Главная страница
qrcode

Кутьков=Радиационная защита персонала организаций атомной отрасл. В. А. Кутьков, В. В. Ткаченко, В. П. Романцов радиационная защита персонала


НазваниеВ. А. Кутьков, В. В. Ткаченко, В. П. Романцов радиационная защита персонала
Дата24.03.2020
Размер4.21 Mb.
Формат файлаpdf
Имя файлаКутьков=Радиационная защита персонала организаций атомной отрасл
оригинальный pdf просмотр
ТипДокументы
#68427
страница1 из 38
Каталог
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   38

В. А. Кутьков, В. В. Ткаченко, В. П. Романцов
РАДИАЦИОННАЯ
ЗАЩИТА ПЕРСОНАЛА
ОРГАНИЗАЦИЙ
АТОМНОЙ ОТРАСЛИ
Рекомендовано учебно-методическим объединением вузов
в качестве учебного пособия для студентов
высших учебных заведений, обучающихся по направлению
«Ядерные физика и технологии» и специальности
«Радиационная безопасность человека и окружающей среды»
2
Радиационная защита персонала организаций атомной отрасли
УДК 614.876
ББК 31.4
К95
Реценз енты: кафедра «Атомная энергетика» Уральского государственного технического университета – УПИ
(зав. кафедрой, д-р техн. наук, профессор С. Е. Щеклеин); канд. техн. наук Е. А. Иванов (зам. генерального директора – руководитель Научно-исследовательского центра радиационной безопасности, экологии и охраны труда
АС ОАО «Всероссийский научно-исследовательский институт по эксплуатации атомных станций»)
К95
Кутьков В. А.
Радиационная защита персонала организаций атомной отрасли : учеб. пособие / В. А. Кутьков, В. В. Ткаченко, В. П. Романцов. – М. :
Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2011. – 400 с. : ил.
ISBN
978-5-7038-3533-3
Рассмотрены основные концепции, цели, задачи и методы обеспечения радиационной безопасности персонала организаций атомной отрасли.
Проанализированы закономерности формирования радиационных полей и дозы облучения; закономерности развития эффектов излучения; методы и средства радиационной защиты персонала в нормальных условиях и при радиационных авариях.
Рассмотрена концепция нормирования, основанная на современной системе дозиметрических величин и отраженная в нормативных документах РФ, в соответствии с международными рекомендациями.
Приведены основные положения отечественных регулирующих документов в контексте рекомендаций Международной комиссии по радиологической защите (МКРЗ) и стандартов безопасности Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ).
Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению
«Ядерные физика и технологии» и специальности «Радиационная безопасность человека и окружающей среды», а также для работников организаций атомной отрасли.
УДК 614.876
ББК 31.4
© Кутьков В. А., Ткаченко В. В.,
Романцов В. П., 2011
© Оформление. Издательство МГТУ
ISBN 978-5-7038-3533-3 им. Н. Э. Баумана, 2011
Предисловие
3
ПРЕДИСЛОВИЕ
В Российской Федерации с начала 1990-х гг. центральными издательствами практически прекращен выпуск современных учебников и других учебных материалов по дозиметрии ионизирующих излучений, радиационной защите и радиационной безопасности. Ведущие вузы страны решают эту проблему выпуском малотиражных изданий, которые остаются практически недоступными для других учебных заведений, в частности вузов системы подготовки кадров для атомной отрасли. Несмотря на то что отечественная система обеспечения безопасности во многих аспектах соответствует международным требованиям в этой области, международные требования и рекомендации по обеспечению безопасности человека остаются труднодоступными для отечественных специалистов. Данное учебное пособие является попыткой решения этой проблемы.
Радиационная защита персонала организаций атомной отрасли требует особой заботы в связи с приобретающим все больший масштаб использованием атомной энергии. По данным МАГАТЭ, в конце 2008 г. во всем мире работало 438 блоков АЭС с общей электрической мощностью 371,6 ГВт(э), еще 44 блока с суммарной электрической мощностью 39 ГВт(э) находились в стадии строительства. По оценкам, на ближайшие 20 лет атомная энергетика будет обеспечивать примерно 8% мировой выработки электроэнергии. Ожидается, что к 2030 г. суммарная мощность АЭС удвоится. Ядерный ренессанс вызывает обоснованное повышенное внимание к обеспечению безопасности атомной отрасли.
Важнейшее значение поэтому приобретает эффективное регулирование обращения с источниками излучения, основанное на измерении характеристик полей излучения в производственных условиях и оценке риска вредных эффектов излучения, что и составляет предмет радиационной защиты персонала организаций атомной отрасли.
4
Радиационная защита персонала организаций атомной отрасли
Использование атомной энергии, принося несомненную пользу, таит в себе, к сожалению, потенциальную опасность, реализуемую в аварийных ситуациях, источником возникновения которых оказываются недостаточная квалификация персонала, преступная небрежность, недостаточная надежность ядерно-технических установок и др. В этой связи ключевым является вопрос об уровне профессиональной культуры, необходимым элементом которой должно быть понимание природы опасных факторов, сопутствующих развитию атомных технологий, и тех реальных последствий, которые они могут вызвать. Пути повышения профессиональной культуры разнообразны, но применительно к специалистам, работающим с источниками ионизирующих излучений, все они связаны с повышением квалификации кадров в области радиационной безопасности.
