Единицы физических величин и их размерность

Наименование Обозначения: Размерность:

измеряемых величин: "СГС" "СИ"

 

путь (расстояние) l сантиметр (см) метр (м)

масса М грамм (г) килограмм (кг)

скорость V см \ мин м \ с

ускорение W см \ мин² м \ с²

сила f г × см \ мин² кг × м \ с²

Дина (дин) Ньютон (н)

энергия Е г × см² \ мин² кг × м² \ с²

Эрг Джоуль (Дж)

С понятием сила (f) связано и такое понятие, как электрический заряд (количество электричества) - заряд, который с равным ему в пустоте на расстоянии в 1 см взаимодействует силой в одну Дину (4,8 × 10^-10 эл.ст.ед. или 1,6 × 10^-19 Кл).

 

электрический J электро статические Кулон (Кл)

заряд единицы (эл.ст.ед)

1,0 = 3,33562×10^-10 Кл

В ядерной физике наряду с обычными единицами измерения энергии (эрг, Джоуль) применяется и особая единица, которой условились измерять энергию ядерных частиц - электрон-вольт (эВ). Если электрон пробегает разницу потенциалов в один вольт, не претерпевая на пути никаких потерь энергии, то он приобретает кинетическую энергию равную 1,6×10^-12 Эрг или 1,6×10^-19 Дж.

Таким образом, один электрон-вольт равен кинетической энергии, приобретаемой частицей с зарядом в 1 элементарную электрическую единицу (4,8 × 10^-10 эл.ст.ед.) под действием, ускоряющего ее движение электрического поля, с разностью потенциалов в один вольт. Соотношения этой и других единиц измерения энергии будут следующими:

1 эВ = 1,6×10^-12 Эрг. = 1,6×10^-19 Дж. = 3,83×10^-20 калории.

В электрон-вольтах оценивают энергию не только заряженных, но и нейтральных частиц и, в частности, фотонов рентгеновского и гамма-излучений. Так энергия фотонов света имеет величину порядка 1 эВ, энергия квантов рентгеновского излучения в 1 000 - 1 000 000 раз больше.

При описании ядерных явлений используют кратные значения единицы: кило электрон-вольт (кэВ), мега электрон-вольт (МэВ). Энергия большинства квантов и заряженных частиц, испускаемых в ходе радиоактивных превращениях составляет от 10 кэВ до 1,5 МэВ.

 

"Коль что-то учишь - вникни в суть, коль делаешь - окончи дело,

Ведь полузрелое ничуть того не лучше, что незрело..."

РАДИОАКТИВНОСТЬ. Разновидность внутриядерных процессов, возникающих под влиянием избыточных энергий в ядрах, находящихся в возбужденном состоянии. При этом носителем избыточной энергии может быть любой нуклон. Процесс, представляющий собой переход ядер атомов из возбужденного состояния в основное, длящийся по времени - больше времени существования компаунд-ядер (более 10^-12 секунды).

Ядра, находящиеся в возбужденном состоянии дольше чем 10^-12 секунды), условно называются - радиоактивными ядрами, а сам процесс их освобождения от избыточных энергий - процессом радиоактивного распада. В отличие от ядерных реакций - процессов освобождения от избыточных энергий, так называемых, «временно возбужденных ядер » (компаунд-ядер).

Необходимость выделения ядерных реакций в особую группу превращений обусловлена следующими факторами:

- очень велик и многообразен набор вариантов превращений испытываемых компаунд-ядрами (особенно для больших энергий возбуждения), что существенно затрудняет их применение в практической деятельности;

- теряет всякий смысл классификация радиоактивных превращений по виду испускаемых излучений;

- очень короткий период их жизни.

РАДИОАКТИВНОЕ ВЕЩЕСТВО. Вещество, имеющее в своем составе природные или искусственные радиоактивные ядра атомов (радионуклиды), называют - радиоактивным.

ОСНОВНОЙ ЗАКОН РАДИОАКТИВНОГО РАСПАДА. По прошествии времени, количество активных атомов в радиоактивном веществе постепенно снижается (как следствие происходящих в нем радиоактивных превращений). Изменение численности активных атомов во времени - общее свойство для всех разновидностей внутриядерных превращений, подчиняющееся закону, получившему название - основной закон радиоактивного распада.

