Siguranța împotriva radiațiilor reprezintă starea de protecție a generațiilor prezente și viitoare de oameni de efectele nocive ale radiațiilor ionizante asupra sănătății lor .
Nevoia de protecție împotriva radiațiilor a apărut aproape imediat după descoperirea sa la sfârșitul secolului al XIX-lea. Fiind inițial interesul unui cerc restrâns de specialiști, odată cu debutul erei atomice și utilizarea pe scară largă a surselor de radiații în industrie, energie și medicină, siguranța radiațiilor a devenit o problemă urgentă pentru întreaga omenire.
Sistemul de radioprotecție, fiind o sarcină complexă și consumatoare de resurse, necesită pentru dezvoltarea și implementarea sa participarea marilor organizații internaționale și naționale, locul central în rândul cărora îl ocupă Comisia Internațională pentru Protecția împotriva radiațiilor.
Expunerea la radiații nu este ceva nou pentru omenire. Fondul natural de radiații este încă principala sursă de expunere pentru marea majoritate a populației [1] [2] . Principalele sale componente sunt razele cosmice și radiațiile de la radionuclizi de origine terestră, conținute omniprezent în scoarța terestră [3] . Ambele componente sunt distribuite neuniform în sfera locuirii umane. Radiația cosmică este neglijabilă pe suprafața pământului, dar reprezintă o problemă în zona aviației civile [4] . Expunerea externă la radionuclizi naturali depinde de compoziția solurilor și este semnificativă în regiunile cu un conținut semnificativ de nisip monazit sau radiu-226 [5] . Cea mai mare contribuție la expunerea totală din surse naturale o are expunerea internă la gazul radioactiv radon , care este inhalat de o persoană împreună cu aerul [6] [7] .
Activitatea umană a contribuit la radiația globală de fond. Consecințele testelor mondiale ale armelor nucleare , efectuate în anii 1945-1980 ai secolului XX, sunt înregistrate în prezent și prin conținutul de izotopi cu viață lungă de cesiu-137 și stronțiu-90 din biosferă . Vârful de expunere a avut loc în 1963, când era aproximativ 7% din fondul natural [8] . Întreprinderile industriale care extrag sau procesează materii prime fosile servesc ca sursă de contaminare locală prin deversarea deșeurilor cu o concentrație mare de izotopi naturali [9] . O altă sursă de eliberare limitată de substanțe radioactive în mediu este ingineria termică și nucleară. În timpul funcționării normale, poluarea de la centralele nucleare este mai mică decât de la centralele termice pe cărbune [10] , dar consecințele unor accidente care au avut loc s-au dovedit a fi foarte semnificative. Deci, în primul an după dezastrul de la Cernobîl , nivelul de expunere a populației Europei în afara granițelor URSS în unele locuri a atins 50% din fondul natural [11] .
Utilizarea radiațiilor ionizante în medicină pentru diagnosticarea și tratamentul bolilor a devenit larg răspândită în țările dezvoltate și reprezintă principala sursă de expunere tehnologică a populației. Cele mai utilizate proceduri de diagnostic sunt fluorografia , radiografia și, mai recent, tomografia computerizată [12] . În unele țări, expunerea prin aceste proceduri este comparabilă cu efectul radiațiilor naturale de fond [13] .
Un număr limitat de persoane intră în contact cu sursele de radiații în activitățile lor profesionale. Aceștia sunt lucrători din industria nucleară și energie , medici și personal din instituțiile medicale care lucrează cu radiații, detectoare de defecte de inspecție radiografică [2] . În această categorie se încadrează și echipajele de aeronave care efectuează zboruri regulate, deoarece expunerea la radiațiile cosmice naturale este semnificativă pentru ei [14] .
Există, de asemenea, multe surse mici de expunere, cum ar fi, de exemplu, produsele de consum care conțin materiale radioactive. Din punct de vedere istoric, iluminarea radioluminiscentă a cântarelor și a acelor ceasurilor sau instrumentelor, precum și detectoarele de incendiu bazate pe camere de ionizare , au devenit larg răspândite [7] . Conținutul de material radioactiv din ele este neglijabil. De mare pericol sunt sursele medicale sau industriale relativ mici care s-au pierdut în anumite circumstanțe [15] . Un caz cunoscut de expunere de la o astfel de sursă a fost incidentul de la Goiânia . O altă problemă binecunoscută care a apărut după prăbușirea URSS a fost pierderea controlului asupra generatoarelor de radioizotopi extrem de periculoase situate în zone îndepărtate . Unele dintre aceste RTG-uri au fost distruse de colectorii de deșeuri [16] .
