Хорошей защитой от гамма-излучений являются тяжелые металлы, например свинец, который для этих целей используется наиболее часто.
Рентгеновские излучения (икс-лучи) были открыты первыми из всех ионизирующих излучений и наиболее хорошо изучены. У них та же физическая природа (электромагнитное поле) и те же свойства, что и у гамма-излучений. Их различают прежде всего по способу получения, и в отличие от гамма-лучей они имеют внеядерное происхождение. Излучение получают в специальных вакуумных рентгеновских трубках при торможении (ударе о специальную мишень) быстро летящих электронов. Энергия квантов рентгеновских лучей несколько меньше, чем гамма-излучения большинства радиоактивных изотопов; соответственно несколько ниже их проникающая способность. Однако это второстепенные различия. Поэтому рентгеновские лучи широко используют вместо гамма-излучения, в частности для экспериментального облучения животных, семян растений и т.п. С этой целью применяют рентгеновские установки для облучения (просвечивания) людей. Лучшими защитными материалами от рентгеновских лучей являются тяжелые металлы и в частности свинец.
В последние десятилетия появилась возможность получать электромагнитные излучения высокой энергии с помощью ускорителей заряженных частиц. Такое синхротронное излучение обладает теми же свойствами, что и рентгеновское и гамма-излучение.
В настоящее время основными источниками радиоактивного загрязнения окружающей среды являются:
урановая промышленность, которая занимается добычей, переработкой, обогащением и приготовлением ядерного топлива. Основным сырьем для этого топлива является уран-235. Аварийные ситуации могут возникнуть при изготовлении, хранении и транспортировке тепловыделяющих элементов (твэлов). Однако, вероятность их незначительная;
ядерные реакторы разных типов, в активной зоне которых сосредоточены большие количества радиоактивных веществ;
радиохимическая промышленность, на предприятиях которой производится регенерация (переработка и восстановление) отработанного ядерного топлива. Они периодически сбрасывают сточные радиоактивные воды, хотя и в пределах допустимых концентраций, но тем не менее в окружающей среде неизбежно могут накапливаться радиоактивные загрязнения. Кроме того, некоторое количество радиоактивного газообразного йода (йод-131) все-таки попадает в атмосферу;
места переработки и захоронения радиоактивных отходов из-за случайных аварий, увязанных с разрушением хранилищ, также могут явиться источниками загрязнения окружающей среды;
использование радионуклидов в народном хозяйстве в виде закрытых радиоактивных источников в промышленности, медицине, геологии, сельском хозяйстве н других отраслях. При нормальном хранении и использовании этих источников загрязнение окружающей среды маловероятно. Однако в последнее время появилась определенная опасность в связи с использованием радиоактивных источников в космических исследованиях и астронавтике. При запуске ракет-носителей, а также при посадке спутников и космических кораблей возможны аварийные ситуации. Так, при аварии Челенджера (США) сгорели радионуклидные источники тока, работающие на стронции-90. Также произошло загрязнение атмосферы над Индийским океаном в июне 1969 г., когда сгорел американский спутник, на котором генератор тока работал на плутонии-238. Тогда в атмосферу попали радионуклиды с активностью 17 тыс. кюри.
Вместе с тем наибольшее загрязнение окружающей среды все же создает сеть радиоизотопных лабораторий (которые имеются в очень многих странах мира), занимающихся использованием радионуклидов в открытом, виде для научных и производственных целей. Сбросы радиоактивных отходов в сточные поды даже при концентрациях, меньше допустимых, с течением времени приведут к постепенному накоплению радионуклидов во внешней среде;
ядерные взрывы и возникающее после взрыва радиоактивное загрязнение местности (могут быть как локальные, так и глобальные выпадения радиоактивных осадков). Масштабы и уровни радиоактивных загрязнений при этом зависят от типа ядерных боеприпасов, вида взрывов, мощности заряда, топографических и метеорологических условий.
Источник ионизирующего излучения - это объект, содержащий радиоактивный материал или техническое устройство, испускающее или способное в определенных условиях испускать ионизирующее излучение.
a-источники. Преимущественно альфа-излучение наблюдается у естественных радионуклидов: радия, тория, урана и других элементов с большим атомным числом. Кроме естественных a-активных ядер, с испусканием a-частицы распадается подавляющее большинство искусственно полученных радиоактивных элементов, следующих за свинцом. Старость вылетающих, из ядер радиоактивных атомов a-частиц лежит в диапазоне (4-6) - 103 м/с, энергия порядка 2-9МэВ.
Альфа-излучение источников имеет преимущества по сравнению с другими видами излучения (высокая ионизирующая способность, моноэнерготичность a-частиц, постоянство ионизации вдоль пути частицы), но малый пробег в веществе и трудности изготовления достаточно мощных a-источников несколько ограничивают их использование.
