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放射線防護（放射線防護とも呼ばれる）は、国際原子力機関（IAEA）によって「電離放射線への被ばくによる有害な影響から人々を保護すること、およびこれを実現するための手段」と定義されている。[ 1 ]被ばくは、人体外部の放射線源からのもの、または放射性汚染物質の摂取による内部被ばくによるものである。
電離放射線は産業や医療で広く利用されており、生体組織に微細な損傷を与えることで重大な健康被害をもたらす可能性があります。電離放射線の健康影響には大きく分けて2つの種類があります。高線量被ばくでは、「組織」への影響、すなわち発生が確実であることから「確定的」影響とも呼ばれる影響が生じ、これは通常グレイ単位で表され、急性放射線症候群を引き起こします。低線量被ばくでは、発生が不確実であることから「確率的影響」と呼ばれる放射線誘発がんのリスクが統計的に上昇する可能性があり、これは通常シーベルト単位で表されます。
放射線防護の基本は、時間、距離、遮蔽という単純な防護手段を用いて被ばく線量を回避または低減することです。被ばく時間は必要最小限に抑え、放射線源からの距離を最大限に確保し、可能な限り放射線源または被ばく対象物を遮蔽する必要があります。職業被ばくや緊急時の被ばくにおける個人被ばく線量を測定するには、外部被ばくの場合は個人線量計が用いられ、放射性汚染物質の摂取による内部被ばくの場合はバイオアッセイ法が適用されます。
放射線防護および線量測定評価に関して、国際放射線防護委員会（ICRP）と国際放射線単位測定委員会（ICRU）は、特定のレベルの放射線が人体に及ぼす生物学的影響を計算し、それによって許容線量限度を勧告するために使用される勧告およびデータを公表している。
ICRPは、リスクを被ばく線量レベルに等しくするために利用可能な膨大な科学的研究の評価に基づいて、国際放射線防護システムを推奨、開発、維持しています。このシステムの健康目標は、「確定的影響を防止し、確率的影響のリスクを合理的に達成可能な範囲で低減するように、電離放射線への被ばくを管理および制御すること」です。[ 2 ]
ICRPの勧告は、各国および地域の規制当局に伝達され、各当局はそれを自国の法律に組み込む機会を得ます。このプロセスは、添付のブロック図に示されています。ほとんどの国では、国家規制当局が、ICRPの勧告を概ね基準とした線量制限要件を設定することにより、社会における安全な放射線環境の確保に取り組んでいます。
ICRPは、以下に説明するように、計画された、緊急の、および既存の被ばく状況を認識します。[ 3 ]
ICRPは、制御可能なすべての被ばく状況に対して、以下の全体的な原則を採用しています。[ 7 ]
放射線源から受ける放射線の量、つまり線量を制御する要因は3つあります。放射線被ばくは、これらの要因の組み合わせによって管理することができます。
放射性物質の吸入または摂取による内部被ばくは、摂取した放射性物質の量やその他の生体内動態因子に応じて、確率的影響または確定的影響をもたらす可能性がある。
低レベルの内部被ばくによるリスクは、線量量である「預託線量」で表され、これは同量の外部実効線量と同じリスクを持つ。
放射性物質の摂取は、以下の4つの経路で起こり得る。
原子力および放射化学分野における空気中の放射性粒子による職業上の危険は、そのような物質を封じ込めるためのグローブボックスの広範な使用によって大幅に軽減されている。周囲の空気中の放射性粒子を吸い込むのを防ぐために、粒子フィルター付きの呼吸用保護具を着用する。
大気中の放射性粒子の濃度を監視するために、放射性粒子モニタリング装置は、空気中の物質の濃度または存在を測定する。