Eficacitatea biologică a radiațiilor ionizante nu constă în cantitatea de energie care este transferată țesutului , ci în deteriorarea celor mai critice elemente ale celulelor corpului la nivel molecular. O doză letală de radiație, dacă ar fi convertită în energie termică, ar face ca organismul să se încălzească cu doar miimi de grad [17] . Cu toate acestea, atunci când o astfel de energie este transferată prin radiații ionizante, consecințele pentru un organism viu devin catastrofale. Principalul prejudiciu este cauzat de deteriorarea moleculelor de ADN din nucleul celular [18] . În unele cazuri, celula este complet restaurată, în unele moare, uneori apar modificări ireversibile în celulă, dar rămâne viabilă [19] .
La iradiere intensă, atunci când un anumit volum critic de celule moare, funcționarea țesuturilor sau organelor corespunzătoare este perturbată [20] . Acest efect al expunerii la radiații se numește reacție tisulară [21] și se manifestă în scurt timp după iradiere [22] . În funcție de doza de radiații și de organul în cauză, apar o varietate de afecțiuni patologice , de exemplu: infertilitate temporară , eritem , opacarea cristalinului ochiului [23] . În cazul iradierii acute în doze mari, când organele vitale sunt grav afectate, se dezvoltă boala radiațiilor [24] .
Sunt luate în considerare în special consecințele iradierii asupra fătului și fătului din uter . Dozele mari de radiații pot provoca atât moartea embrionului, cât și deteriorarea organelor care s-au format în timpul expunerii. Una dintre aceste consecințe este dezvoltarea retardului mintal la copiii ale căror mame au fost expuse la radiații grave în timpul sarcinii [25] .
Soarta celulelor iradiate, dar viabile, se dezvoltă mai complicată. În multe cazuri, o astfel de celulă va fi izolată sau distrusă de mecanismele de apărare ale organismului. Cu toate acestea, dacă acest lucru nu se întâmplă, atunci după o întârziere uneori semnificativă, poate începe diviziunea necontrolată, ceea ce duce la apariția unor cancere precum leucemia sau tumorile maligne . Tipul și severitatea unei astfel de boli, aparent, nu depind de iradiere. Putem spune doar că probabilitatea de a dezvolta cancer depinde de cantitatea de radiații , adică cu cât doza este mai mare, cu atât este mai mare probabilitatea de complicații [26] . Dacă radiația provoacă leziuni în celula germinativă, atunci există riscul de patologii la descendenți. Deși această ipoteză nu a primit dovezi directe pentru oameni [27] [28] [29] [30] , experimentele pe plante și animale au arătat posibilitatea fundamentală a unor astfel de efecte [31] . Efectele oncologice și ereditare ale expunerii sunt probabiliste și se numesc efecte stocastice [32] . Aceste efecte sunt consecințe pe termen lung ale iradierii, deoarece se pot manifesta la 10-20 de ani de la expunerea la radiații ionizante asupra organismului. Se mai poate spune că aceste boli maligne nu sunt specifice expunerii la radiații, ci doar provoacă dezvoltarea lor [33] .
Studiile epidemiologice recente indică probabilitatea apariției unor boli non-canceroase după expunerea la doze mari. Printre acestea se numără bolile de inimă , accidentele vasculare cerebrale , indigestia și bolile respiratorii. Mecanismele specifice pentru apariția unor astfel de complicații după iradiere rămân neexplorate [34] [35] .
Radiația cu raze X a fost descoperită în 1895 [36] , iar radiul radioactiv în 1898 [37] . Multe aplicații utile au fost atribuite descoperirilor, cum ar fi realizarea de fotografii medicale sau tratarea diferitelor boli [38] . Cu toate acestea, într-o perioadă destul de scurtă de timp, atitudinile față de radiații s-au schimbat de la admirație la acuzații de a fi cea mai mare amenințare la adresa umanității [36] . Primele victime ale radiațiilor au fost oamenii de știință și medicii care au lucrat cu tuburi cu raze X [39] . Așadar, inventatorul Thomas Edison a suferit daune cauzate de radiații la ochi și piele, iar unul dintre asistenții săi a murit din cauza expunerii acute. Cazul lui Eben Byers, care a murit în urma otrăvirii cu un popular elixir pe bază de radiu, pe care l-a luat în cantități mari pentru a-și îmbunătăți sănătatea, a devenit cunoscut pe scară largă [37] . Alte victime au fost „ fetele radium ” – muncitori din fabrică care aplicau vopsea luminoasă pe cadrane și pe acționare de ceas [40] .
