Сборник учебных программ по повышению квалификации персонала

Программа курса
Физические основы радиационной безопасности

Доцент Власов В. К.
(до 72 учебных часов)

Программа включает три самостоятельных раздела, содержание и объемы которых могут варьировать в зависимости от контингента учащихся в пределах от 8 до 24 часов каждый:
"ОСНОВЫ РАДИАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ";
"РАСЧЕТ ДОЗ И ЗАЩИТЫ ОТ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ";
"НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ ДОЗИМЕТРИИ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ".

В Программу обучения могут быть включены актуальные вопросы РБ и обсуждение прикладных вопросов в работе Семинара РБ.
1.ОСНОВЫ РАДИАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ.
1.1.Основные понятия в радиационной безопасности. Цели и задачи радиационной безопасности.
1.2.Виды ионизирующих излучений. Последовательная трансформация первичного излучения во вторичное излучение и излучение последующих поколений. Диссипация энергии излучения.
Элементарные акты передачи энергии. Радиационные эффекты в газах и жидкостях; эффекты и дефекты в твердых телах и в структурах различной иерархии живого организма. Микроскопические и макроскопические неоднородности распределения выделенной ионизирующим излучением энергии в облученном объекте.
Ионизация, возбуждение, диссоциация и рекомбинация. Энергетические затраты в элементарных актах передачи энергии излучения веществу. Радиационно-химический выход продуктов радиолиза. Время жизни продуктов радиолиза и радиационных и (или) радиационно-индуцированных дефектов в живых и неживых объектах. Радиолиз воды. Выход основных продуктов радиолиза во времени. Прямое и косвенное действие излучения на биологические структуры и на организм в целом. Теория попаданий (мишени).

1.3. Переданная веществу энергия ионизирующего излучения. Поглощенная доза. Единицы измерения поглощенной дозы — Гр. (Грей) и рад. Тепловые эквиваленты и температурные эффекты поглощенной дозы в облученных телах. Число ионов в иерархических структурах вещества на единицу дозы или эффекта.
Абсолютный и относительные методы измерения поглощенной дозы. Понятие "ОТКЛИКА" облученного тела (системы) на радиационное воздействие. Зависимость "ОТКЛИК-ДОЗА" ("ЭФФЕКТ-ДОЗА") для живых и неживых объектов.

1. 4. Эквивалентная доза. Основные типы радиобиологических эффектов: соматические и стохастические (отдаленные соматические и генетические эффекты).
Детерминированные (пороговые) эффекты. Значения пороговых доз, установленных МКРЗ. Процессы восстановления в облученном организме. Роль мощности дозы и дробности облучения в результирующем радиобиологическом эффекте.
Относительная биологическая эффективность (ОБЭ) многопараметрическая функция вида и энергии излучения, вида объекта и эффекта, условий облучения и времени наблюдения. Линейная передача энергии (ЛПЭ) — параметр, определяющий биологическую эффективность действия излучения.

1.5. Радиационный риск — радиационно-индуцированные соматические и генетические заболевания. Источники и научная база для определения численных значений коэффициентов радиационного риска.
Понятия "малая" и "большая" доза, "пороговая" и "беспороговая" концепции радиационного канцерогенеза. Коэффициент DDREF - "коэффициент эффективности дозы и мощности дозы"- пределы варьирования и область применения.
Положительные эффекты при облучении живых организмов ионизирующим излучением в малых дозах — эффект гормезиса.
Сопоставление величины предполагаемого уровня радиационного риска для человека со статистически достоверным риском от других причин экзогенного и эндогенного характера.
Риск при профессиональной деятельности. Пути снижения уровня профессионального риска — оптимизация защиты (ALARA — принцип). Социально приемлемый уровень риска и возраст-специфичная частота смерти для людей. Частота спонтанных онкологических и генетических заболеваний.
Коэффициент качества излучения и весовые множители излучения — регламентированные коэффициенты ОБЭ для пролонгированного облучения на уровне "малых" доз. Область применения понятия "ЭКВИВАЛЕНТНАЯ ДОЗА".

1.6. Эффективная доза (эффективная эквивалентная доза). Радиационный риск при неравномерном облучении органов и тканей человека. Тканевые весовые множители. Область применения понятия "ЭФФЕКТИВНАЯ ДОЗА".
Коллективная эффективная доза. Оценка выхода радиационно-ин-дуцированных эффектов у ликвидаторов последствий аварии (ЛПА) на ЧАЭС по опубликованным статистическим данным "35-ти и 7-ми бэрные" концепции регламентирования облучения населения в районах радиационных аварий.

