Ионизирующие излучения Общие сведения об ионизирующих излучениях.

Что такое ионизирующее излучение?

Ионизирующие излучения Общие сведения об ионизирующих излучениях.

Ионизирующее излучение представляет собой поток частиц, способных вызывать ионизацию вещества.

При ионизации происходит отрыв электрона или нескольких электронов от атома, или молекулы, которые при этом превращаются в положительно заряженные ионы.

Оторванные от атомов или молекул электроны могут присоединяться другими атомами, или молекулами, образуя отрицательно заряженные ионы.

Разряд заряженного электрометра, находящегося в воздухе, происходящий независимо от качества электрической изоляции прибора, заметил еще Шарль Кулон в 1785 г., но только в XX веке удалось объяснить обнаруженные им закономерности действием космических лучей, представляющих собой одну из составляющих естественного ионизирующего излучения.

Результат действия ионизирующего излучения называют облучением. Несмотря на многообразие явлений, которые возникают в веществе под действием ионизирующего излучения, оказалось, что облучение может быть охарактеризовано единой величиной, называемой дозой облучения.

Действие ионизирующего излучения в широком диапазоне доз скрыто от непосредственных ощущений человека и поэтому оно кажется ему одним из наиболее опасных факторов воздействия.

В быту и в некоторых отраслях науки, техники и медицины ионизирующее излучение принято называть просто радиацией. Строго говоря, это не совсем верно, т.к.

сам по себе термин «радиация» охватывает все виды излучения, включая самые длинные радиоволны и потоки частиц любой сколь угодно малой энергии, а также волны деформации в веществе, например, звуковые волны.

Тем не менее, употребление слова «радиация» применительно к ионизирующему излучению настолько вошло в привычку, что в науке прижились термины, сформированные на его основе, такие, как, например, радиология (наука о медицинских применениях ионизирующего излучения), радиационная защита (наука о методах снижения доз облучения до приемлемых уровней), естественный радиационный фон, и т.п.

Виды ионизирующих излучений

Ионизирующее излучение (ИИ) — поток микрочастиц или электромагнитные поля, способные ионизировать вещество. В жизни, под ионизирующим излучением понимают проникающую радиацию — поток гамма-лучей и частиц (альфа, бета, нейтронов и др.).

Это, по сути, поток элементарных частиц, ионов и электромагнитных волн, не видимых и не ощущаемых человеком. Однако, их действие может быть коварно.

При определенном уровне облучения нарушаются биохимические и физические процессы в живых организмах. Это воздействие может привести к лучевой болезни и даже к смерти.

Различные виды ионизирующего излучения различают по их ионизирующей и проникающей способности.

Чаще всего ионизирующие излучения делят на:

  • корпускулярное ионизирующее излучение и
  • электромагнитное (фотонное) ионизирующее излучение.

Корпускулярное ИИ состоит из частиц вещества – элементарных частиц и ионов, в т.ч. ядер атомов. Корпускулярное ИИ делят на:

  • заряженные частицы, в том числе,
  • легкие заряженные частицы (электроны и позитроны);
  • тяжелые заряженные частицы (мюоны, пионы и другие мезоны, протоны, заряженные гипероны, дейтроны, альфа-частицы, и другие ионы);
  • электрически нейтральные частицы (нейтрино, нейтральные пионы и другие мезоны, нейтроны, нейтральные гипероны).

Альфа-излучение (поток ядер гелия, возникающий в результате альфа распада ядер элементов) обладает высокой ионизирующей, но слабой проникающей способностью: пробег альфа-частиц в сухом воздухе при нормальных условиях не превышает 20 см, а в биологической ткани – 260 мкм. То есть слой воздуха 9-10 см, верхняя одежда, резиновые перчатки, марлевые повязки, даже бумага  полностью защищают организм от внешних потоков альфа-частиц.

*Попадание источников альфа-частиц внутрь организма с воздухом, водой и пищей уже очень опасно.

Бета-излучение (поток электронов или позитронов, возникающий в результате бета-распада ядер) имеет меньшую ионизирующую способность, чем альфа-излучение, но большую проникающую способность.

Поскольку максимальные энергии бета-частиц не превышают 3 МэВ, то от них гарантированно защитит оргстекло толщиной 1,2 см, либо слой алюминия в 5,2 мм.

А вот на ускорителе с максимальной энергией электронов 7 МэВ от электронов защитит слой алюминия в 1,5 см, либо слой бетона шириной в 2 см.

Гамма-излучение — сопутствующее ядерным превращениям электромагнитное излучение. Сегодня  к гамма-излучению относят также жесткое рентгеновское излучение. Обладает очень высокой проникающей способностью.

Оградить себя от гамма-излучения практически невозможно, однако можно ослабить его до приемлемого уровня.

Защитные средства, обладающие экранирующим действием от такого рода радиации, выполняются из свинца, чугуна, стали, вольфрама и других металлов с высоким порядковым номером.

*Интенсивность гамма лучей (Cs-137) уменьшают в два раза сталь толщиной 2,8 см., бетон – 10 см., грунт – 14 см., дерево – 30 см.

Нейтронное излучение – поток нейтронов – тяжелых частиц, входящих в состав ядра. Для защиты от этого излучения можно использовать убежища, противорадиационные укрытия, дооборудованные подвалы и погреба. Потоки нейтронов, как и потоки гамма-излучения невозможно полностью экранировать.

Быстрые нейтроны сначала надо замедлить в воде, полиэтилене, парафине, можно в бетоне, а затем их необходимо поглотить, например, в кадмиевой фольге, за которой должен стоять достаточный слой свинца, чтобы экранировать возникающее при захвате нейтронов ядрами кадмия высокоэнергетическое гамма-излучение.

Поэтому защита от нейтронов, как правило, делается комбинированной.