Pericolul reprezentat de radiațiile ionizante impunea introducerea unor măsuri de protecție și restrictive adecvate. În 1921, Societatea Britanică de Raze X a emis linii directoare pentru protejarea lucrătorilor de supraexpunerea la raze X și radiu [41] [42] . În 1929, Asociația Medicală Americană a interzis încercările de utilizare a radiațiilor pentru îndepărtarea cosmetică a părului, iar trei ani mai târziu a fost impusă interdicția utilizării elixirurilor cu radiu [43] .
În 1928, la cel de-al doilea Congres Internațional al Radiologilor, a fost înființată Comisia Internațională pentru Protecția împotriva razelor X și a radiului [41] [42] [44] . Recomandările privind protecția împotriva radiațiilor din 1928 s-au ocupat în principal de ecranarea împotriva radiațiilor și de organizarea în siguranță a muncii. Nu s-au făcut restricții numerice de doză [45] . Abia în 1934 a fost stabilită o limită echivalentă cu 500 mSv din doza anuală efectivă de expunere profesională [45] . Această limită a fost stabilită pentru a evita leziunile acute de radiații [46] ; se știa prea puțin despre efectele pe termen lung ale radiațiilor [47] .
Odată cu începutul erei atomice, utilizarea pe scară largă a materialelor radioactive în scopuri militare și civile a extins semnificativ gama de sarcini cu care se confruntă siguranța radiațiilor [42] [48] . Date noi privind efectele pe termen lung ale expunerii [46] au condus la o revizuire a standardelor de siguranță existente. Recomandările din 1954 au pus bazele conceptului modern fără prag, care însemna recunoașterea pericolului oricărei doze de radiație care depășește doza de la radiația de fond naturală [49] [42] [46] . Pentru prima dată a fost recomandată limitarea dozelor nu numai pentru profesioniști, ci și pentru populația generală [49] .
Etapa actuală în dezvoltarea standardelor de siguranță împotriva radiațiilor a început în 1958, odată cu lansarea primei publicații oficiale a Comisiei Internaționale pentru Protecția împotriva Radiațiilor (ICRP). Pentru prima dată a fost formulat principiul fundamental al siguranței radiațiilor, care presupune primirea de doze cât mai mici, cunoscute acum sub numele de ALARA [50] . Nivelurile de expunere permise au fost reduse la 50 mSv pe an pentru personal și 5 mSv pe an pentru public [51] (în prezent 20 mSv și, respectiv, 1 mSv).
În lumea modernă, un individ practic nu este capabil să-și influențeze mediul. Starea mediului înconjurător depinde de acțiunile întregii societăți, prin urmare, problemele privind siguranța radiațiilor se află în mâinile organizațiilor naționale și internaționale cu resursele și influența corespunzătoare [52] .
Veriga de legătură în dezvoltarea și dezvoltarea sistemului de siguranță împotriva radiațiilor sunt recomandările unei asociații independente non-profit - Comisia Internațională pentru Protecția Radiologică (ICRP). ICRP angajează pe bază de voluntariat peste două sute de oameni din treizeci de țări ale lumii, care sunt specialiști autorizați în domeniul lor [53] [54] . Comisia este finanțată prin contribuții din partea organizațiilor naționale și internaționale, dintre care cea mai mare contribuție aparține țărilor europene și Statelor Unite [55] .
Împreună cu ICRP, și alte organizații internaționale specializate participă și la crearea unui sistem de siguranță împotriva radiațiilor [56] [57] :
În prezent, a fost stabilită următoarea practică pentru dezvoltarea și implementarea sistemului internațional de siguranță împotriva radiațiilor. UNSCEAR compileazã periodic datele disponibile privind efectele radiaþiilor atomice. Pe baza rapoartelor UNSCEAR, ICRP emite recomandările sale, care sunt apoi fixate în standardele de siguranță AIEA. Statele, în conformitate cu acordurile internaționale, utilizează aceste standarde în elaborarea reglementărilor lor naționale [58] . Mai detaliat, schema interacțiunii internaționale este prezentată în diagrama [59] .
Recomandările ICRP se reflectă în standardele naționale ale multor țări din întreaga lume. Cu toate acestea, nu toate statele aplică aceste recomandări în totalitate. Astfel, actualele reglementări americane se bazează în principal pe recomandările ICRP din 1977, care a fost determinată în mare măsură de independența structurii de reglementare a SUA, care a stat multă vreme la baza formării recomandărilor internaționale [60] [61 ]. ] . În 2008, Comisia de Reglementare Nucleară din SUA a inițiat un proces de revizuire a reglementărilor naționale, care a rămas practic neschimbat ca urmare. După o lungă discuție, s-a constatat că legislația actuală oferă o protecție suficientă pentru personal și public, iar o reducere suplimentară a limitelor de doză nu va aduce o creștere semnificativă a siguranței și nu va compensa costurile implementării noilor standarde [62] .
