Виды ионизирующих излучений.

Явление радиоактивности и его применение

Ионизирующее излучение.

Происшествия с выбросом радиоактивных веществ.

Радиоактивность — самопроизвольный распад ядер атомов нестабильных химических элементов (изотопов), сопровождающийся выделением (излучением) потока элемен-

тарных частиц и квантов электромагнитной энергии. При взаимодействии такого потока

с веществом происходит образование ионов разного (положительного и отрицательного)

знака, поэтому это явление называют еще ионизирующим излучением.

Явление радиоактивности – одно из свойств, присущее, подобно массе или темпе-

ратуре, любому веществу Вселенной. В повседневной жизни мы постоянно подвергаемся

воздействию излучения, поскольку естественные радиоактивные вещества (радионуклиды) рассеяны в живой и неживой природе.

Явление радиоактивности (ионизации) было открыто в 1896 году Анри Беккерелем,

обнаружившим способность солей урана испускать «таинственные лучи», проникающие

повсюду. Пьер и Мария Кюри сумели объяснить это явление и выделить новые радиоактивные элементы – полоний и радий. С тех пор радиоактивность интенсивно изучается.

Сегодня явления радиоактивности широко используются – это ядерное оружие, ядер-

ная энергетика, а также новые системы переработки радиоактивного сырья и отходов, широкое применение радиоактивных элементов в различных областях науки, техники, медицины.

Энергетический кризис человечеству не грозит, так как в ядре атома, ничтожно малом объеме вещества, хранится огромное количество энергии: всего 30 г урана-235 вполне достаточно, чтобы в течение суток питать энергией электростанцию мощностью 5 тыс. кВт, обычно сжигающую за этот время около 100 т угля.

Ионизирующие излучения (ИИ) — потоки элементарных частиц (электронов, пози-

тронов, протонов, нейтронов) и квантов электромагнитной энергии, прохождение которых

через вещество приводит к ионизации (образованию разнополярных ионов) и возбуждению его атомов и молекул.

Ионизация — превращение нейтральных атомов или молекул в электрически заряжен-

ные частицы – ионы. ИИ попадают на Землю в виде космических лучей, возникают в результате радиоактивного распада атомных ядер (απ β-частицы, γ– и рентгеновские лучи), создаются искусственно на ускорителях заряженных частиц.

Практический интерес представляют наиболее часто встречающиеся виды ИИ –

потоки а– и β-частиц, γ-излучение, рентгеновские лучи и потоки нейтронов.

Альфа-излучение (а) – поток положительно заряженных частиц – ядер гелия. В насто-

ящее время известно более 120 искусственных и естественных альфа-радиоактивных ядер,

которые, испуская α-частицу, теряют 2 протона и 2 нейтрона. Скорость частиц при распаде составляет 20 тыс. км/с. При этом α-частицы обладают наименьшей проникающей способностью, длина их пробега (расстояние от источника до поглощения) в теле равна 0,05 мм, в воздухе – 8–10 см. Они не могут пройти даже через лист бумаги, но плотность ионизации на единицу величины пробега очень велика (на 1 см до десятка тысяч пар), поэтому эти частицы обладают наибольшей ионизирующей способностью и опасны внутри организма.

Бета-излучение (β) – поток отрицательно заряженных частиц. В настоящее время

известно около 900 бета-радиоактивных изотопов. Масса β-частиц в несколько десятков

тысяч раз меньше α-частиц, но они обладают бо'льшей проникающей способностью. Их скорость равна 200–300 тыс. км/с. Длина пробега потока от источника в воздухе составляет 1800 см, в тканях человека – 2,5 см. β-частицы полностью задерживаются твердыми материалами (алюминиевой пластиной в 3,5 мм, органическим стеклом); их ионизирующая способность в 1000 раз меньше, чем у α-частиц.

Гамма-излучение (γ) – электромагнитное излучение с длиной волны от 1 · 10-7 м до 1

· 10-14 м; испускается при торможении быстрых электронов в веществе. Оно возникает при

распаде большинства радиоактивных веществ и обладает большой проникающей способностью; распространяется со скоростью света. В электрических и магнитных полях γ-лучи не отклоняются. Это излучение обладает меньшей ионизирующей способностью, чем а– и β- излучение, так как плотность ионизации на единицу длины очень низкая.

Рентгеновское излучение может быть получено в специальных рентгеновских трубках,

в электронных ускорителях, при торможении быстрых электронов в веществе и при переходе электронов с внешних электронных оболочек атома на внутренние, когда создаются ионы.

Рентгеновские лучи, как и γ-излучение, обладают малой ионизирующей способностью, но

большой глубиной проникновения.

