюдается в местах, где залегает урановая руда. Даже если месторождение этого химического элемента находится в нескольких километрах под землей, уровень его излучения может превышать предельно допустимый в разы. Небольшой фон могут создать железная руда и бокситы. Эти элементы имеют свойство накапливать радиацию.

Норма гамма фона на местности

Норма гамма фона на местности зависит от множества факторов, таких как географическое положение, климатические условия, присутствие природных радиоактивных элементов в почве и грунте, а также от технических и промышленных объектов.

Определение нормы гамма фона является важной задачей, поскольку она позволяет определить уровень радиационной безопасности среды обитания и принимать меры для минимизации рисков. В России норма гамма фона определена как 0,12 мкЗв/час, однако существуют различия в рамках разных регионов и стран

Влияние гамма фона на людей может быть разным в зависимости от длительности и силы воздействия. Длительное пребывание в радиационной зоне повышенного гамма фона может привести к развитию радиационных заболеваний и оказать отрицательное воздействие на организм. Однако, при соблюдении нормы дозы радиации, которую получает человек, риск негативных последствий минимален.

Поскольку гамма фон является естественным феноменом, излучение всегда будет присутствовать, и поэтому важно постоянно контролировать его уровень. Для этого проводятся регулярные мониторинги и измерения гамма фона, чтобы обеспечить безопасную среду жизни и предупреждать возможные риски для здоровья человека

Таким образом, норма гамма фона на местности является важным показателем, который позволяет оценить уровень радиационной безопасности и определить возможные риски для здоровья человека. Соблюдение этой нормы позволяет минимизировать потенциальные воздействия радиации и создать безопасную среду обитания.

Старые методики замеров до 1990 года

Существенным отличием от МЭД, основой «чернобыльских» нормативов, была экспозиционная доза, считавшая поток фотонов, ионизирующих воздух. Физиками этот процесс отлично исчисляется, однако данные сведения не могли точно покрыть требования по медицинским анализам.

В формуле дозу рассчитывали в качестве электрозаряда ионов, которые образуются тормозящим излучением в сухом воздухе при делении на массу объема воздуха. В физических величинах это ампер в секунду, т. е. обоснование количества энергии, поглощенной объектом под потоком радиации.

В качестве же хрестоматийной системной единицы используется рентген в секунду. Рентген — устаревшая мера излучения, в наше время используют зиверты. Причина, почему именно с 1990 года совершена реформа — выход новых комплексных методичек по дозиметрам. Тем самым полностью обновлен модельный ряд детекторов и внедрены более современные стандарты радиобезопасности. На основе кумулятивного опыта радиационных аварий были установлены фундаментальные изъяны использования рентгенов в час в качестве единиц измерения:

• Слишком грубые замеры. «Формально» ионизирующий поток по формуле просчитан корректно. Однако недостаточно раскрыты второстепенные физические явления, показывающие изменения в итоговых масштабах облучения.
• Нет соотношения с воздействием в биологическом плане: экспозиционная доза в разных условиях плотности ионизации имеет весьма вариативные последствия.
• Старым методом было нереально проверить накопленное облучение за определенный период, также упускались многие биологические параметры.

Действующие нормы радиационного фона

Нормы радиации являются усредненными, полученными по результатам клинических исследований больных, получивших дозы радиации различного уровня. Полученные суммарные дозы люди могут получать за разные промежутки времени. Чем больше сила излучения, тем опаснее могут быть последствия и сложнее лечение. Поэтому и определение, что такое нормальный радиационный фон, устанавливается на законодательном уровне и является величиной для регламентирования условий проживания или труда на предприятии.

Правила радиационной безопасности касаются таких категорий граждан:

• военнослужащие, проходящие службу на атомных подводных лодках и надводных кораблях;
• персонал АЭС;
• люди, проживающие на территории с высоким радиационным фоном;
• профессиональные спасатели и работники аварийных бригад, работающие на объектах атомной энергетики;
• работники медицины, которые имеют дело с приборами, содержащими радиоактивные элементы;
• ученые, работающие с радиоактивным материалом.

Согласно проведенным исследованиям, абсолютно безопасной для здоровья взрослого человека считается излучение мощностью 20 микрорентген в час.