În Federația Rusă, siguranța la radiații este reglementată în ceea ce privește controlul surselor de radiații de către Rostekhnadzor și în ceea ce privește monitorizarea expunerii umane, de către Rospotrebnadzor [63] .
Sarcina principală a siguranței radiațiilor este de a limita daunele primite de o persoană din sursele de radiații ionizante, în timpul utilizării lor normale și în situații de urgență. În practică, acest lucru se realizează atât prin gestionarea sursei în sine, cât și prin organizarea activității umane [64] .
Întregul sistem de siguranță împotriva radiațiilor este construit pe trei principii principale. Principiul justificării prevede că orice decizie legată de expunere trebuie să fie justificată, adică să aducă mai mult beneficiu decât rău. Principiul optimizării necesită ca expunerea umană să fie întotdeauna menținută la un nivel cât mai scăzut posibil. Și în sfârșit , principiul raționalizării este că pentru orice expunere umană planificată (cu excepția expunerii medicale), trebuie respectate limitele de doză stabilite de lege [65] . Cel mai important dintre acestea este principiul de optimizare [66] , care se numește inima și sufletul sistemului de siguranță împotriva radiațiilor în publicațiile ICRP [67] . Implementarea practică a principiului de optimizare la începutul anilor 1980 a făcut posibilă reducerea semnificativă a dozelor de personal chiar și cu creșterea producției [68] .
Domeniile de reglementare a siguranței radiațiilor sunt [69] [70] :
Nu toate sursele de radiații sunt supuse reglementărilor. Fenomenele fundamental nereglementate sunt excluse din acesta, cum ar fi radiația cosmică la nivelul solului sau conținutul de potasiu-40 din corpul uman, precum și sursele care nu sunt capabile să creeze vreo doză semnificativă, cum ar fi obiectele decorative din sticlă de uraniu . 71] .
Radiația ionizantă provine de la sursă, este transmisă prin spațiu și absorbită la țintă. În consecință, caracteristicile cantitative ale radiațiilor pot fi împărțite în trei categorii. Activitatea caracterizează sursa, fluența și densitatea fluxului de particule - câmpul de radiație, iar transferul liniar de energie și doza absorbită - interacțiunea radiației cu materia [72] .
În siguranța radiațiilor, cea mai interesantă este evaluarea cantitativă a efectelor radiațiilor asupra oamenilor [73] . Valoarea dozimetrică de bază - doza absorbită este slab potrivită în acest scop, deoarece riscul de consecințe ereditare și oncologice depinde, printre altele, de tipul de radiații ionizante și de radiosensibilitatea organelor și țesuturilor umane [73] .
Diferite tipuri de radiații interacționează diferit cu materia. În cazul general, acest lucru se datorează diferenței în mecanismul de transfer de energie: neutronii și particulele alfa pe drum provoacă mult mai multe acte de ionizare decât cuante gamma . În consecință, daunele cauzate celulelor biologice vor fi diferite [74] [75] [76] . Pe de altă parte, chiar și în raport cu același tip de radiație, reacția diferitelor organe și țesuturi la aceasta este diferită. În același timp, gonadele , organele hematopoietice , plămânii , stomacul și intestinul gros sunt cele mai susceptibile la apariția efectelor pe termen lung ale radiațiilor .
Pentru a determina doza primită de o persoană, ținând cont de factorii de mai sus, a fost introdusă o valoare specială - doza eficientă . Doza eficientă ține cont atât de tipul de radiație, cât și de radiosensibilitatea organelor prin aplicarea factorilor de ponderare a radiațiilor și a factorilor de ponderare a țesuturilor [77] . Doza efectivă este calculată folosind modele antropomorfe speciale (fantome) și se referă la o anumită „persoană condiționată” medie [78] .
Scopul principal al dozei eficiente este de a lua în considerare dozele și de a monitoriza respectarea limitelor de expunere stabilite [79] [80] . Deoarece doza efectivă este calculată pentru un model condiționat al unei persoane și utilizează coeficienți medii selectați dintr-o gamă largă de date experimentale, nu poate servi ca o evaluare precisă, individuală a riscului de complicații pentru o anumită persoană. Pe de altă parte, studii recente arată că există persoane cu sensibilitate crescută la cancerul indus de radiații și poate că în viitor acest lucru se va reflecta în cerințele de siguranță împotriva radiațiilor [81] . O altă limitare este că factorii de ponderare care stau la baza dozei eficiente sunt aleși pentru a estima efectele stocastice la doze mici. Pentru alte cazuri, acestea vor fi diferite, astfel încât doza efectivă practic nu este utilizată atunci când limitele de doză stabilite legal sunt depășite și cu atât mai mult la doze care provoacă reacții tisulare [82] [83] .