Радиоактивные превращения возникают не сразу во всех ядрах, несущих избыточную энергию, а постепенно, с характерной для каждого радионуклида скоростью. Каждую секунду из общего числа радиоактивных атомов превращения испытывает только их определенная часть. Но каждый радиоактивный атом рано или поздно претерпевает превращение. Закон, по которому уменьшается количество радиоактивных атомов, прост: половина любого количества атомов данного радиоактивного вещества распадается через одинаковое время. Отсюда для характеристики любого радиоактивного элемента принято пользоваться величиной, называемой периодом его полураспада.

Период полураспада (Тфиз), как основная физическая характеристика радионуклида - это промежуток времени, в течение которого распадается половина начального количества атомов. Значения периодов полураспада колеблются в самых широких пределах от ничтожных долей секунд до многих миллиардов лет. Для каждого радионуклида период его полураспада величина постоянная и не может быть изменена никакими воздействиями из вне.

Таким образом, основной закон радиоактивного распада может быть озвучен следующим образом: " в каждую единицу времени у каждого отдельного радионуклида испытывают радиоактивные превращения лишь определенная доля (часть) общего количества возбужденных ядер, своя для каждого радионуклида, не изменяющаяся во времени ".

Эта доля (часть) ядер, распадающихся за каждую единицу времени и, не зависящая от численности возбужденных ядер и прошедшего времени, отражающая скорость уменьшения количества возбужденных ядер данного радионуклида и получила название его «постоянной распада ».

Радиоактивное превращение отдельного атома событие случайностное, поскольку заранее невозможно точно предсказать в какой момент времени оно произойдет. Однако можно указать среднюю вероятность радиоактивного превращения его отдельного атома за единицу времени (λ). Ее значение не будет зависеть ни от времени существования ядра в возбужденном состоянии, ни от числа радиоактивных ядер в препарате, ни от условий, в которых находится препарат. Она будет зависеть исключительно от свойств самого ядра атома. Чем большая доля (часть) ядер испытывают превращение за единицу времени, тем большая вероятность превращения для каждого отдельного ядра данного радионуклида.

Таким образом, вероятность превращения каждого отдельного ядра конкретного радионуклида также будет отражать его постоянную радиоактивного распада, оцениваясь уже в обратных единицах времени (с^-1, мин^-1, час^-1 и т.д.).

Чаще всего именно в ней (в вероятности радиоактивного превращения отдельного атома конкретного радионуклида за единицу времени) и характеризуют постоянную его распада (так, для радия-226 постоянная распада составляет 1,372 × 10^-11 с^-1, а для натрия-24 - 1,292 × 10^-5 с^-1).

В свою очередь, в ероятность распада отдельного ядра атома определяет его основную физическую характеристику – период полураспада. Чем больше величина периода полураспада радионуклида, тем меньшая будет вероятность распада для каждого его отдельного ядра: λ (с^-1) = 0,693 × T_физ (в секундах).

Общее количество радиоактивных атомов в препаратах и образцах, с которыми обычно имеют дело в ядерно-медицинских исследованиях очень велико, однако, если это число рассчитать, то исходя из полученного значения и постоянной радиоактивного распада можно оценить активность данного препарата, т.е. количество распадающихся в нем ядер за каждую единицу времени:

A (Бк) = N ат × λ (с^-1); где:

A - активность используемого вещества (соединения);

Nат - количество атомов данного вещества в навеске;

λ (с^-1) - постоянная радиоактивного распада.

АКТИВНОСТЬ НУКЛИДА (A) - мера количества радиоактивного вещества, характеризующаяся числом радиоактивных превращений за единицу времени, т.е. скоростью радиоактивных превращений. В качестве системной или «основной » единицей активности (СИ) принято одно ядерное превращение за секунду. Единица получила свое название в честь первооткрывателя явления радиоактивности Анри Беккереля – «Беккерель» (Бк).

Специальными (внесистемными) единицами активности являются – «Резерфорд » (1Rd) - 1 000 000 распадов за секунду и «Кюри » (Кu) - 3,7×10¹⁰ распадов в секунду или 2,22×10¹² распадов в минуту.