食品や飲料に含まれる放射性物質を摂取した場合、その濃度を測定するために、専門的な実験室での放射線測定法が用いられる。
ICRPは、ICRPレポート103の表8で、線量摂取に関するいくつかの制限を推奨しています。これらの制限は、計画された状況、緊急時、および既存の状況に対して「状況別」です。これらの状況内では、特定の被ばくグループに対して制限が与えられています。[ 9 ]
右図に示す米国エネルギー省の一般向け線量チャートは、ICRP勧告に基づく米国の規制に適用されるものです。1行目から4行目までは線量率（単位時間あたりの放射線量）の目盛りが、5行目と6行目は総累積線量の目盛りが示されています。
ALARPは、放射線被ばくやその他の職業上の健康リスクに関する重要な原則の頭字語であり、英国ではAs Low As Reasonably Practicable（合理的に実行可能な限り低く）の略です。[ 11 ]その目的は、目の前の作業を進めるためにある程度の被ばくが許容される場合もあることを念頭に置きながら、放射線被ばくやその他の危険のリスクを最小限に抑えることです。同等の用語であるALARA （As Low As Reasonably Achievable、合理的に達成可能な限り低く）は、英国以外でより一般的に使用されています。
この妥協点は放射線医学においてよく示されている。放射線を用いることで、医師やその他の医療従事者に医学的診断を提供することができ、患者にとって有益となる場合もあるが、患者の被ばく量は、癌や肉腫（確率的影響）の統計的確率を許容レベル以下に抑え、確定的影響（皮膚の発赤や白内障など）を排除できる程度に十分に低く抑える必要がある。確率的影響の許容発生率は、一般的に安全とみなされる他の放射線作業におけるリスクと同等であると考えられる。
この方針は、どんなに少量の放射線被ばくでも、癌などの生物学的悪影響の可能性を高めるという原則に基づいています。また、放射線被ばくによる悪影響の発生確率は、生涯累積線量とともに増加するという原則にも基づいています。これらの考え方を組み合わせて、線量の増加に伴って確率的影響の発生率が増加する閾値は存在しないという線形無閾値モデルを形成します。同時に、放射線学や電離放射線を使用するその他の医療行為は利益をもたらすため、放射線被ばくを減らすと医療行為の有効性が低下する可能性があります。ALARP原則を適用する際には、例えば放射線に対する遮蔽物を追加するなどの経済的コストも考慮する必要があります。CTスキャンまたはCATスキャンとしてよく知られているコンピュータ断層撮影は、医学に多大な貢献をしてきましたが、リスクがないわけではありません。CTスキャンで使用される電離放射線は、放射線誘発癌を引き起こす可能性があります。[ 12 ]年齢はCTスキャンに関連するリスクの重要な要因であり、[ 13 ]小児を対象とした処置や広範囲の画像診断を必要としないシステムでは、低線量が使用される。[ 14 ]
放射線量計は、個人被ばく線量を測定する重要な機器です。被ばく線量計は、被ばく線量を測定される人が装着し、装着者に蓄積された外部放射線量を推定するために使用されます。ガンマ線、X線、ベータ線などの透過力の高い放射線には使用できますが、アルファ粒子などの透過力の低い放射線には使用できません。従来、長期モニタリングにはフィルムバッジが、短期モニタリングには石英繊維線量計が使用されていました。しかし、現在では、これらのほとんどが熱ルミネセンス線量計（TLD）バッジや電子線量計に取って代わられています。電子線量計は、あらかじめ設定された線量閾値に達すると警報を発することができるため、被ばく線量を継続的に監視する必要がある、潜在的に高い放射線レベルの環境下でも、より安全に作業を行うことができます。