Limitarea dozelor primite în siguranță la radiații are ca scop eliminarea completă a riscului de reacții tisulare și menținerea probabilității efectelor oncologice și ereditare ale expunerii sub un nivel inacceptabil [84] .
Apariția reacțiilor tisulare (tulburări în funcționarea organelor și țesuturilor cauzate de moartea celulelor) se caracterizează prin prezența unui anumit prag, sub care efectul nu se observă și peste care se manifestă și se intensifică proporțional cu creșterea. în doză [85] . Astfel, sterilitatea permanentă poate apărea atunci când organele genitale primesc o doză mai mare de 3000 mGy, iar o încălcare a procesului hematopoietic apare atunci când măduva osoasă este iradiată în doze mai mari de 500 mGy [86] .
Spre deosebire de reacțiile tisulare, consecințele oncologice apar la doze mult mai mici și se pot manifesta după o perioadă de timp destul de lungă după iradiere. Evaluarea cantitativă a riscurilor în acest caz se confruntă cu o serie de dificultăți. Concluziile actuale despre dependența probabilității bolilor oncologice de doza de radiații se bazează pe studii epidemiologice efectuate pe peste 80.000 de persoane care au fost expuse la radiații în timpul bombardamentelor atomice de la Hiroshima și Nagasaki . Studiile au arătat o creștere semnificativă statistic a cancerului la doze care depășesc 200 mSv. Principala problemă în interpretarea datelor obținute este că grupul studiat de japonezi a primit aproape instantaneu o doză suficient de mare, în timp ce în siguranța radiațiilor trebuie să se confrunte cu doze mici (sub 100 mSv [87] ) obținute cu un timp de expunere suficient de lung . [88] . Există și alte grupuri de studiu [89] , de exemplu: pacienți cu radioterapie , mineri ai minelor de uraniu din primele decenii ale secolului XX sau victime ale accidentelor cu radiații. Studiile în aceste grupuri sunt complexe și oferă puține informații pentru cuantificarea riscului [90] . În ansamblu, este greu de obținut date epidemiologice directe cu privire la efectul unor doze precise de radiații, deoarece un rezultat fiabil necesită studii asupra populațiilor umane gigantice [91] [92] [93] . Din această cauză, estimările cantitative ale riscului la doze mici se bazează pe extrapolare [94] și au asociată o incertitudine [95] .
Deoarece unele tipuri de cancer pot apărea din cauza deteriorării unei singure celule, iar mecanismele de apărare ale organismului nu sunt absolut eficiente, este imposibil să se judece existența unui prag real până la care radiația este absolut sigură [96] . Determinarea limitelor statutare de doză se reduce la alegerea unor astfel de valori la care riscul ar fi, conform opiniei populare, acceptabil [97] . Pentru expunerea profesională, se presupune că limita de doză este de 20 mSv din doza efectivă primită în mod regulat în fiecare an în timpul angajării [98] . La iradierea populației, limita de doză este aleasă la nivelul de 1 mSv din doza efectivă primită în fiecare an de-a lungul vieții unei persoane [99] . Limitele de doză astfel definite nu reprezintă o linie de demarcație clară între expunerile „periculoase” și „sigure” [100] . În toate cazurile, limita de doză se referă la expunerea suplimentară peste fondul natural , a cărei doză anuală este în medie de 2,4 mSv [8] . Limitele de doză nu se aplică, de asemenea, utilizării radiațiilor ionizante în scopuri medicale, deoarece acestea au ca scop aducerea unui beneficiu direct unei persoane.
Primele încercări de a defini limitele de expunere sigure s-au bazat pe efecte deterministe observabile, cum ar fi eritemul de radiații [101] . În anii 1930 [102] , pe baza dorinței de a evita leziunile acute prin radiații [46] , a fost introdus conceptul de doză tolerabilă (tolerabilă) egală cu 0,2 roentgen pe zi [42] (aceasta corespunde aproximativ unei expuneri profesionale efective anuale ). doza de 500 mSv ). [45] ). Datele epidemiologice acumulate ulterior cu privire la creșterea numărului de boli maligne în rândul radiologilor și primele informații despre leucemie la supraviețuitorii bombardamentelor atomice de la Hiroshima și Nagasaki au dus la o criză a conceptului de doză tolerantă [51] .