Предельной границей радиации считается значение, равное 50 микрорентген в час. Однако, если в течение года, получая через равные промежутки времени небольшие дозы излучения, человек получит суммарно 1 рентген, то это будет для него практически безопасно. Радиация постепенно из организма выводится. Действующие сегодня нормы радиоактивной безопасности определяют предельную дозу полученного за жизнь облучения в пределах 60-70 рентген.

Если брать уровень воздействия радиационного фона и гамма-излучения в микрозивертах в час, то допустимой границей безопасности считается:

• просмотр телевизора 3 часа в день на протяжении года (0,005 мЗв);
• длительный перелет на самолете (0,01 мЗв);
• нахождение на открытой местности в солнечную погоду (1 мЗв);
• работа на атомных электростанциях (0,05 мЗв).

Опасной считается доза 11 мкЗв в час. Она повышает риск онкологических заболеваний.

Как правильно измерять гамма-фон

Чувствительность газоразрядного счетчика СБМ-20, как правило, используемого в бытовых дозиметрах, позволяет измерять мощность дозы, начиная с 0,05-0,1 мкЗв/ч (5-10 мкР/ч). Если включить дозиметр в чистой зоне, то после завершения цикла измерения, он покажет величину естественного радиационного фона. Эта величина сильно зависит от географической широты данной местности и уменьшается при движении в сторону экватора. В наших широтах величина гамма-фона обычно составляет 0,15-0,25 мкЗв/ч (15-25 мкР/ч) и может меняться в течение суток, года, 11-ти летнего цикла солнечной активности, а также от катаклизмов, происходящих во вселенной и в недрах Земли. Когда вы проведете несколько измерений гамма-фона подряд, то у вас получатся разные результаты измерений. Но это не значит, что гамма-фон скачет так быстро. Это значит, что сам процесс измерения в принципе носит случайный характер. На самом деле гамма-фон существенно может измениться через 1,5-2 часа. Чтобы исключить случайный характер показаний от измерения к измерению, необходимо пользоваться следующей методикой: произвести 5-10 измерений гамма-фона, просуммировать все результаты и полученную сумму разделить на количество измерений, т.е. найти среднее арифметическое. Чем больше количество измерений, тем выше точность результата.

Другим способом повышения точности измерений, является увеличение времени измерения. Если прибор позволяет переключать время измерения, то выбрав большее время измерения, мы сможем повысить точность.

Величину естественного гамма-фона необходимо запомнить, т.к. она будет необходима для дальнейших вычислений по определению уровня превышения радиации (степени загрязнения радионуклидами) и др. вычислений.

Другие сферы использования излучения

Сегодня энергия гамма-излучения изучена достаточно хорошо, чтобы понимать все сопутствующие риски. Но еще лет сто назад люди относились к такому облучению более пренебрежительно. Их познания в свойствах радиоактивности были ничтожно малы. Из-за такого незнания многие люди страдали от непонятных для докторов прошлой эпохи болезней.

Встретить радиоактивные элементы можно было в:

• глазури для керамики;
• ювелирных украшениях;
• старинных сувенирах.

Некоторые «приветы из прошлого» могут нести в себе опасность даже сегодня. Особенно это касается частей устаревшего медицинского или военного оборудования. Их находят на территории заброшенных воинских частей, госпиталей.

Также огромную опасность представляет радиоактивный металлолом. Он может нести угрозу сам по себе, а может быть найден на территории с повышенной радиацией. Чтобы избежать скрытого воздействия от предметов металлолома, найденного на свалке, каждый объект нужно проверять со специальным оборудованием. Он может выявить его настоящий радиационный фон.

В «чистом виде» наибольшую опасность гамма-излучение представляет из таких источников:

• процессы в космическом пространстве;
• опыты с распадом частиц;
• переход ядра элемента с высоким содержанием энергии в состоянии покоя;
• движении заряженных частиц в магнитном поле;
• торможении заряженных частиц.

Первооткрывателем в области изучения гамма-частиц стал Поль Виллар. Этот французский специалист в сфере физических изысканий заговорил о свойствах излучения гамма-лучей еще в 1900 году. Натолкнул его на это эксперимент по изучению особенностей радия.

Нормы согласно СанПин

1. Сколько для помещений? Безопасное количество гамма-лучей – 0,25-0,4 мкЗв/час (эта цифра включает естественный фон для конкретной местности), радон и торон в совокупности – не более 200 Бк/куб.м. в год.
2. В питьевой воде – сумма всех радионуклидов не больше 2,2 Бк/кг. Радона – не более 60 Бк/час.
3. Для продуктов норма радиации прописана детально, по каждому виду отдельно.

