Защита от ядерных излучений

Мероприятия по физической защите от вредного действия ионизирующих излучений должны обеспечить такие обязательные условия работы, при которых работающие не подвергались бы воздействию доз, превышающих предельно допустимые. Они охватывают контроль над мощностью излучения, непосредственно действующего на работников, и обеспечение защиты всех, кто соприкасается с излучением, в том числе лиц, хотя непосредственно не имеющих с ним дело, но живущих или работающих вблизи от источников излучения. Практически защитные мероприятия в отношении лиц, работающих с радиоактивными изотопами, направлены на то, чтобы исключить возможность попадания радиоактивных изотопов на поверхность кожи и внутрь организма, а также на то, чтобы путем применения специальных защитных экранов, удаления работающих от источников излучения и выбора времени нахождения вблизи источников излучения уменьшить величину дозы от наружного облучения ниже предельно допустимых значений.

Целью защитных мероприятий является уменьшение дозы внешнего облучения человека ниже предельно допустимого уровня облучения и предохранение работника от возможного попадания радиоактивных изотопов на кожные покровы тела и внутрь организма. Первая задача решается путем увеличения расстояния между рабочим местом, где находится обслуживающий персонал, и источником излучения, сооружения защитных экранов и ограждений из материалов, поглощающих излучения, и сокращения времени пребывания в сфере действия излучения.

На практике, как правило, используют все эти способы уменьшения дозы внешнего облучения человека, причем время пребывания в сфере действия излучений сокращают в тех случаях, когда нужные результаты не могут быть получены другими способами.

Защита расстоянием во многих случаях является достаточно эффективной, учитывая то обстоятельство, что для точечных источников рентгеновского и гамма-излучения интенсивность излучения уменьшается прямо пропорционально квадрату растояния от источника, т. е. при увеличении расстояния в три раза интенсивность излучения уменьшается в девять раз. При работе с изотопами, излучающими альфа- и бета-частицы невысокой энергии, учитывается, что пробег этих частиц в воздухе ограничен и для альфа- и мягкого бета-излучения измеряется сантиметрами. Например, бета-частицы серы - 35 проходят в воздухе путь до 25 см, а кальция - 45- до 45 см и т. д. Поэтому помещение изотопа на определенном расстоянии от работающего часто полностью защищает его от таких излучений.

Чтобы увеличить расстояние между источником и работником, пользуются различными манипуляторами - специальными инструментами с удлиненными рукоятками. Если при работе с большими активностями длина рукояток оказывается недостаточной, пользуются стационарными манипуляторами большей длины. Они рассчитаны таким образом, что передают усилия руки экспериментатора на значительные расстояния и позволяют находиться работникам за защитным экраном. Обычно применяют копирующий манипулятор, состоящий из двух частей, которые расположены в разных комнатах и согласованы между собой таким образом, что если с одной ветвью проводятся какие-либо манипуляции, вторая ветвь сама воспроизводит точно такие же операции. При работе с таким манипулятором оператор находится в помещении управления, отделенном от лаборатории, где находятся радиоактивные вещества, толстой защитной перегородкой со смотровым окном.

Иногда активность источника велика и защита расстоянием не позволяет в нужной степени уменьшить дозу излучения. В этих случаях между источником излучения и работающими устанавливаются защитные экраны, которые ослабляют мощность излучения в нужное число раз. Материалом для таких экранов могут служить свинец, железо, бетон, кирпич или любой иной материал, поглощающий излучения.

Длина пробега альфа-частиц невелика, поэтому надобность в специальных экранах для них отпадает. От бета-лучей, обладающих большей проникающей способностью, достаточную защиту может представить слой плексигласа толщиной 6 - 8 мм. Изготовленные из плексигласа экраны удобны еще тем, что, защищая тело работника, они вместе с тем не мешают ему наблюдать за работой.

