Свойства основных видов ионизирующих излучений.

Занятие 9. Чрезвычайные ситуации, связанные с действием ионизирующих излучений.

Классификация ионизирующих излучений.

Ионизирующими излучениями называют поток частиц или квантов, способных прямо или косвенно вызывать возбуждение и ионизацию атомов и молекул в облученном объекте. Ионизацией называется отрыв электронов от атома, при котором образуется пара ионов (+ и -).

Согласно современной классификации (Ярмоненко С.П., 1985) различают следующие группы ионизирующих излучений.

I. По наличию массы покоя:

1. Электромагнитные излучения (не имеют массы покоя):

- рентгеновское излучение,

- гамма-излучение.

2. Корпускулярные излучения (имеют массу покоя):

- бета-частицы (позитроны, электроны);

- протоны (ядра водорода);

- альфа-частицы (ядра атома гелия);

- нейтроны;

II. По наличию заряда:

1. Электрически нейтральные излучения:

- рентгеновское излучение;

- гамма-излучение;

- нейтроны.

2. Потоки заряженных частиц

- альфа,

- бета-частицы.

III. По плотности ионизации:

- Редкоионизирующие (рентгеновское, гамма-излучение).

- Плотноионизирующие (бета-, альфа-частицы, нейтроны).

Плотноионизирующие излучения обладают большей биологической эффективностью вследствие более выраженного лучевого поражения клеток и тканей организма и снижения их способности к пострадиационному восстановлению.

Свойства основных видов ионизирующих излучений.

Альфа-частицы (a) – представляют собой поток ядер атома гелия, состоящих из двух протонов и двух нейтронов (₂⁴Не), имеют массу покоя 4 аем (атомные единицы массы) и положительный заряд +2. Скорость их движения составляет около 20 000 км /с, т.е. в 35 000 раз быстрее, чем современные самолёты. Альфа-частицы обладают сильной ионизирующей способностью, дают высокую плотность ионизации (на 1 см пути в воздухе образуют до 40 000 и более пар ионов). Пробег их в воздухе равен 5-11 см, в биологические ткани проникают на глубину до 0,1 мм; они задерживаются даже листком бумаги. Альфа- частицы входят в состав космических лучей у Земли (6%).

Бета-частицы (b^-,b⁺) – это поток электронов, имеющих отрицательный заряд –1 или положительный +1 и очень небольшую массу покоя, в 1840 раз меньше массы протона. Их скорость составляет 200000 - 300000 км/с, приближаясь к скорости света.. Пробег в воздухе достигает 10-20 м, в биологические ткани они проникают на глубину 1-2 см.

Гамма-излучение (g) – это коротковолновое электромагнитное излучение, аналогичное рентгеновским лучам, состоящее из потока гамма-квантов энергии – фотонов, то есть элементарных частиц электрически нейтральных, не имеющих массы покоя, поэтому обладающих большой проникающей плотностью в различные материалы и биологические ткани. Через тело человека они проходят беспрепятственно. По свойствам оно близко к рентгеновскому излучению, но обладает значительно большей скоростью (распространяется со скоростью света) и энергией.

Поток нейтронов (п) – это поток нейтральных частиц с массой равной массе протона (масса покоя 1,009 аем). Быстрые нейтроны так же обладают большой проникающей способностью. Нейтроны обладают различной скоростью, в среднем меньше скорости света. Нейтроны, являясь электрически нейтральными частицами, обладают, как и гамма лучи, большой проникающей способностью. Ослабление потока нейтронов в основном происходит за счет столкновения с ядрами других атомов и за счет захвата нейтронов ядрами атомов. Так при столкновении с легкими ядрами нейтроны в большей степени теряют свою энергию, но легкие водородосодержащие вещества такие как: вода, парафин, ткани тела человека, сырой бетон, почва, являются лучшими замедлителями и поглотителями нейтронов.

Измерение дозы ионизирующих излучений

Экспозиционная доза – полный электрический заряд образующихся ионов одного знака в единице массы воздуха. Единицы измерения: в Международной системе единиц – кулон на кг (Кл/кг), внесистемная единица – рентген (Р)

Поглощенная доза – количество энергии излучения, поглощенной единицей массы вещества. Единицы измерения в Международной системе единиц Грей (Гр) – поглощенная доза излучения, переданная массе облучаемого вещества в 1 кг и измеряемая энергией в 1 Дж (джоуль), внесистемная единица – рад (радиационная адсорбированная доза). 1 Дж/кг = 1 Гр = 100 рад.

Поглощенная и экспозиционная дозы излучений, отнесенные к единице времени, называются мощностью поглощенной и экспозиционной доз и измеряется в единицах рентген/час, рад/ч и т.д. Уровнем радиации называется мощность экспозиционной дозы.

В связи с тем, что тяжесть нарушений различна в зависимости от типа излучения, знания поглощенной дозы недостаточно для оценки радиационной опасности. Измерить поглощенную дозу непосредственно в живой ткани чрезвычайно трудно, и даже если бы удалось проделать такие измерения, их ценность оказалась бы невелика. Реакция живого организма на облучение определяется не столько поглощенной дозой, сколько распределением энергии по чувствительным структурам живых клеток (молекулярный и клеточный уровни). В связи с чем, возникла потребность в формулировке измеримой величины, учитывающей не только выделение энергии, но и биологические последствия облучения. Из соображений простоты и удобства, биологические эффекты, вызванные любыми ионизирующими агентами, принято сравнивать с воздействием на живой организм рентгеновского или гамма- излучения. Удобство определяется тем, что для рентгеновского излучения заданные дозы и их мощность сравнительно легко воспроизводимы и достоверно измеряемы. Все эти процедуры становятся заметно сложнее для других типов излучений.

С целью сравнения воздействия последних с биологическими эффектами рентгеновского и гамма - излучений, вводится так называемая эквивалентная доза, которая определяется как произведение поглощённой дозы на коэффициент (Q) зависящий от вида излучения. Для гамма- излучений Q = 1, для быстрых нейтронов Q = 10, при облучении альфа- частицами Q =20.

Эквивалентная доза измеряется в бэрах (бэр - биологический эквивалент рада), под которым понимают такую же степень ионизации в тканях, которую создает 1 рад гамма-излучения. Таким образом, для рентгеновского излучения, 1 рад поглощенной дозы соответствует 1 бэру. В Международной системе единиц используется единица измерения Зиверт (Зв): 1 Зв = 100 бэр.

Пример: предельно допустимая доза (ПДД) для персонала, работающего с радиоактивными веществами, установлена в 5 бэр/год или примерно 100 мбэр/неделя. При этом имеется в виду облучение всего тела, как говорят, тотальное облучение. Для населения установлен предел дозы за год в десять раз меньший - 500 мбэр/год.