У каждого радионуклида (с течением времени) количество возбужденных (активных) ядер непрерывно уменьшается вследствие непрерывно происходящих процессов физического распада, однако, доля (часть) их, испытывающих превращения за каждую единицу времени (от оставшейся общей численности), остается неизменной, т.е. вероятность распада для каждого ядра конкретного изотопа не изменяется. Все это и приводит к постепенному замедлению (по мере уменьшения количества радиоактивных атомов) процессов радиоактивных превращений. Убывание общего количества радиоактивных атомов будет все менее и менее интенсивным.

Отсюда - скорость радиоактивных превращений может служить косвенной характеристикой содержания оставшихся в возбужденном состоянии ядер, т.е. меры содержания (количества) радиоактивного вещества.

Активность источника изменяется во времени по показательному экспоненциальному закону (экспонента - кривая, отражающая функциональную зависимость между двумя величинами, уходящая в бесконечность, и, отражаемая уравнением: y = e^Х; где e - постоянное число, примерно равное 2,718. Знание закона радиоактивного распада позволяет довольно точно рассчитать остаточную активность любого препарата на конкретный отрезок времени: A_t = A₀ × e^{-λ t}; где A_t - остаточная активность препарата, A₀ - исходная активность препарата, λ - постоянная распада изотопа, t - время от начала распада.

ЕСТЕСТВЕННЫЕ ПРИРОДНЫЕ РАДИОНУКЛИДЫ. Такими принято считать радионуклиды, образовавшиеся и постоянно образующиеся в природе без участия человека. Это, прежде всего, долгоживущие (большой период полураспада) радиоактивные элементы, возникшие одновременно с образованием Земли – «терригенные » радионуклиды (радионуклиды земного происхождения) и «космогенные », радионуклиды постоянно образующиеся в оболочках Земли (преимущественно в атмосфере) под воздействием космической радиации. Природные радионуклиды и продукты их распада, находясь в объектах окружающей среды, являются источником внешнего облучения человека. При попадании внутрь организма (через органы дыхания, желудочно-кишечный тракт) всасываются и, в той или иной мере, задерживаются в органах и тканях, формируя дозовые нагрузки внутреннего облучения.

Плотность полей излучения над поверхностью Земли, создаваемых природными радионуклидами, определяются прежде всего величинами их содержания в грунте, где концентрация их зависит от радиоактивности почвообразующих горных пород, от процессов выщелачивания почв грунтовыми водами, сорбции радионуклидов почвами и осаждения их из почвенных вод. Так, если средний уровень мощности дозы гамма излучения на высоте 90 см над поверхностью известняка составляет примерно 0,2 мЗв в год, то над гранитной поверхностью - уже 1,5 мЗв в год.

По обобщенным данным исследований, проводимых в разных странах, годовое значение эффективной эквивалентной дозы (ЭЭД) внешнего облучения, обусловленной всеми природными радионуклидами колеблется от 0,32 мЗв до 0,81 мЗв (31,5 - 81 мБэр\год), в среднем составляя 0,41 мЗв/год. По существующим оценкам НКДАР ООН, усредненное значение годовой ЭЭД внешнего и внутреннего облучения за счет всех природных радионуклидов, содержащихся в окружающей среде, находится в пределах 1,68-1,91 мЗв (168–191 мБэр).

Терригенные радионуклиды представлены двумя основными группами (рядами): радиоактивными семействами и генетически не связанными с ними отдельными радионуклидами. Имея очень большие периоды полураспада, они обусловливают весьма постоянные значения радиационного фона конкретных территорий. Основной вклад в дозовые нагрузки из них вносят радионуклиды калия (К-40) - период полураспада 1,3 × 10⁹ лет, и радионуклиды семейств урана (U-238) и тория (Th-232) - соответствующие значения периодов полураспада 4,51 × 10⁹ лет и 1,41 × 10¹⁰ лет.

Радиоактивные семейства представлены тремя химическими элементами, являющимися родоначальниками своеобразных рядов своих дочерних продуктов (более 45 радионуклидов с периодами полураспада от 3 × 10^-7с до 2,5 × 10⁵ лет): ураном (U-238), торием (Th-232) и актинием – изотопом урана (U-235).