При работе с бета-излучениями в качестве защитных средств нецелесообразно пользоваться свинцом и материалами, содержащими свинец или другой элемент с высоким атомным номером. В этом случае, в результате торможения бета-частиц в материале защиты, возникает так называемое тормозное гамма-излучение, обладающее значительной проникающей способностью. Поэтому изотопы, дающие только бета-излучение, хранят в коробках (контейнерах), изготовленных из пластмассы, и только в тех случаях, когда изотопы дают кроме бета- еще и гамма-излучение, следует применять контейнеры, изготовленные из свинца.

Более сложна защита от рентгеновского и гамма-излучения. В этом случае для расчетов необходимой кратности ослабления дозы используют специальные таблицы и графики. Под кратностью ослабления дозы понимают число, показывающее, во сколько раз должна быть уменьшена мощность дозы в результате применения защитного ограждения. Например, радиоактивный препарат активностью в 10 мг-экв на расстоянии 1 м создает мощность дозы 8,4 мр/час. Это в три раза превосходит предельно допустимый уровень облучения (2,8 мр/час для лиц, работающих с радиоактивными изотопами). Следовательно, данный препарат нуждается в таком защитном экране, который ослаблял бы интенсивность излучения в три раза в том случае, если работающий находится на расстоянии 1 м от препарата.

В качестве материала для изготовления защитных экранов от гамма-лучей применяют свинец, железо, бетон, кирпич. Наиболее сильно поглощает гамма- и рентгеновские лучи свинец. Но, если использование его целесообразно в рентгеновских установках, где толщина защитного слоя составляет всего несколько миллиметров, то для гамма-лучей применение его экономически невыгодно, так как в этом случае толщина защитных экранов должна составлять 10-15 см и больше. Поэтому свинец применяется только в контейнерах, служащих для перевозки гамма-активных изотопов. Для защиты помещений, в которых проводится работа с гамма-излучателями, обычно используют бетон, тяжелый бетон (бетон с примесями, поглощающими гамма-лучи), кирпич.

Для защиты от попадания радиоактивных изотопов на кожные покровы тела и внутрь организма работающего применяют такие меры, как специальную одежду из пластмассы и резиновые перчатки для предохранения кожи; работы с летучими радиоактивными веществами проводят либо в вытяжных шкафах, либо в специальных боксах, полностью изолирующих работника от соприкосновения с радиоактивными веществами. В наиболее опасных случаях работающие с изотопами одевают на лицо специальный респиратор "Лепесток" с фильтрующей тканью ФПП-15, которая поглощает 99,99% радиоактивных аэрозолей, содержащихся в воздухе, или же пользуются специальным изолирующим костюмом, в который подают воздух для дыхания с помощью специальной воздуходувки.

При работе с изотопами высокой активности пользуются так называемыми горячими лабораториями. В этих лабораториях все работы выполняются при помощи дистанционных манипуляторов, без непосредственного участия человека. Наблюдение за тем, что происходит в такой лаборатории, производится или через окно из свинцового стекла толщиной в несколько десятков сантиметров, или при помощи телевизионной установки.

Особые трудности возникают при защите от нейтронов, так как они обладают большой проникающей способностью и легко проходят через значительные толщи материалов, поглощающих гамма-лучи. Часть нейтронов захватывается ядрами атомов материала, из которого изготовлена защита. При этом атомы становятся радиоактивными, в связи с чем захват нейтронов сопровождается гамма-излучением. Такое гамма-излучение обладает высокой энергией (до 7 - 10 Мэв) и, следовательно, большой проникающей способностью. Следовательно, необходимо одновременно защищаться не только от нейтронов, но и от гамма-лучей. Поэтому защиту делают многослойной, чередуя слои, ослабляющие нейтроны (вода, парафин), со слоями, поглощающими гамма-лучи (тяжелый бетон, свинец). Например, в реакторе атомной электростанции АН СССР защита состоит из слоя бетона толщиной 2,3 м, слоя воды 1 м и слоя чугуна 25 см. Если защитный слой хотят изготовить из одного материала, выбирают такой, который одинаково хорошо поглощает и гамма-лучи и нейтроны - например, бетон достаточной толщины с наполнителем в виде железного скрапа (отходы мелкого лома, обрезков, стружек и т. д.).