اصول حفاظت در برابر اشعه پرتوهای یون‌ساز

مفاهیم حفاظت در برابر اشعه
پرتوهای یون‌ساز، یکی از عوامل زیان‌آور محیط کار می‌باشد که می‌تواند سبب ایجاد آسیب‌های جدی و برگشت‌ناپذیر و غیر‌قابل درمان در نزد افرادی که به نحوی با پرتو سر و کار دارند شود. چون نمی‌توان با هيچ‌يک از حواس پنج‌گانه پرتوهای راديواکتيو را احساس کرد، لذا تماس با مقدار بیش از حد مجاز پرتوهای یون‌ساز می‌تواند اثراتی روی دستگاه خون‌ساز، دستگاه گوارش، سیستم اعصاب مرکزی و در نهایت کل بدن بگذارد یا ممکن است آثار آن در نسل‌های بعدی ظاهر شود. رعایت مقررات، ضوابط و آیین‌نامه‌های حفاظت در برابر اشعه و استفاده صحیح و مناسب از وسایل حفاظت فردی می‌تواند تا حد زیادی این اثرات و آسیب‌ها را کاهش دهد.
1. اهداف حفاظت در برابر اشعه عبارتند از:

ALARA مخفف عبارت As Low As Reasonably Achievable به معنای “هرچه کمتر موجه‌شدنی” می‌باشد، بدین معنی که می‌بایست میزان دُز دریافتی موجه بوده و به حداقل ممکن کاهش یابد. در این راستا قبل از شروع فعالیت با پرتو براورد سود و زیان ناشی از کار با آن ضروری است، بدین معنی که کار با پرتو زمانی قابل توجیه است که سود آن بیشتر از مضرات ناشی از انجام آن کار باشد.

انواع پرتوها
پرتو: شکلی از انرژی می‌باشد که در خلاء یا ماده منتشر می‌شود و به‌صورت زیر دسته‌بندی می‌شود:

پرتوهای یون‌ساز: اگر انرژی پرتو برای آزاد كردن الكترون مداري كافي باشد، با برخورد پرتو به الكترون يونش روي مي‌دهد؛ در اين‌صورت پرتو را يون‌ساز مي‌نامند.
هنگامی‌که پرتو از درون ماده عبور می‌کند، انرژی آن باعث خارج شدن الکترون‌های مداری از اتم‌های تشکیل‌دهنده ماده شده و اتم‌ها را به اتم‌های دارای بار مثبت (یا مولکول‌های یون مثبت) و الکترون‌های آزاد تبدیل می‌کند. به این عمل یوش (یونیزاسیون) می‌گویند.

پرتوهای الکترومغناطیسی: امواج الکترومغناطیسی هستند که در فضا منتشر می‌شوند و از میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی ساخته شده‌اند؛ لذا پرتوهای الکترومغناطیسی مادی نبوده و دارای جرم و بار الکتریکی نیستند. امواج الکترومغناطیسی بر حسب انرژیشان به نام‌های گوناگونی خوانده می‌شوند: امواج رادیویی، ریزموج، فروسرخ، مادون قرمز، نور مرئی، فرابنفش، پرتو ایکس و پرتو گاما. این نام‌ها به ترتیب افزایش انرژی مرتب شده‌اند (هرچه طول موج کوتاه‌تر باشد / فرکانس بیشتر باشد، انرژی موج الکترومغناطیسی بیشتر می‌باشد). پرتوهای الکترومغناطیسی بر اساس انرژی، خود به دو دسته غیریون‌ساز و یون‌ساز [پرتو ایکس و پرتو گاما]) تقسیم می‌شوند. امواج الکترومغناطیسی علاوه بر خصوصیات موجی، دارای خصوصیات ذره‌ای نیز می‌باشند. امواج الکترومغناطیسی هنگامی که به‌عنوان ذره در نظر گرفته شوند، “فوتون” نامیده می‌شوند.

ذرات باردار یا امواج الکترومغناطیس با ماده برهم‌کنش می‌کنند، انرژی (سرعت) خود را از دست می‌دهند و در نهایت متوقف می‌شوند.
پرتوهای یون‌ساز که باعث ایجاد یونش در ماده می‌شوند، مواد را به‌طور مستقیم یا غیرمستقیم یونیزه می‌‌کنند.
پرتوهای یون‌ساز مستقیم: باریکه ذرات باردار، مانند ذرات α و ذرات β، مواد را به‌صورت مستقیم یونیزه می‌کنند. ذرات α دارای چگالی یونش زیادی هستند و یونش آن‌ها صدها برابر ذرات β و غیره می‌باشد.
پرتوهای یون‌ساز غیرمستقیم: پرتوهای گاما (γ) و ایکس (X) با استفاده از الکترون‌های ثانویه تولید‌شده از طریق برهم‌کنش آن‌ها با ماده، مواد را یونیزه می‌کنند. نوترون‌های بدون بار انرژی خود را از طریق برخورد از دست می‌دهند و از طریق برهم‌کنش با مواد جذب می‌شوند. بدین‌گونه، نوترون‌ها با برخورد مستقیم با هسته‌های تشکیل‌دهنده مواد، انرژی (سرعت) خود را از دست می‌دهند. آن‌ها در اثر برخورد با پروتون‌ها (هسته‌های هیدروژن)، که تقریباً از نظر جرم با هم برابر هستند، انرژی خود را به‌طور موثر از دست می‌دهند.