放射線技師、原子力発電所作業員、放射線療法を行う医師、放射性核種を使用する研究所の職員、危険物処理班など、放射線に曝される可能性のある作業員は、職業被ばくの記録を作成するために線量計を装着することが義務付けられています。このような装置は、規制目的で個人被ばく線量を記録するために使用が承認されている場合、一般的に「法定線量計」と呼ばれます。
線量計は全身の線量を測定するために装着するものもあれば、特定の活動における局所的な身体被ばく量を測定するために指に装着したり、ヘッドギアにクリップで留めたりできる特殊なタイプのものもある。
電離放射線の種類によって、遮蔽材との相互作用の仕方が異なる。そのため、用途、放射線の種類、エネルギーに応じて、異なる遮蔽技術が用いられる。
遮蔽は放射線の強度を低下させ、その効果は厚さに比例します。線量は遮蔽材の厚さに比例して指数関数的に減少します。材料の遮蔽値は通常、「半価層」と呼ばれるパラメータで示されます。これは、特定の放射線の種類（α線、β線、γ線など）とエネルギーに対して、線量を半分にするために必要な厚さです。例えば、放射性降下物シェルターで、その放射線に対する材料の半価層と同じ厚さの土を10層に重ねた実用的な遮蔽材を使用すると、線量は元の強度の1/1024（つまり2⁻¹⁰）に減少します。十分な厚さで使用すれば、ほぼすべての材料が適切な放射線遮蔽材として機能します。
遮蔽材の有効性は一般的に原子番号（Z ）とともに増加しますが、中性子遮蔽の場合は例外で、ホウ素（ホウ酸など）、カドミウム、炭素、水素の化合物などの中性子吸収材や減速材によってより容易に遮蔽されます。
段階的Z遮蔽は、異なるZ値（原子番号）を持つ複数の材料を積層したもので、さまざまな種類の電離放射線から保護するように設計されています。単一材料の遮蔽と比較して、同じ質量の段階的Z遮蔽は電子の透過を60%以上低減することが示されています。[ 17 ]これは衛星搭載粒子検出器で一般的に使用されており、いくつかの利点があります。
設計は様々だが、一般的には高Z（通常はタンタル）からスズ、鋼、銅などの低Z元素へと段階的に変化し、最後にアルミニウムで終わる。ポリプロピレンや炭化ホウ素などのより軽い材料が使用されることもある。[ 18 ] [ 19 ]
典型的な勾配Zシールドでは、高Z層が陽子と電子を効果的に散乱します。また、ガンマ線を吸収し、X線蛍光を生成します。後続の各層は前の材料のX線蛍光を吸収し、最終的にエネルギーを適切なレベルまで低下させます。エネルギーの低下ごとに、検出器のエネルギー閾値以下の制動放射とオージェ電子が生成されます。一部の設計では、衛星の外皮となるアルミニウムの外層も含まれています。生体シールドとしての材料の有効性は、散乱と吸収の断面積に関係しており、第一近似として、放射線源と保護対象領域間の視線に沿って介在する単位面積あたりの材料の総質量に比例します。したがって、遮蔽強度または「厚さ」は、慣習的にg/cm²単位で測定されます。透過する放射線は、シールドの厚さとともに指数関数的に減少します。X線施設では、X線発生装置のある部屋の周囲の壁には、鉛板などの鉛遮蔽材が使用されている場合や、石膏に硫酸バリウムが含まれている場合があります。作業者は鉛入りのガラススクリーンを通して対象物を見るか、対象物と同じ部屋にいなければならない場合は鉛エプロンを着用します。
粒子放射線とは、荷電粒子または中性粒子の流れであり、荷電イオンと素粒子の両方を含む。これには、太陽風、宇宙線、原子炉内の中性子束などが含まれる。
場合によっては、不適切な遮蔽によって状況が悪化することもあります。放射線が遮蔽材と相互作用して二次放射線が発生し、それが生物に吸収されやすくなるためです。例えば、原子番号の大きい材料は光子の遮蔽には非常に効果的ですが、ベータ粒子の遮蔽に使用すると、制動放射X線が発生するため、放射線被ばく量が増える可能性があります。そのため、原子番号の小さい材料の使用が推奨されます。また、中性子の放射化断面積が大きい材料を中性子の遮蔽に使用すると、遮蔽材自体が放射性となり、遮蔽材がない場合よりも危険になります。