Источник: https://ru.polimaster.com/resources/radiation-basics/types-of-ionizing-radiation

Радиация — доступным языком

Ионизирующие излучения Общие сведения об ионизирующих излучениях.

Опасность радиации реальная и мнимая
Ионизирующее излучение
Источники радиации
Воздействие ионизирующего излучения на ткани организма
Чем измеряют радиацию

«Отношение людей к той или иной опасности определяется тем, насколько хорошо она им знакома».

Настоящий материал – обобщённый ответ на многочисленные вопросы, возникающие пользователей приборов для обнаружения и измерения радиации в бытовых условиях.
Минимальное использование специфической терминологии ядерной физики при изложении материала поможет вам свободно ориентироваться этой в экологической проблеме, не поддаваясь радиофобии, но и без излишнего благодушия.

Опасность РАДИАЦИИ реальная и мнимая

«Один из первых открытых природных радиоактивных элементов был назван «радием»
— в переводе с латинского-испускающий лучи, излучающий».

Каждого человека в окружающей среде подстерегают различные явления, оказывающие на него влияние. К ним можно отнести жару, холод, магнитные и обычные бури, проливные дожди, обильные снегопады, сильные ветры, звуки, взрывы и др.

Благодаря наличию органов чувств, отведенных ему природой, он может оперативно реагировать на эти явления с помощью, например, навеса от солнца, одежды, жилья, лекарств, экранов, убежищ и т.д.

Однако, в природе существует явление, на которое человек из-за отсутствия необходимых органов чувств не может мгновенно реагировать — это радиоактивность.

Радиоактивность — не новое явление; радиоактивность и сопутствующие ей излучения (т.н. ионизирующие) существовали во Вселенной всегда. Радиоактивные материалы входят в состав Земли и даже человек слегка радиоактивен, т.к.

в любой живой ткани присутствуют в малейших количествах радиоактивные вещества.

Самое неприятное свойство радиоактивного (ионизирующего) излучения — его воздействие на ткани живого организма, поэтому необходимы соответствующие измерительные приборы, которые предоставляли бы оперативную информацию для принятия полезных решений до того, когда пройдет продолжительное время и проявятся нежелательные или даже губительные последствия.что его воздействие человек начнет ощущать не сразу, а лишь по прошествии некоторого времени. Поэтому информацию о наличии излучения и его мощности необходимо получить как можно раньше.
Однако, хватит загадок. Поговорим о том, что же такое радиация и ионизирующее (т. е. радиоактивное) излучение.

Ионизирующее излучение

Любая среда состоит из мельчайших нейтральных частиц-атомов, которые состоят из положительно заряженных ядер и окружающих их отрицательно заряженных электронов.

Каждый атом похож на солнечную систему в миниатюре: вокруг крошечного ядра движутся по орбитам «планеты» — электроны.

Ядро атома состоит из нескольких элементарных частиц-протонов и нейтронов, удерживаемых ядерными силами.

Протоны частицы имеющие положительный заряд, равный по абсолютной величине заряду электронов.

Нейтроны нейтральные, не обладающие зарядом, частицы. Число электронов в атоме в точности равно числу протонов в ядре, поэтому каждый атом в целом нейтрален. Масса протона почти в 2000 раз больше массы электрона.

Число присутствующих в ядре нейтральных частиц (нейтронов) может быть разным при одинаковом числе протонов. Такие атомы, имеющие ядра с одинаковым числом протонов, но различающиеся по числу нейтронов, относятся к разновидностям одного и того же химического элемента, называемым «изотопами» данного элемента.

Чтобы отличить их друг от друга, к символу элемента приписывают число, равное сумме всех частиц в ядре данного изотопа. Так уран-238 содержит 92 протона и 146 нейтронов; в уране 235 тоже 92 протона, но 143 нейтрона. Все изотопы химического элемента образуют группу «нуклидов». Некоторые нуклиды стабильны, т.е.

не претерпевают никаких превращений, другие же, испускающие частицы нестабильны и превращаются в другие нуклиды. В качестве примера возьмем атом урана — 238. Время от времени из него вырывается компактная группа из четырех частиц: двух протонов и двух нейтронов -«альфа-частица (альфа)».

Уран-238 превращается, таким образом, в элемент, в ядре которого содержится 90 протонов и 144 нейтрона — торий-234. Но торий-234 тоже нестабилен: один из его нейтронов превращается в протон, и торий-234 превращается в элемент, в ядре которого содержится 91 протон и 143 нейтрона.

Это превращение сказывается и на движущихся по своим орбитам электронах (бета): один из них становится как бы лишним, не имеющим пары (протона), поэтому он покидает атом. Цепочка многочисленных превращений, сопровождающаяся альфа- или бета- излучениями, завершается стабильным нуклидом свинца.

Разумеется, существует много подобных цепочек самопроизвольных превращений (распадов) разных нуклидов. Период полураспада, есть отрезок времени, за который исходное число радиоактивных ядер в среднем уменьшается в два раза.
При каждом акте распада высвобождается энергия, которая и передается в виде излучения.

Часто нестабильный нуклид оказывается в возбужденном состоянии и при этом испускание частицы не приводит к полному снятию возбуждения; тогда он выбрасывает порцию энергии в виде гамма-излучения (гамма-кванта). Как и в случае рентгеновских лучей (отличающихся от гамма-излучения только частотой) при этом не происходит испускания каких-либо частиц. Весь процесс самопроизвольного распада нестабильного нуклида называется радиоактивным распадом, а сам нуклид радионуклидом.

Различные виды излучений сопровождаются высвобождением разного количества энергии и обладают различной проникающей способностью; поэтому они оказывают неодинаковое воздействие на ткани живого организма. Альфа-излучение, задерживается, например, листом бумаги и практически не способно проникнуть через наружный слой кожи.