1.7. Краткий исторический очерк нормирования радиационного воздействия для профессионалов и для населения в целом - эритемная, толерантная, безопасная и предельно допустимые дозы; предел дозы.
Принципы нормирования радиационного воздействия Международной Комиссией по Радиологической Защите (МКРЗ) и НКРЗ СССР (России) Публикации № 1, 26,60 и 61 МКРЗ и СП 333-60, НРБ-69, НРБ-76, НРБ-76/87, НРБ-96 (СССР и Россия), НРБ-99. Концептуальные различия.

1.8.Радиационный фон: составляющие и пределы варьирования естественного и антропогенного радиационного фона от внешнего и внутреннего облучения человека.

1.9.Радиационный фон в помещениях. Содержание естественных радионуклидов в строительных материалах (пределы варьирования).Расчет дозы от гамма-излучения в помещениях.
Проблема радона. Коэффициент эманирования. Скрытая энергия короткоживущих продуктов распада радона. Радиоактивные аэрозоли и свободные ионы. Эквивалентная равновесная объемная активность (ЭРОА) изотопов радона в воздухе. Зависимость коэффициента равновесия от кратности обмена воздуха в помещениях и от скорости эс-халяции радона. Принципы расчета дозы от радона и продуктов его распада. Допустимые концентрации радона (ЭРК) в жилых и рабочих помещениях. Вариации концентрации радона в помещениях и на открытой местности.

2. РАСЧЕТ ДОЗ И ЗАЩИТЫ ОТ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ.
2.1. Расчет дозы от внешнего излучения.
Точечные источники ионизирующих излучений. Расчет плотности потока и флюенса с учетом самопоглощения в источнике и во внешней среде.
Связь между потоковыми и дозовыми характеристиками для различных видов излучения. Удельная максимальная эквивалентная доза; коэффициент изотропности, допустимая плотность потока (по НРБ-76/87).Эффективная на единичный флюенс доза (по НРБ-96), НРБ-99.
Расчет мощности дозы и дозы от гамма-излучения. Гамма-постоянная для индивидуальных радионуклидов ( Геи и Кгамма ).
Принципы расчета мощности дозы и дозы от тепловых и быстрых нейтронов в теле человека. Градиент дозного поля в поперечном сечении.
Выход и спектр нейтронов у лабораторных источников нейтронов: (альфа, п) и (гамма, п) — источники; Cf-252; нейтронные генераторы. Расчет дозы от лабораторных источников нейтронов.
Расчет мощности дозы и дозы от бета-излучения в коже при внешнем облучении.
2.2.Радиационные характеристики рентгеновских аппаратов. Спектры излучения рентгеновских установок. Фильтрация первичного излучения. Характеристическое излучение. Радиационный выход рентгеновского аппарата как функция потенциала возбуждения, анодного тока и конструкции анода. Расчет мощности дозы и дозы от рентгеновских установок различного типа. Неравномерность облучения объекта и градиент дозы по поперечному сечению.
2.3.Расчет доз от протяженных источников гамма-излучения. Модели: тонкая излучающая пленка; толстый излучающий и поглощающий слой; бесконечное и полубесконечное излучающее и поглощающее пространство.
Расчет мощности дозы и дозы при аварийных загрязнениях. Эффективная гамма-постоянная для смеси радионуклидов (для продуктов деления различного происхождения и возраста).
Расчет дозы от фотонного излучения в газовой полости — модель для расчета мощности дозы и дозы от фотонного излучения естественных радионуклидов в помещениях.
Эффективная концентрация естественных радионуклидов в строительных материалах. Расчет эффективной концентрации. Ограничения содержания естественных радионуклидов в строительных материалах.

2.4. Расчет защиты от ионизирующих излучений.
Расчет необходимой кратности ослабления излучения (потоковых или дозовых характеристик) в заданной точке. Ограничение дозы выбором оптимальных условий проведения работы (пребывания) — защита без использования экранов — защита активностью (А), расстоянием (R), временем (t).

2.5. Расчет толщины защитных экранов при защите от гамма-излучения. Узкий и широкий пучки излучения. Спектр излучения за защитой в узком и широком пучках в материалах с различными гэфф. Фактор накопления. Кратность ослабления излучения в узком и широком пучках.Расчет защиты с использованием универсальных таблиц Н.Г. Гусева.
Расчет защиты от немонохроматического гамма-излучения методом конкурирующих линий: рентгеновское излучение, радионуклид-ные источники, продукты деления.
Выбор защитных материалов.