個人用保護具（PPE）には、放射性物質への曝露による重篤な病気や怪我を防ぐために着用できるすべての衣類や付属品が含まれます。これには、SR100（1時間保護）、SR200（2時間保護）が含まれます。放射線は内部汚染と外部汚染によって人体に影響を与える可能性があるため、さまざまな発生源からの放射線被ばくの有害な影響から人体を保護するために、さまざまな保護戦略が開発されています。[ 22 ]内部、外部、高エネルギー放射線から遮蔽するために開発されたこれらの戦略のいくつかを以下に概説します。
体内汚染防止装置は、放射性物質の吸入および摂取を防ぐためのものです。放射性物質が体内に沈着すると、体内の臓器や組織が直接放射線に被曝します。以下に説明する呼吸保護具は、緊急対応要員が放射性物質に汚染されている可能性のある環境に曝される際に、そのような物質を吸入または摂取する可能性を最小限に抑えるように設計されています。
再利用可能な空気浄化式呼吸器（APR）
電動式空気浄化呼吸器（PAPR）
送気式呼吸器（SAR）
補助脱出用呼吸器
自給式呼吸器（SCBA）
外部汚染防護具は、放射性物質が体や衣服に付着するのを防ぐバリアとして機能します。以下に説明する皮膚防護具は、放射性物質が皮膚に直接触れるのを防ぐバリアとして機能しますが、外部から侵入する高エネルギー放射線から身を守るものではありません。
耐薬品性インナースーツ
レベルC相当：防火服
レベルB相当：気密性のない密閉型防護服
レベルA相当：化学薬品および蒸気に対する完全密閉型防護服
低エネルギーX線などの低エネルギー放射線被ばくに対する遮蔽策は数多く存在する。鉛エプロンなどの鉛遮蔽服は、日常的な医療検査における潜在的に有害な放射線の影響から患者や医療従事者を守ることができる。低エネルギー領域の放射線から身体の広い表面積を保護することは十分に可能である。なぜなら、必要な遮蔽材はごく少量で済むからである。
ガンマ線などの高エネルギー放射線に対する個人防護は、全身を適切に保護するために必要な遮蔽材の質量が膨大になるため、機能的な動作がほぼ不可能になることから、非常に困難である。そのため、放射線感受性の高い内臓を部分的に遮蔽することが、最も現実的な防護戦略となる。
高エネルギーガンマ線に強く被曝した場合の差し迫った危険は、骨髄の不可逆的な損傷によって引き起こされる急性放射線症候群（ARS）です。選択的遮蔽の概念は、骨髄に存在する造血幹細胞の再生能力に基づいています。幹細胞の再生能力により、被曝後に影響を受けていない幹細胞で体内を再構築するのに十分な量の骨髄だけを保護すればよいのです。これは、白血病患者の一般的な治療法である造血幹細胞移植（HSCT）にも応用されている概念と同様です。この科学的進歩により、比較的軽量な新しいタイプの防護具の開発が可能になり、骨髄の高濃度部分を遮蔽することで、急性放射線症候群の造血系サブシンドロームをはるかに高線量まで遅らせることができるようになりました。
一つの手法は、選択的遮蔽を適用して、腰部に蓄積された高濃度の骨髄や腹部の他の放射線感受性臓器を保護することです。これにより、救急隊員は放射性環境下で必要な任務を安全に遂行することができます。[ 23 ]
放射線防護対策の効果を評価し、個人が受ける可能性のある放射線量を推定するには、校正済みの放射線防護機器を用いた実用的な放射線測定が不可欠です。放射線防護用の測定機器には、固定式（設置型）と携帯型（手持ち式または持ち運び式）の両方があります。