Поэтому оно не представляет опасности до тех пор, пока радиоактивные вещества, испускающие альфа — частицы, не попадут внутрь организма через открытую рану, с пищей, водой или с вдыхаемым воздухом или паром, например, в бане; тогда они становятся чрезвычайно опасными.

Бета — частица обладает большей проникающей способностью: она проходит в ткани организма на глубину один-два сантиметра и более, в зависимости от величины энергии. Проникающая способность гамма-излучения, которое распространяется со скоростью света, очень велика: его может задержать лишь толстая свинцовая или бетонная плита.

Ионизирующее излучение характеризуется рядом измеряемых физических величин. К ним следует отнести энергетические величины. На первый взгляд может показаться, что их бывает достаточно для регистрации и оценки воздействия ионизирующего излучения на живые организмы и человека.

Однако, эти энергетические величины не отражают физиологического воздействия ионизирующего излучения на человеческий организм и другие живые ткани, субъективны, и для разных людей различны. Поэтому используются усредненные величины.

Источники радиации

Источники радиации бывают естественными, присутствующими в природе, и не зависящими от человека.

Установлено, что из всех естественных источников радиации наибольшую опасность представляет радон -тяжелый газ без вкуса, запаха и при этом невидимый; со своими дочерними продуктами.

Радон высвобождается из земной коры повсеместно, но его концентрация в наружном воздухе существенно различается для различных точек земного шара. Как ни парадоксально это может показаться на первый взгляд, но основное излучение от радона человек получает, находясь в закрытом, непроветриваемом помещении.

Радон концентрируется в воздухе внутри помещений лишь тогда, когда они в достаточной мере изолированы от внешней среды. Просачиваясь через фундамент и пол из грунта или, реже, высвобождаясь из стройматериалов, радон накапливается в помещении.

Герметизация помещений с целью утепления только усугубляет дело, поскольку при этом еще более затрудняется выход радиоактивного газа из помещения. Проблема радона особенно важна для малоэтажных домов с тщательной герметизацией помещений (с целью сохранения тепла) и использованием глинозема в качестве добавки к строительным материалам (т.н. «шведская проблема»).

Самые распространенные стройматериалы — дерево, кирпич и бетон — выделяют относительно немного радона. Гораздо большей удельной радиоактивностью обладают гранит, пемза, изделия из глиноземного сырья, фосфогипса.

Еще один, как правило менее важный, источник поступления радона в помещения представляет собой вода и природный газ, используемый для приготовления пищи и обогрева жилья.

Концентрация радона в обычно используемой воде чрезвычайно мала, но вода из глубоких колодцев или артезианских скважин содержит очень много радона. Однако основная опасность исходит вовсе не от питья воды, даже при высоком содержании в ней радона.

Обычно люди потребляют большую часть воды в составе пищи и в виде горячих напитков, а при кипячении воды или приготовлении горячих блюд радон практически полностью улетучивается.

Гораздо большую опасность представляет попадание паров воды с высоким содержанием радона в легкие вместе с вдыхаемым воздухом, что чаще всего происходит в ванной комнате или парилке (парной).

В природный газ радон проникает под землей.

В результате предварительной переработки и в процессе хранения газа перед поступлением его к потребителю большая часть радона улетучивается, но концентрация радона в помещении может заметно возрасти, если кухонные плиты и другие нагревательные газовые приборы не снабжены вытяжкой. При наличии же приточно — вытяжной вентиляции, которая сообщается с наружным воздухом, концентрации радона в этих случаях не происходит. Это относится и к дому в целом -ориентируясь на показания детекторов радона можно установить режим вентиляции помещений, полностью исключающий угрозу здоровью. Однако, учитывая, что выделение радона из грунта имеет сезонный характер, нужно контролировать эффективность вентиляции три-четыре раза в год, не допуская превышения норм концентрации радона.

Другие источники радиации, к сожалению обладающие потенциальной опасностью, созданы самим человеком. Источники искусственной радиации — это созданные с помощью ядерных реакторов и ускорителей искусственные радионуклиды, пучки нейтронов и заряженных частиц. Они получили название техногенных источников ионизирующего излучения.

Оказалось, что наряду с опасным для человека характером, радиацию можно поставить на службу человеку. Вот далеко не полный перечень областей применения радиации: медицина, промышленность, сельское хозяйство, химия, наука и т.д.

Успокаивающим фактором является контролируемый характер всех мероприятий, связанных с получением и применением искусственной радиации.

Особняком по своему воздействию на человека стоят испытания ядерного оружия в атмосфере, аварии на АЭС и ядерных реакторах и результаты их работы, проявляющиеся в радиоактивных осадках и радиоактивных отходах. Однако только чрезвычайные ситуации, типа Чернобыльской аварии, могут оказать неконтролируемое воздействие на человека.
Остальные работы легко контролируются на профессиональном уровне.

При выпадении радиоактивных осадков в некоторых местностях Земли радиация может попадать внутрь организма человека непосредственно через с/х продукцию и питание. Обезопасить себя и своих близких от этой опасности очень просто.

При покупке молока, овощей, фруктов, зелени, да и любых других продуктов совсем не лишним будет включить дозиметр и поднести его к покупаемой продукции. Радиации не видно — но прибор мгновенно определит наличие радиоактивного загрязнения.

Такова наша жизнь в третьем тысячелетии — дозиметр становится атрибутом повседневной жизни, как носовой платок, зубная щетка, мыло.

ВОЗДЕЙСТВИЕ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ТКАНИ ОРГАНИЗМА

Повреждений, вызванных в живом организме ионизирующим излучением, будет тем больше, чем больше энергии оно передаст тканям; количество этой энергии называется дозой, по аналогии с любым веществом поступающим в организм и полностью им усвоенным. Дозу излучения организм может получить независимо от того, находится ли радионуклид вне организма или внутри него.

Количество энергии излучения, поглощенное облучаемыми тканями организма, в пересчете на единицу массы называется поглощенной дозой и измеряется в Греях.