Уран и его дочерние продукты. В 1789 году, в год Великой французской революции, немецкий химик и натурфилософ Мартин Генрих Клапорт (1743 -1817) впервые выделяет окись урана (UO₂). Но только спустя полстолетия (в 1841 г.), французскому ученому Эжену Пелиго (1811-1890) удалось выделить уран в чистом виде.

Тяжелый металл, серо-стального цвета, плотность - 19,04 г/см³, температура плавления 1132 С°. По виду похож на серебро, по тяжести - на платину, по химическим свойствам - на вольфрам.

Природный уран состоит из смеси двух изотопов: уран-238 (99,28%) и уран-235 (0,72%). В земле его содержится довольно много, в среднем по 3 г урана в каждой тонне земной породы, т.е. больше, чем свинца, серебра и ртути вместе взятых.

В граните его еще больше - 25 г на каждую тонну. В природе известно более 200 соединений и минералов урана, среди которых, особое место занимает шестифтористый уран (UF₆) – бесцветные кристаллы которого при температуре 56,5 C° превращаются в ядовитый газ. Это единственное известное газообразное соединение урана, и не будь его, разделить изотопы урана было бы намного труднее.

Уран является родоначальником целого ряда дочерних продуктов, образующихся и распадающихся в цепочке радиоактивных превращений до момента образования стабильного свинца (Pb-206). Сейчас мы уже знаем, что все члены радиоактивного семейства урана-238 находятся в состоянии радиоактивного равновесия.

Это означает, что каждую секунду числа образующихся и распадающихся ядер атомов каждого элемента равны между собой, и что в любом минерале урана одновременно присутствуют все его дочерние продукты (17 элементов радиоактивного семейства). Интуитивно ясно, что чем короче период полураспада элемента, тем меньше его атомов находится в смеси. И строгий расчет подтверждает это.

Отношение концентраций любых двух элементов радиоактивного семейства (в их стационарной смеси) равняется отношению их периодов физического полураспада. Пример: рассчитать содержание радия в одной тонне урана, если известно, что период полураспада радия – 1602 года, а урана – 4,5 × 10⁹ лет.

1602 года ч 4,5×10⁹ лет = Х тонн Ra ч 1тонну U; Х = (1602 × 1) × 4,5×10⁹.

Таким образом, концентрация радия по отношению к урану составляет 0,356 × 10^-6 , т.е. в каждой тонне урана следует ожидать всего 0,356 г радия.

Большие залежи монацита (основного минерала, содержащего уран и торий), обнаружены в Бразилии, Китае, Индии, в США. В большом количестве урановая руда найдена в Австралии, Канаде, СССР, Чехословакии, Республике Конго, Южной Африке, США.

«Терригенные » радионуклиды, генетически не связанные с радиоактивными семействами, представлены отдельными радиоактивными элементами (средней части периодической системы Д.И.Менделеева) - калием (К-40), кальцием (Са-48), рубидием (Rb-87) и некоторыми другими. Наибольшую значимость из них представляет радиоактивный калий, являющийся природным изотопом одного из наиболее распространенного в природе элемента (доля содержания 0,0119%).

Содержание калия в земной коре превышает содержание урана и тория вместе с продуктами их распада в сотни раз. Радиоактивный калий - довольно жесткий бета-, гамма излучатель. Выход бета частиц - 89% на распад, их максимальная энергия - 1,322 МэВ; выход гамма квантов (с энергией 1,461 МэВ) - 11% на распад; полная гамма постоянная изотопа - 0,86 (Р\час., на расстоянии в1 см., от активности 1 мКи).

Калий является биогенным элементом и поступает в организм человека главным образом с пищей. Содержание радиоактивного калия в растительных продуктах в 3–10 раз меньше, чем в земной коре. Еще меньше (в 10-15 раз) его содержится в организмах животных. В рационе взрослого человека общее содержание калия составляет от 1,43 г до 6,54 г за сутки (среднее поступление - 3,3 г/сутки). Среднее значение годовой ЭЭД, обусловленной содержащимся в теле человека радиоактивным калием (по данным НКДАР ООН) принимается равным 0,18 м3в (18 мБэр).

