2 семестр (ЛЕКЦИИ)
advertisement
Лекция № 9 Научные принципы нормирования радиационных воздействий Цель и задачи современной противорадиационной зашиты. Принципы установления предельных уровней облучения. Дозовые пределы облучения. Категории облучаемых лиц и групп критических органов. Основные дозовые пределы. Планируемое повышенное облучение персонала при радиационной аварии. Масштабы радиационного воздействия на людей при использовании источников излучений в медицине. Необходимость разработки дозиметрии ионизирующего излучения возникла вскоре после открытия Рентгеном (W.К. Röntgen) в 1895 г. излучения, названного его именем. Интенсивное накопление данных по биологическому действию рентгеновского излучения, с одной стороны, открывало реальную перспективу его применения в медицине, а с другой – указывало на опасность неконтролируемого облучения живого организма. В результате встал вопрос о дозиметрическом обеспечении практического применения источников ионизирующих излучений. В начале 20 в. основными источниками излучения были радий и рентгеновские аппараты, и Д. и. и. сводилась фактически к дозиметрии фотонного ионизирующего излучения (рентгеновского и гаммаизлучения). Затем по мере развития технических средств ядерной физики, создания и усовершенствования ускорителей заряженных частиц и особенно после пуска в 1942 г. первого ядерного реактора число источников и связанных с ними видов ионизирующих излучений существенно расширились. В соответствии с этим появились методы дозиметрии потоков заряженных частиц, нейтронов, высокоэнергетического тормозного излучения и др. Стал расти и список дозиметрических величин, соответствующих задачам многообразного практического применения ионизирующих излучений различной природы. Физической основой Д. и. и. является преобразование энергии излучения в процессе его взаимодействия с атомами или их ядрами, электронами и молекулами облучаемой среды, в результате которого часть этой энергии поглощается веществом. Поглощенная энергия является первопричиной процессов, приводящих к наблюдаемым радиационноиндуцированным эффектам, и потому дозиметрические величины оказываются связанными с поглощенной энергией излучения. Многообразие условий облучения и многофакторный характер его последствий не позволяют обходиться единственной дозиметрической величиной, приспосабливая ее к изменению этих условий и факторов. Необходим целый набор дозиметрических величин, из которых в зависимости от условий облучения и поставленной задачи выбирают наиболее адекватную меру радиационно-индуцированного эффекта. Примером такой величины является введенный Международной комиссией по радиологическим единицам (МКРЕ) для целей радиационной безопасности показатель эквивалентной дозы в точке радиационного поля – максимальная эквивалентная доза внутри тканеэквивалентного шара диаметром 30 см при совмещении центра этого шара с данной точкой. Практическое применение этого показателя встречает определенные трудности, ибо проблему адекватности дозиметрии пока нельзя считать полностью решенной. Поглощенная доза – средняя энергия ионизирующего излучения, выделенная в единице массы вещества облученного объема. Эквивалентная доза используется для оценки радиационной опасности при хроническом облучении в малых дозах. Единицей эквивалентной дозы в СИ является зиверт (Зв) – по имени шведского ученого Зиверта (R.М. Sievert) – первого председателя Международной комиссии по радиологической защите (МКРЗ). При Д. и. и. используют как инструментальные, так и расчетные методы. Все дозиметрические приборы устроены по принципу регистрации радиационноиндуцированных эффектов в некотором модельном объекте – детекторе ионизирующего 1 излучения. В ранний период становления Д. и. и, использовались фотографическое действие ионизирующих излучений, химические превращения и выделение тепла. По мере развития методов регистрации элементарных частиц развивались и методы Д. и. и. В современных условиях используется широкий спектр радиационно-индуцированных эффектов. К уже упомянутым можно добавить ионизационные эффекты в газах и конденсированных средах, изменение электрических свойств полупроводников, деструктивные повреждения твердых тел, люминесценцию, сцинтилляцию и др. Особое место занимает биологическая дозиметрия использующая в качестве меры дозиметрической величины