Учебное пособие «Радиационная защита персонала организаций атомной отрасли» предназначено для студентов, обучающихся по направлению «Ядерные физика и технологии» специальности
«Радиационная безопасность человека и окружающей среды», а также может быть использовано при подготовке, профессиональной переподготовке и повышении квалификации персонала организаций атомной отрасли.
Пособие написано на основе курса лекций, прочитанных авторами студентам Обнинского института атомной энергетики (филиал Национального исследовательского ядерного университета
«МИФИ»), по дисциплинам «Дозиметрия излучений», «Защита от ионизирующих излучений», «Радиационная безопасность ядерноэнергетических установок», «Методы радиационного контроля» и лекций работникам организаций атомной отрасли, проходившим профессиональную переподготовку по специальности «Атомные электрические станции и установки» направления «Эксплуатация
АЭС» и повышение квалификации по программе «Радиационная безопасность».
Авторы благодарны рецензентам: сотрудникам кафедры «Атомная энергетика» Уральского государственного технического университета – УПИ (заведующий кафедрой, д-р техн. наук, профессор
С. Е. Щеклеин; доцент кафедры, канд. техн. наук О. Л. Ташлыков) и заместителю генерального директора – руководителю НИЦ радиационной безопасности, экологии и охраны труда АС ОАО «Всероссийский научно-исследовательский институт по эксплуатации атомных станций», канд. техн. наук Е. А. Иванову, внимательно прочитавшим рукопись и сделавшим ценные замечания, а также
Предисловие
5
председателю Учебно-методической комиссии по специальности
«Радиационная безопасность человека и окружающей среды» Учебно-методического объединения направления подготовки «Ядерные физика и технологии», профессору кафедры «Радиационная физика, биофизика и экология» Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ», д-ру физ.-мат. наук Е. А. Крамер-Агееву за критические замечания и доброжелательное отношение к изданию данного пособия. Авторы признательны канд. техн. наук
С. П. Саакяну и канд. биол. наук Н. Н. Павловой за помощь в оформлении рукописи.
ВВЕДЕНИЕ
Пособие является введением в концепцию нормирования, основанную на современной системе дозиметрических величин и отраженную в нормативных документах РФ в соответствии с международными рекомендациями. Для обеспечения единства методологических подходов к обеспечению радиационной безопасности рассмотрены основные концепции, цели, задачи и методы обеспечения радиационной безопасности персонала предприятий атомной промышленности: закономерности формирования радиационных полей и дозы облучения, развития эффектов излучения, а также цели, методы и средства радиационной защиты персонала в нормальных условиях и при радиационных авариях.
Основные положения отечественных регулирующих документов рассмотрены в контексте рекомендаций Международной комиссии по радиологической защите (МКРЗ) и стандартов безопасности Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ).
Особое внимание уделено перспективам изменения подходов к обеспечению радиационной безопасности, обусловленных выпуском МКРЗ в 2007 г. новых рекомендаций.
Глава 1 является введением в ядерную физику, содержит общие сведения о радиоактивности, основные характеристики ядер и ядерных превращений, закон радиоактивного распада. В ней рассмотрены цепочки радиоактивных изотопов и сформулированы условия радионуклидного равновесия в таких цепочках. Особое внимание уделено характеристикам ионизирующего излучения, сопровождающего ядерные превращения. Представлены спектральные характеристики отдельных видов излучения и спектры излучения отдельных ядер, включая спектры спонтанного деления.
Глава 2 – введение в радиационную физику, содержит общие сведения о закономерностях прохождения излучения через вещество. Описаны первичные взаимодействия излучения с веществом и рассмотрено преобразование излучения при его взаимодействии с веществом. При анализе потерь энергии излучения в веществе
Введение
7
и передачи энергии излучения веществу особое внимание уделено понятию электронного равновесия. Раскрыто понятие поля излучения и определены его основные характеристики. Дано общее представление о базовых дозиметрических характеристиках радиационного поля (поглощенная доза, керма).
Глава 3 вводит в радиационную биологию человека и содержит общие сведения о закономерностях формирования биологических эффектов излучения, рассматривает биологическое действие излучения на отдельные клетки и биологические эффекты излучения у человека (включая детерминированные, стохастические соматические и генетические эффекты излучения).
Рассмотрены основные модели оценки риска развития эффектов излучения в широком диапазоне доз. Особое внимание при этом уделено «малым дозам излучения» – уровням облучения, при которых не удалось обнаружить связь между облучением и сокращением продолжительности жизни. При отсутствии доказательства существования эффектов малых доз излучения объяснено, почему в основу радиационной безопасности и дозиметрии была положена гипотеза о беспороговом действии ионизирующего излучения на человека.
Глава 4 содержит описание системы дозиметрических величин, характеризующих условия облучения человека при оценке эффектов излучения. Рассмотрены последствия облучения человека с точки зрения риска развития тяжелых радиогенных заболеваний
(эффектов излучения). Радиационная защита и безопасность опираются на систему дозиметрических величин, которые разделяются на две большие группы: базовые дозиметрические и эквидозиметрические величины. Эквидозиметрические величины используют для:
♦ оценки риска развития эффектов излучения (ОБЭ-взвешенная доза облучения органа или ткани, эквивалентная доза облучения органа или ткани);
♦ определения требований к состоянию радиационной безопасности (эффективная доза облучения);
♦ оценки условий использования источников излучения (индивидуальный эквивалент дозы облучения, амбиентный эквивалент дозы облучения).
Систематизирована связь между величинами, используемыми в радиационной защите и безопасности. Представлены области доз
8
Радиационная защита персонала организаций атомной отрасли облучения, в пределах которых рекомендуют использование тех или иных дозиметрических величин для оценки риска развития детерминированных и стохастических эффектов.
Глава 5 включает систематическое описание целей и задач радиационной защиты персонала организаций атомной отрасли от рисков, обусловленных профессиональным облучением. Основное внимание уделено управлению источником излучения как методу и средству обеспечения радиационной безопасности. Детально представлены стратегия и тактика обеспечения радиационной безопасности профессиональных работников, в основе которых лежит ограничение опасности и вредности профессионального облучения. Рассмотрена концепция индивидуальной дозы с точки зрения нормирования радиационного воздействия. Главное внимание уделено национальной системе регулирования безопасности использования атомной энергии. В свете международных стандартов и рекомендаций рассмотрена отечественная нормативноправовая база регулирования безопасности, включая требования
НРБ-99/2009 и других санитарных норм и правил обеспечения радиационной безопасности.
Глава 6 является введением в физические основы дозиметрии и содержит базовые сведения о физических основах регистрации и дозиметрии ионизирующих излучений, приборах радиационного контроля. Рассмотрены основные приборные методы дозиметрии внешнего фотонного и нейтронного излучения. Значительное внимание уделяется приборному обеспечению радиационного контроля.
В главе 7 описаны пути поступления радионуклидов в тело человека, их последующий перенос в организме и модели, которые используются в описании этих процессов для целей дозиметрии внутреннего облучения, а также дана количественная оценка радиологических свойств радиоактивных аэрозолей. Рассмотрены критерии и методы оценки радиологических свойств источников внутреннего облучения, рекомендованные МКРЗ и МАГАТЭ.
Глава 8 содержит базовые сведения о требованиях к организации и проведению радиационного контроля в организациях атомной отрасли, а также регламенты контроля доз внешнего и внутреннего облучений персонала.
В главе 9 приведены базовые сведения о природе и уровнях облучения населения естественными источниками ионизирующих излучений. Значительное внимание уделено факторам, форми-
Введение
9
рующим техногенно измененный естественный радиационный фон. Описаны источники облучения персонала организаций атомной отрасли, в первую очередь на атомных станциях. Проанализирована мировая статистика облучения работников атомной промышленности (ядерный топливный цикл) и других отраслей народного хозяйства.
Приложение 1 включает определения основных физических величин, использующихся в дозиметрии ионизирующих излучений и радиационной защите. Приведены формы представлений значений физических величин, а также таблицы кратных и дольных приставок к единицам в СИ.
Приложение 2 содержит определения основных терминов, которые используются в радиационной защите и безопасности.
В приложении 3 представлены практические рекомендации по радиационному контролю в организациях атомной отрасли в виде рабочих инструкций, описывающих последовательность основных действий при выполнении работ, относящихся к компетенции оперативного персонала отделов радиационной безопасности. Важными элементами инструкций, предназначенных для формирования сознательного выполнения тех или иных заданий, являются сформулированные цели, предостережения и ограничения для выполнения работы, а также разъяснения относительно отдельных действий.
В приложении 4 приведена краткая хронология основных событий радиационной физики и радиационной безопасности со времени открытия проникающего коротковолнового (рентгеновского) излучения Вильгельмом Рентгеном в 1895 г. до выпуска Рекомендаций
МКРЗ 2007 г., а также эволюцию системы радиологической защиты путем сопоставления Рекомендаций МКРЗ 2007 г. и 1990 г.
Приложение 5 состоит из контрольных вопросов, которые сформулированы таким образом, чтобы подчеркнуть наиболее важные положения каждой главы.
Глава 1.
ИСТОЧНИКИ ИОНИЗИРУЮЩЕГО
ИЗЛУЧЕНИЯ
1.1. ХАРАКТЕРИСТИКИ ЯДЕР И ЯДЕРНЫЕ
ПРЕВРАЩЕНИЯ
Атомное ядро – центральная массивная часть атома, состоящая из протонов и нейтронов (нуклонов). В ядре сосредоточена почти вся масса атома (более 99,95%). Размеры ядер составляют порядка 10
–13
–10
–12
см. Ядра имеют положительный электрический заряд, кратный абсолютной величине заряда электрона :
e
Q Ze
=
Целое число Z совпадает с порядковым номером элемента в периодической системе элементов.
Электрический заряд Z соответствует числу протонов, формирующих ядро, и обусловливает химические свойства всех изотопов данного химического элемента. Массовое число ядра A равно числу нуклонов, формирующих ядро. Если ядро сформировано из
Z
протонов и N нейтронов, то
A N Z
= + Его масса равна
(
)
2
,
p
n
M
Zm
Nm
W c
=
+