«Космогенные » радионуклиды. Их вклад в суммарную дозу, обусловленную естественным радиационным фоном, невелик. Среди большого их числа лишь четыре радионуклида: тритий (Н-3), бериллий (Ве-7), углерод (С-14) и натрий (Nа-22) формируют некий вклад в эту величину.

В биологическом отношении к наиболее важным из них относятся радиоуглерод (С-14) и тритий (Н-3). Все они обязаны своим происхождением космическому излучению, имеющему в своем составе нейтроны различных энергий, большая часть которых, взаимодействуя с ядрами азота воздуха, дает начало радиоуглероду - чистому бета-излучателю c периодом полураспада 5730 лет и максимальной энергией бета-частиц - 0,156 МэВ.

Подобного рода процессы наблюдаются обычно на высоте более 9 км над уровнем моря. Образующийся в верхних слоях атмосферы радиоуглерод, соединяется с кислородом и образует диоксид углерода (углекислый газ), который и включается в обычный для углерода цикл обмена между атмосферой, гидросферой, почвой и органическим миром.

За многовековой период радиоуглерод равномерно распределился в стабильных изотопах углерода (C-12, C-13). Его равновесная концентрация в смеси изотопов составляет 296 Бк\кг. Атомное отношение C-14 × C-12 = 1,41×10^-12. Содержание изотопов C-13 в природной смеси составляет 1,1%. Радиоактивный углерод равномерно распределяется и в тканях живых организмов. Общее содержание углерода в организме условного человека (по данным МКРЗ) составляет 16 кг (23% от массы всего тела). Установлено, что удельная активность радиоуглерода в тканях организма человека приходит в равновесное состояние с его содержанием в углекислоте атмосферы с задержкой в 1,4 года. В связи с тем, что радиоуглерод в далеком прошлом планеты также находился в равновесном состоянии с его стабильными изотопами, и было предложено использовать (это явление) для определения возраста археологических находок биологического происхождения.

Дополнительным (техногенным) источником поступления радиоуглерода в атмосферу являются испытания ядерного оружия и эксплуатация ядерных реакторов. В ходе ядерных взрывов он образуется в результате поглощения нейтронного излучения ядрами, присутствующего в воздухе азота.

Другим, не менее важным в биологическом отношении (из космогенных радионуклидов), является тритий (Н-3) - радиоактивный изотоп водорода с периодом полураспада 12,3 года. Чистый бета-излучатель с максимальной энергией бета частиц 0,018 МэВ. Основным источником природного трития является атмосфера где он, подобно радиоуглероду, постоянно образуется (как и в гидро-, и литосферах) в результате воздействия протонов и нейтронов космического излучения с ядрами атомов азота, кислорода и аргона. Основными при этом являются ядерные реакции типа:

N-14 + n → С-12 + Н-3; О-16 + p → О-14 + Н-3.

Около 99% всего образующегося трития участвует в образовании молекул воды (НТО) и, в последующем нормальном круговороте воды в природе.

Вследствии тех же причин, которые привели к повсеместному распространению радиоуглерода, содержание трития в окружающей среде в целом постоянно и очень мало. Каждый грамм водорода в среднем содержит 3 млн. атомов трития, которые при распаде испускают 5,35×10^-3 бета-частиц \ с., что соответствует удельной активности водорода 5,3 Бк\кг. Удельная активность трития составляет 358,9 ТБк\г.

Под воздействием космической радиации в биосфере Земли также непрерывно образуются радиоактивные изотопы Be-7, Ве-10, Na-22, Na-24, Р-32, S-35 и др. Но, их вклад в дозовые нагрузки фонового облучения человека гораздо меньший и гигиенического значения, по сути дела, они не имеют. Среднемировые значения вклада в ЭЭД облучения человека за счет всех космогенных радионуклидов - 0,012 мЗв\год.

Значительную роль в формировании дозовых нагрузок от природных источников радиации играют радиоактивные эманации и их короткоживущие дочерние продукты.

Радиоактивные эманации - газообразные радиоактивные выделения. Представлены, непрерывно образующимися (в цепочках радиоактивных превращений семейств урана, тория, актиния) и, выделяющимися в окружающую среду, радиоактивными инертными газами: радоном-222 (ряд урана), радоном-220 (ряд тория) и радоном-219 (ряд актиния).