количественные радиобиологические эффекты, например хромосомные аберрации, изменение морфологического состава крови и другие показатели, однозначно связанные с Д. и. и. Методы Д. и. и. можно классифицировать по разным признакам. Так, в зависимости от вида регистрируемого эффекта различают ионизационный, фотографический, химический, люминесцентный, калориметрический, сцинтилляционный, метод следов повреждения и др. При этом имеет место однозначная количественная связь между изменением физических или химических свойств детектора излучения и поглощенной энергией. В клинической дозиметрии распространены ионизационные методы, в которых детектором служат ионизационная камера, твердотельные люминесцентные кристаллы, полупроводники. Последние привлекают малыми размерами детектора. В СССР выпускали стационарные, носимые и индивидуальные дозиметрические приборы. Стационарные дозиметры применяют в клинической практике, а носимые наиболее часто используют для оценки радиационной обстановки в целях радиационной защиты. Они имеют автономное питание и потому могут использоваться в любой обстановке, в т.ч. в полевых условиях. Индивидуальные дозиметры предназначены для оценки дозы, получаемой лицами, работающими в контакте с ионизирующим излучением. Они могут быть прямопоказывающими или состоять из носимых персоналом ионизационных или термолюминесцентных детекторов, показания которых, пропорциональные дозе излучения, определяются на специальном считывающем устройстве. Клиническая дозиметрия – раздел Д. и. и., занимающийся измерениями и расчетами величин, характеризующих физические и биофизические эффекты облучения больных, получающих лучевую терапию. Основная задача клинической дозиметрии состоит в количественном описании пространственного и временного распределения поглощенной энергии излучения в теле облучаемого больного, а также в поиске, обосновании и выборе индивидуально оптимизируемых условий его облучения. Основными понятиями и величинами клинической дозиметрии являются поглощенная доза, дозное поле, дозиметрический фантом, мишень. Дозное поле – это пространственное распределение поглощенной дозы (или ее мощности) в облучаемой части тела больного, тканеэквивалентной среде или дозиметрическом фантоме, моделирующем тело больного по физическим эффектам взаимодействия излучения с веществом, форме и размерам органов и тканей и их анатомическим взаимоотношениям. Информацию о дозном поле представляют в табличном, матричном виде, а также в виде кривых, соединяющих точки одинаковых значений поглощенной дозы. Такие кривые называют изодозами, а их семейства – картами изодоз. За условную единицу (или 100%) можно принять поглощенную дозу в любой точке дозного поля, в частности максимальную поглощенную дозу, которая должна соответствовать подлежащей облучению мишени (т.е. области, охватывающей клинически выявленную опухоль и предполагаемую зону ее распространения). Формирование дозного поля зависит от вида и источника излучения, от метода облучения (внешнего, внутреннего, статического, подвижного и др.), телосложения больного, а также от типа радиационного терапевтического аппарата. Поэтому в состав 2 технической документации аппарата входят атлас дозных полей и рекомендации по его практическому использованию. При необходимости (для новых вариантов и сложных планов облучения) в лечебных учреждениях выполняют фантомные измерения дозных полей, пользуясь клиническими дозиметрами с малогабаритными ионизационными камерами или другими (полупроводниковыми, термолюминесцентными) детекторами, анализаторами дозного поля или изодозографами. Термолюминесцентные детекторы используют также для контроля поглощенных доз у больных. Лучевой терапевт совместно с инженером-физиком ведет дозиметрическое планирование – выбирает метод облучения, оптимизирует условия облучения больного путем расчета конкурирующих вариантов дозных полей, определяет технологию облучения на конкретном аппарате, а также осуществляет контроль выполнения принятого плана и его динамическую корректировку в процессе лучевого лечения. В настоящее время используют компьютерное моделирование. Нормирование радиационной безопасности осуществляется применительно к отдельным категориям облучаемых лиц: персонала (категория А); ограниченной части населения (категория Б); населения области, края, республики, страны (категория В). При этом для каждой категории облучаемых лиц устанавливаются два класса нормативов: Для категории А вводятся предельно допустимые дозы – наибольшие значения индивидуальной эквивалентной дозы за календарный год, при которой равномерное облучение в течение 50 лет не может вызвать в состоянии здоровья неблагоприятных изменений, обнаруживаемых современными методами. Для категории Б определяется предел дозы. Устанавливается три группы критических органов: 1 группа - все тело, гонады и красный костный мозг. 2 группа - мышцы, щитовидная железа, жировая ткань, печень, почки, селезенка, желудочно-кишечный тракт, легкие, хрусталики глаз и другие органы, за исключением тех, которые относятся к 1 и 3 группам. 3 группа - кожный покров, костная ткань, кисти, предплечья, голени и стопы. Дозовые пределы внешнего и внутреннего облучения (бэр/год). Категории лиц Группы критических органов 1 2 3 Категория А, предельно 5 допустимая доза (ПДД) 15 30 Категория Б, предел дозы(ПД) 1.5 3 0.5 Помимо основных дозовых пределов для оценки влияния излучения используют производные нормативы и контрольные уровни. Нормативы рассчитаны с учетом непревышения дозовых пределов ПДД (предельно допустимая доза) и ПД (предел дозы). Расчет допустимого содержания радионуклида в организме проводят с учетом его радиотоксичности и непревышения ПДД в критическом органе. Контрольные уровни должны обеспечивать такие низкие уровни облучения, какие можно достичь при соблюдении основных дозовых пределов. Для категории А (персонала) установлены: - предельно допустимое годовое поступление ПДП радионуклида через органы дыхания; 3 - допустимое содержание радионуклида в критическом органе ДСА; - допустимая мощность дозы излучения ДМДА; - допустимая плотность потока частиц ДППА; - допустимая объемная активность (концентрация) радионуклида в воздухе рабочей зоны ДКА; - допустимое загрязнение кожных покровов, спецодежды и рабочих поверхностей ДЗА. Для категории Б (ограниченной части населения) установлены: - предел годового поступления ПГП радионуклида через органы дыхания или пищеварения; - допустимая объемная активность (концентрация) радионуклида ДКБ в атмосферном воздухе и воде; - допустимая мощность дозы ДМДБ; - допустимая плотность потока частиц ДППБ; - допустимое загрязнение кожных покровов, одежды и поверхностей ДЗБ. Численные значения допустимых уровней в полном объеме содержатся в "Нормах радиационной безопасности". Допустимые уровни облучения – уровни воздействия ионизирующих излучений на человека, при которых исключено возникновение нестохастических (ближайших) последствий облучения организма, а риск отдаленных соматико-стохастических (злокачественных новообразований) и генетических последствий минимален. Допустимые пределы воздействия ионизирующих излучении на человека регламентированы «Нормами радиационной безопасности 76/87» (НРБ – 76/87). Они являются основным юридическим документом, определяющим условия работы с радиоактивными веществами и источниками ионизирующих излучении. При облучении всего тела и для I группы критических органов установлено значение ПДД 50 мЗв (5 бэр) в год. Для II и III групп критических органов ПДД равна 150 и 300 мЗв (15 и 30 бэр) в год соответственно. Поскольку при хроническом облучении в малых дозах биологический эффект обусловлен только суммарной дозой, полученной за много лет, в нормах радиационной безопасности регламентируется только годовая ПДД, т.е. не ограничивается уровень облучения за рабочий день, неделю, квартал. Ограничивается лишь облучение в течение календарного года женщин в возрасте до 40 лет в целях уменьшения вероятности выхода генетических последствий. Облучение области таза и нижней части живота не должно превышать 10 мЗв (1 бэр) за любые 2 мес. Более чем 30-летняя международная практика полностью подтвердила безопасность установления ПДД. При ликвидации последствий радиационного инцидента или аварии допускается однократное облучение за календарный год отдельных работников не превышающее 2 ПДД. Однако такое повышенное облучение должно быть скомпенсировано в течение последующих 5 лет. Для лиц категории Б, к которым относятся не только взрослые, но и дети, а также беременные женщины, установленный предел дозы (ПД) в 10 раз меньше ПДД для категории А и равен 5 мЗв (0,5 бэр) в год при облучении всего тела и I группы критических органов и 15 и 30 мЗв (1,5 и 30 бэр) в год для критических органов II и Ill группы соответственно. Регламентированный уровень облучения для лиц категории Б связан с очень малой степенью риска. Он всего в 5 раз выше среднего естественного радиационного фона излучения 1 мЗв (100 мбэр) в год и даже в 2–3 раза ниже наблюдаемого на земле максимального значения естественного радиационного фона. Облучение всего населения, т.