Deja în anii 1950, se presupunea că efectele nocive ale radiațiilor nu au un prag clar definit, iar orice expunere peste doza din mediul natural prezintă riscul unor consecințe negative [103] ( efecte stocastice ). Termenul „doză tolerată” a fost înlocuit cu un termen mai precaut „doză maximă admisă” [104] . Pentru a stabili numeric noi limite, în 1954 au fost determinate mai multe cantități noi [105] . Doza absorbită , măsurată în rads , a fost introdusă pentru a extinde conceptul de doză la orice substanță, nu doar aer (interacțiunea radiațiilor cu care a fost estimată prin doza de expunere ). Pentru a ține cont de eficacitatea biologică relativă (RBE) a diferitelor tipuri de radiații, a fost introdusă valoarea „doză RBE” (sau „echivalent de doză”, denumită în continuare „ doză echivalentă ”), a cărei unitate a fost rem . Dozele maxime admise, calculate in rem, au fost determinate pentru organele „critice” individuale, a căror iradiere în anumite situații a provocat cel mai mare prejudiciu. În cazul iradierii externe uniforme a unei persoane, aceste organe au fost considerate a fi gonadele ;][106măduva osoasă roșieși [51] .
Până la sfârșitul anilor 1970, conceptul de „organ critic” a fost abandonat, ceea ce nu permitea adăugarea fără ambiguitate a dozelor în diferite organe din cauza radiosensibilității diferite a acestora [107] . Pentru rezolvarea problemei a fost introdusă o nouă valoare, numită „echivalent de doză efectivă” (denumită în continuare „ doză efectivă ”) și egală cu suma echivalentelor de doză înmulțită cu factorii de ponderare pentru fiecare țesut [108] . În același timp, unitățile de doză au fost convertite în sistemul SI: rad a fost înlocuit cu gray și rem cu sievert [108] .
În anii 90 ai secolului XX, sistemul de mărimi dozimetrice în ansamblu a căpătat o formă modernă. Termenii „ echivalent ” și „ doză efectivă ” [108] au fost în cele din urmă stabiliți , iar limita anuală de doză a fost redusă la 20 mSv pe an pentru personal și la 1 mSv pe an pentru public (estimările de risc ale efectelor stocastice au fost revizuite ) [ 109] .
Mai sus, am vorbit despre mărimi dozimetrice normalizate (de protecție). Aceste cantități (doze echivalente și efective) sunt calculate și nu fac obiectul măsurării practice [110] . Mărimile operaționale [111] sunt utilizate pentru compararea cu valorile normalizate . În cazul expunerii umane externe, valoarea acestora poate fi măsurată în practică. Pentru a face acest lucru, instrumentele dozimetrice sunt calibrate pe anumite modele simplificate (așa-numitele „fantome”). O fantomă este un corp de testare condiționat cu dimensiuni și compoziție geometrică specifice, care este plasat într-un punct din câmpul radiațiilor ionizante și interacționează cu acesta ca un corp uman (absoarbe și împrăștie radiația) [112] . În diferite momente, au fost folosite ca fantome atât corpuri semi-infinite, cât și finite de diferite forme și dimensiuni, iar materialului i-au fost atribuite substanțe echivalente în țesut: apă, polistiren sau „țesut biologic de compoziție standard”, punctul de măsurare în sine putea să fie situat la suprafața sau în adâncurile fantomei [113] . În funcție de calibrare, au fost produse instrumente dozimetrice pentru măsurarea diferitelor cantități operaționale, cum ar fi: doza maximă echivalentă de doză, indicele echivalent de doză sau doza echivalentă în câmp [113] [114] [115] . În anii 1990, ICRU și ICRP au standardizat cantități operaționale pentru utilizare în domeniul securității radiațiilor [116] [117] . Definițiile adoptate se numesc echivalenți de doză ambientală și individuală și sunt utilizate sub această formă în sistemul modern de mărimi dozimetrice [118] [119] .
Radiațiile sunt imperceptibile de simțurile umane, prin urmare, atunci când lucrați cu radiații ionizante, trebuie să vă bazați exclusiv pe echipamente speciale [120] . Sarcina dozimetriei este de a cuantifica efectul așteptat al impactului acestui câmp asupra unei persoane atunci când se măsoară caracteristicile câmpului de radiații [121] .
Dozele echivalente și efective normalizate în siguranța radiațiilor nu sunt măsurabile în practică [122] ; prin urmare, în multe cazuri, trecerea de la valorile măsurate la cele normalizate necesită efectuarea unor calcule adecvate.