Нейтроны — элементарные частицы атомного ядра, их масса в 4 раза меньше массы α-

частиц. Время их жизни – около 16 мин. Нейтроны не имеют электрического заряда. Длина пробега медленных нейтронов в воздухе составляет около 15 м, в биологической среде – 3 см; для быстрых нейтронов – соответственно 120 м и 10 см. Последние обладают высокой проникающей способностью и представляют наибольшую опасность.

Загрузка...

Выделяют два вида ионизирующих излучений:

• корпускулярное, состоящее из частиц с массой покоя, отличной от нуля (α-, β– и

нейтронное излучения);

• электромагнитное (γ– и рентгеновское излучение) – с очень малой длиной волны.

Для оценки воздействия ионизирующего излучения на любые вещества и живые орга-

низмы используются специальные величины – дозы излучения.

Основная характеристика взаимодействия ионизирующего излучения и среды – это

ионизационный эффект. В начальный период развития радиационной дозиметрии чаще всего приходилось иметь дело с рентгеновским излучением, распространявшимся в воздухе.

Поэтому в качестве количественной меры поля излучения использовалась степень иони-

зации воздуха рентгеновских трубок или аппаратов. Количественная мера, основанная на

величине ионизации сухого воздуха при нормальном атмосферном давлении, достаточно

легко поддающаяся измерению, получила название экспозиционная доза.

Экспозиционная доза определяет ионизирующую способность рентгеновских и γ-

лучей и выражает энергию излучения, преобразованную в кинетическую энергию заряженных частиц в единице массы атмосферного воздуха. Экспозиционная доза – это отношение суммарного заряда всех ионов одного знака в элементарном объеме воздуха к массе воздуха в этом объеме. В системе СИ единицей измерения экспозиционной дозы является кулон, деленный на килограмм (Кл/кг). Внесистемная единица – рентген (Р). 1 Кл/кг = 3880 Р.

При расширении круга известных видов ионизирующего излучения и сфер его при-

ложения оказалось, что мера воздействия ионизирующего излучения на вещество не под-

дается простому определению из-за сложности и многообразности протекающих при этом

процессов. Важнейшим из них, дающим начало физико-химическим изменениям в облучаемом веществе и приводящим к определенному радиационному эффекту, является поглощение энергии ионизирующего излучения веществом. В результате этого возникло понятие поглощенная доза.

Поглощенная доза показывает, какое количество энергии излучения поглощено в еди-

нице массы любого облучаемого вещества, и определяется отношением поглощенной энергии ионизирующего излучения на массу вещества. За единицу измерения поглощенной дозы в системе СИ принят грэй (Гр). 1 Гр – это такая доза, при которой массе 1 кг передается энергия ионизирующего излучения 1 Дж. Внесистемной единицей поглощенной дозы является рад. 1 Гр = 100 рад.

Изучение отдельных последствий облучения живых тканей показало, что при одинаковых поглощенных дозах различные виды радиации производят неодинаковое биологическое

воздействие на организм. Обусловлено это тем, что более тяжелая частица (например, протон) производит на единице пути в ткани больше ионов, чем легкая (например, электрон).

При одной и той же поглощенной дозе радиобиологический разрушительный эффект тем

выше, чем плотнее ионизация, создаваемая излучением. Чтобы учесть этот эффект, было

введено понятие эквивалентной дозы.

Эквивалентная доза рассчитывается путем умножения значения поглощенной дозы на

специальный коэффициент – коэффициент относительной биологической эффективности

(ОБЭ) или коэффициент качества. Значения коэффициента для различных видов излучений приведены в табл. 7.

Таблица 7 Коэффициент относительной биологической эффективности для различных

видов излучений

Единицей измерения эквивалентной дозы в СИ является зиверт (Зв). Величина 1 Зв

равна эквивалентной дозе любого вида излучения, поглощенной в 1 кг биологической ткани и создающей такой же биологический эффект, как и поглощенная доза в 1 Гр фотонного излучения. Внесистемной единицей измерения эквивалентной дозы является бэр (биологический эквивалент рада). 1 Зв = 100 бэр.

Одни органы и ткани человека более чувствительны к действию радиации, чем другие:

например, при одинаковой эквивалентной дозе возникновение рака в легких более вероятно, чем в щитовидной железе, а облучение половых желез особенно опасно из-за риска генетических повреждений. Поэтому дозы облучения разных органов и тканей следует учитывать с разным коэффициентом, который называется коэффициентом радиационного риска.

Умножив значение эквивалентной дозы на соответствующий коэффициент радиационного

риска и просуммировав по всем тканям и органам, получим эффективную дозу, отражаю-

щую суммарный эффект для организма. Взвешенные коэффициенты устанавливают эмпи-

рически и рассчитывают таким образом, чтобы их сумма для всего организма составляла

единицу. Единицы измерения эффективной дозы совпадают с единицами измерения экви-

валентной дозы. Она также измеряется в зивертах или бэрах.




Ответить

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Вы можете использовать HTML- теги и атрибуты:

<a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>

7 + 1 =