ВИДЫ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ И ИХ СВОЙСТВА

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