2.6. Расчет защиты от нейтронов. Сечение выведения. Фактор на копления для широкого пучка. Расчет защиты от лабораторных источников по номограммам. Выбор защитных материалов.

2.7. Расчет защиты от бета-излучения. Тормозное излучение источников. Расчет мощности дозы тормозного излучения. Расчет защиты от тормозного излучения методом конкурирующих линий. Выбор защитных материалов.

2.8. Расчет дозы от инкорпорированных радионуклидов.
Содержание естественных радионуклидов в организме.
Пути поступления радионуклидов в организм: ингаляционный, пероральный, перкутанный. Зависимость транспорта и депонирования радионуклидов от их химического и физического состояния. Критические органы. Коэффициенты распределения радионуклидов различной тропности в организме.
Расчет мощности дозы и дозы в критическом органе при одномоментном поступлении радионуклида в организм. Эффективный период полувыведения. Удельная мощность дозы в критическом органе.
Расчет мощности дозы и дозы при постоянном поступлении в организм. Ожидаемая полувековая доза.
Доза от естественных радионуклидов.
Расчет дозы от радона и продуктов его распада.
Принципы расчета предельно допустимых величин поступления и содержания радионуклидов в организме; допустимых величин содержания в воздухе, воде и пище. Различие в нормировании для различных категорий облучаемых лиц — персонал (А), персонал (Б), все население (безаварийный период), все население (аварийная ситуация).
Гигиенические нормативы качества и безопасности продовольственного сырья и пищевых продуктов.

2.9. Радиационные аварии. Классификация аварий по степени тяжести (МАГАТЭ). Тип аварий и потенциально значимые радионуклиды.Развитие аварий во времени и пространстве. Фазы развития аварий.Основные пути облучения населения на различных стадиях радиационных аварий.

Примеры радиационных аварий: ЧАЭС (СССР), Тримайлайленд (США), Уиндскейл (Англия), Южный Урал — ВУРС (СССР), Гояния (Бразилия).

Критерии принятия решений по уровню защитных мер- дозовые и производные уровни вмешательства. Расчет производных уровней вмешательства при различных путях формирования ожидаемой дозы для индивидуальных радионуклидов и их смесей.

3. НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ ДОЗИМЕТРИИ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ.
3.1.Цели и задачи дозиметрии. Классификация методов дозимет
рии. Абсолютные и относительные методы: калориметрический; иони
зационный; химический; люминесцентный; сцинтилляционный. Сущ
ность методов и область их применения.

3.2.Физические основы дозиметрии фотонного излучения. Сечения и коэффициенты взаимодействия фотонного излучения с веществом. Переданная энергия. Электронное равновесие. Поглощенная доза и керма на границе раздела сред. Соотношение Брегга-Грея. Обобщенная теория ионизации в полости. Роль стенки и радиационно-чувствительного элемента в полости в формировании функции отклика измерительной системы. Эффективный атомный номер стенки и полости.

3.3. Энергетическая зависимость чувствительности детектора от энергии фотонного излучения — "ход с жесткостью ".
Ход с жесткостью для детекторов различного типа: ионизационной камеры и счетчика Гейгера-Мюллера; сцинтилляционного детектора в импульсном и токовом режимах; фотографических и химических детекторов.

3.4.Методы измерения плотности потока и флюенса нейтронов различной энергии. Сцинтилляционные детекторы. Активационные детекторы. Трековые детекторы. Использование радиаторов (конверторов) в дозиметрии нейтронов.

3.5.Измерение дозы от бета-излучения и электронов. Расчетные и экспериментальные методы. Кожный многослойный дозиметр на основе ТЛД. _:

3.6.Индивидуальный дозиметрический контроль — области приложения и используемые методики (радиационная безопасность, экологический мониторинг, аварийная дозиметрия, дозиметрия при медицинских процедурах). Желательные и реальные погрешности в индивидуальной дозиметрии. Особенности дозиметрии в смешанных полях излучения (гамма-бета, гамма-нейтронном и т.п.) — оценка дополнительной погрешности.

3.7.Дозиметрия радиоактивных газов и аэрозолей. Измерение концентрации радона и продуктов его распада кинетическим методом в ручном и автоматическом режиме. Интегральные методы измерения ЭРОА радона. Сорбционные методы концентрирования радиоактивных газов и паров с последующим измерением активности на спектрометрах различных типов.