(1.1) где
,
p
n
m
m
– массы покоящихся протона и нейтрона; W – энергия связи нуклонов в ядре; c – скорость света в вакууме. Величину
2
W c
иногда называют дефектом массы. Покоящемуся ядру с массой M соответствует энергия
2 0
E
Mc
=
Массовое число и заряд полностью определяют тип ядра, а конкретное ядро с определенными параметрами
(
)
,
A Z
называют нук-
Глава 1. Источники ионизирующего излучения 11
лидом. Ядра с одинаковым A называют изобарами, с одинаковым
Z
изотопами, с одинаковым N изотонами.
В отличие от свободных частиц, для которых энергия может принимать любые значения, связанные частицы (т. е. частицы, кинетическая энергия которых меньше абсолютного значения потенциальной), согласно квантовой механике, могут находиться только в состояниях с определенными дискретными значениями энергий
(дискретный спектр).
Атомное ядро, являясь сложной квантовой системой, может находиться в различных энергетических состояниях, которые принято называть энергетическими уровнями. Состояние с наименьшим значением энергии называют основным, остальные – возбужден-
ными. Принимается, что в основном состоянии энергия возбуждения равна нулю. Состояния могут быть устойчивыми и неустойчивыми. Неустойчивые состояния дополнительно характеризуются временем жизни ,
τ типом и характеристиками перехода в другое состояние (распада состояния), свойствами испускаемых частиц и другими параметрами. Все возбужденные состояния неустойчивы. Устойчивыми принято называть состояния со временем жизни более 10 15
лет. Если ядро имеет устойчивое состояние, оно называется стабильным, остальные ядра – радиоактивные. Каждое ядро имеет несколько десятков, а иногда и сотен возбужденных состояний; к настоящему времени идентифицировано более 100 000 неустойчивых состояний ядер.
Радиоактивность – это фундаментальное свойство атомных ядер самопроизвольно (спонтанно) изменять свой состав и (или) энергетическое состояние путем испускания частиц и (или) фотонов. Соответствующее явление называется ядерным превраще-
нием. Они могут сопровождаться изменением состава ядра. Такие превращения принято называть α-распад, β-распад, спонтанное деление и т. п. Если изменяется лишь энергетическое состояние ядра, то это – электромагнитный переход. Такие превращения приводят к любым видам излучений: α-, β-, γ-излучения, испускание нуклонов, осколков деления, моноэнергетических электронов, квантов характеристического излучения и др.
Состояния атомных ядер, в том числе и основные, строго говоря, не являются стационарными и не обладают фиксированной энергией. Их можно характеризовать средним значением энергии сост
E
и разбросом сост
,
E
Δ
который называют естественной шири-
12
Радиационная защита персонала организаций атомной отрасли
ной уровня. Ширина уровня связана со средним временем жизни
τ ядерного состояния посредством соотношения неопределенностей сост
,
E
Δ
τ = (1.2) где
34 1,054 10
Дж с

