Прогнозирование чрезвычайных ситуаций. Радиационная безопасность

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ 
 
 
 
 
 
Н.Я. ИЛЮШОВ 
 
 
 
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ 
ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ 
СИТУАЦИЙ 
 
 
РАДИАЦИОННАЯ  
БЕЗОПАСНОСТЬ 
 
 
Утверждено  
Редакционно-издательским советом университета 
в качестве учебного пособия 
 
 
 
 
 
 
 
НОВОСИБИРСК 
2020

ББК 68.9я73 
  И 498 
 
 
 
Рецензенты: 
Парахин А.М., канд. техн. наук, доцент НГТУ 
Щербаков Ю.С., канд. техн. наук, доцент, зав. кафедрой  
безопасности жизнедеятельности и экологии СиБГУТИ 
 
 
 
 
 
Илюшов Н.Я.  
И 498  
Прогнозирование чрезвычайных ситуаций. Радиационная 
безопасность : учебное пособие / Н.Я. Илюшов. – Новосибирск : 
Изд-во НГТУ, 2020. – 167 с. 

 
ISBN 978-5-7782-4303-3 

Учебное пособие включает в себя материал курса лекций «Прогнозирование чрезвычайных ситуаций», разработанный на кафедре безопасности труда НГТУ. Пособие предназначено для студентов всех 
форм обучения по образовательным программам 20.30.01 и 20.04.01 
«Техносферная безопасность». Книга также будет полезной для студентов всех специальностей, связанных с защитой от ионизирующих 
излучений и их применением. 
 
 
Работа подготовлена на кафедре безопасности труда НГТУ 
 
 
 
ББК 68.9я73 
 
 
 
ISBN 978-5-7782-4303-3 
 Илюшов Н.Я., 2020 
 
© Новосибирский государственный  
 
    технический университет, 2020 

ОГЛАВЛЕНИЕ 
 
Введение ................................................................................................................... 5 
ГЛАВА 1. ЯВЛЕНИЕ РАДИОАКТИВНОСТИ ..................................................... 6 
1.1. Общие понятия о радиоактивности ........................................................... 8 
1.2. Виды ионизирующих излучений ............................................................. 13 
ГЛАВА 2. ОСНОВЫ РАДИАЦИОННОЙ ДОЗИМЕТРИИ ............................... 26 
2.1. Основные понятия дозиметрии по НРБ .................................................. 28 
2.2. Предложения по корректированию действующих НРБ-99  
в соответствии с новыми стандартами МАГАТЭ  
и современной терминологией ................................................................. 50 
2.2.1. Радиометрические величины ......................................................... 51 
2.2.2. Дозиметрические величины .......................................................... 55 
2.2.3. Величины для оценки развития стохастических и детерминированных эффектов излучения ............................................. 62 
2.2.4. Величины для определения требований к состоянию  
радиационной безопасности .......................................................... 67 
2.2.5. Величины для демонстрации соответствия требованиям 
обеспечения радиационной безопасности ................................... 70 
ГЛАВА 3. ИСТОЧНИКИ РАДИАЦИИ ............................................................... 75 
3.1. Космическое излучение ............................................................................ 77 
3.2. Радиация земного происхождения ........................................................... 79 
3.3. Антропогенная радиоактивность ............................................................. 87 
3.4. Испытания ядерного оружия .................................................................... 88 
3.5. Атомная энергетика .................................................................................. 90 
ГЛАВА 4. БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ РАДИАЦИИ ............................... 93 
4.1. Механизмы биологического действия радиации ................................... 94 
4.2. Классификация последствий облучения ............................................... 100 
4.3. Особенности действия радиации на живой организм .......................... 105 
4.4. Влияние радиации на иммунную систему организма .......................... 109 
4.5. Лучевая болезнь ...................................................................................... 111 