е. лиц категории В не регламентируется. Ограничение облучения населения осуществляется путем нормирования или контроля 4 радиоактивности объектов окружающей среды (воды, воздуха, пищевых продуктов и т. д.), выбросов радиоактивных продуктов с АЭС и объектов атомной промышленности, уровня облучения, обусловленного медицинскими процедурами и техногенным радиационным фоном, а также установленными дозовыми пределами для лиц категорий А и Б. В случае повышенного облучения отдельных контингентов населения в результате радиационной аварии Министерство здравоохранения устанавливает временные допустимые уровни облучения для данного региона и участвует в разработке необходимых организационных мероприятий по обеспеченно безопасности. Отказ от регламентации облучения для категорий В обусловлен тем, что в настоящее время уровни облучения населения крайне низки. Так, средняя и индивидуальная доза на все тело от всех видов используемой атомной энергии составляет менее 1% дозы, обусловленной естественным радиационным фоном. Не учитывается техногенность. В целях обеспечения экологического благополучия населения Санитарные правила определяют объекты, которые могут быть размещены в санитарно-защитных зонах, а также размещение объектов на самой промышленной площадке предприятия. Санитарно-защитные зоны ядерных объектов и зоны наблюдения Такие зоны предусмотрены ст. 31 Федерального закона «Об использовании атомной энергии». Они устанавливаются в целях защиты населения в районе размещения ядерной установки, радиационного источника или пункта хранения ядерных материалов и радиоактивных веществ. Размеры и границы зоны определяются в проекте санитарнозащитной зоны в соответствии с нормами и правилами в области использования атомной энергии, который согласовывается с органами государственного санитарноэпидемиологического надзора и утверждается органами местного самоуправления. Закон запрещает размещение в санитарно-защитной зоне ряда объектов, включая жилые и общественные здания, детские учреждения, а также не относящиеся к функционированию ядерной установки, радиационного источника или пункта хранения лечебно-оздоровительные учреждения, объекты общественного питания, промышленные объекты, подсобные и другие сооружения и объекты, не предусмотренные утвержденным проектом санитарно-защитной зоны. Использование же для хозяйственных целей существующих объектов и сооружений, расположенных в санитарно-защитной зоне, при изменении профиля их использования допускается по представлению эксплуатирующей организации с разрешения органов государственного регулирования безопасности. Необходимость установления зоны наблюдения, ее размеры и границы определяются в проекте на основании характеристик безопасности объектов использования атомной энергии и согласовываются с органами государственного санитарноэпидемиологического надзора. В зоне наблюдения органами государственного санитарноэпидемиологического надзора могут вводиться ограничения на хозяйственную деятельность в соответствии с законодательством РФ. В зоне наблюдения, включающей в себя санитарно-защитную зону, на граждан распространяется действие мер по социальноэкономической компенсации за дополнительные факторы риска, а также мер по аварийному планированию. Убытки, причиненные установлением санитарно-защитной зоны и зоны наблюдения, возмещаются эксплуатирующей организацией в соответствии с законодательством РФ. Для некоторых объектов использования атомной энергии в соответствии с характеристиками безопасности этих объектов санитарно-защитная зона и зона наблюдения могут быть ограничены пределами территории объекта, здания, помещения. Нормы радиационной безопасности НРБ-99 (далее – Нормы) применяются для обеспечения безопасности человека во всех условиях воздействия на него ионизирующего излучения искусственного или природного происхождения. Требования и нормативы, установленные Нормами, являются