設置された計測機器は、ある地域における一般的な放射線危険性を評価する上で重要であることが知られている位置に固定されています。例としては、設置された「エリア」放射線モニター、ガンマ線インターロックモニター、人員出口モニター、および浮遊粒子状物質モニターなどがあります。
エリア放射線モニターは、周囲の放射線（通常はX線、ガンマ線、または中性子）を測定します。これらの放射線は、発生源から数十メートルを超える範囲にわたってかなりの放射線レベルを持つ可能性があり、そのため広範囲を覆います。
ガンマ線「インターロックモニター」は、高レベルの放射線が存在する場合に作業員が該当区域に立ち入ることを阻止することで、作業員が意図せず過剰な放射線量に被ばくするのを防ぐ用途で使用されます。これらは、プロセスへのアクセスを直接インターロックします。
空気汚染モニターは、周囲の空気中の放射性粒子の濃度を測定し、放射性粒子が人体に吸入されたり、肺に沈着したりするのを防ぎます。これらの機器は通常、局所的な警報を発しますが、多くの場合、統合安全システムに接続されており、工場内の区域を避難させ、高濃度の空気汚染のある空気中に人が立ち入るのを防ぐことができます。
作業員退出モニター（PEM）は、「汚染管理区域」または汚染の可能性のある区域から退出する作業員を監視するために使用されます。これらは、手部モニター、衣服表面検査プローブ、または全身モニターのいずれかの形態をとります。これらは、作業員の身体や衣服の表面を監視し、放射性汚染物質が付着していないかを確認します。一般的に、アルファ線、ベータ線、ガンマ線、またはこれらの組み合わせを測定します。
英国国立物理研究所は、電離放射線計測フォーラムを通じて、そのような機器の提供と使用する警報レベルの計算方法に関する優良事例ガイドを公開している。[ 24 ]
携帯型計測器は、手持ち式または持ち運び可能なものです。手持ち式計測器は、一般的に調査計として、対象物や人物を詳細に検査したり、設置された計測器がない場所を評価したりするために使用されます。また、現場での人員退出監視や人員汚染検査にも使用できます。これらの計測器は、通常、アルファ線、ベータ線、ガンマ線、またはこれらの組み合わせを測定します。
可搬式計測機器とは、本来は恒久的に設置されるはずの機器を、危険が生じる可能性のある場所に一時的に設置し、継続的な監視を行うための機器のことである。こうした機器は、容易に展開できるよう台車に搭載されることが多く、一時的な運用状況で使用される。
英国では、HSEが、該当する用途に適した放射線測定機器の選択に関するユーザーガイダンスノートを発行しています。[ 25 ]これはすべての放射線測定機器技術を網羅しており、比較ガイドとして役立ちます。
以下に、一般的に使用されている検出機器の種類をいくつか示します。これらは、固定監視と調査監視の両方に使用されます。
以下の表は、放射線に関連する主な量と単位を示しています。
ロボット宇宙船も有人宇宙船も、宇宙空間の高放射線環境に対処しなければなりません。太陽やその他の銀河系源から放出され、放射線帯に閉じ込められた放射線は、医療用X線や地球上で通常経験する通常の宇宙放射線などの放射線源よりも危険で、数百倍も強力です。[ 27 ]宇宙空間で見られる強力な電離粒子が人体組織に当たると、細胞損傷を引き起こし、最終的には癌につながる可能性があります。
放射線防護の一般的な方法は、宇宙船や機器の構造物（通常はアルミニウム）による遮蔽であり、高エネルギー陽子や宇宙線イオンが主な懸念事項である有人宇宙飛行では、ポリエチレンによる遮蔽が追加される場合もある。木星探査ミッションや中軌道（MEO）など、電子線量が高い環境にある無人宇宙船では、原子番号の大きい材料による追加の遮蔽が効果的である。長期にわたる有人ミッションでは、液体水素燃料や水の優れた遮蔽特性を利用できる。