Но эта величина не учитывает того, что при одинаковой поглощенной дозе альфа-излучение гораздо опаснее (в двадцать раз) бета или гамма-излучений.

Пересчитанную таким образом дозу называют эквивалентной дозой; ее измеряют в единицах называемых Зивертами.

Следует учитывать также, что одни части тела более чувствительны, чем другие: например, при одинаковой эквивалентной дозе облучения, возникновение рака в легких более вероятно, чем в щитовидной железе, а облучение половых желез особенно опасно из-за риска генетических повреждений.

Поэтому дозы облучения человека следует учитывать с различными коэффициентами.

Умножив эквивалентные дозы на соответствующие коэффициенты и просуммировав по всем органам и тканям, получим эффективную эквивалентную дозу, отражающую суммарный эффект облучения для организма; она также измеряется в Зивертах.

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 несколькими 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 изменений в них.

Беккерель (Бк, Вq); Кюри (Ки, Си)1 Бк = 1 распад в сек. 1 Ки = 3,7 х 10 10 БкЕдиницы активности радионуклида. Представляют собой число распадов в единицу времени.
Грей (Гр, Gу); Рад (рад, rad)1 Гр = 1 Дж/кг 1 рад = 0.01 ГрЕдиницы поглощённой дозы. Представляют собой количество энергии ионизирующего излучения, поглощенное единицей массы какого-либо физического тела, например тканями организма.
Зиверт (Зв, Sv) Бэр (бер, rem) — «биологический эквивалент рентгена»1 Зв = 1 Гр = 1 Дж/кг (для бета и гамма) 1 мкЗв = 1/1000000 Зв1 бер = 0.01 Зв = 10 мЗв    Единицы эквивалентной дозы.Единицы эквивалентной дозы. Представляют собой единицу поглощенной дозы, умноженную на коэффициент, учитывающий неодинаковую опасность разных видов ионизирующего излучения.
Грей в час (Гр/ч);Зиверт в час (Зв/ч);Рентген в час (Р/ч)1 Гр/ч = 1 Зв/ч = 100 Р/ч (для бета и гамма)1 мк Зв/ч = 1 мкГр/ч = 100 мкР/ч1 мкР/ч = 1/1000000 Р/чЕдиницы мощности дозы. Представляют собой дозу полученную организмом за единицу времени.

Для информации, а не для запугивания, особенно людей, решивших посвятить себя работе с ионизирующим излучением, следует знать предельно допустимые дозы. Единицы измерения радиоактивности приведены в таблице 1.

По заключению Международной комиссии по радиационной защите на 1990 г. вредные эффекты могут наступать при эквивалентных дозах не менее 1,5 Зв (150 бэр) полученных в течение года, а в случаях кратковременного облучения — при дозах выше 0,5 Зв (50 бэр).

Когда облучение превышает некоторый порог, возникает лучевая болезнь. Различают хроническую и острую (при однократном массивном воздействии) формы этой болезни.

Острую лучевую болезнь по тяжести подразделяют на четыре степени, начиная от дозы 1-2 Зв (100-200 бэр, 1-я степень) до дозы более 6 Зв (600 бэр, 4-я степень). Четвертая степень может закончиться летальным исходом.

Дозы, получаемые в обычных условиях, ничтожны по сравнению с указанными. Мощность эквивалентной дозы, создаваемой естественным излучением, колеблется от 0,05 до 0,2 мкЗв/ч, т.е. от 0,44 до 1,75 мЗв/год (44-175 мбэр/год).
При медицинских диагностических процедурах — рентгеновских снимках и т.п. — человек получает еще примерно 1,4 мЗв/год.

Поскольку в кирпиче и бетоне в небольших дозах присутствуют радиоактивные элементы, доза возрастает еще на 1,5 мЗв/год. Наконец, из-за выбросов современных тепловых электростанций, работающих на угле, и при полетах на самолете человек получает до 4 мЗв/год. Итого существующий фон может достигать 10 мЗв/год, но в среднем не превышает 5 мЗв/год (0,5 бэр/год).

Такие дозы совершенно безвредны для человека. Предел дозы в добавление к существующему фону для ограниченной части населения в зонах повышенной радиации установлен 5 мЗв/год (0,5 бэр/год), т.е. с 300-кратным запасом. Для персонала, работающего с источниками ионизирующих излучений, установлена предельно допустимая доза 50 мЗв/ год (5 бэр/год), т.е. 28 мкЗв/ч при 36-часовой рабочей неделе.

Согласно гигиеническим нормативам НРБ-96 (1996 г.) допустимые уровни мощности дозы при внешнем облучении всего тела от техногенных источников для помещения постоянного пребывания лиц из персонала — 10 мкГр/ч, для жилых помещений и территории, где постоянно находятся лица из населения — 0,1 мкГр/ч (0,1 мкЗв/ч, 10 мкР/ч).

ЧЕМ ИЗМЕРЯЮТ РАДИАЦИЮ

Несколько слов о регистрации и дозиметрии ионизирующего излучения. Существуют различные методы регистрации и дозиметрии: ионизационный (связанный с прохождением ионизирующего излучения в газах), полупроводниковый (в котором газ заменен твердым телом), сцинтиляционный, люминесцентный, фотографический.

Эти методы положены в основу работы дозиметров радиации. Среди газонаполненных датчиков ионизирующего излучения можно отметить ионизационные камеры, камеры деления, пропорциональные счетчики и счетчики Гейгера-Мюллера.

Последние относительно просты, наиболее дешевы, не критичны к условиям работы, что и обусловило их широкое применение в профессиональной дозиметрической аппаратуре, предназначенной для обнаружения и оценки бета- и гамма-излучения.

Когда датчиком служит счетчик Гейгера-Мюллера, любая вызывающая ионизацию частица, попадающая в чувствительный объем счетчика, становится причиной самостоятельного разряда. Именно попадающая в чувствительный объем! Поэтому не регистрируются альфа -частицы, т.к. они туда не могут проникнуть.