Относительно большой период полураспада (3,82 суток) и высокая способность к диффузии позволяют радону распространяться по порам и трещинам в почве, а затем, через щели и неплотности в фундаменте зданий поступать из подвалов в воздушную среду помещений, а при отсутствии надлежащей вентиляции - накапливаться там в значительных концентрациях.

В последние годы получено немало данных о том, что просачивающийся сквозь пол и неплотности в перекрытиях радон представляет собой главный источник радиоактивного облучения населения в закрытых помещениях.

Радон хорошо растворим в воде, выделяясь из нее при нагревании, может в больших количествах поступать в легкие, с вдыхаемыми водяными парами. Так, его концентрация в ванной комнате (при приеме горячей ванны) становится выше более чем в 40 раз, по сравнению с другими помещениями.

Радон проникает под землей и в природный газ, поэтому, при отсутствии достаточной вентиляции на кухне (при использовании газовой плиты), также быстро нарастает его концентрация в воздухе.

В воздух помещений радон поступает и из используемых строительных материалов (конструкций). Больше всего выделяет его кальций-силикатный шлак, фосфогипс, глинозем, гранит, пемза, красный кирпич. Менее всего - дерево, природный гипс, песок, гравий.

По оценкам Международной Комиссии по радиологической защите (МКРЗ), средняя годовая индивидуальная ЭЭД, получаемая населением за счет радона, достигает 1,0-1,24 мЗв (100-124 мБэр), что составляет примерно половину дозы от всего естественного природного радиационного фона. Проблема защиты от радона является одной из важнейших в современном мире, поскольку именно на этом направлении может быть достигнуто значительное снижение коллективной ЭЭД жителей планеты и, прежде всего, городского населения.

Концентрация радона в жилых помещениях в настоящее время подлежит контролю и довольно жесткой регламентации (во вновь строящихся и проектируемых зданиях она не должна превышать 100 Бк/м³). При концентрации радона в эксплуатируемых зданиях свыше 400 Бк\м³, ставится вопрос о переселении жильцов и перепрофилировании здания.

 

" Умей принудить сердце, нервы, тело тебе служить,

Когда в твоей груди уже давно все пусто, все сгорело,

И только воля говорит - иди!".

Изучение и оценка состояния радиационного фона местности, динамики происходящих качественных и количественных изменений его характеристик - представляет собой особо важную область знаний, ибо все живое на планете (включая человечество) с самого момента своего зарождения непрерывно испытывает его воздействие, являющееся необходимым условием и самого существования, и процессов нормального развития. Любые изменения его воздействия неизменно находят свой отклик со стороны живых организмов, вызывая (в первую очередь) напряжение физиологических регуляторных механизмов, а при их исчерпании - и механизмов адаптации.

ЕСТЕСТВЕННЫЙ ПРИРОДНЫЙ РАДИАЦИОННЫЙ ФОН МЕСТНОСТИ (ЕПРФ) представлен излучением космоса (реликтовым галактическим, солнечной радиацией, излучением радиационных поясов Земли), а также излучением естественных (природных) радионуклидов, рассеянных в земной коре, почве, воде, воздухе, в животных и растительных продуктах биосферы.

Природный (естественный) радиационный фон, воздействуя на все население земного шара имеет относительно постоянный уровень и не включает в себя дозы облучения лиц, работающих непосредственно с источниками ионизирующих излучений или, находящихся в сфере их воздействия (по условиям размещения рабочих мест, проживания), при использовании данных источников в учреждениях и (или) их удалении в окружающую среду.

Девственного значения естественного (природного) радиационного фона на Земле давно уже не существует. Последние столетия прослеживается тенденция неуклонного роста его значений, особо отчетливо проявляющаяся, за последние десятилетия. Изменения эти связаны в первую очередь с деятельностью людей, приводящей к перераспределению содержания естественных (природных) радионуклидов в биосфере, лежащей в основе формирования т.н." технологически измененного" естественного радиационного фона местности (ТИЕРФ), за счет:

- непрерывного роста содержания природных радионуклидов, поступающих в биосферу вместе с извлекаемыми из недр Земли на ее поверхность полезными ископаемыми;

- поступления в окружающую среду долгоживущих природных радионуклидов с другими продуктами сгорания органического топлива;

- увеличения доли применения в строительной практике материалов, с более высоким содержанием природных радионуклидов, по сравнению с деревом и пр.

