Носовский А.В. Вопросы дозиметрии и радиационная безопасность на атомных электрических станциях

Подождите немного. Документ загружается.

ГЛАВА 5

ОСНОВЫ НОРМИРОВАНИЯ ИОНИЗИРУЮЩИХ

ИЗЛУЧЕНИЙ

ПРИНЦИПЫ НОРМИРОВАНИЯ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ

Принцип ограничения дозы на человека является основой в современных концепциях

нормирования радиационного облучения, он позволяет предотвратить вредные не-

стохастические и свести к минимуму стохастические и генетические последствия облучения. Ко-

нечной целью этого принципа является ограничение внутреннего и внешнего облучения пер-

сонала, отдельных лиц из населения и всего населения при широком использовании ядерных

реакторов и других источников ионизирующего излучения.

Правильная организация технологического процесса, проведение необходимых защитных

мероприятий, обеспечение тщательного контроля могут уменьшить степень воздействия ио-

низирующего излучения на человека. Но как часто технически невозможно, а иногда и эко-

номически не целесообразно полностью исключить воздействие неблагоприятных факторов при

работе у доменной печи, в шахте, на химическом заводе или на транспорте, так и при ис-

пользовании атомной энергии нельзя полностью исключить возможность облучения.

Поэтому одной из важнейших задач радиационной безопасности является установление

границ опасности. То есть необходимо научно обосновать критерий и подход к выбору тех

уровней воздействия ионизирующих излучений, при которых обеспечивается защита от-

дельных лиц, их потомства и человечества в целом и создание соответствующих условий для

необходимой практической деятельности, при которой люди могут подвергаться воздей-

ствию ионизирующих излучений.

Эта необходимость вытекает из многовекового опыта производственной деятельности че-

ловека, который показывает, что система охраны труда, основывающаяся на регламентации до-

пустимых уровней неблагоприятных факторов, обусловленных производственной дея-

тельностью, и строгий контроль за их соблюдением обеспечивают развитие новых про-

грессивных технологий без заметного ущерба для здоровья каждого индивидуума и попу-

ляции в целом.

МКРЗ установила три взаимосвязанных принципа регламентации дозовых нагрузок, ко-

торые можно сформулировать с помощью следующих сокращенных выражений:

• оправданность практической деятельности;

• оптимизация радиационной защиты — (принцип ALARA—сокращенное от англий-

ских слов As Low As Reasonably Achievable — поддержание доз облучения на таких низ-

ких уровнях, какие только разумно достигнуть с учетом экономических и социальных факто-

ров);

• установление пределов индивидуальной дозы и риска.

Реализация этих принципов на практике, в особенности второго принципа, по за-

мыслу МКРЗ, должна быть поставлена на количественную основу. Этот принцип вытекает из

признания беспороговой зависимости доза-эффект в области малых доз, характерных для рег-

ламентируемых уровней облучения персонала и населения. МКРЗ постулировала линей-

ную зависимость биологического эффекта от дозы для низкого уровня облучения.

В настоящее время концепция линейного, беспорогового действия радиации является

официальной доктриной, на базе которой ведется нормирование доз облучения и принимают

рекомендации по радиационной защите. Из этой доктрины следует, что любая доза излучения не

безразлична для человека.

С другой же стороны, должны быть обеспечены условия широкого практического ис-

пользования прогрессивных технологий и, в частности, атомной техники.

Таким образом, основным принципом нормирования допустимых уровней иони-

зирующих излучений, вытекающим из концепции линейного, беспорогового действия радиа-

ции, должна являться всесторонняя объективная оценка пользы, которую получит общество

в результате применения атомной техники, и вреда, обусловленного воздействием ионизирую-

щих излучений на профессиональных работников и население в целом. Иначе говоря, регла-

ментация допустимых пределов облучения должна базироваться на концепции приемлемого

риска.

Нормирование по критерию приемлемого риска дает возможность убедительно показать,

что регламентируемые дозовые пределы имеют высокий уровень безопасности, наблюдаемый в

наиболее благоприятных отраслях промышленности.