ذرات α:

ذرات α دارای چگالی یونش زیادی هستند. برد ذرات آلفا در هوا حدود چند سانتی‌متر است. از آنجا که ذرات α باعث یونیزاسیون زیادی می‌شوند ، یک برگ کاغذ برای متوقف ساختن آن‌ها کافی است.
توانایی نفوذ ذرات آلفا در ماده بسیار محدود است. ضخامت لایه خارجی و مرده پوست بدن انسان برای جذب تمام ذرات آلفای حاصل از مواد پرتوزا کافی است. به دلیل آن‌که ذرات α نمی‌توانند به لایه سخت پوست (لایه سلول‌های مرده روی سطح پوست) نفوذ کنند، لذا پرتوگیری خارجی ذرات α  مشکلی ایجاد نمی‌کند.
اگر ماده پرتوزا گسیلنده آلفا وارد بدن شود موجب پرتوگیری داخلی شده و شدیداً خطرناک می‌باشد.  پرتوگیری داخلی هر ماده پرتوزا که ذراتα  منتشر می‌کند باعث ایجاد مقدار زیادی یونش موضعی در بافت‌ها شده و انرژی به‌صورت متمرکز در آن موضع منتقل می‌شود. این موضوع به‌طور قابل توجهی به DNA آسیب رسانده و اثرات بیولوژیکی شدیدی دارد.

ذرات β:

ذرات β، همانند ذراتα ، باعث یونش مستقیم ماده‌ای می‌شود که از آن عبور می‌کند، اما به دلیل چگالی یونش کم، اثرات بیولوژیکی آن‌ها به اندازه ذرات α نیست. پرتوگیری خارجی ذرات β می‌تواند روی پوست و بافت‌های زیر‌پوستی تاثیر بگذارد.
ذرات بتا بسته به مقدار انرژی خود می‌توانند چندین متر در هوا حرکت کنند و نیز تا اعماق گوناگون در بافت نفوذ کنند. ذرات β چندین متر در هوا حرکت می‌کنند، بسته به میزان انرژی آن‌ها، یک ورق پلاستیکی به ضخامت 1 سانتی‌متر یا یک صفحه آلومینیومی به ضخامت 2 تا 4 میلی‌متر برای متوقف ساختن آن‌‌ها کافی است. پلاستیک ضخیم می‌تواند ذرات بتا را مسدود کند.
اگر ماده پرتوزا گسیلننده بتا وارد بدن شود (از طریق استنشاق، بلعیدن یا جذب پوست) ذرات بتا می‌توانند به لایه بیرونی پوست نفوذ کنند یا باعث پرتوگیری داخلی ‌شوند.

ذرات نوترون:

نوترون‌های بدون بار انرژی خود را از طریق برخورد از دست می‌دهند و از طریق برهم‌کنش با مواد جذب می‌شوند. بدین‌گونه، نوترون‌ها با برخورد مستقیم با هسته‌های تشکیل‌دهنده مواد، انرژی (سرعت) خود را از دست می‌دهند. آن‌ها در اثر برخورد با پروتون‌ها (هسته‌های هیدروژن)، که تقریباً از نظر جرم با هم برابر هستند، انرژی خود را به‌طور موثر از دست می‌دهند.
به دلیل آن‌که جرم یک نوترون تقریباً برابر با جرم یک پروتون است، یک باریکه نوترونی هنگام برخورد با یک پروتون به‌طور موثر متوقف می‌شود. از آنجاکه بدن انسان حاوی مقدار زیادی آب است، نوترون‌ها در اثر برخورد با هسته‌های هیدروژن (پروتون‌ها)، که مولکول‌های آب را تشکیل می‌دهند، انرژی خود را از دست می‌دهند.
نوترون‌ها می‌توانند از بدن عبور کرده یا در صورت ورود به بدن (از طریق استنشاق، بلعیدن یا جذب پوست) باعث پرتوگیری داخلی شوند.
برای حفاظت در برابر پرتو نوترون موادی مانند بتن و مواد آلی هیدروژن‌دار مانند آب و پلی‌اتیلن مناسب است.

پرتوهای گاما (γ) و ایکس (X):

پرتوهای گاما (γ) و ایکس (X) با استفاده از الکترون‌های ثانویه تولید‌شده از طریق برهم‌کنش آن‌ها با ماده، مواد را یونیزه می‌کنند. پرتوهای گاما (γ) و ایکس (X) به دلیل قدرت نفوذ زیادی که دارند، به اندام‌ها و بافت‌های عمیق می‌رسند، اما چگالی یونش زیادی ندارند و اثرات بیولوژیکی آن‌ها مانند ذرات β است.
پرتوهای γ و X قدرت نفوذ بالاتری نسبت به ذرات α یا β دارند و بسته به میزان انرژی آن‌ها، ده‌ها تا صدها متر در هوا حرکت می‌کنند و در اثر برخورد با اتم‌های موجود در هوا، به‌تدریج انرژی خود را از دست می‌دهند. به دلیل آن‌که می‌توان از پرتوهای γ و X با استفاده از صفحات ضخیم سرب یا آهن با چگالی بالا محافظت نمود، لذا در حفاظ‌سازی مولدهای پرتوی می‌توان از آهن و نظیر آن (موادی با چگالی بالا) استفاده نمود.