Чаще. всего источники; представляют собой подложки из коррозийно-стойкой стали или керамики в алюминиевых корпусах, в углубление которых помещены радионуклиды плутония. Энергетическое распределение a-частиц дискретно, их энергии определены с точностью до четвертого знака. Малая естественная ширина линий, хорошо известные значения энергии каждой группы a-частиц позволяют использовать радиоактивные a-источники для определения энергетической шкалы и энергетического разрешения детекторов. Для реализации этих свойств a-источники изготавливают в виде слоя толщиной много меньше линейного пробега частицы в веществе источника, с том, чтобы неопределенность. в анергии a-частиц, вышедших из слоя конечной толщины, была впалой.
b-источники. Известны три типа b-распада нестабильных ядер, которые сопровождаются излучением электрона, позитрона ила захватом атомного электрона. Характерные особенности этих процессов состоят в том, что электроны в отличие от a-частиц не являются моноэнергетическими, а обладают энергиями от некоторого максимума до нуля. Еmax принимает значения от 15 кэВ до 15 МэВ, при этом с увеличением энергии, выделяемой при b-распаде, уменьшается период полураспада. Удельная ионизирующая способность b-частиц в несколько раз меньше, чем у a-частиц той же энергии и значительно больше, чем у g-квантов.
Известно свыше семисот искусственных b-изотопов, расположенных довольно равномерно по всей периодической системе Менделеева. Трудно назвать элемент, не имеющий хотя бы одного b-активного изотопа. К числу их следует прибавить большое количество искусственных радиоактивных ядер преимущественно с малыми атомными номерами, попускающих позитроны.
В настоящее время разработана целая серия ампутированных источников b-излучения. Ампулы этих источников изготавливают из алюминия (его сплавов) или нержавеющей стали с рабочим окном из металлической фольги. Подложки, на которых закрепляется радиоактивный препарат, у источников b-излучения изготавливают из металла или керамики. В исампутированных источниках b-излучения для герметизации радиоактивного препарата используют покрытия в виде окисных или металлических пленок.
Источники g-излучения. Известно, что g-излучения возникают при переходах между различными энергетическими уровнями возбужденных ядер. Кроме этого, существуют еще два механизма возникновения коротковолнового электромагнитного излучения: при торможении быстрых электронов и аннигиляции электронно-позитронных пар. Практически во всех этих случаях спектр g-излучения - дискретен, а энергия g-квантов - от нескольких десятков килоэлектрон-вольт до 20 МэВ.
Чаще всего используют радиоактивные источники g-квантов, к числу которых в первую очередь относятся активные b-препараты. Период полураспада g-источника определяется периодом b-распада, как правило, энергия g-квантов меньше 3 МэВ, активность 'квантов может быть порядка 10 16 с-1.
g-источники широко применяются для градуировки детекторов, при этом особенно ценны источники, спектр которых состоит из одной или в крайнем случае из двух-трех линий, далеко отстоящих друг от друга. В табл.2 приведены основные характеристики некоторых радиоактивных g-источников, применяемых для градуировки дозиметров.
Для градуировки детекторов часто используют g-источники, являющиеся результатом возбуждения ядра вследствие ядерных реакций. На легких ядрах удобно использовать (р, g) - реакцию при энергии ускоренных протонов около 1 МэВ. Например, в реакции 9Be (pg) 10B при энергии протона около 991 кэВ возникают g-кванты с энергией 7,48 МэВ. g-кванты с энергией 20 МэВ образуются в реакции Т (р, g) 4He.
Благодаря наличию у современных ядерных реакторов мощных потоков нейтронов плотностью порядка 1018-1019 c-1м-2, удобно использовать в качестве источника g-излучения (n,g) - реакцию. Образовавшееся в результате испускания нейтрона новое ядро возбуждается, а затем излучает g-кванты. Поместив образец из подходящего материала на выходе канала в защите реактора, можно получить источник g-квантов с активностью квантов до 108 с-1.
Зная положение на энергетической шкале и интенсивность g-линий при захвате, можно сразу произвести градуировку детектора, например, полупроводникового спектрометра в широком диапазоне энергий.
Таблица 2
| Изотоп | Период полураспада | Энергия g-квантов, кэВ | Выход g-квантов на pаспад |
| 141Се | 32.5 суток | 145,4 | 0.67 |
| 137Cs | 33 года | 661,1 | 0,92 |
| 65Zn | 245 суток | 1112 | 0,455 |
| 511,006 | 0,03 | ||
| 60Со | 5,25 года | 1173,2 | 1,0 |
| 1332,5 | 1,0 | ||
| 24Na | 14,9 ч | 1368.5 | 1,0 |
| 2753,9 | 1,0 |
В качестве источника g-квантов можно использовать также активную зону реактора, в которой возникают так называемые мгновенные g-кванты деления, g-излучение продуктов деления и g-излучение из (n, g) - реакции. Интенсивность g-излучение на поверхности активной зоны может быть около 1018 МэВ/ (м2*с).