Параметры, характеризующие радиационное воздействие

И единицы их измерения

Явления радиоактивности

Способность некоторых неустойчивых атомных ядер самопроизвольно превращаться в ядра других элементов с испусканием различных видов радиоактивных излучений называется радиоактивностью, а изотопы, ядра которых способны самопроизвольно распадаться, радионуклидами.

Разновидности одного и того же химического элемента, отличающиеся массой атомов, называются изотопами. Изотопы различаются числом нейтронов, но содержат одинаковое число протонов и занимают одно и то же место в периодической системе элементов. Выделяют устойчивые (стабильные) и радиоактивные изотопы. У известных химических элементов найдено 274 стабильных и свыше 700 радиоактивных изотопов.

Большинство встречающихся в природе химических элементов представляют собой смеси изотопов. Превращение изотопов в изотопы других элементов происходит по правилу смещения. Так, при распаде радия образуется гелий и радон. Радон в свою очередь распадается с образованием полония и гелия и т.д. Известны четыре типа радиоактивного распада:

1. Альфа-распад – характерен для ядер тяжелых элементов. При альфа-распаде ядро атома испускает два протона и два нейтрона, связанные в ядро атома гелия (⁴He₂), т.е. альфа-частица по массе и заряду аналогична ядру атома гелия.

Таким образом, в результате альфа-распада образуется атом элемента, смещенный на два места от исходного радиоактивного элемента к началу периодической системы Менделеева. Энергия альфа-частицы может быть в пределах 1-10 МЭВ (мегаэлектронвольт - внесистемная единица энергии, используемая в атомной и ядерной физике, в физике элементарных частиц и в родственных областях науки).

Длина пути пробега альфа-частиц в воздухе составляет 3-7 см и зависит от скорости частицы и плотности среды. В тканях организма этот путь измеряется микрометрами.

Альфа-частицы не проникают через обычную одежду, для задержки и поглощения их достаточно листа чистой бумаги. Однако, имея низкую проникающую способность, альфа-частицы обладают высоким ионизирующим действием.

На пути пробега они теряют энергию на ионизацию молекул среды и образуют сотни тысяч пар ионов. Наибольшая плотность ионизации отмечается в конце пробега, где она втрое превышает ионизацию вначале пути. Присоединив к себе недостающие электроны, в конце пробега альфа-частицы становятся обычными атомами гелия.

При внешнем облучении альфа-частицы не опасны, поражающая способность их проявляется при попадании радиоактивных веществ внутрь организма.

2. Бета-распад – это процесс превращения в ядре атома протона в нейтрон или нейтрона в протон с выбросом бета-частиц (соответственно позитрона или электрона). Бета-распад объединяет три самостоятельных вида радиоактивных превращений:

- выбрасывание электрона и антинейтрино (^-b-распад или электронный распад);

- выбрасывание позитрона и антинейтрино (⁺b-распад или позитронный распад);

- поглощение одним из протонов ядра атома электрона с ближайшей орбиты, при этом заряд ядра уменьшается на единицу.

Энергия бета-частиц изменяется в больших пределах и может достигать 13, 5 МЭВ. Бета-частицы распространяются со скоростью 0, 29 – 0, 99 скорости света.

В связи с высокой проникающей и ионизирующей способностью бетта-лучи представляют опасность для людей как при наружном облучении, так и при попадании внутрь организма.

Зимняя одежда и защитные очки с толщиной стекол 3-4 мм защищают от внешнего бетта-излучения.

3. Гамма-кванты – это электромагнитные излучения или поток квантов длинной волны от 0, 001 до 1 нм (нанометра) с энергией до 10 МЭВ. Это происходит в том случае, если при распаде не вся энергия передается выбрасываемому электрону, позитрону или альфа-частице.

Гамма-лучи распространяются со скоростью света. Длина пробега в воздухе достигает до 1000 м, в воде и биологической среде - 1 м. Ионизирующая способность низкая. На 1 см пробега гамма-квант образует несколько пар ионов.

Радиоактивные превращения ядер могут происходить и при захвате ядром орбитального электрона (К-захват). Позитронный распад и К-захват конкурируют, т.е. если происходит один, возможен и другой. К-захват характерен для нейтронно дефицитных ядер. Поглотив орбитальный ē протон превращается в « n ». На освободившееся место переходит ē с более высокого энергетического уровня, атом испускает характерное рентгеновское излучение, по которому и фиксируют К-захват.

4. Спонтанное деление атомных ядер (нейтронный распад)

Тяжелые ядра U-238, 235, Кф-240, 248, 249, 250, Ku-244, 248 и другие могут делиться самопроизвольно из-за того, что ядра сами по себе нестабильны.

При этом ядро расщепляется на два близких по массе осколка, но m_яд. > m₁ + m₂, т.е. масса ядра больше масс ядер-осколков.

За первый акт деления выбрасывается 2-3 нейтрона и происходит огромное энерговыделение (в миллионы раз больше, чем при сжигании топлива). Ядра-осколки тоже радиоактивны. Они перегружены нейтронами и их испускают, а также α -частицы, β -частицы, φ -кванты.