обязательными для всех 5 юридических лиц, независимо от их подчиненности и формы собственности, в результате деятельности которых возможно облучение людей, а также для администраций субъектов Российской Федерации, местных органов власти, граждан Российской Федерации, иностранных граждан и лиц без гражданства, проживающих на территории Российской Федерации. Настоящие Нормы являются основополагающим документом, регламентирующим требования Федерального закона "О радиационной безопасности населения" в форме основных пределов доз, допустимых уровней воздействия ионизирующего излучения и других требований по ограничению облучения человека. Никакие другие нормативные и методические документы не должны противоречить требованиям Норм. Нормы распространяются на следующие виды воздействия ионизирующего излучения на человека: - в условиях нормальной эксплуатации техногенных источников излучения; - в результате радиационной аварии; - от природных источников излучения; - при медицинском облучении. Требования по обеспечению радиационной безопасности сформулированы для каждого вида облучения. Суммарная доза от всех видов облучения используется для оценки радиационной обстановки и ожидаемых медицинских последствий, а также для обоснования защитных мероприятий и оценки их эффективности. Требования Норм и Правил не распространяются на источники излучения, создающие при любых условиях обращения с ними: - индивидуальную годовую эффективную дозу не более 10 мкЗв; - индивидуальную годовую эквивалентную дозу в коже не более 50 мЗв и в хрусталике не более 15 мЗв; - коллективную эффективную годовую дозу не более 1 чел-Зв, либо когда при коллективной дозе более 1 чел-Зв оценка по принципу оптимизации показывает нецелесообразность снижения коллективной дозы. Требования Норм и Правил не распространяются также на космическое излучение на поверхности Земли и внутреннее облучение человека, создаваемое природным калием, на которые практически невозможно влиять. Перечень и порядок освобождения источников излучения от радиационного контроля устанавливается санитарными правилами. Общие положения Главной целью радиационной безопасности является охрана здоровья населения, включая персонал, от вредного воздействия ионизирующего излучения путем соблюдения основных принципов и норм радиационной безопасности без необоснованных ограничений полезной деятельности при использовании излучения в различных областях хозяйства, в науке и медицине. Основу системы радиационной безопасности, сформулированной в данных Нормах, составляют современные международные научные рекомендации, опыт стран, достигших высокого уровня радиационной защиты населения, и отечественный опыт. Данные мировой науки показывают, что соблюдение Международных основных норм безопасности, которые легли в основу Норм, надежно гарантирует безопасность работающих с источниками излучения и всего населения. Ионизирующая радиация при воздействии на организм человека может вызвать два вида эффектов, которые клинической медициной относятся к болезням: детерминированные пороговые эффекты (лучевая болезнь, лучевой дерматит, лучевая катаракта, лучевое бесплодие, аномалии в развитии плода и др.) и стохастические (вероятностные) беспороговые эффекты (злокачественные опухоли, лейкозы, 6 наследственные болезни). Нормы радиационной безопасности относятся только к ионизирующему излучению. В Нормах учтено, что ионизирующее излучение является одним из множества источников риска для здоровья человека, и что риски, связанные с воздействием излучения, не должны соотноситься только с выгодами от его использования, но их следует сопоставлять и с рисками нерадиационного происхождения. Для обоснования расходов на радиационную защиту при реализации принципа оптимизации принимается, что облучение в коллективной эффективной дозе в 1 чел.-Зв приводит к потенциальному ущербу, равному потере 1 чел.-года жизни населения. Величина денежного эквивалента потери 1 чел.