Pentru controlul operațional al dozelor în timpul expunerii externe s-au introdus așa-numitele mărimi operaționale, în unitățile de măsură ale căror echipamente de monitorizare a radiațiilor (dozimetre) sunt calibrate [123] . Mărimile de operare sunt definite astfel încât să se țină cont de perturbarea câmpului de radiații introdus de corpul uman [124] . Cu ajutorul valorilor de operare măsurate, este posibilă estimarea conservativă a valorii dozei efective primite (de regulă, valoarea valorii de operare depășește puțin valoarea dozei efective primite) [125] . Dacă valoarea valorii de funcționare este mai mică decât limitele stabilite, atunci nu este necesară o recalculare suplimentară [125] [126] .
În prezent, următoarele cantități operaționale sunt standardizate și utilizate [119] :
Primele două valori sunt utilizate la monitorizarea mediului pentru controlul dozimetric de grup, iar a treia pentru dozimetria individuală (de exemplu, folosind dozimetre personale purtate).
Nu există cantități operaționale pentru estimarea expunerii interne umane [127] . O doză eficientă din expunerea internă poate fi obținută doar prin calcul, cunoscând cantitatea de activitate care a intrat în organism [128] . Pentru radionuclizii beta care emit gamma și de înaltă energie, cantitatea acestora poate fi determinată de contoare de radiații umane . Pentru emițătorii alfa, este necesară prelevarea de probe biologice, de exemplu, aer expirat, pentru a determina conținutul izotopului din organism [129] . Doza internă calculată va depinde atât de factori fizici, cât și biologici. Cele fizice includ tipul și energia radiației, precum și timpul de înjumătățire al radionuclidului . Factorii biologici se caracterizează prin distribuția substanței radioactive în organism și timpul de înjumătățire al acesteia [130] .
Baza detectării radiațiilor ionizante este interacțiunea acesteia cu senzorul sensibil al dispozitivului. Există multe metode de detectare a radiațiilor, unele dintre ele pot fi enumerate [131] :
În ultimele decenii, metodele de înregistrare enumerate mai sus nu s-au schimbat prea mult, însă, odată cu dezvoltarea microelectronicii, sistemele de procesare și reprezentare a semnalului de la detector au evoluat serios, iar dispozitivele în sine au devenit mai compacte [120] .
Există o abordare universală pentru manipularea în siguranță a oricărei surse de pericol. Cel mai eficient este eliminarea sursei în sine, dar acest lucru nu este întotdeauna posibil sau recomandabil. Apoi măsurile de protecție se concentrează fie pe izolarea sursei în sine, fie pe protejarea unei persoane de factorii nocivi produși de sursă. În siguranța radiațiilor, aceasta este implementată sub forma a două domenii principale de protecție: utilizarea în siguranță a unei surse de radiații externe și protecția unei persoane împotriva pătrunderii substanțelor radioactive în corpul său [132] .
Controlul expunerii umane externe se bazează pe trei principii principale: protecție în timp, protecție prin distanță și instalarea de bariere de protecție. Protecția prin timp și distanță este cea mai simplă și eficientă modalitate de a reduce expunerea. Doza primită este direct proporțională cu timpul petrecut în zona de radiație și invers proporțională cu pătratul distanței de la sursă [133] . Cu toate acestea, metoda de screening este mai fiabilă, deoarece nu depinde atât de mult de organizarea activității umane [134] .
Fiecare tip de radiație are propria sa putere de penetrare și chiar și denumirile particulelor: α, β și γ - au fost atribuite de Rutherford în ordinea creșterii acesteia [135] . Particulele alfa sunt oprite de o foaie de hârtie [134] sau de un strat superior de piele insensibil la radiații. Strict vorbind, este dificil să se considere radiația alfa ca un factor de iradiere extern [133] și nu este necesară protecția împotriva acesteia. Tot pericolul emițătorilor alfa se manifestă atunci când intră în organism, unde interacționează direct cu organele și țesuturile sensibile ale unei persoane. Radiația β necesită un strat de 10 mm de sticlă organică pentru o absorbție completă . Dificultatea constă în faptul că în timpul decelerării în ecranul de protecție în sine, electronii provoacă bremsstrahlung secundar , care este cu atât mai mare cu cât numărul atomic al substanței este mai mare . Prin urmare, protecția împotriva radiațiilor beta se realizează din substanțe cu număr atomic scăzut, precum aluminiul sau plexiglasul [134] .
Radiația gamma este atenuată în materie conform unei legi exponențiale . Teoretic, aceasta înseamnă că nu poate fi limitat complet, totuși, în practică, grosimea protecției este determinată pe baza reducerii radiațiilor la valorile de fond. Cu cât numărul atomic al unei substanțe este mai mare, cu atât sunt mai bune proprietățile sale de protecție. Cel mai simplu material de protecție împotriva radiațiilor gamma este plumbul [136] .