4.6. Генетические последствия облучения ................................................... 115 
4.7. Радиационный гормезис ......................................................................... 117 
ГЛАВА 5. НОРМЫ РАДИАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ........................... 119 
5.1. Предельно допустимая доза облучения и мощность радиации .......... 120 
5.2. Требования к ограничению техногенного облучения в контролируемых условиях ................................................................................. 123 
5.3. Требования к защите от природного и медицинского облучения ...... 127 
5.4. Требования по ограничению облучения населения в условиях 
радиационной аварии .............................................................................. 129 
5.5. Требования по ограничению радиационного воздействия  
в нормальных условиях эксплуатации источников ионизирующего излучения ........................................................................................ 131 
ГЛАВА 6. ОБЕСПЕЧЕНИЕ РАДИАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ НА 
РАДИАЦИОННО ОПАСНЫХ ОБЪЕКТАХ .................................. 136 
6.1. Основные принципы обеспечения радиационной безопасности ........ 139 
6.2. Обеспечение безопасности радиационных источников ...................... 141 
Библиографический список ................................................................................ 165 
 
 

 

ВВЕДЕНИЕ 

Для обеспечения безопасности персонала, работающего с источниками ионизирующих излучений, а также для безопасности населения в 
случае радиационной аварии необходимо знать само явление радиации, виды ионизирующих излучений, механизмы биологического действия данных излучений на организм человека, а также основные 
принципы обеспечения радиационной безопасности. Все эти аспекты 
подробно рассмотрены в данном учебном пособии. При этом особое 
внимание уделено вопросам радиационной дозиметрии и нормированию радиационной опасности. 
Учебное пособие состоит из шести глав. В конце книги приведен 
список литературы. 
Замечания и пожелания по поводу материала данного пособия 
можно направлять по адресу: kamchatka1234@rambler.ru. 
 

ГЛАВА 1 

ЯВЛЕНИЕ РАДИОАКТИВНОСТИ 

Слово «радиация» (от лат. «radio» – излучаю) означает излучение, 
идущее от какого-либо тела. Радиоактивностью называется явление 
самопроизвольного превращения одних атомных ядер в другие, сопровождающееся при этом излучением элементарных частиц [1]. 
Радиация существовала всегда. Задолго до того как на нашей планете появилась жизнь, Землю постоянно овевал радиационный космический ветер. Только наше Солнце испускает огромное число быстрых 
частиц: электронов, ионов, нейтронов и т. д., а Солнце – это просто 
ближайшая к нам звезда из бесчисленного количества других, более 
далеких светил. Помимо космической радиации в земной коре всегда 
присутствовали долгоживущие радионуклиды, которые также оказывали мощнейшее воздействие на все живое. Можно смело утверждать, 
что человек и все другие живые существа никогда не находились и не 
жили в абсолютно радиационно стерильной среде. Живые организмы 
всегда испытывали и испытывают на себе действие радиационного излучения в определенной дозе. Иными словами, человек и все живое на 
нашей планете возникло, всегда развивалось и жило на фоне радиации. 
Более того, все разнообразие форм жизни, которое существовало и существует на Земле, зародилось только благодаря радиации. Именно 
радиационный фон нашей планеты запустил такие микроэволюционные процессы, как мутагенез и хромосомные перестройки, приведшие 
к возникновению эволюции.  
Интересно, что явление радиоактивности, как и многое в науке, 
было открыто совершенно случайно. Все началось с того, что французский физик Анри Беккерель решил выяснить, не связаны ли между 
собой явление люминесценции и излучение рентгеновских лучей,  