Даже при регистрации бета — частиц необходимо приблизить детектор к объекту, чтобы убедиться в отсутствии излучения, т.к. в воздухе энергия этих частиц может быть ослаблена, они могут не преодолеть корпус прибора, не попадут в чувствительный элемент и не будут обнаружены.

Доктор физико-математических наук, Профессор МИФИ Н.М. Гаврилов
статья написана для компании «Кварта-Рад»

Источник: https://www.quarta-rad.ru/useful/vse-o-radiacii/radiaciya/

Общие сведения о ионизирующих излучениях и их источниках

Ионизирующие излучения Общие сведения об ионизирующих излучениях.

Ионизирующие излучения — электромагнитные излучения, которые возни- кают при радиоактивном распаде или ядерных превращениях и вызывают ио- низацию среды (распад молекул облученного вещества на ионы и электроны). К ионизирующим излучениям относят радиоактивность и ультрафиолетовое излучение высокой мощности.

Известно, что в природе существуют устойчивые и неустойчивые химиче- ские элементы (уран, торий, радий и др.). У неустойчивых химических эле- ментов недостаточно внутриядерных сил для сохранения целостности ядра. Ядра атомов этих элементов, распадаясь, превращаются в ядра атомов других элементов.

Такой процесс самопроизвольного распада ядер атомов неустойчи- вых элементов, сопровождающийся испусканием ионизирующего излучения, называют радиоактивным распадом, или радиоактивностью. Распад сопро- вождается радиоактивными излучениями (альфа-излучение, бета-излучение, гамма-излучение, нейтроны).

Радиоактивные излучения характеризуются раз- личными проникающими и ионизирующими (повреждающими) способностями.

Альфа-частицы обладают относительно большой массой и зарядом, вызыва- ют интенсивную ионизацию, но при этом имеют малую проникающую способ- ность (малый радиус действия).

Они могут быть остановлены кожей человека или листом обыкновенной бумаги. Их пробег в воздухе не превышает 9 см, а в тканях живого организма исчисляется тремя десятками микрометров.

Опасно их воздействие при попадании в организм с водой, пищей, вдыхаемым возду- хом, через открытую рану.

Бета-частицы обладают большей, чем альфа-частицы, проникающей, но

меньшей ионизирующей способностью, их пробег в воздухе составляет до 15 м,

а в ткани организма — 1…2 см. Они проходят сквозь лист алюминия толщиной чуть менее 10 см.

Гамма-излучение создает слабую ионизацию, но, распространяясь со скоро-

стью света, обладает высокой проникающей способностью (наибольшей глуби- ной проникновения). Его проникающую способность может ослабить только толстая свинцовая или бетонная стена.

Нейтроны при столкновении с атомами другого вещества теряют свою энер-

гию.

При радиоактивном распаде все ядра радиоактивного вещества распадаются не одновременно. Различные радиоактивные вещества распадаются в различ- ной степени и за разные интервалы времени. Интервал времени, в течение ко- торого распадается половина атомов радиоактивных веществ (РВ), называется периодом полураспада.

Взависимости от периода полураспада различают короткоживущие изото-

пы, период полураспада которых исчисляется долями секунды, секундами, ми- нутами, часами, сутками, и долгоживущие изотопы, период полураспада кото- рых — от нескольких месяцев до миллиардов лет. Например, период полурас- пада тория — 10 млн лет, радия — 1620 лет, висмута-210 — 5 дней, полония-218 — 3 минуты, полония-214 — одна миллионная доля секунды.

Работник, находясь на своем рабочем месте на предприятии, применяющем в своих технологиях ионизирующие излучения, находится одновременно под сочетанным воздействием радиационного фона и излучений от производствен- ных источников.

Под радиационным фоном принято понимать ионизирующие излучения от

природных источников космического и земного происхождения — естествен- ного радиационного фона (ЕРФ), а также от искусственных радионуклидов, рассеянных в биосфере в результате деятельности человека.

Все живое на планете, в том числе и человек, в течение всего периода суще-

ствования подвергалось и подвергается воздействию ионизирующего излуче- ния — естественного радиационного фона нашей планеты и в результате хорошо адаптировано к нему. Отдельно эта составляющая угрозы для человека не несет.

ВХХ веке человек встретился с новым фактором — искусственными (техно-

генными) источниками излучения. К радиационному фону добавилась новая составляющая. Человек и его среда обитания оказались под суммированным воздействием источников различного происхождения.

Источниками искусст- венной составляющей радиационного фона стали: большое количество про- мышленных предприятий, использующих в своих технологиях радиоактивные вещества; испытательные полигоны ядерного оружия; крупные объекты атом- ной энергетики; производства, занятые добычей или обогащением ядерного то-

плива; медицинское оборудование, использующее радионуклиды, могильники радиоактивных отходов и др.

Излучение рассеянных в биосфере искусствен- ных радионуклидов представляет собой искусственный радиационный фон (ИРФ), который в настоящее время в целом по земному шару добавляет к ЕРФ около 3 %.

Такой фон, по мнению ученых, также угрозы не несет. Однако имеются регионы, где угроза от высокого радиоактивного фона более чем су- щественна.

Кроме перечисленных техногенных источников радиационного фона, име-

ются и такие, как перелеты на самолетах. На высоте полета рейсовых самоле- тов фон превышает его параметры на поверхности Земли в 10…15 раз. При по- ездках по железной дороге, просмотре телепередач, работе за компьютером, при получении ряда медицинских процедур радиационные фоновые значения также значительно повышаются.

Ионизирующие излучения на предприятиях представляют значительную уг-

розу для жизнедеятельности человека и требуют разработки и внедрения на- дежных мер по обеспечению радиационной безопасности.