Здесь подчеркнем, что при этом должны реализовываться условия, вытекающие из

третьего принципа регламентации дозовых нагрузок — непревышение определенных ин-

дивидуальных дозовых пределов. Установление предела дозы, с одной стороны, имеет це-

лью предотвращение нестохастических эффектов. Учитывая это и то, что распределение ви-

дов пользы и вреда среди людей будет неравномерным, процесс уравновешивания пользы

и вреда будет юридически правильным лишь в том случае, если вред каждого индивидуу-

ма не превышает приемлемого уровня.

Так как еще не выработаны единые социально-экономические критерии, позволяющие в ко-

личественном выражении соотнести вред и пользу для общества не только экономическую, но и

с учетом фактора здоровья, то уровень создаваемого риска в различных сферах производст-

венной деятельности основывается пока на стихийно устанавливаемых в обществе критериях

между пользой и вредом, приемлемых на данном этапе развития общества. Они основывают-

ся в какой-то мере на сравнении с масштабом риска в жизни современного человека, обу-

словленного факторами естественной среды обитания.

Поэтому МКРЗ рекомендует при нормировании радиационного фактора приемлемый риск

определять путем сравнения с риском от других видов профессиональной деятельности.

МЕЖДУНАРОДНЫЕ ПРАВИЛА И РЕКОМЕНДАЦИИ

МКРЗ в своих публикациях к началу 90-х годов предложила новую систему нормирования до-

зовых пределов от воздействия ионизирующего облучения на человека.

Практическим воплощением всех научных исследований в области противорадиационной

защиты и радиационной безопасности явились подготовка и издание Международных ос-

новных норм безопасности для защиты от ионизирующих излучений и безопасности источ-

ников излучений (1995).

Целью документа является установление основных требований к защите от рисков, свя-

занных с облучением человека, вследствие влияния ионизирующих излучений, и к

безопасности источников излучения, которые могут создавать такое излучение.

Ключевым документом, определяющим современную международную методологию

противорадиационной защиты, является публикация 60 МКРЗ.

Комиссия подтвердила решение о введении новых пределов доз для ограничения об-

лучения профессионалов и населения в практической деятельности и рекомендации по

планированию вмешательств при ограничении облучения в аварийных ситуациях и ситуациях

хронического облучения человека техногенно усиленными источниками природного про-

исхождения.

В публикации 60 уточнены и рассмотрены основные принципы, используемые при защите че-

ловека от влияния ионизирующего излучения. Данной публикацией Комиссия утвердила но-

вые подходы к дозиметрическим величинам, биологическим аспектам радиационной безо-

пасности, ее концептуальные основы, систему радиационной безопасности при нормальной прак-

тической деятельности и вмешательстве.

Введена классификация видов человеческой деятельности. Они подразделены на

увеличивающие облучение, которые названы "практической деятельностью", и на

уменьшающие его, названные "вмешательством".

Принципы регламентации дозовых нагрузок для вновь предлагаемой и продолжающейся

практической деятельности остались аналогичными прежним, но подверглись изменению в

сторону детализации и уточнения:

• Никакая практическая деятельность, связанная с облучением, не должна приниматься, ес-

ли польза от нее для облученных лиц или общества в целом не превышает ущерба от вы-

званного ею облучения (оправданность практической деятельности).

• Для любого отдельного источника в рамках данной практической деятельности значения

индивидуальных доз, число облученных лиц и возможность подвергнуться облучениям,

которые не обязательно случатся, должны поддерживаться на столь низких уровнях, какие

только могут быть разумно достигнуты с учетом экономических и социальных факторов.

Эту процедуру следует ограничивать, сужая диапазон доз у отдельных лиц (используя

граничные дозы) или уменьшая риск для отдельных лиц в случае потенциальных облучений

(используя граничные риски), чтобы положить предел несправедливости, которая может

возникнуть в результате процедуры экономического и социального оправдания (оптимизации

защиты).

• Облучение отдельных лиц от сочетания всех соответствующих видов практической

деятельности должно ограничиваться пределами дозы или контролем риска в случае

потенциального облучения. Их цель — обеспечить, чтобы ни один из людей не подвергался

рискам от облучения, считающимся неприемлемым для этих видов практической деятельности в

любых нормальных условиях. Не все источники поддаются контролю путем воздействия на них,

и нужно определить, какие из них следует учитывать перед выбором предела дозы (преде-

ла индивидуальной дозы и риска).