В зависимости от вида реакции нейтроны могут нести энергию от 3 до 14 МЭВ. Путь пробега в воздухе достигает несколько тысяч метров. Обладая большой энергией и нейтральностью, они, встречаясь с ядрами атомов других элементов, создают наведенную радиоактивность.

Нейтронный поток оказывает сильное поражающее действие на человека. На глубине 10 см в организме поглощается 50 % энергии нейтронов и почти вся энергия при прохождении через тело.

Большинство радиоактивных веществ испускает одно, свойственное им излучение - альфа или бетта (электронный или позитронный тип), часто сопровождающийся гамма-излучением.

Некоторые радионуклиды претерпевают спонтанные деления с испусканием альфа-излучений и нейтронов (калифорний-252).

Одновременное излучение альфа, бетта и гамма-лучей свойственно веществам, в состав которых входит несколько радиоактивных элементов.

В редких случаях встречаются радиоактивные вещества, испускающие только чистые гамма-лучи.

Каждое радиоактивное вещество непрерывно распадается с определенной интенсивностью, для характеристики которой введено понятие активности источника.

Меру количества РВ (радиоактивные вещества, источник ионизирующих излучений), выраженную числом радиоактивных превращений (распада) в единицу времени, называют активностью .

Скорость распада РВ измеряется периодом полураспада (Т_1/2). Размерность активности РВ принята: в СИ — Беккерель (Бк), внесистемная - кюри (Кu). Соотношение между ними: 1Бк=1расп/с; 1 Кu=3, 7·10¹⁰ Бк или 1 Кu=2, 2·10¹²расп/мин.

Виды ионизирующих излучений

Ионизирующее излучение образуется при взаимодействии ионов различных знаков со средой. Видимый свет и ультрафиолетовое излучение к ионизирующим не относят. Ионизирующее излучение создается при:

- радиоактивном распаде;

- ядерных превращениях;

- торможении заряженных частиц в веществе.

Виды ионизирующего излучения:

- Корпускулярное излучение - поток частиц с массой отличной от нуля (электроны, протоны, нейтроны, α -частицы).

- Фотонное излучение - электромагнитное, косвенно ионизирующее (гамма-излучение, характеристическое, тормозное, рентгеновское, аннигиляционнное).

- Альфа-излучение - поток альфа-частиц. Возникает при радиоактивном распаде и при ядерных превращениях. У альфа-частиц сильная ионизирующая и незначительная проникающая способность. Альфа-излучение задерживается листом бумаги, ткани, Особо опасно при попадании внутрь организма с пищей и вдыхаемым воздухом.

- Бета-излучение - поток электронов или позитронов. Испускают ядра радиоактивных элементов при бета-распаде. Ионизирующая способность меньше, чем у альфа-излучения, но проникающая способность во много раз больше. В биологической ткани проникает на глубину до 2 см, одежда задерживает только частично. Для человека опасно и внешнее излучение и внутренне.

- Протонное излучение - основа космического излучения, поток протонов. По пробегу в воздухе и проникающей способности занимает промежуточное положение между альфа- и бета-излучением.

- Нейтронное излучение - поток нейтронов. Возникает при ядерном взрыве (особенно нейтронных боеприпасов), при работе ядерного реактора. Воздействие зависит от начальной энергии. Она может быть от 0, 025 до 300 МЭВ.

- Гамма-излучение - электромагнитное излучение. Длина волны - 10^-10 - 10^-14 м. Возникает при альфа- и бета-распадах, аннигиляции частиц. Большая проникающая способность. Глубина распространения гамма-квантов в воздухе достигает сотен и тысяч метров. Ионизирующая способность меньше. Через биологическую ткань проходит часть гамма-квантов, другая часть поглощается ею.

- Рентгеновское излучение - фотонное излучение, состоящее из тормозного и характеристического излучений.

- Тормозное излучение - фотонное излучение с непрерывным энергетическим спектром, возникающее при уменьшении кинетической энергии заряженных частиц.

- Характеристическое излучение - фотонное. Возникает при изменении энергетического состояния атома. Воздействует аналогично гамма-излучению.

- Аннигиляционное излучение - фотонное. Возникает в результате аннигиляции частицы и античастицы. Воздействует аналогично гамма-излучению.

Все ионизирующие излучения взаимодействуют с веществом. Взаимодействие бывает упругим (сталкивающиеся шары) и неупругим.

При упругом взаимодействии, которое характерно для нейтральных частиц (нейтронов и фотонов), могут образовываться заряженные частицы (если ядро выскакивает из электронной оболочки) или просто передается часть энергии по законам классической техники. Атомы в кристаллической решетке могут сместиться. В целом природа частиц не меняется. Происходит перераспределение энергии, но суммарная энергия остается постоянной. Может не меняться энергия каждой из взаимодействующих частиц, но направление их движения меняется.

При неупругом взаимодействии может меняться природа частиц в результате ядерных реакций или аннигиляции частиц. Оно характерно для заряженных частиц. Попадая в зону действия электрического поля атома, заряженные частицы тормозятся, отклоняются, испуская при этом тормозное излучение. Если энергии для ионизации недостаточно, образуются атомы в возбужденном состоянии, которые передают энергию другим атомам или испускают кванты характеристического излучения.

⇐ Предыдущая 123 4 5 6 Следующая ⇒