На рабочих местах, кроме радиационного фона, источниками ионизирую-

щих излучений могут быть: ускорительные установки, рентгеновские аппара- ты, радиолампы, дефектоскопы (аппараты для определения нарушений струк-

туры металла внутри изделий), аппараты и приборы, выполняющие контроль- но-сигнальные функции, средства гашения статического электричества и т.п.

На объектах железнодорожного транспорта источником ионизирующих

излучений являются: зоны вблизи транспортных средств, перевозящих радио- активные грузы и ядерное топливо; источники радиоактивных излучений, при- меняемые в различных приборах, например в рельсовых дефектоскопах, и при научных исследованиях.

Техногенный повышенный фон при строительстве и эксплуатации железно-

дорожного транспорта может быть обусловлен:

применением при строительстве пути щебня и песка (для балластной призмы и насыпи) с повышенным содержанием радионуклидов;

радиоактивными загрязнениями при плохой (или недостаточной) очистке подвижного состава и тары в пунктах подготовки вагонов;

радиоактивными загрязнениями при перевозке, погрузке, выгрузке и хра- нении радиоактивных материалов.

Повышенный фон достаточно часто фиксируется в местах складирования загрязненных конструкций и тары, в местах радиоактивного заражения мест- ности, по которым проходят транспортные магистрали.

Радиационная обстановка на железнодорожном транспорте. Образование

зон радиоактивного загрязнения вдоль линий железных дорог вследствие ава-

рии на Чернобыльской АЭС вызвало необходимость проведения работы по оп- ределению радиационной обстановки на железнодорожном транспорте.

Вэтой связи было сделано гамма-спектрометрическое обследование сети железных дорог, полосы отвода на протяжении более 90 тыс. км.

Выявлены многочис- ленные случаи изменения радиационного фона, обусловленные применением строительных конструкций и материалов с повышенным содержанием естест- венных радионуклидов.

По результатам обследования был создан банк данных о степени радиацион- ного загрязнения железных дорог России — «Магистраль» и издан Атлас ра- диационной обстановки на железных дорогах России. Помимо приведенных выше данных Атлас содержит общие сведения о расположении радиационно опасных объектов с зонами их влияния на предприятия железнодорожного транспорта.

На железнодорожном транспорте считаются радиоактивными материалы:

с удельной активностью более 70 кБк/кг;

в количествах, суммарная активность которых превышает значения пре- дельно допустимой активности (ПДА);

радиоактивные делящиеся материалы (уран-233, уран-235, плутоний-238,

плутоний-239, плутоний-241) или их смеси в количестве до 0,015 кг;

нейтронные источники на основе этих радиоактивных веществ в количест- ве не более 0,1 кг.

3.4.2. Дозы ионизирующих излучений

С точки зрения воздействия ионизирующих излучений на человека наиболее важными величинами являются: активность (радиоактивность), удельная ак- тивность (радиоактивное загрязнение), дозы (поглощенная, эквивалентная, эффективная).

Активность — число самопроизвольных распадов радионуклида за едини-

цу времени. Единицей измерения активности в системе СИ является один бек- керель (Бк). Один беккерель равен одному распаду в секунду (Бк = рас- пад/с). Единицей измерения активности в практической системе (временно допущенной к применению наравне с системой СИ) является один кюри (Ки).

1 Ки = 3,7·1010 Бк.

Удельная активность используется для оценки степени заражения (радио- активного загрязнения) человека, территории, оборудования, вещества, пищи.

Определяется удельная активность отношением активности к единице площа- ди поверхности, объема, массы (1 Ки/км2, 1 Ки/м3, 1 Ки/л, 1 Ки/кг). Для примера в табл. 3.

8 даны предельно допустимые уровни загрязнения продук- тов питания радионуклидами цезия-137.

Т а б л и ц а 3.8



Источник: https://infopedia.su/18x26a2.html

Защита от ионизирующих излучений

Ионизирующие излучения Общие сведения об ионизирующих излучениях.

Ионизирующие излучения — явления, связанные с радиоактивностью.

Радиоактивность — самопроизвольное превращение ядер атомов (радионуклидов) изотопов одного химического элемента в изотопы другого химического элемента, сопровождающееся испусканием ионизирующих излучений.

За единицу измерения радиоактивности принят Беккерель (Бк). Один Бк означает, что каждую секунду распадается один радионуклид. Другой единицей радиоактивности является Кюри (Ки). Один Ки — радиоактивность 1 г чистого радия, в котором за 1 с распадается 3,7 • Ю10 ядер. Таким образом, один Ки равен 3,7 • Ю10 Бк. Производными единицами радиоактивности являются кБк, мБк, мКи, мкКи.

К ионизирующим относятся корпускулярные частицы — альфа, бета и нейтроны, а также электромагнитные — рентгеновское и гамма- излучения.

Ионизирующие излучения при взаимодействии с веществом вызывают преобразование атомов и молекул в заряженные частицы — ионы. Ионизирующие излучения, проникая в различные среды, взаимодействуют с их атомами и молекулами. Это взаимодействие приводит к возбуждению последних и вырыванию электрона из электронной оболочки нейтрального атома.

В результате атом, лишенный одного или нескольких электронов, превращается в положительно заряженный ион, т.е. происходит первичная ионизация. Выбитые при первичной ионизации электроны, обладающие определенной энергией, сами взаимодействуют со встречными атомами и также создают новые ионы — происходит вторичная ионизация.

Электроны, потерявшие в результате многократных столкновений с атомами свою энергию, становятся свободными или «прилипают» к какому-либо нейтральному атому, образуя отрицательно заряженные ионы. На каждый акт ионизации и возбуждения в воздухе в среднем расходуется 34…35 эВ энергии.

1 эВ (электронвольт) — единица энергии, используемая в атомной физике, равная кинетической энергии электрона, приобретаемой им при прохождении разности потенциалов, равной 1 В. 1 эВ = 1,6 • 10 «19 Дж = 1,6 • 10 12эрг.