Рекомендованная Комиссией система радиационной безопасности для вмешательства ос-

нована на следующих основных принципах.

Предполагаемое вмешательство должно принести больше пользы, чем вреда, т.е.

уменьшение ущерба в результате уменьшения дозы должно быть достаточным, чтобы оправ-

дать вред от вмешательства и затраты на него, включая социальные затраты.

Форма, масштаб и длительность вмешательства должны быть оптимизированы таким

образом, чтобы чистая польза от уменьшения дозы, т.е. польза от уменьшения ущерба от

излучения за вычетом ущерба, связанного с вмешательством, была максимальной.

Комиссия возражает против применения пределов дозы для принятия решения о не-

обходимости или рамках вмешательства. Она считает, что определенные заранее пределы мо-

гут оказаться несоизмеримыми с полученной от вмешательства пользой, и будут проти-

воречить первому принципу радиационной безопасности, хотя вынуждена сделать оговорку

о недопустимости доз способных вызвать серьезные детерминированные эффекты.

В качестве юридической основы нормирования ионизирующих излучений в России принят

нормативный документ "Нормы радиационной безопасности (НРБ-96)". Три

вышеприведенных принципа, применимых к практической деятельности, нашли в них свое

отражение в следующем виде:

• не должна проводиться любая деятельность, связанная с использованием ионизирующих

излучений, если польза отдельным лицам и обществу в целом не превышает риск,

обусловленный дополнительным к естественному радиационному фону облучением (принцип

обоснования);

• при использовании любого источника ионизирующего излучения уровни ин-

дивидуальных доз облучения людей и число облучаемых лиц должны поддерживаться на столь

низком уровне, насколько это возможно и достижимо с учетом экономических и социаль-

ных факторов (принцип оптимизации);

• индивидуальная доза облучения персонала и населения от всех источников в процессе их

эксплуатации не должна превышать действующих дозовых пределов (принцип нормирования).

Отметим наиболее значимые особенности в НРБ-96 и рекомендациях МКРЗ, которые

существенным образом отличаются от принципов нормирования ионизирующих излучений на

Украине.

Начиная с 1990 года проведена реорганизация основных нормируемых дозиметрических ве-

личин и понятий, что привело, в основном, к нижеследующему комплексу новых величин, еще

не нашедших широкого отражения в отечественной практике и литературе:

Доза эквивалентная — поглощенная доза в органе или ткани, умноженная на соответ-

ствующий взвешивающий коэффициент для данного излучения, W

T,R

·D

T,R

, (5.1)

где D

T,R

— средняя поглощенная доза в органе или ткани T, a W

— взвешивающий ко-

эффициент для излучения R.

Если поле излучения состоит из нескольких излучений с различными величинами W

, то эк-

вивалентная доза определяется в виде:

= ΣW

·D

T,R

. (5.2)

Единицей измерения эквивалентной дозы является Дж·кг

-1

, имеющий специальное

наименование зиверт (Зв).

Взвешивающие коэффициенты для отдельных видов излучения:

Фотоны любых энергий 1

Электроны и мюоны любых энергий 1

Нейтроны энергией менее 1 0 кэВ 5

от 10 кэВ до100кэВ 10

от 100 кэВ до 2 МэВ 20

от 2 МэВ до 20 Мэв 10

более 20 МэВ 5

Протоны, кроме протонов отдачи, энергия более 2 Мэв 5

Альфа-частицы, осколки деления, тяжелые ядра 20

Доза эффективная — дозиметрическая величина, используемая как мера риска возник-

новения отдаленных последствий облучения всего тела человека и отдельных его органов с

учетом их радиочувствительности. Она представляет сумму тканевых эквивалентных доз,

каждая из которых умножена на соответствующий тканевой взвешивающий коэффициент:

∑

⋅=

HWE

(5.3)

где H

— эквивалентная доза в ткани T, a W

— тканевой взвешивающий коэффициент для

ткани T.

Из определения эквивалентной дозы следует, что:

RT,

RT,R

DWWDWWE ⋅⋅=⋅⋅=

∑

, (5.4)

где W

— взвешивающий коэффициент излучения для излучения R и D

— средняя погло-

щенная доза в органе или ткани т.

