Ионизирующие излучения (стр. 2 из 3)
· β-излучение:
Это поток электронов, называемых β–частицами. Скорость бета-частиц может в некоторых случаях достигать скорости света.
Проникающая способность их меньше, чем гамма-излучения. Одежда и индивидуальные средства защиты значительно ослабляют бета-излучение.
Ионизирующее действие бета-излучения в сотни раз сильнее гамма-излучения.
· γ-излучение:
Это электромагнитные волны, аналогичные рентгеновским лучам и лучам света, распространяющиеся в воздухе со скоростью 300000км./сек. На сотни метров.
Они способны проникнуть через толщи защитных материалов и через индивидуальные средства защиты.
Гамма излучение представляет основную опасность для людей. При радиоактивном заражении местности гамма-излучение действует в течение суток, недель и месяцев.
Источники радиоактивного облучения
Все источники радиации можно условно разделить на два вида:
· Естественные источники радиации;
· Источники, созданные человеком;
Естественные источники радиации
· Космические лучи:
Радиационный фон, создаваемый космическими лучами, дает чуть меньше половины внешнего облучения, получаемого населением от естественных источников радиации. Космические лучи в основном приходят к нам из глубин Вселенной, но некоторая их часть рождается на Солнце во время вспышек. Они взаимодействуют с атмосферой Земли, порождая вторичное излучение и приводя к образованию различных радионуклидов.
· Земная радиация:
Основные радиоактивные изотопы, встречающиеся в горных породах Земли, - это калий-40, рубидий-87 и члены двух радиоактивных семейств, берущих начало соответственно от урана-238 и тория-232 – долгоживущих изотопов, включившихся в состав Земли с самого ее рождения.
Средняя эффективная эквивалентная доза, которую человек получает за год от земных источников радиации, составляет примерно 350 микрозивертов.
· Внутреннее облучение:
В среднем примерно 2/3 эффективной эквивалентной дозы облучения, которую человек получает от естественных источников радиации, поступает от радиоактивных веществ (калий-40, свинец-210, полоний-210 и пр.), попавших в организм с пищей, водой и воздухом.
· Радон:
Это невидимый, не имеющий вкуса и запаха тяжелый (в 7,5 раза тяжелее воздуха) газ. Радон вместе со своими дочерними продуктами распада ответствен примерно за 3/4 годовой индивидуальной эффективной эквивалентной дозы. Встречается в двух основных формах: радон-222 и радон-220.
Он высвобождается из земной коры повсеместно, но основную часть дозы облучения человек получает, находясь в закрытом, непроветриваемом помещении.
Источники, созданные человеком
· Источники, использующиеся в медицине:
Это:
Рентген; Компьютерная томография; Радиотерапевтические установки для лечения рака; Радиоизотопы, использующиеся для исследования различных процессов в организме;
Средняя индивидуальная доза за счет этого источника во всем мире составляет ~ 400 мкЗв на человека в год. Таким образом, коллективная эффективная эквивалентная доза для всего населения равна примерно 1600000 чел-Зв в год.
· Ядерные взрывы:
Наиболее опасны воздушные взрывы. Часть радиоактивного материала выпадает неподалеку от места испытания, какая-то часть задерживается тропосфере (самом нижнем слое атмосферы), подхватывается ветром и перемещается на большие расстояния, оставаясь примерно на одной и той же широте. Находясь в воздухе в среднем около месяца, радиоактивные вещества во время этих перемещений постепенно выпадают на землю. Однако большая часть радиоактивного материала выбрасывается в стратосферу – следующий слой атмосферы, лежащий на высоте 10-50 км., где он остается многие месяцы, медленно опускаясь и рассеиваясь по всей поверхности земного шара.
· АЭС:
Вносят весьма незначительный вклад в суммарное облучение населения. При нормальной работе ядерных установок выбросы радиоактивных материалов очень невелики.
Влияние ионизирующих излучений на живые организмы и защита от них
Приведем ниже поэтапное воздействие всех видов ионизирующих излучений на любой живой организм.