Основными характеристиками ионизирующих излучений являются: удельная ионизирующая способность (число пар ионов, образующихся на одном сантиметре пути распространения излучения в данной среде); длина пробега частицы или расстояние, на которое электромагнитное излучение способно ионизировать среду; скорость распространения излучения. Виды ионизирующих излучений приведены на рис. 9.1.

Рис. 9.1. Три вида ионизирующих излучений и их проникающая способность

Альфа-частицы (а-частицы) — положительно заряженные ядра гелия, содержащие два протона и два нейтрона.

Это тяжелые частицы массой в 7360 раз больше массы электрона, высоких энергий от 4 до 9 МэВ, излучаемые исключительно ядрами тяжелых элементов — урана, плутония, тория, радона.

Всего известно около 40 естественных и более 200 искусственных a-активных ядер. Их период полураспада изменяется от 10 _7 с до 2 • 10 17 лет.

Имея значительную массу, энергию и относительно небольшую скорость движения (25 000 км/с), альфа-частицы характеризуются высокой ионизирующей способностью — 40 000 пар ионов на 1 см пути воздуха. Вследствие большого расхода энергии на ионизацию длина пробега этих частиц незначительна и в воздухе составляет 8…

11 см, а в живой ткани — несколько десятков микрон. Альфа-частицы не могут проникнуть через одежду, через кожный эпителий, могут быть остановлены обычным листом бумаги и тонким слоем фольги, поэтому при внешнем облучении опасности не представляют.

Альфа-частицы представляют опасность для человека при внутреннем облучении, когда радиоизотопы попадают в организм ингаляционным путем либо с пищей.

Бета-частицы (|3-частицы) — электроны и позитроны. Заряд бета- частиц в 2 раза, а масса более чем в 7000 раз меньше, чем альфа-частиц, их пробег в воздухе примерно в 1000 раз больше. Удельная ионизирующая способность бета-частиц в воздухе около 100 пар ионов на 1 см пути.

Максимальная энергия бета-частиц находится в пределах от нескольких десятков килоэлектроновольт до 3,5 МэВ. Длина пробега в воздухе составляет несколько метров, а в живой ткани — 1,5 мм при скорости движения, равной скорости распространения электромагнитных волн.

В металлах бета-частицы пробегают несколько миллиметров.

Бета-частицы задерживаются одеждой, а при внешнем облучении открытых участков тела могут задерживаться в кожном эпителии, вызывая его пигментацию и ожоги кожи, либо проникать через него, образуя язвы на теле. При торможении бета-частиц в веществе порождается тормозное рентгеновское излучение. Бета-частицы могут быть остановлены пластинкой алюминия толщиной несколько миллиметров, пластмассовым экраном.

Особую опасность бета-частицы представляют при попадании их во внутренние органы с пищей или ингаляционным путем.

Нейтроны — незаряженные частицы, возникающие в ядерных реакциях. Нейтроны проникают вглубь атома облучаемого вещества. Достигая ядер, нейтроны либо поглощаются ими, либо рассеиваются на них, теряя значительную часть энергии и скорость.

Нейтрон обладает весьма широким диапазоном энергий: от долей до десятков миллионов электронвольт. Особенно большое количество энергии нейтроны теряют при столкновении с почти равными им по массе ядрами атомов водорода (протий, дейтерий, тритий).

Поэтому вещества, содержащие большое количество водорода (вода, графит, парафин), широко используют как для защиты от нейтронного излучения, так и для замедления движения нейтронов.

Атомные ядра вещества при поглощении нейтронов становятся неустойчивыми и, распадаясь, порождают альфа-частицы, бета-частицы и гамма-излучения.

При этих ядерных реакциях могут образовываться новые радиоактивные изотопы химических элементов и возникать наведенная радиоактивность, в свою очередь тоже вызывающая ионизацию.

При нейтронном облучении людей конечный биологический эффект связан с ионизацией, производимой вторичными частицами или фотонами гамма-излучения.

Попадая в водосодержащие ткани живого организма, нейтроны передают свою энергию протонам, которые, в свою очередь, сильно ионизируют вещество.

Нейтронное излучение имеет очень высокую проникающую способность. Защита от него сложна, даже невозможна.

Гамма-излучение — электромагнитное (фотонное) излучение, получаемое при ядерных распадах. Гамма-кванты электрически нейтральны, поэтому сами по себе ионизирующими свойствами не обладают.

Гамма-излучение имеет большую проникающую способность через вещества с большой плотностью.

Распространяются со скоростью света на расстояния в воздухе до нескольких сотен метров, не отклоняются в магнитных и электрических полях, дифрагируют на кристаллах. Тело человека пронизывают насквозь.

Ионизация вещества гамма-квантами происходит за счет передачи части энергии излучения электронам облучаемого вещества, разрыва их связи с ядрами атома и придания им начальной скорости движения, а уже те ионизируют среду.

Рентгеновское излучение — электромагнитное (фотонное) излучение с длинной волны от 10-14до 10-7 м, возникающее при бомбардировке вещества потоком электронов. Энергия фотонов не более 1 МэВ.

Биологическое действие ионизирующих излучений зависит от величины поглощенной дозы. Под поглощенной дозой понимают количество поглощенной энергии единицей массы облучаемого вещества.

В единицах СИ поглощенная доза измеряется в Дж/кг и имеет специальное название — грей (Гр). Внесистемная единица — рад (радиоактивная адсорбированная доза); 1 Гр= 100 рад.

Поглощенная доза, отнесенная к единице времени, называется мощностью поглощенной дозы: Гр/с, Гр/ч, рад/с, рад/ч.