=

⋅ – постоянная Планка; τ – среднее время жизни ядерного состояния.
Постоянная распада данного состояния
1
сост
λ τ
E

=
= Δ
(1.3)
По смыслу постоянная распада есть вероятность распада в единицу времени.
При распаде состояния несколькими способами каждому из них соответствует своя, так называемая парциальная постоянная рас-
пада, и полная постоянная распада получается суммированием, а время жизни состояния будет обратно полной постоянной распада. Диапазон возможных значений времен жизни весьма широк – от 10
–22 с до 10 20
лет.
В 1921 г. было обнаружено несколько длительно существующих (метастабильных) возбужденных состояний ядер, которые назвали изомерными, а ядра, идентичные по нуклонному составу, но находящиеся в разных состояниях, – изомерами. Строго говоря, все состояния одного ядра следует называть изомерными, поскольку нуклонный состав ядра всюду одинаков. Тем не менее, в силу сложившейся традиции, обычно только возбужденные состояния со временем жизни 10
–5
с и более называют изомерными, или метастабильными. У некоторых ядер может быть несколько метастабильных состояний. Более того, в некоторых справочниках, если маловероятен переход из изомерного состояния в основное и времена жизни сравнимы, приводятся данные как для двух разных нуклидов с одинаковым обозначением. Например, в Публикации 38 МКРЗ приводятся данные для короткоживущей и долгоживущей форм ряда радионуклидов – Nb-89, In-110, Sb-120,
Sb-128, Eu-150, Ta-178, Re-182, Np-236 и др.
Закон радиоактивного распада, справедливый для любых ядерных превращений, вытекает из двух статистических предположений:
♦ вероятность распада атомного ядра, находящегося в данном энергетическом состоянии, является характеристикой данного состояния ядра и не зависит ни от физического, ни от химического состояния атома, ни от времени, т. е. ядра
«не стареют»;
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   38

перейти в каталог файлов


связь с админом