Protecția cu neutroni este o problemă complexă. În primul rând, neutronii trebuie încetiniți, după care sunt absorbiți efectiv de multe substanțe [136] [137] . În acest caz, sunt importante următoarele mecanisme de interacțiune a neutronilor cu materia . Imprăștirea elastică este transferul de energie cinetică către nucleul unui atom fără o reacție nucleară. Cel mai bine, neutronii sunt încetiniți de substanțe cu masă atomică scăzută, astfel încât protecția poate fi realizată față de substanțele care conțin hidrogen, de exemplu: parafină , apă , beton [138] . Captarea neutronilor este o reacție nucleară în care un neutron este absorbit de nucleu și este emisă o altă particulă sau rază gamma. Din punct de vedere al protecției, cea mai interesantă reacție este captarea unui neutron de către un nucleu de bor, în care se formează o particulă alfa ușor oprită. Prin urmare, bor-10 este adesea adăugat modelelor de protecție biologică . Din păcate, majoritatea celorlalte reacții care implică neutroni au loc cu emisia de raze gamma, ceea ce provoacă propriile dificultăți în protejarea radiațiilor secundare [139] .
Dacă o substanță radioactivă pătrunde în corpul uman, atunci aceasta devine o sursă de radiații interne [140] . Soarta substanței primite este diferită, iodul radioactiv este concentrat în glanda tiroidă, iar plutoniul și stronțiul în țesutul osos [141] . Alți izotopi pot fi distribuiți uniform în organism, cum ar fi cesiu-137 sau tritiu [142] . Odată ce substanțele radioactive pătrund în organism, este aproape imposibil să se influențeze expunerea ulterioară, așa că protecția în acest caz are ca scop prevenirea contaminării radioactive [143] [144] . Acest lucru se poate realiza atât prin controlul sursei, cât și prin protecția individuală a persoanei [145] .
Protecția împotriva răspândirii necontrolate a contaminării radioactive începe cu planificarea instalației în sine [146] , care include, de exemplu, bariere în jurul unei surse potențiale și un sistem de ventilație pentru a preveni răspândirea necontrolată a contaminării. Spațiile unui astfel de obiect pot fi acoperite cu compuși speciali pentru a facilita decontaminarea [147] .
În practică, este imposibil să se prevină complet scurgerea și contaminarea locurilor de muncă cu substanțe radioactive [148] . Echipamentul individual de protecție reduce riscul expunerii la substanțe radioactive pe piele sau în organism prin intermediul sistemului respirator. Acestea pot varia de la simple salopete, mănuși și aparate respiratorii până la costume de presiune cu un sistem de respirație închis [149] . În locurile de posibilă expunere se stabilește o zonă special controlată la care accesul este limitat. La limita unei astfel de zone sunt instalate dușuri și instalații de control al poluării, împiedicând trecerea personalului cu prezența contaminării radioactive [149] .
Eficacitatea măsurilor de protecție adoptate este determinată prin efectuarea de sondaje atât asupra omului, cât și asupra mediului [150] [151] . Examenele medicale periodice au scopul atât de a identifica contraindicațiile pentru lucrul cu surse de radiații, cât și de a monitoriza dinamica sănătății lucrătorilor [152] .
Siguranța la radiații a populației este asigurată în principal prin limitarea expunerii de la diverse surse de expunere. Astfel, pentru centralele nucleare au fost stabilite cote de expunere la o rată de 0,25 mSv/an din doza medie a persoanelor din populație (0,1 mSv/an pentru stațiile noi) [153] . Aceste limite sunt stabilite luând în considerare toate deversările în mediu în timpul funcționării normale a instalației.
În ceea ce privește expunerea naturală în general, nu sunt stabilite restricții, totuși, sursele naturale individuale de radiații sunt limitate. De exemplu, conținutul de radionuclizi naturali din materialele de construcție și conținutul de radon în spațiile rezidențiale [154] .
Deși expunerea medicală se realizează în beneficiul unei persoane, aici pot fi introduse restricții, care privesc în principal examinările preventive ale persoanelor sănătoase [155] [156] .
În cazul unor accidente grave cu radiații, poate fi necesară protecția de urgență a publicului sub formă de restricție alimentară, profilaxie cu iod și chiar adăpostire sau evacuare temporară [157] .
În ultimii ani, din cauza amenințării tot mai mari a terorismului, a apărut problema protecției adecvate a surselor de radiații. Ele pot fi furate și folosite pentru a face o bombă murdară [158]
| Siguranța la radiații | |
|---|---|
| Efectul biologic al radiațiilor | |
| Doza de radiații | |
| Unități | sistemică gri Sievert în afara sistemului bucuros Baer raze X |
| Organizatii internationale | |