открытых за год до того. Для исследований Беккерель выбрал хорошо 
флуоресцирующие (т. е. обладающие свойством люминесценции, затухающей в течение короткого времени) соли урана. Проводя эксперименты, ученый однажды решил проявить старую фотопластинку, которая пролежала в столе под образцами урановой соли несколько дней. 
Неожиданно после проявки на негативе обнаружились темные пятна, 
точно соответствующие по форме и своему положению образцам соли. 
Более того, оказалось, что способность урана действовать на пластинки не уменьшалась со временем и один и тот же образец урана вызывает в течение суток такое же потемнение фотопластинок, как и год 
назад. Но самым замечательным свойством урановых лучей оказалось 
то, что данные лучи выделяются самопроизвольно без всякого воздействия со стороны человека. В то время как для получения рентгеновских 
лучей, также способных воздействовать на фотопластинки, необходимо 
затратить значительное количество электрической энергии.  
Так, в 11 часов 1 марта 1896 г. было открыто новое явление испускания урановой солью неизвестных лучей. Открытые лучи во многом 
были похожи на рентгеновские. Они так же проходили через плотные 
материалы и живую ткань, так же ионизировали воздух, но это были не 
рентгеновские лучи. Основным отличием было то, что открытые лучи 
в отличие от рентгеновских не обладали способностью отражаться и 
преломляться. Беккерель в результате многочисленных опытов доказал, что источником этих лучей является уран. Поэтому и назвал их 
урановыми лучами.  
Выступая с докладом «Исследование урановых лучей», Беккерель 
отметил, что новое излучение способно производить различные химические действия. Например, под действием урановых лучей стекло 
окрашивается в фиолетовый или коричневый цвет, бумага и парафин 
желтеют, а белый фосфор превращается в красный. Описал Беккерель 
и некоторые физиологические действия лучей. Они способны воздействовать на эпидермис и глубоко поражать кожу. Причем действие новых лучей не вызывает вначале никаких ощущений, но его последствия проявляются через несколько недель в виде более или менее 
глубоких ран, заживающих в течение нескольких месяцев.  
После того как результаты исследований Беккереля были опубликованы, необычайными свойствами урана заинтересовались многие 
выдающиеся ученые того времени. Очень скоро соотечественники 
Беккереля Мария и Пьер Кюри открыли, что уран не единственное  

вещество, способное испускать новые лучи. Переработав десятки тонн 
руды, они смогли получить миллиграммы неизвестных ранее элементов: полония, названного так в честь родины Марии Кюри Польши, и 
радия. Эти вещества, так же как и уран, испускали урановые лучи. 
Вскоре подобные свойства были обнаружены и у тория. 
Стало понятно, что вряд ли правомерно называть новые лучи урановыми, если их помимо урана испускают и другие вещества. Поэтому 
название «урановые лучи» изменили на «радиоактивные лучи», само 
явление их испускания стали именовать радиоактивностью, а вещества, испускающие новые лучи, получили название радиоактивных 
элементов.  

1.1. ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ О РАДИОАКТИВНОСТИ 

Радиоактивные превращения протекают с изменением строения, 
состава и энергетического состояния ядер атомов. Данные изменения 
сопровождаются испусканием или захватом как заряженных, так и 
нейтральных частиц, а также выделением коротковолновых излучений 
электромагнитной природы.  
Для того чтобы лучше понять явление радиоактивности, необходимо обратиться к периодическому закону изменения химических 
свойств элементов, открытому великим русским ученым Д.И. Менделеевым еще в 1869 г. Закон Менделеева определил, что существует 
зависимость между свойствами химического элемента и его атомным 
весом. Поэтому атомы вещества с большим атомным весом имеют и 
более сложное строение. А так как Периодический закон открыл и закономерности изменения свойств элементов с ростом их атомного веса, то атом уже стало нельзя считать чем-то неделимым и не имеющим 
своей внутренней структуры.  
Это теоретическое предположение было неопровержимо доказано 
Эрнестом Резерфордом и его учениками в 1911 г. Проведенные опыты 
и эксперименты показали, что атом, который на протяжении многих 
веков считался самой мелкой и неделимой частицей мироздания, на 
самом деле имеет сложное строение. Согласно планетарной теории 
Резерфорда было принято, что атом состоит из положительно заряженного ядра, вокруг которого по сложным траекториям движутся отрицательно заряженные электроны (рис. 1.1).  