Единица измерения эффективной дозы — Дж·кг

-1

, которая имеет специальное наимено-

вание—зиверт(Зв).

Взвешивающие коэффициенты для тканей и органов:

Гонады 0,20

Костный мозг (красный) 0,12

Толстая кишка 0,12

Легкое 0,12

Жглудок 0,12

Мочевой пузырь 0,05

ру

дная железа 0,05

Печень 0,05

Пищевод 0,05

Щитовидная железа 0,05

Кожа 0,01

Клетки костных поверхностей 0,01

Остальное 0,05*

* При расчетах учитывать, что рубрика "Остальное" состоит из надпочечников, головного мозга,

верхнего отдела толстого кишечника, тонкого кишечника, почек, мышечной ткани, поджелудочной же-

лезы, селезенки, вилочковой железы и матки. В тех исключительных случаях, когда один из перечис-

ленных органов или тканей получает эквивалентную дозу, превышающую самую большую дозу, полу-

ченную любым из двенадцати органов или тканей, для которых определены взвешивающие коэффици-

енты, следует приписать этому органу или ткани взвешивающий коэффициент, равный 0,025, а остав-

шимся органам или тканям из рубрики "Остальное" приписать коэффициент, равный 0,025, для расчета

средней дозы, как это определено выше.

Значения W

выбраны такими, чтобы равномерное по всему телу облучение в данной

эквивалентной дозе давало значение эффективной дозы, численно равное этой эквивалент-

ной дозе. Следовательно, сумма тканевых весовых множителей равна единице. Взвешенная

эквивалентная доза (дважды взвешенная поглощенная доза) ранее называлась в отечествен-

ной литературе эффективной эквивалентной дозой.

Доза эффективная коллективная - величина, определяющая полное воздействие излуче-

ния на популяцию, определяется в виде:

∑

iii

NES

(5.5)

где E

— средняя эффективная доза на i -ю подгруппу популяции,

N — число людей в подгруппе.

Риск — многозначная величина, выражающая угрозу, опасность или возможность при-

чинения вреда или биологических поражающих последствий в результате фактического и

потенциального облучения. Она связана с такими величинами, как вероятность возникнове-

ния конкретных вредных последствий, а также масштаб и характер таких последствий.

В области малых доз (менее 0,5 Зв) индивидуальный и коллективный риск возникнове-

ния стохастических эффектов определяется соответственно:

r = р(Е)·r

·Е, (5.6)

R = p(S

)·r

·S

, (5-7)

где r,R—индивидуальный и коллективный риск соответственно;

E, S

—индивидуальная и коллективная эффективные дозы соответственно;

р(Е), p(S

) — вероятность событий, создающих дозы E и S

соответственно;

— коэффициент риска от смертельного рака, серьезных наследственных эффектов и

не смертельного рака (приведенного по вреду к последствиям от смертельного рака).

Коэффициент риска в соответствии с российскими НРБ-96 равен:

r = 5,6 ·10

-2

1/чел-Зв для профессионального облучения и

r = 7,3 · 10

-2

1 /чел-Зв для населения.

Таблица 5.1.

Значения коэффициентов радиационного риска r

определяющие стохастические эффекты

, 10

-2

чел-Зв

-1

Облучаемый

контингент

Неизлечимы

рак

Излечимый

рак

Тяжелые

наследственные

эффекты

Сумма

Работающие взрослые 4,0 0,8 0,8 5,6

Все население 5,0 1,0 1,3 7,3

До 1990 года в соответствии с рекомендациями МКРЗ принимались значения ко-

эффициентов радиационного риска:

1,25 · 10

-2

(чел -Зв)

-1

— от смертельного и несмертельного рака.

4 · 10

-3

(чел -Зв)

-1

— от наследственных эффектов

1,65 ·10

-2

(чел -Зв)

-1

— суммарный коэффициент.

В НРБ-96 (Россия) для категорий облучаемых лиц устанавливаются следующие основные

дозовые пределы:

Таблица 5.2.

Основные дозовые пределы

Нормируемые Дозовые пределы

величины Категория А Категория Б Категория В

Эффективная

доза

20 мЗв в год

в среднем за любые

последовательные 5 лет.