Широкое внедрение искусственных источников радиации, не существовавших в природе ранее в деятельность общества, неизбежно, вызывающих загрязнение окружающей среды (ядерная энергетика, последствия радиационных и ядерных аварий, испытания и применение ядерного оружия с его продуктами ядерных взрывов, проведение космических программ исследований...), - все это обусловливает формирование (в дополнение к природному), искусственного радиационного фона местности (ИРФ).

Космическая радиация, включающая в себя: реликтовое (галактическое) излучение космоса, солнечную радиацию и излучения радиационных поясов Земли, представлена первичным и вторичным космическим излучением.

Первичное космическое излучение - поток высокоэнергетических (заряженных) частиц межзвездного пространства и солнечной энергии, пронизывающих земную атмосферу. Большая часть первичного космического излучения образуется в момент звездных взрывов в пределах нашей галактики, так называемое реликтовое галактическое излучение, отличающееся огромной энергией частиц, достигающей 100 ЭэВ (1 × 10²⁰ эВ).

Свой вклад в первичное космическое излучение вносит и солнечная радиация. Её непредвидимые мощные потоки энергии, достигающие 450 МэВ, сопровождающие солнечные корпускулярные события - " вспышки " на Солнце.

Обычно температура поверхности Солнца составляет около 5700° С, но изредка какая-нибудь область его поверхности достигает температуры в миллион и более градусов. Проявляется подобная активность обычно в виде возникновения на его поверхности пятен, время от времени превращающихся во вспышки. Развиваются солнечные вспышки быстро (в считанные минуты). Их невозможно предсказать, за исключением того, что они имеют тенденцию

к повторяемости через 11-летние циклы. Так пики солнечной активности наблюдались в 1981, 1992, 2003 г.г., причем на протяжении половины времени в каждом из них активность была наименьшей. В отличие от галактического излучения, солнечная космическая радиация чрезвычайно неустойчива (хотя приблизительно и связана с 11-летними циклами активности Солнца). Формирование солнечных корпускулярных событий носит вероятностный характер, и никогда нет гарантии в том, что в данный момент времени не произойдет солнечной вспышки. Ионизирующая компонента солнечной энергии представлена главным образом протонами широкого энергетического диапазона. Иногда в их потоках наблюдаются (и в значительных количествах) альфа-частицы. Первые заряженные частицы способны достичь земной поверхности уже через 15 минут после того, как вспышка на поверхности Солнца станет видимой. Времени, для предупреждения их воздействия, таким образом, мало.

Вращаясь, планета захватывает и удерживает многие заряженные частицы космического пространства, образуя своеобразные слои, располагающиеся (в соответствии с массой заряженных частиц) по силовым линиям магнитного поля. Эти слои заряженных частиц и получили название " радиационных поясов " Земли, или пояса Ван Аллена. Энергия этих частиц достигает 50 МэВ.

Предположения о существовании радиационных поясов высказывались задолго до их реального наблюдения, но даже и не предполагалось, что они будут такими мощными, формируя высокие уровни облучения.

Даже при обычном вертикальном подъеме (в области экватора) от уровня моря, мощность дозы ионизирующей радиации быстро и значительно нарастает по мере увеличения высоты до 1100 км, сохраняя потом более или менее постоянное значение до высоты 11000 км. К счастью состоят они в основном из электронов и протонов, не имеющих особо высокой энергии и практически непроницаемых для алюминиевых экранов воздушных и космических кораблей.

Первичная космическая радиация представлена протонным излучением (92%) и альфа излучением (7%). Лишь 0.78% приходится на долю ядер с массой до 20 а.е.м. и зарядом до 10 единиц - ядра лития (Li), бериллия (Ве), бора (В), углерода (С), азота (N), кислорода (О), фтора (F), неона (Ne), а 0,22% - на ядра с большим зарядом и массой, которые в свою очередь, подразделяются на " тяжелые частицы " - от натрия (Na) до железа (Fе) и частицы "HZE" - от кобальта (Со) и до конца таблицы Менделеева. Присутствие ядер тяжелых элементов, обладающих колоссальной энергией представляет уникальное явление, характерное для космоса, не воспроизводимое на Земле и, к сожалению, еще малоизученное, а опыт работы с искусственными источниками радиации на него не распространяется.