Атом имеет размер порядка 10–8 см. Само ядро по сравнению с 
размерами атома настолько мало, что большая часть объема атома является пустотой. Массу атома обычно выражают в атомных единицах, применяемых 
для выражения масс микрочастиц. Принято, 
что одна атомная единица массы (а. е. м.) 
равна 1/12 части массы атома углерода с 
массовым числом 12, или 1 а. е. м. равна 
1,6605655 · 10–27 кг. 
Электрон, вращающийся вокруг ядра 
атома, является самой легкой отрицательно 
заряженной частицей. Это стабильная частица, 
имеющая 
элементарный 
заряд 
1,6021892 · 10–19 Кл и время жизни, превышающее 4,2 · 1024 лет. Так как масса электрона очень мала, то практически вся масса атома сосредоточена в его ядре. 
Согласно постулатам Бора, любой атом 
характеризуется системой энергетических уровней, каждый из которых соответствует определенному стационарному состоянию. В стационарных состояниях атом не излучает; его электроны, находящиеся 
на стационарных орбитах, могут вращаться вокруг ядра неопределенно 
долго и не излучать при этом энергию. При переходе атома из одного 
стационарного состояния с энергией 
n
E  в другое стационарное состояние с энергией 
m
E
 излучается квант, энергия которого равна разности энергий этих двух стационарных состояний. Таким образом, внутренняя энергия атома может принимать только определенные 
дискретные значения, соответствующие устойчивым состояниям атома. Энергия атома может изменяться только как результат скачкообразного квантового перехода. 
Поглощая порцию энергии, атом переходит в возбужденное состояние, т. е. на более высокий энергетический уровень. Излучая энергию 
в виде испускающегося фотона, атом, наоборот, переходит на более 
низкий энергетический уровень. Уровень, соответствующий минимальной энергии атома, называется основным уровнем, а все остальные – возбужденными. 
Ядро атома, в свою очередь, состоит из протонов и нейтронов, которые и определяют массовое число ядра. Частицы, входящие в состав 

 

Рис. 1.1. Модель атома  
Резерфорда 

ядра, получили название нуклоны. Их соотношение можно определить 
уже по символу обозначения типа атомного ядра. В таблице Менделеева такой символ имеет вид 
X,
A
Z
 где Z показывает число протонов в 
ядре и называется зарядовым или протонным числом. Число А показывает общее количество протонов и нейтронов в ядре и называется массовым числом. Соответственно разница А – Z = N дает количество 
нейтронов в этом ядре. Например, ядро атома урана 238
92 U , судя по  
обозначению, имеет в своем составе 92 протона, массовое число  
равно 238, следовательно, количество нейтронов равно 146. В поперечнике тяжелые ядра могут достигать 10–12 см; плотность ядерного 
вещества чрезвычайно велика и может достигать значений порядка 
1014 г/см3. Но даже столь высокая плотность ядерного вещества считается довольно разреженной по сравнению с плотностью вещества 
внутри протона. 
Свободный протон, названный так Резерфордом в 1919 г. (от греч. 
«protos» – первый), является стабильной элементарной частицей, имеющей положительный заряд, равный 1,6021892 · 10–19 Кл. Заряд протона равен заряду электрона и отличается от него только знаком. Эксперименты по сравнению масс электрических зарядов электрона и 
протона показали, что их массы могут отличаться друг от друга не более 
чем на 8 · 10–11 %. Масса покоя протона составляет 1,6726485 · 10–27 кг, 
или 1,00727647 а. е. м., что практически на три порядка больше массы 
электрона. Средний размер протона – всего лишь 0,8 фм (1 фентометр 
равен 10–15 м), а плотность вещества внутри протона превышает плотность ядерного вещества от 2,5 раза для легких элементов типа 4Не до 
1,5 раза для тяжелых ядер типа 208Pb [1].  
Нейтрон, открытый учеником Э. Резенфорда, английским физиком 
Дж. Чедвиком, имеет массу покоя, близкую к массе протона, но при 
этом не имеет заряда и нестабилен. В отличие от свободного протона 
среднее время жизни нейтрона всего 15 минут, после чего он распадается на протон, электрон и нейтрино. 
Ядра элементов, имеющих одинаковое количество протонов (с одинаковым зарядовым числом Z), но с различным массовым числом А, 
называются изотопами. Большинство элементов имеют по несколько 
изотопов, причем как стабильных, так и нестабильных. Например,  
водород имеет три изотопа, два из которых стабильны и один нестабилен: 

1
1
1, 
H (
0)
Z
N


 – обычный водород, или протий; 

2
1
1, 
H (
1)
Z
N


 – тяжелый водород, или дейтерий; 

