В строительстве и производстве строительных материалов ионизирующие излучения используются для автоматизации производственных процессов, контроля качества изделий, для улучшения некоторых свойств органических материалов. С помощью радиоактивных изотопов определяют плотность и толщину строительных конструкций, их влажность, изучают гидрогеологические условия строительной площадки и т. п. Возможность проведения этих работ обусловлена уникальными свойствами радиоактивных излучений, в частности, их высокой проникающей способностью и ионизацией молекул и атомов облучаемого материала.
Среди большого разнообразия ионизируемых излучений, исследуемых ядерной физикой, пять видов находят применение в строительстве: это α -, β- и нейтронное излучения, которые являются корпускулярными, т. е. потоками частиц, а также у- и рентгеновское излучения, представляющие собой электромагнитные волны высокой частоты.
Альфа-излучение является потоком ядер гелия Не, испускаемых при радиоактивном распаде ядер некоторых веществ. Обладая сравнительно большой массой и зарядом, частица интенсивно взаимодействует с встречающимися на ее пути движения молекулами вещества, ионизирует их и быстро теряет свою энергию. Длина пробега α -частицы в воздухе составляет от 2 до 12 см, при этом на 1 см пути образуется около 50 000 пар ионов. С повышением плотности материала проникающая способность излучения резко уменьшается, в твердых веществах длина пробега α -частицы не превышает нескольких микрон. Установлено, что α -частицы можно задерживать обычным листом бумаги.
Бета-излучение состоит из потока электронов или позитронов ядерного происхождения, возникающих при радиоактивном распаде ядер. Вследствие значительно меньшей массы и большей скорости распространения, ионизирующая способность β -частиц низка, а проникающая способность выше, чем α -частиц. Длина пробега электрона в воздухе достигает 160 см, в биотканях — 2,5 см; свинце —0,04 см; при этом он создает в воздухе всего 50 пар ионов на 1 см пути. Поток β -частиц задерживается металлической фольгой.
Нейтронное излучение является потоком электронейтральных частиц ядра. Поскольку нейтрон не имеет электрического заряда, он не ионизирует атомы и летит прямолинейно, пока не столкнется с каким-либо ядром или электроном, поэтому, благодаря отсутствию электрического заряда первичное излучение нейтрона имеет большую проникающую способность. При столкновении с нейтроном ядра атомы могут переходить в возбужденное состояние и испускать различные виды ионизирующих излучений — альфа, бета и гамма. Так называемое вторичное излучение нейтрона оказывает сильное ионизирующее воздействие на вещество, которое в совокупности с первичным и определяет высокую ионизирующую способность потока нейтронов. Ослабление нейтронного излучения эффективно осуществляется на ядрах легких элементов, особенно на водороде, а также на материалах, которые содержат эти ядра — вода, парафин, полиэтилен и др.
Рентгеновское и γ -излучения представляют электромагнитные волны, которые способны глубоко проникать в вещество. Ионизирующие возможности их невелики и примерно такие же, как и у β --излучения. Замедление рентгеновского и γ -излучения наиболее интенсивно происходит на тяжелых элементах, например свинце (пробег 20...25 см), железе, тяжелом бетоне и других материалах.
В ядерной физике существует большое количество параметров, характеризующих поля ионизирующих излучений.
Для охраны труда практический интерес представляют понятия дозы и мощности дозы, которые определяют количество ионизирующего излучения. Различают экспозиционную, поглощенную и эквивалентную дозы излучения.
Экспозиционная доза характеризует излучение по эффекту ионизации и выражает энергию излучения, преобразованную в кинетическую энергию заряженных частиц в единице массы атмосферного воздуха. В системе СИ экспозиционная доза выражается кулон/кг (Кл/кг), внесистемной единицей гамма- или рентгеновского излучения является рентген (Р). 1 Р соответствует образованию 2,1·109 пар ионов в 1 см3 воздуха при 0 °С и давлении 760 мм рт. ст. 1P соответствует 2,58·10-4 Кл/кг.
Поглощенная доза дает количественную оценку действия, производимого любым ионизационным излучением в любом облученном веществе, и показывает, какое количество энергии излучения поглощено в единице массы облучаемого вещества. За единицу поглощенной дозы в системе СИ принят грэй (Гр). 1 Гр равняется дозе излучения, при которой в 1 кг вещества поглощается энергия, равная 1 Дж. Внесистемной единицей поглощенной дозы является рад - энергия в 100 эрг, поглощенная 1Г вещества (1рад= = 0,01 Гр).
Эквивалентная доза вводится для оценки радиационной безопасности облучения человека от разных видов излучения и определяется как произведение поглощенной дозы на коэффициент качества излучения k
Дэкв = Дпогл·k.
Коэффициент качества дает количественную оценку биологического действия каждого вида излучения, которая зависит от его ионизирующей способности:
| Вид излучения | Значения |
| Гамма- и рентгеновское ……………… | |
| Бета-частицы ………………………….. | |
| Нейтроны с энергией до 20 кэВ ……. | |
| Нейтроны с энергией 0,1 — 10 МэВ … | |
| Альфа-частицы...................................... |
Для излучений, k которых равен единице, т. е. для гамма-, бета- и рентгеновского излучений, значения поглощенной и эквивалентной доз будут равны. В системе СИ эквивалентная доза измеряется в зивертах (Зв), внесистемной единицей служит бэр (биологический эквивалент рада), 1 Зв=100 бэр.
Важной характеристикой ионизирующих излучений является мощность дозы, которая показывает, какую дозу облучения получает среда за единицу времени. Большинство дозиметрических приборов измеряет мощность экспозиционной дозы. По ее значению можно судить об изменении интенсивности из лучения. В системе СИ единицей мощности экспозиционной дозы является ампер на килограмм (А/кг), мощности поглощенной дозы — Гр/с, мощности эквивалентной дозы — Зв/с. Внесистемными единицами служат соответственно Р/с, рад/с и бэр/с.