Интенсивность первичного космического излучения начинает снижаться уже на высоте 45-50 км над уровнем моря, как следствие их взаимодействия с ядрами атомов атмосферы (на уровне моря его интенсивность составляет уже не более 0,05% от первоначальной величины), формируя вторичную космическую радиацию, более сложного состава (представлены практически все известные в настоящее время элементарные частицы).

Образующиеся в ходе взаимодействия с атмосферой частицы и кванты, в свою очередь вызывают каскад последующих ядерных превращений, приводящих к значительному возрастанию плотности поля излучений, максимальное значение которой, наблюдается на высоте 20-30 км (в районе экватора) над уровнем моря. На меньшей высоте - процессы поглощения излучений становятся преобладающими над процессами его образования. У самой поверхности Земли космическое излучение в основном представлено уже продуктами этого взаимодействия: фотонами, электронами и позитронами с энергией до 100 МэВ,а также, мю-мезонами с энергией до 6ОО МэВ. В небольшом количестве присутствуют и нейтроны с энергией 10-15 МэВ.

На уровень космической радиации (у поверхности Земли) влияют геомагнитная широта местности и барометрическое давление. Так повышение атмосферного давления приводит к уменьшению значений космического фона в среднем на 0,35% на каждый мм.рт.ст. Изменение мощности излучения в зависимости от географической широты обусловлено тем, что Земля - как гигантский магнит, отклоняет своим магнитным полем заряженные космические частицы. Часть их, отклоняясь, пролетает мимо планеты, однако, большинство - закручивается по траекториям, приближаясь к поверхности Земли (в виде воронки) в районе полюсов. Этим и объясняются низкие уровни космического излучения вблизи экватора и более высокие - в области полюсов. А также и феномен северного сияния, возникающего при прохождении интенсивных потоков космической радиации в районе полюсов.

Относительно постоянной сохраняется интенсивность космического излучения на географической широте между 15° по обе стороны экватора, а затем, по мере движения к северной или южной широте (до 50°), быстро возрастает, после чего вновь практически остается неизменной, вплоть до самих полюсов.

Так, находящиеся на уровне моря вблизи экватора получают наименьшую дозу космической радиации, исчисляемую приблизительно как 0,35 мЗв за год. В географических областях, расположенных на уровне моря, но на удалении от экватора (например, на широте около 50°), доза космического излучения составляет уже около 0,5 мЗв за год. Такую дозу получают жители Лондона, Москвы, Нью-Йорка, Токио, Торонто, Сиэтла и др.

Однако, гораздо большая зависимость мощности космического излучения прослеживается от высоты расположенияместности над уровнем моря. На больших высотах атмосфера слишком разрежена, чтобы поглощать лучи, идущие из космоса, а следовательно, интенсивность последних значительно выше. Так жители высокогорных районов, получают дозу космического излучения, приблизительно равную уже 0,9 мЗв в год. Наиболее поднятые над уровнем моря и обитаемые области Земли располагаются на высоте, близкой к 4500 м. Здесь дозы облучения из космоса возрастают до 3 мЗв в год. На вершине Эвереста (8848 м над уровнем моря), высочайшей точки земной поверхности, соответствующий показатель составляет приблизительно 8 мЗв в год.

Однако, в реальности, большая часть городов, в которых проживает основное население Земли, расположено примерно на полпути между экватором и зонами полюсов, причем на высоте, близкой к уровню моря. Вблизи полюсов нет крупные городов, так же как и нет их на большой высоте. В результате этого средняя мощность дозы космического излучения для жителей Земли составляет около 0,39 мЗв в год, испытывая незначительные колебания в виде некой (циклической) повторяемости.

"Ум - как сабля. Если ежедневно не точить - затупиться"

ИОНИЗИРУЮЩИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ - излучения, состоящие из заряженных и незаряженных частиц (к которым также относятся и фотоны), входящие в состав солнечной и космической радиации (выделяемые, по их специфическим свойствам, в отдельную "ионизирующую" область спектра). К ионизирующей радиации относятся также и излу