3
1
1, 
H (
2)
Z
N


 – тритий (неустойчивый изотоп). 
Понятие изотопа очень важно для объяснения причин возникновения цепной реакции в радиоактивных элементах. Например, почему 
цепная реакция не возникает в природном уране? Дело в том, что природный уран состоит из трех изотопов: 238
92 U,  235
92 U  и 234
92 U,  причем 

подавляющее большинство (99,27 %) – это уран 238
92 U,  который способен захватывать медленные тепловые нейтроны без возникновения  
реакции деления ядер. Именно поэтому в природном уране цепной реакции деления не возникает, а для того, чтобы деление возникло, необходимо использовать изотоп урана 235
92 U. 
В целом возможность выделения внутриядерной энергии обусловлена двумя свойствами химических элементов. Во-первых, атомные 
ядра различных изотопов обладают различной средней энергией связи 
их нуклонов, т. е. энергией связи, приходящейся на один нуклон. Данная связь с увеличением массового числа А сначала увеличивается,  
а затем, достигнув максимума при А ≈ 60, постепенно уменьшается.  
Во-вторых, превращение ядер с меньшей средней энергией связи нуклонов в ядра с большей средней энергией связи их нуклонов сопровождается выделением энергии, количество которой равно разности 
энергий связи нуклонов в новых и исходных ядрах. Именно эти свойства и позволяют выделять внутриядерную энергию в результате деления тяжелых химических элементов на более легкие или, наоборот, 
синтеза более тяжелых элементов из более легких [2]. 

В настоящее время науке известно почти 2500 ядер, имеющих раз
личные зарядовые или массовые числа, а иногда различающиеся и тем 
и другим. Порядка 20 % этих ядер устойчивы, а остальные нестабильны, т. е. являются радиоактивными. При распаде таких нестабильных 
изотопов вновь образованные ядра в свою очередь могут оказаться нестабильными и в течение какого-то определенного времени тоже распадутся. Таких переходов ядер из одного в другое может быть очень 
много, как это происходит с изотопами атомов массой больше 200, но 
в итоге любой радиоактивный элемент образует стабильное ядро, т. е. 

любой исходный радиоактивный элемент за определенное время становится нерадиоактивным. И время это может составлять от доли  
секунды до миллиардов лет. 
Все радиоактивные элементы делятся на две группы: естественные 
и искусственные, т. е. техногенные. В настоящее время известно  
уже около 2000 радионуклидов, и из них лишь порядка 300 имеют 
природное происхождение. Остальные были открыты в результате искусственной радиоактивности, т. е. являются продуктами ядерных  
реакций.  

Естественные радиоактивные элементы, в свою очередь, подразде
ляются на долгоживущие (например, уран), короткоживущие продукты 
распада долгоживущих изотопов (радон, радий), а также на нуклиды, 
постоянно образующиеся в природной среде за счет ядерных реакций. 

Среди искусственных радиоактивных элементов выделяют: 
– осколочные (продукты деления урана-235 под воздействием теп
ловых нейтронов); 

– радиоактивные, под которыми понимаются продукты активации 

за счет взаимодействия нейтронов, гамма-квантов и других частиц с 
веществом (60Со, 65Zn, 54Fe и т. д.); 

– трансурановые радиоактивные элементы, образующиеся в ре
зультате поглощения нейтронов. 

Следует учитывать, что никакой принципиальной разницы между 

природной и искусственной радиацией не существует. Дело в том, что 
свойства изотопов не зависят от способа их образования, поэтому радиоактивный изотоп данного вещества, полученный искусственным 
путем, ничем не отличается от такого же природного изотопа.  

Каждое радиоактивное ядро распадается независимо от поведения 

других ядер, и поэтому общая скорость распада (число ядер, распадающихся в единицу времени) всегда пропорциональна числу имеющихся радиоактивных ядер. При этом естественно, что такие самопроизвольные превращения радиоактивных ядер приводят к непрерывному 
числу атомов исходного изотопа и к образованию дочерних продуктов.  

Общим свойством всех радиоактивных элементов является то, что 

они распадаются по закону радиоактивного распада, который имеет 
вид [3] 

 
–
0 
,t
N
N e 

  
(1.1)