3.8.Термолюминесцентные дозиметры (ТЛД). Сущность метода.Спектр электронно-дырочных центров — кривая термовысвечивания. Светосумма. Функции накопления и удержания дозиметрической информации. Фединг. Основные типы ТЛД — область применения, достоинства и недостатки.
Использование метода радиотермолюминесценции (РТЛ) для реконструкции радиационной обстановки на местах радиационных аварий: ЧАЭС, ВУРС, Семипалатинский полигон.

3.9. Особенности использования детекторов при дозиметрии прямого и рассеянного рентгеновского излучения — деформация начальных спектров, неоднородность функции "хода с жесткостью", анизотропия отклика.

Литература:
А. Учебники и монографии.

• А. К. Пикаев. Современная радиационная химия.Основные положения. Экспериментальная техника и методы. М.: "Наука", 1985.
• А. К. Пикаев. Современная радиационная химия.Радиолиз жидкостей и газов. М.: "Наука", 1986.
• А. К. Пикаев. Современная радиационная химия.Радиолиз газов и жидкостей. М.: "Наука", 1986.
• Н. В. Тимофеев-Ресовский, А. В. Савич, М.: И.Шальнов. Введение в молекулярную радиобиологию. М.: "Медицина", 1981.
• В. И. Иванов. Курс дозиметрии. М.,"Энергоатомиздат", 1988.
• Н. Г. Гусев, В. А. Климанов, В. П. Машкович, А. П.Суворов. Защита от ионизирующих излучений, т.1 Физические основы защиты от излучений. М.: "Энергоатомиздат" 1989.
• Н. Г. Гусев, Е. Е. Ковалев, В. П. Машкович, А. П.Суворов. Защита от ионизирующих излучений. Защита от излучений ядерно-технических установок. М.: "Энергоатомиздат", 1990.
• Д. П. Осанов, И. А. Лихтарев. Дозиметрия излучений инкорпорированных радиоактивных веществ.М.,"Атомиздат",1977.
• Э. М. Крысюк. Радиационный фон помещений. М.:"Энергоатомиздат", 1989.
• 10. С. П. Ярмоненко. Радиобиология человека и животных. М.: "Высшая школа", 1988.

Б. Нормативные документы.

• Рекомендации Международной Комиссии по Радиологической Защите 1990 года. Публикации 60, часть 1,61 МКРЗ.М., "Энергоатомиздат", 1994.
• Рекомендации Международной Комиссии по Радиологической Защите 1990 года. Публикация 60 МКРЗ, часть 2.,М.,"Энергоатомиздат", 1994.
• Нормы Радиационной Безопасности НР-76/78 и Основные Санитарные правила работы с радиоактивными веществами и другими источниками ионизирующих излучений ОСП-72/87. М.: "Энергоатомиздат", 1988.
• Нормы Радиационной Безопасности (НРБ-96).Гигиенические нормативы ГН 2.6.1.054-96. М.: "Госкомсанэпиднадзор России", 1966.
• Нормы Радиационной Безопасности (НРБ-99). М.:Минздрав России, 1999.
• Основные санитарные правила обеспечения радиационной безопасности (ОСПОРБ-99). М.: Минздрав России, 2000.
• Методические Указания. Внедрение и применение ГОСТ 8.417-81 ТСИ. ЕДИНИЦЫ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН" в области ионизирующих излучений РД 50- 454-84.М.,Изд. Стандартов, 1990.
• Серия изданий по безопасности № 72 МАГАТЭ. Принципы установления уровней вмешательства для защиты населения в случае ядерной аварии или радиационной аварийной ситуации. МАГАТЭ, Вена, 1988.
• Серия изданий по безопасности № 81 МАГАТЭ.Производные уровни вмешательства, используемые для снижения доз облучения населения в случае ядерной аварии или радиационной аварийной ситуации. МГАТЭ, Вена, 1989.

В. Справочники.

• В. П. Машкович, А. В. Кудрявцева. Защита от ионизирующих излучений. Справочник. М."Энергоатомиздат", 1995.
• А. А. Моисеев, В. И. Иванов. Справочник по дозиметрии и радиационной гигиене. М.: "Энергоатомиздат", 1990.
• Н. Г. Гусев, В. А. Беляев. Радиоактивные выбросы в биосфере.Справочник. М."Энергоатомиздат", 1991.
• Р. В. Ставицкий, И. А. Ермаков, Л. А. Лебедев и др.Эквивалентные дозы в органах и тканях человека при рентгенологических исследованиях. Справочник. М."Энергоатомиздат", 1989.
• Л. А. Ильин, В. Ф. Кириллов, И. П.Коренков.Радиационная безопасность и защита.Справочник. М.: Медицина, 1996.