но не более 50 мЗв в год

5 мЗв в год

1 мЗв в год

в среднем за любые

последовательные

5 лет, но не более

5 мЗв в год

Эквивалентная

доза за год:

— в хрусталике 150 мЗв 50 мЗв 15 мЗв

— коже 500 мЗв 150 мЗв 50 мЗв

— кистях и стопах 500 мЗв 150 мЗв 50мЗв

Для событий с тяжелыми последствиями от детерминированных эффектов принимаются в

консервативных целях следующие определения индивидуального и коллективного риска:

r = p(E), (5.8)

R = p(E)·N, (5.9)

где N — численность популяции, подвергающейся радиационному воздействию в дозе

E > 0,5 Зв.

По НРБ-96 снижение риска до возможно низкого уровня (оптимизацию) следует

осуществлять с учетом двух обстоятельств:

• основной предел риска регламентирует потенциальное облучение от всех возможных ис-

точников. Поэтому для каждого источника при оптимизации устанавливается граница риска;

• при снижении риска потенциального облучения существует минимальный уровень риска, ни-

же которого риск считается пренебрежимым и дальнейшее снижение риска нецелесообразно.

Предел индивидуального риска для профессионального облучения принимается 1.0

· 10

-3

за год, для населения — 1,0 · 10

-4

за год.

Уровень пренебрежимого риска разделяет область оптимизации риска и область без-

условно приемлемого риска и составляет 10

-6

за год.

В своих новых рекомендациях МКРЗ оставила только две категории облучаемых лиц:

работающих (персонал) и все население (популяцию), объединив прежние категории Б и В.

Рекомендуемые МКРЗ в настоящее время пределы дозы приведены в таблице 5.3.

Таблица 5.3.

Рекомендуемые пределы дозы

Предел дозы, мЗв Примечание

профессиональный для населения

Эффективная доза

20 мЗв в год, усредненные за

определенные периоды в 5 лет*

1 мЗв в год**

Годовая эквивалентная

доза:

на хрусталики глаз

на кожу

на руки и ноги

150

500

─

*С дополнительным условием, что эффективная доза не должна превышать 50 мЗв за любой отдель-

ный год. На профессиональное облучение беременных женщин накладывают дополнительные ограниче-

ния.

** В особых условиях в отдельный год допустимы большие значения эффективной дозы при усло-

вии, что средняя доза за 5 лет не превысит 1 мЗв в год.

В публикациях МКРЗ зависимость коэффициента качества К от линейной передачи энергии

ЛПЭ также приобрела другой вид (табл.5.4).

В работах некоторых авторов частично выполнено сравнение основных величин и их

пределов рекомендованных МКРЗ и регламентированных национальными НРБУ-97. В

результате показано, что при локальном облучении некоторых критических органов НРБУ-

97 даже при большем (в 5 раз), чем в рекомендациях, значения ПД при облучении всего тела

оказываются более "гуманными" в сравнении с МКРЗ. Но только при локальном облучении

большей части критических органов. При облучении всего тела человека сильно проникающей

радиацией вывод изменяется с точностью до "наоборот", так как НРБУ-97 допускают облу-

чать человека в этом случае в 5 раз большей дозой. Таким образом, в общем случае нельзя ут-

верждать чья концепция совместно с пределами доз жестче, а чья мягче.

Таблица 5.4.

Зависимость коэффициента качества К

от линейной передачи энергии ЛПЭ в воде

ЛПЭ, КэВ мкм

-1

—

100 0

32 L

—

> 100 300/√L

В процессе сопоставления обнаруживается также логическое соответствие между сорти-

ровкой критических органов на группы и выстраиванием их в соответствии с величинами

Группы критических органов и их относительная чувствительность:

• I группа (W

= 1) — все тело, гонады и красный костный мозг;

• II группа (W

= 1/3) — мышцы, щитовидная железа, жировая ткань, печень, почки, се-

лезенка, желудочно-кишечный тракт, легкие, хрусталик глаза и другие органы, за исключе-

нием тех, которые относятся к I и Ш группам;

• Ш группа (W

=1/6) — кожный покров, костная ткань, предплечья, голени и стопы.

Для количественной реализации принципов "оправданность практической деятельности"

и "оптимизация зашиты" МКРЗ рекомендует использовать концепцию польза-затраты. В

соответствии с этой концепцией принимаемые меры по радиационной безопасности являют-

ся оптимальными, если они приводят к максимальной пользе от данного производства.