Заряженные частицы:
Проникающие в ткани организма альфа- и бета-частицы теряют энергию вследствие электрических взаимодействий с электронами тех атомов, близ которых они проходят. Гамма-излучение и рентгеновские лучи передают свою энергию веществу несколько иными способами, которые, в конечном счете, также приводят к электрическим взаимодействиям.Электрические взаимодействия:
За время порядка десяти триллионных секунды после того, как проникающее излучение достигнет соответствующего атома в ткани организма, от этого атома отрывается электрон. Последний заряжен отрицательно, поэтому остальная часть исходно нейтрального атома становится положительно заряженной. Этот процесс называется ионизацией. Оторвавшийся электрон может далее ионизировать другие атомы.Физико-химические изменения:
И свободный электрон, и ионизированный атом обычно не могут долго пребывать в таком состоянии и в течение следующих десяти миллиардных долей секунды участвуют в сложной цепи реакций, в результате которых образуются новые молекулы, включая и такие чрезвычайно реакционно-способные, как свободные радикалы.Химические изменения:
В течение следующих миллионных долей секунды образовавшиеся свободные радикалы реагируют как друг с другом, так и с другими молекулами и через цепочку реакций , еще не изученных до конца, могут вызвать химическую модификацию важных в биологическом отношении молекул, необходимых для нормального функционирования клетки.Биологические эффекты:
Биохимические изменения могут произойти как через несколько секунд, так и через десятилетия после облучения и явиться причиной немедленной гибели клеток или таких изменений в них, которые могут привести к раку.
Еще ниже приведем разновидности доз радиоактивного облучения.
Поглощенная доза – энергия ионизирующего излучения, поглощенная облучаемым телом, в пересчете на единицу массы.
Эквивалентная доза – поглощенная доза, умноженная на коэффициент, отражающий способность данного излучения повреждать ткани организма.
Коллективная эквивалентная доза – эффективная эквивалентная доза, полученная группой людей от какого-либо источника радиации.
Полная коллективная эффективная эквивалентеая доза – коллективная эффективная эквивалентная доза, которую получат поколения людей, от какого-либо источника за все время его дальнейшего существования.
Приведем некоторые внесистемные, но широко распространенные единицы.
Беккерель (Бк, Bq) – единица активности нуклида в радиоактивном источнике (в системе СИ). Один беккерель соответствует одному распаду в секунду для любого радионуклида.
Грей (Гр, Gy) – единица поглощенной дозы в системе СИ. Представляет собой количество энергии ионизирующего излучения, поглощенной единицей массы какого-либо физического тела, например, тканями организма.
Зиверт (Зв,Sv) – единица эквивалентной дозы в системе СИ. Представляет собой единицу поглощенной дозы, умноженную на коэффициент, учитывающий неодинаковую радиационную опасность разных видов ионизирующих излучений. Один зиверт соответствует поглощенной дозе в 1 Дж/кг (для рентгеновского, b- и g- излучений).
Стоит также привести некоторые широко распространенные внесистемные единицы и их связь с единицами СИ:
Кюри (Ки, Сu) – единица активности изотопа:
1 Ки = 3,700*1010 Бк;
рад (рад, rad) – единица поглощенной дозы излучения:
1 рад = 0,01 Гр;
бэр (бэр, rem) – единица эквивалентной дозы:
1 бэр = 0,01 Зв.
Защита от ионизирующих излучений
· Защита от a- и b-излучения:
Для защиты от данных видов излучений достаточно слоя воздуха в 10 см, тонкой фольги. Одежда, как было сказано выше, тоже полностью ослабляет a–частицы, а экран из алюминия, плексигласа, стекла толщиной несколько миллиметров полностью экранирует поток b–частиц.
Однако при энергии b–частиц ε>2 МэВ существенную роль начинает играть тормозное излучение, которое требует более усиленной защиты.
· Защита от нейтронного излучения:
При проектировании защиты от нейтронного излучения необходимо учитывать, что процесс поглощения эффективен для тепловых, медленных и резонансных нейтронов, поэтому быстрые нейтроны должны быть предварительно замедленны. Тяжелые материалы хорошо ослабляют быстрые нейтроны. Промежуточные нейтроны эффективнее ослаблять водородосодержащими веществами. Это означает, что следует искать такую комбинацию тяжелых водосодержащих веществ, которые давали бы наибольшую эффективность (например, используют комбинации H2O+Fe,H20+Pb).
Поражение людей и животных проникающей радиацией. При воздействии проникающей радиации у людей и животных может возникнуть лучевая болезнь. Степень поражения зависит от экспозиционной дозы излучения, времени, в течение которого эта доза получена, площади облучения тела, общего состояния организма. Также учитывают, что облучение может быть однократным и многократным. Однократным считается облучение, полученное за первые четверо суток. Облучение, полученное за время, превышающее четверо суток, является многократным. При однократном облучении организма человека в зависимости от полученной экспозиционной дозы различают 4 степени лучевой болезни.