Если дозы в квартире превышают указанные в п. 1, здание считается опасным для жизни и переквалифицируется из жилого в нежилое, либо предназначаются под снос.

Обязательно оценивается зараженность стройматериалов: уран, торий, калий в сумме должны составлять не более 370 Бк/кг. Оценивается и участок под строительство (промышленное, индивидуальное): гамма-лучи у земли – не больше 0,3 мкЗв/ч, радон – не больше 80 мБк/кв.м*с.

Такая вода еще раз проходит оценку на содержание конкретных радионуклидов отдельно по каждому виду.

Интересно: иногда можно услышать, что вредно употреблять в пищу бананы или бразильские орехи. Орехи действительно содержат некоторое количество радона, поскольку корни деревьев, на которых они растут, уходят крайне глубоко в почву, отчего и поглощают естественный, присущий недрам фон.

Бананы содержат калий-40. Однако, чтобы получить количество, которое будет опасно, необходимо употребить в пищу миллионы этих продуктов.

Важно: многие продукты естественного происхождения содержат радиоактивные изотопы. В среднем норма допустимой радиации, получаемой с пищей – 40 миллибэров/год (10% годовой дозы)

Все реализуемые через магазины продукты, предназначенные в пищу, должны проходить проверку на заражение стронцием, цезием.

Как работать с гамма фоном на открытой местности

Гамма фон на открытой местности может представлять собой опасность для здоровья, поэтому важно знать, как с ним работать правильно. Вот несколько советов:

Носите защитную одежду и средства индивидуальной защиты
Это включает в себя специальные костюмы, перчатки, ботинки и маски
При работе с гамма фоном на открытой местности важно минимизировать риск контакта с радиоактивными материалами.
Обратите внимание на окружающую среду. Если вы замечаете что-то необычное или подозрительное, сообщите об этом ответственным лицам
Это может быть утечка радиоактивных материалов или другие опасные ситуации, которые следует немедленно обнаружить и решить.
Используйте измерительные приборы
Для более точного определения уровня гамма фона на открытой местности, необходимо использовать измерительные приборы, такие как геигеровы счетчики или спектрометры

Это позволит получить информацию о радиационной обстановке и принять соответствующие меры предосторожности.
Не прикасайтесь к радиоактивным материалам. Если вы обнаружили радиоактивные предметы или материалы на открытой местности, не трогайте их руками

Вместо этого, сообщите об этом ответственным лицам и дайте им возможность безопасно убрать или обезвредить эти материалы.

Знание и соблюдение мер безопасности при работе с гамма фоном на открытой местности — важные меры для защиты вашего здоровья и окружающей среды. Будьте внимательны и всегда следуйте инструкциям и рекомендациям специалистов по радиационной безопасности.

Последствия радиоактивного заражения

Уровень радиации измеряется в количестве изотопов, полученных за единицу времени. Мощность излучения определяется в рентгенах в час, полученная доза вычисляется суммированием всех показателей за год. Эта составляющая измеряется в греях (Гр).

В зависимости от объема поглощенных организмом изотопов человек может получить лучевую болезнь:

1. I степень. Заболевание не представляет опасности для человека при условии его эвакуации из зараженной зоны. Оно проявляется в виде слабости, головной боли, нарушении сна и аппетита. При получении дозы до 2 Гр выздоровление может наступить уже через полтора-два месяца.
2. II степень. В случае получения дозы до 4 Гр наступает поражение средней тяжести. Больной испытывает острые боли, у него нарушается деятельность внутренних органов и центральной нервной системы. Внешне болезнь проявляется выпадением волос, зубов и образованием язв. Даже квалифицированное лечение не дает полного выздоровления.
3. III степень. Доза 4-6 Гр вызывает необратимые процессы в организме человека. Болезнь тяжелой формы приводит к отказу внутренних органов и некрозу мягких тканей. Как правило, при сопутствующей потере иммунитета заболевание приводит к летальному исходу.
4. IV степень. Тяжелая форма развивается при получении больным более 6 Гр. Описать симптомы, которые испытывают пациенты, не представляется возможным, так как их смерть наступала в считанные часы после облучения. Летальному исходу предшествовало полное нарушение структуры мягких тканей, остановка сердца и прекращение дыхания.

Лучевой травмой считается получение человеком дозы, величина которой составляет менее 1 Гр.