При проведении анализа соотношения польза-затраты в понятие "польза" требуется

включение всех видов пользы, которую получает все общество, а не только отдельные инди-

видуумы. "Ущерб", в общем виде, определяют как математическое ожидание ущерба, вы-

званного облучением, причем принимают во внимание не только вероятность возникнове-

ния каждого вида вредности эффекта, но и степень его тяжести. Ущерб, в широком смысле

слова, определяют как общую сумму всех неблагоприятных эффектов любого вида деятель-

ности, в частности, финансовую стоимость и вред для здоровья человека.

Чистую пользу В от получаемого продукта или ведения какого-либо производства, свя-

занного с ионизирующим излучением, можно считать равной разнице между общей пользой

V и суммой трех компонентов: основной стоимости производства P, стоимости достижения

выбранного уровня безопасности X и стоимости возникающего ущерба Y, связанного с дан-

ной операцией или с производством, а также с использованием и распределением продук-

ции. Величина Y отражает потери для общества, связанные с недостаточной степенью за-

щищенности.

Исходя из этого МКРЗ считает, что можно формализовать общие методы по принятию

решений для выполнения основных принципов радиационной защиты. Эта формализация

сводится к следующему:

B = V-(P + X + Y); (5.10)

В → max; X + Y → min; (5.11)

D<ПДД, (5.12)

где D — индивидуальная доза. Здесь в (5.11) подчеркнута общая тенденция в изменении ве-

личин, а в (5.12) условие непревышения дозовых пределов.

Вид деятельности оправдан, если можно найти такие значения переменных при которых

В>0 (5.13)

При оптимизации величины социально-экономического критерия оправданности техно-

логии и приемлемости радиационного риска в (5.12) удобно в качестве независимой

переменной величины использовать коллективную эффективную дозу S

. B соответствии с

(5.7), подобно коллективному риску, коллективная доза является мерой социального ущерба

данного вида деятельности для общества. Точно также, любой выбранный уровень безо-

пасности (степень защищенности) характеризуется коллективной дозой. Необходимо пом-

нить, что принципы ALARA применяются и к индивидуальным и к коллективным дозам.

Так, не понимая этого, вскоре после введения ALARA на некоторых предприятиях умень-

шали среднюю дозу на работника путем использования большего количества работаю-

щих.

Величины V и P для данного вида деятельности можно считать постоянными, не зависящими от

.. С величиной S

связаны величины Y и Х. При уменьшении S

соответственно снижаются поте-

ри, связанные с недостаточной защищенностью Y, но увеличиваются затраты на достиже-

ние этого уровня X (затраты на безопасность и защиту). Увеличение S

означает, что затраты на

радиационную безопасность X возросли(уменьшились), а стоимость возникающего ущерба

Y возросла. Качественно этот подход проиллюстрирован на рис.5.1. При значении S

зависимость X + Y от S

имеет минимум, соответствующий оптимальному уровню радиа-

ционной безопасности при введении в практику данного производства.

Рис.5.1. Графическая иллюстрация использования концепции польза-затраты.

При этом, в соответствии с (5.12), пределы доз предназначены ограничить ущерб при-

емлемыми уровнями риска в случае неравномерности распределения пользы и ущерба среди

людей для отдельных индивидуумов. Ограничение стохастических эффектов достигают поддер-

жанием коллективных доз на таком низком уровне, который может быть достигнут при учете

социальных и экономических факторов. Отсюда, пределы доз ограничивают индивидуаль-

ный риск, а оптимизация — коллективный риск.

Основная трудность при оценках оправданности данного вида деятельности и опти-

мизации защиты заключается в сложности выражения пользы и ущерба в одинаковых едини-

цах. Полезный эффект, производственные затраты и затраты на радиационную безопас-

ность, как правило, выражаются в стоимостных (денежных) показателях. Необходи-

мость же оценки ущерба для здоровья, особенно летальных исходов, в денежном выражении

многих приводит в смущение. Они считают, что здесь существующие проблемы "в самом суще-

ственном выступают как мировоззренческие, идеологические, психологические, поскольку они

непосредственно затрагивают фундаментальные основы представлений ценности человече-

ской жизни".