Противолучевая защита — это предохранение человека от действия излучения, превышающего допустимые уровни. Термин противолучевая защита употребляется в отношении ионизирующих излучений (см. Излучения ионизирующие). Существуют физические и химические (биологические) методы и средства противолучевой защиты.
Противолучевая защита физическая — применение специальных устройств и способов для защиты организма от действия внешних ионизирующих излучений или попадания радиоактивных веществ в организм. Используется в рентгеновских кабинетах, радиологических отделениях и лабораториях различного профиля. Существуют стационарные и передвижные защитные устройства. К передвижным защитным устройствам относятся широко используемые в радиологической практике ширмы и экраны. Стационарными являются защитные стены, окна, двери и др., обеспечивающие защиту от источников излучения более надежно, чем передвижные устройства. Толщина и выбор защитного материала для стационарной защиты определяются видом используемого излучения и его энергией. Защиту от γ- или рентгеновского излучений обеспечивают с помощью материалов, имеющих высокий удельный вес (кирпич, бетон, свинец, вольфрам или свинцовые стекла). С возрастанием энергии излучения удельный вес защитного материала или его толщина должны увеличиваться. Качество защиты выражается свинцовым эквивалентом (который определяется толщиной слоя свинца в миллиметрах), ослабляющим излучение данного вида в такой же степени, как и использованный защитный материал. Защиту от нейтронного излучения (см.) или протонного излучения (см.) осуществляют материалами, имеющими в своем составе водород (например, вода, парафин, органическое стекло). При работе с источниками ионизирующих излучений необходимо физические меры противолучевой защиты сочетать также с правильной организацией труда. Организационные противолучевые мероприятия предусматривают: 1) обязательную предварительную теоретическую и практическую подготовку персонала по технике безопасности; 2) систему дозиметрического и радиометрического контроля облучения персонала и загрязненности рабочих мест; 3) медицинский контроль за состоянием здоровья персонала как вновь поступающего на работу, так и ежегодно в плане диспансерного наблюдения; 4) рациональное размещение рабочих мест персонала в условиях наименьшего облучения.
В отделениях лучевой терапии (см. Радиологическое Отделение, Рентгеновский кабинет) присутствие персонала в процедурных, где происходит облучение больного, запрещается. Управление аппаратами для лучевой терапии производят из соседней комнаты. В рентгенодиагностических кабинетах и радиоманипуляционных персонал должен использовать при работе передвижные защитные устройства (фартуки и перчатки из свинцовой резины, свинцовые ширмы и др.). Одним из способов противолучевой защиты является защита расстоянием, т. е. обеспечение максимально возможного удаления персонала в процессе работы от источников излучения. Эффективность противолучевой защиты (физической) в последнее время благодаря автоматическим устройствам для дистанционного применения радиоактивных препаратов повысилась (например, радиоактивные препараты при лечении рака шейки матки вводят из соседнего помещения после предварительной подготовки больной). При переносе радиоактивных препаратов (см.) следует пользоваться транспортным контейнером (см. Контейнеры радиоизотопные) на длинной ручке. Важным способом противолучевой защиты является защита временем, т. е. выполнение рабочих процессов в течение короткого промежутка времени. Скорость выполнения рабочих процессов с радиоактивными препаратами определяется предварительной тренировкой персонала, четким планированием рабочего процесса и целеустремленностью. Критериями, оценивающими качество противолучевой защиты, являются показатели величин мощности дозы излучения на рабочих местах и величина мощности дозы облучения сотрудников (см. Дозиметрия).
Противолучевая защита — это совокупность специальных мероприятий и средств, предназначенных для предохранения организма человека от лучевого воздействия в условиях научно-исследовательской и производственной деятельности.
Существуют физические и химические (биологические) методы и средства противолучевой защиты.
Физическая противолучевая защита. Задачей физической противолучевой защиты как отрасли ядерной техники является разработка технических средств и мероприятий, обеспечивающих безопасные условия: 1) работы персонала, непосредственно обслуживающего ядерно-энергетические устройства и другие установки — источники ионизирующего излучения, 2) лиц, работающих в соседних помещениях, а также окружающего населения.
Решение проблем защиты от излучений основано на использовании данных ядерной физики, радиобиологии и дозиметрии ионизирующих излучений.
Опасность, которой подвергается обслуживающий персонал или другие лица, соприкасающиеся с источниками ионизирующих излучений, может быть двоякой.
Во-первых, это облучение всего тела или отдельных его частей источниками, находящимися вне тела человека (внешнее облучение). Источники внешнего облучения, как правило, являются закрытыми (ядерные реакторы, ускорители, облучатели, рентгеновские аппараты и др.). Очевидно, внешнее облучение происходит только в тех случаях, когда человек находится вблизи источника излучения, и прекращается с выходом его из этой зоны. Во-вторых, облучение, создаваемое так называемыми открытыми источниками, которые образуются в случае загрязнения радиоактивными веществами воздуха, воды, продуктов питания и поверхностей различных предметов и земли.
Наличие таких источников может привести к попаданию радиоактивных веществ в организм человека и непрерывному его облучению до тех пор, пока радиоактивное вещество не будет каким-либо способом выведено из организма или не распадется.
Защита от внешнего облучения обеспечивается путем сооружения специальных защитных экранов (защитных ограждений), проходя через которые, излучение ослабевает до безопасных уровней. Выбор материала для экрана и определение его толщины являются сложной инженерной задачей. Она решается с учетом вида и спектрального состава излучения, активности источников, их расположения и геометрических размеров, а также принятых допустимых уровней излучения.