-года жизни населения устанавливается методическими указаниями федерального органа госсанэпиднадзора в размере не менее 1 годового душевого национального дохода. Снижение риска до возможно низкого уровня (оптимизацию) следует осуществлять с учетом двух обстоятельств: - предел риска регламентирует потенциальное облучение от всех возможных источников излучения. Поэтому для каждого источника излучения при оптимизации устанавливается граница риска; - при снижении риска потенциального облучения существует минимальный уровень риска, ниже которого риск считается пренебрежимым и дальнейшее снижение риска нецелесообразно. Основные пределы доз Нормируемые величины* Эффективная доза Эквивалентная доза за год в хрусталике глаза*** Пределы доз персонал А)** (группа 20 мЗв в год в среднем за любые последовательные 5 лет, но не более 50 мЗв в год население 1 мЗв в год в среднем за любые последовательные 5 лет, но не более 5 мЗв в год 150 мЗв 15 мЗв коже**** 500 мЗв 50 мЗв кистях и стопах 500 мЗв 50 мЗв Примечания: * Допускается одновременное облучение до указанных пределов по всем нормируемым величинам. ** Основные пределы доз, как и все остальные допустимые уровни облучения персонала группы Б равны 1/4 значений для персонала группы А. Далее в тексте все нормативные значения для категории персонал приводятся только для группы А. *** Относится к дозе на глубине 300 мг/см2. **** Относится к среднему по площади в 1 см2 значению в базальном слое кожи толщиной 5 мг/см2 под покровным слоем толщиной 5 мг/см2 . На ладонях толщина покровного слоя – 40 мг/см2. Указанным пределом допускается облучение всей кожи человека при условии, что в пределах усредненного облучения любого 1 см2 площади кожи 7 этот предел не будет превышен. Предел дозы при облучении кожи лица обеспечивает непревышение предела дозы на хрусталик от бета-частиц. Основные пределы доз облучения не включают в себя дозы от природного и медицинского облучения, а также дозы вследствие радиационных аварий. На эти виды облучения устанавливаются специальные ограничения. Исключение составляют пределы доз для персонала, которые включают в себя дозы от природного облучения в производственных условиях. Эффективная доза для персонала не должна превышать за период трудовой деятельности (50 лет) – 1000 мЗв, а для населения за период жизни (70 лет) – 70 мЗв. Начало периодов вводится с 1 января 2000 года. Для женщин в возрасте до 45 лет, работающих с источниками излучения, вводятся дополнительные ограничения: эквивалентная доза на поверхности нижней части области живота не должна превышать 1 мЗв в месяц, а поступление радионуклидов в организм за год не должно быть более 1/20 предела годового поступления для персонала. В этих условиях эквивалентная доза облучения плода за 2 месяца невыявленной беременности не превысит 1 мЗв. При установлении беременности женщина обязана информировать об этом администрацию и должна переводиться на работу, не связанную с источниками излучения, на периоды беременности и грудного вскармливания ребенка. Для студентов и учащихся старше 16 лет, проходящих профессиональное обучение с использованием источников излучения, годовые дозы не должны превышать значений, установленных для персонала группы Б. Лица, подвергшиеся облучению в эффективной дозе, превышающей 100 мЗв в течение года, при дальнейшей работе не должны подвергаться облучению в дозе свыше 20 мЗв/год. Облучение эффективной дозой свыше 200 мЗв в течение года должно рассматриваться как потенциально опасное. Лица, подвергшиеся такому облучению, должны немедленно выводиться из зоны облучения и направляться на медицинское обследование. Последующая работа с источниками излучения этим лицам может быть разрешена только в индивидуальном порядке с учетом их согласия по решению компетентной медицинской комиссии. Требования к защите от природного облучения в производственных условиях Эффективная доза облучения природными источниками излучения работников, не относящихся к категории персонала, не должна превышать 5 мЗв/год в производственных условиях (любые профессии и производства). Средние значения радиационных факторов в течение года, соответствующие при монофакторном воздействии эффективной дозе 5 мЗв/год при продолжительности работы 2000 ч/год, средней скорости дыхания 1,2 м3/ч и радиоактивном равновесии радионуклидов уранового и ториевого рядов в производственной пыли, составляют: - мощность эффективной дозы гамма-излучения на рабочем месте - 2,5 мкЗв/ч; При многофакторном воздействии должно выполняться условие: сумма отношений воздействующих факторов к значениям, приведенным выше, не должна превышать 1. Воздействие космических излучений на экипажи самолетов нормируется как природное облучение в производственных условиях. 8