Для определения биологического действия различных видов излучения на организм человека используют эквивалентную дозу, которую вычисляют как произведение поглощенной дозы в органе или ткани на соответствующий взвешивающий коэффициент для данного вида излучения КВЗВИ. Взвешивающий коэффициент АГВЗВИ, Зв/Гр, для различных видов излучений приведен ниже.

Вид излучения

взв и’ Зв/Гр

Фотоны любых энергий

1

Электроны, позитроны, бета-излучения

1

Нейтроны с энергией менее 10 кэВ

5

от 10 кэВ до 100 кэВ

10

от 100 кэВ до 2 МэВ

20

от 2 МэВ до 20 МэВ

10

более 20 МэВ

5

Протоны с энергией более 2 МэВ

5

Альфа-частицы, осколки ядер, тяжелые ядра

20

Единицей измерения эквивалентной дозы является зиверт (Зв).

Один зиверт — эквивалентная доза любого вида излучения в биологической ткани, которое создает такой же биологический эффект, как и поглощенная доза радиации в 1 Гр образцового рентгеновского излучения.

Внесистемной единицей эквивалентной дозы является бэр (биологический эквивалент рентгена). Один бэр — эквивалентная доза любого вида излучения в биологической ткани, которое создает такой же биологический эффект, как и поглощенная доза в 1 рад образцового рентгеновского излучения. 1 бэр = 0,01 Зв.

Эквивалентная доза, отнесенная к единице времени, называется мощностью эквивалентной дозы: Зв/с, Зв/ч, бэр/с, бэр/ч.

Разные органы или ткани имеют различную чувствительность к излучению.

Например, при одинаковой эквивалентной дозе облучения возникновение рака в легких более вероятно, чем в щитовидной железе, а облучение гонад (половых желез) особенно опасно из-за риска генетических повреждений. Поэтому для случаев неравномерного облучения разных органов или тканей тела человека введено понятие эффективной эквивалентной дозы.

Эффективная эквивалентная доза — величина, используемая как мера риска возникновения отдаленных последствий облучения всего тела человека и отдельных его органов, с учетом их радиочувствительности.

Она представляет собой сумму произведений эквивалентной дозы в органе на соответствующий взвешивающий коэффициент для данного органа или ткани АГВЗВ0. Единицей измерения эффективной эквивалентной дозы является зиверт (Зв).

Значения взвешивающего коэффициента радиационного риска некоторых органов приведены ниже.

Облученный орган

ВЗВ.О

Гонады

0,2

Красный костный мозг, толстый кишечник, легкие, желудок

0,12

Щитовидная железа, мочевой пузырь, молочная железа, печень, пищевод, надпочечники, головной мозг, экстраторакальный отдел органов дыхания, тонкий кишечник, почки, мышечная ткань, поджелудочная железа, селезенка, вилочковая железа, матка

0,05

Кожа, костные клетки

0,01

Действие ионизирующих излучений на любой живой объект при определенной дозе облучения приводит к его гибели.

Каждому биологическому виду свойственна своя мера чувствительности к действию ионизирующих излучений, которая характеризует его радиочувствительность.

Степень радиочувствительности сильно варьируется в пределах одного вида (индивидуальная чувствительность), а для определенного индивидуума зависит также от возраста и пола. Даже в одном организме различные клетки и ткани очень сильно различаются по рад иочувствител ьности.

Энергия ионизирующего излучения при прохождении через биологическую ткань передается атомам и молекулам. Это приводит к ионизации живой ткани и разрыву межмолекулярных связей и изменению химической структуры различных соединений. Изменение в химическом составе значительного числа молекул приводит к гибели клеток.

Под влиянием излучений в живой ткани происходит расщепление воды на атомарный водород и гидроксильную группу ОН', которые, обладая высокой химической активностью, вступают в соединение с другими молекулами ткани (белки, ферменты и др.

) и образуют новые химические соединения, не свойственные здоровой ткани, — токсины. В результате происшедших изменений нормальное течение биохимических процессов и обмен веществ нарушаются.

Индуцированные свободными радикалами химические реакции вовлекают в этот процесс многие сотни и тысячи молекул, не затронутых излучением.

Под влиянием ионизирующих излучений в организме могут тормозиться функции кроветворных органов, нарушаться нормальная свертываемость крови и увеличиваться хрупкость кровеносных сосудов, нарушаться деятельность желудочно-кишечного тракта, в результате чего наступают истощение организма и снижение его сопротивляемости инфекционным заболеваниям.

Нежелательные радиационные эффекты воздействия облучения на организм человека условно подразделяют на соматические и генетические.

Соматические эффекты проявляются у самого облученного, а генетические — у его потомства.

Генетические эффекты проявляются вследствие мутаций — изменений наследственных свойств организма, возникающих естественно или вызываемых искусственно. Мутации возникают в результате перестройки и нарушений в генетическом материале организма (хромосомах и генах).

К соматическим эффектам условно относят непосредственные ранние эффекты облучения (острая или хроническая лучевая болезнь и локальные лучевые поражения), которые проявляются в течение нескольких недель, и его отдаленные последствия (сокращение продолжительности жизни, возникновение опухолей и др.), проявляющиеся только через много месяцев или лет после облучения. Последствия облучения человека схематически показаны на рис. 9.2.

Рис. 9.2. Последствия облучения людей

Различные формы лучевой болезни развиваются при дозах выше

1 Гр.

Значения поглощенных доз, при которых возникают острые лучевые поражения человека, приведены ниже.

Лучевое поражение

Доза, Гр

Легкая степень острой лучевой болезни

1…2

Тяжелая лучевая болезнь, гибель ~ 50 %

4…6

Кишечная форма лучевой болезни

> 10

Нервная форма лучевой болезни

> 10

Местные поражения:

эритема кожи (первичная, вторичная):

8…10

пузырьки, трофические язвы

Источник: https://studref.com/349253/bzhd/zaschita_ioniziruyuschih_izlucheniy

Scicenter1
Добавить комментарий