Наиболее опасны при внешнем облучении потоки ү-квантов и нейтронов — незаряженных частиц, сравнительно слабо взаимодействующих с веществом и, следовательно, обладающих наибольшей проникающей способностью. Вклад нерассеянного излучения в дозу за защитой часто бывает невелик при больших толщинах защиты; основной вклад в полную дозу вносит излучение, испытавшее многократное рассеяние. Учет вклада рассеянного излучения производится при помощи так называемого фактора накопления В, величина которого изменяется от единицы до нескольких десятков в зависимости от толщины слоя вещества, энергии излучения и атомного номера материала.
Основными процессами взаимодействия рентгеновского и ү-излучений с веществом, приводящими к ослаблению пучка излучения, являются фотоэффект, эффект Комптона и образование пар (см. Гамма-излучение, Рентгеновское излучение). Фотоэффект преобладает в области малых энергий ү-лучей и особенно существен для тяжелых веществ. Поэтому для защиты от рентгеновского и ү-излучений с малой энергией в качестве защитного материала удобно использовать свинец.
При энергии рентгеновского и ү-излучения свыше сотен килоэлектронвольт доминирующим процессом становится эффект Комптона, вероятность которого прямо пропорциональна электронной плотности вещества, а так как она для всех веществ почти одинакова, то для защиты от излучения в этой области энергии примерно с равным успехом можно использовать любые материалы при одинаковой толщине в г/см2. Однако ввиду дешевизны наиболее часто используют бетон, воду или чугун или комбинации слоев из этих материалов.
Процесс образования пар становится заметным только при энергии излучения выше нескольких мегаэлектронвольт и при выборе защитного материала решающей роли не играет.
Для приближенных расчетов толщины защиты часто используют метод слоев половинного ослабления. Слой половинного ослабления Δ — толщина материала, которая уменьшает интенсивность излучения в 2 раза.
Число слоев половинного ослабления n, необходимое для обеспечения заданной кратности ослабления К, можно определить из соотношения К = 2n. В таблицах 1 и 2 приведены некоторые приблизительные толщины слоев половинного ослабления для рентгеновского и ү-излучений в зависимости от энергии (с учетом рассеяния излучения в защите).
| Напряжение, кВ | Толщина слоя, мм Pb |
| 50 | 0,05 |
| 70 | 0,18 |
| 100 | 0,24 |
| 200 | 0,5 |
| 250 | 0,8 |
| 300 | 1,5 |
| Материал | Толщина слоя при энергии излучения МэВ | ||||||
| 0,1 | 0,3 | 0,5 | 0,7 | 1,0 | 2,0 | 3,0 | |
| Бетон | 2,7 | 4,2 | 6,0 | 7,0 | 7,5 | 10,0 | 11,5 |
| Железо | 0,5 | 1,2 | 1,5 | 1,8 | 2,1 | 2,8 | 3,2 |
| Свинец | 0,08 | 0,25 | 0,45 | 0,7 | 1,0 | 1,6 | 1,8 |
Тип реакции взаимодействия нейтронов с веществом также зависит от энергии нейтронов и свойств вещества. Качественно процесс поглощения нейтронов в защите можно разделить на две стадии: 1) замедление нейтронов высокой энергии за счет упругого и неупругого рассеяния на ядрах поглотителя; 2) захват нейтронов, потерявших энергию в результате замедления. Для замедления нейтронов используют вещества с большим содержанием водорода и других легких элементов — воду, бетон, графит и др. Если энергия нейтронов выше 1 Мэв, к ним добавляют вещества с большим ат. весом (массой), которые усиливают эффект неупругого рассеяния. Наибольшей способностью захватывать тепловые нейтроны обладают бор, кадмий, литий и др. Однако часть этих веществ, например кадмий, при захвате тепловых нейтронов испускает вторичное жесткое ү-излучение, от которого необходимо предусматривать дополнительную защиту. Иногда ее в виде отдельных слоев из относительно более тяжелых веществ вводят в основную защиту или используют бетоны различных марок с заполнителями из железа или чугуна.
Обеспечение защиты от внешних потоков β-излучения, α-частиц и протонов не представляет трудностей, так как пробеги их в твердых и жидких веществах очень малы. В легкоатомных материалах пробег электронов в зависимости от энергии определяется по формуле:
R = 0,54E—0,15 г/см2,
где Е — энергия в Мэв. Эта формула может быть использована для определения толщины защитного экрана. α-Частицы, обладающие значительно большей массой и вдвое большим, чем у электронов, зарядом, при энергии в несколько Мэв не проникают даже через лист плотной бумаги или картона.
Для зашиты людей от внутреннего облучения требуется принятие мер, исключающих возможность попадания в организм радиоактивных веществ в количествах, превышающих предельно допустимые. Последние непосредственно связаны с так называемыми предельно допустимыми концентрациями (см.) радиоактивных веществ в воздухе, воде и на поверхности полов, стен и оборудования в производственных помещениях. Они определены расчетным путем на основе медико-биологических исследований с использованием экспериментальных животных, а также многолетних наблюдений над людьми, имевшими в своей производственной деятельности контакт с радиоактивными веществами. Для того чтобы эти концентрации не были превышены, производственные помещения оборудуют системой принудительной приточно-вытяжной вентиляции, жидкие отходы перед удалением разбавляют, а рабочие поверхности периодически очищают специальными дезактивирующими средствами. Существенное значение имеет также правильная планировка предприятий, использующих или перерабатывающих радиоактивные вещества, регламентируемая санитарными правилами.