NASA宇宙放射線研究所は、陽子または重イオンのビームを生成する粒子加速器を使用しています。これらのイオンは、宇宙源や太陽によって加速される典型的なイオンです。イオンのビームは、100 m (328 フィート) の輸送トンネルを通って、37 m 2 (400 平方フィート) の遮蔽されたターゲットホールに移動します。そこで、生物学的サンプルまたは遮蔽材であるターゲットに当たります。[ 27 ] 2002 年の NASA の研究では、ポリエチレンや水などの水素含有量の高い材料は、アルミニウムなどの金属よりも一次および二次放射線をより大きく低減できることが判明しました。[ 28 ]この「受動的遮蔽」方法の問題は、材料内の放射線相互作用によって二次放射線が発生することです。
能動遮蔽、すなわち磁石、高電圧、または人工磁気圏を使用して放射線を減速または偏向させる方法は、実現可能な方法で放射線に対抗できる可能性があると考えられてきました。これまでのところ、能動遮蔽装置の機器コスト、電力、重量がその利点を上回っています。たとえば、能動放射線装置を収容するには居住可能な容積が必要であり、磁気および静電構成は強度が均一でないことが多く、地球の双極子磁場の尖点のように、強度の低い部分から高エネルギー粒子が磁場および電場に侵入する可能性があります。2012年現在、NASAは能動遮蔽の潜在的な用途のために超伝導磁気構造の研究を行っています。[ 29 ]
放射能と放射線の危険性はすぐには認識されませんでした。1895年のX線の発見は、科学者、医師、発明家による広範な実験につながりました。1896年には早くも、多くの人々が技術雑誌で火傷、脱毛、さらにひどい被害の話を語り始めました。同年2月、ヴァンダービルト大学のジョン・ダニエル教授とウィリアム・ロフランド・ダドリー教授は、ダドリーの頭部をX線撮影する実験を行い、その結果、ダドリーは脱毛しました。コロンビア大学卒業生のHDホークス博士による、X線デモンストレーションで手と胸に重度の火傷を負ったという報告は、Electrical Reviewに掲載された他の多くの報告の最初のものでした。[ 30 ]
トーマス・エジソンの研究所のエリフ・トムソン、ウィリアム・J・モートン、ニコラ・テスラなど、多くの実験者も火傷を報告した。エリフ・トムソンは意図的に指を一定時間X線管にさらし、痛み、腫れ、水ぶくれを経験した。[ 31 ]紫外線やオゾンなどの他の影響が損傷の原因とされることもあった。[ 32 ]多くの物理学者は、X線照射による影響は全くないと主張した。[ 31 ]
1902年にはすでに、ウィリアム・ハーバート・ロリンズは、 X線の不注意な使用に伴う危険性についての自身の警告が、産業界にも同僚にも無視されていると、ほとんど絶望的な気持ちで書き記していた。この時までに、ロリンズは、X線が実験動物を死に至らしめたり、妊娠中のモルモットを流産させたり、胎児を死に至らしめたりできることを証明していた。[ 33 ]また、彼は「動物はX線による外部作用に対する感受性が異なる」ことを強調し、患者をX線で治療する際には、これらの違いを考慮する必要があると警告した。
放射線の生物学的影響が知られるようになる以前、多くの物理学者や企業は、蓄光顔料の形で放射性物質を特許薬として販売し始めた。例えば、ラジウム浣腸療法や、強壮剤として飲むラジウム含有水などである。マリー・キュリーはこの種の治療法に抗議し、放射線が人体に及ぼす影響は十分に理解されていないと警告した。キュリーは後に再生不良性貧血で亡くなったが、これはおそらく電離放射線への被曝が原因だったと考えられている。1930年代までに、ラジウム治療の熱狂的な支持者の骨壊死や死亡例が多数発生したことを受け、ラジウム含有医薬品やその他の放射性物質を用いた偽医療は市場からほぼ姿を消した。
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