1 Теоретическая часть

Радиоактивностью называется самопроизвольное превращение неустойчивых изотопов одного химического элемента в изотоп другого элемента, сопровождающееся испусканием элементарных частиц или ядер.

Исследования радиоактивного излучения показали, что оно имеет сложный состав и содержит три вида лучей - альфа, бета, гамма.

 - лучи. - ядра атома гелия .

 - лучи - тяжелые частицы с малой проникающей способностью. Длина пробега -частицы в воздухе составляет примерно 3-9 см, в биологической ткани  0,05 мм.

Скорости с которыми -частицы вылетают из распавшегося ядра колеблются для разных ядер в пределах 1,410⁷ до 210⁷ м/с.

-частицы имеют большую ионизирующую способность: на пути пробега в воздухе образуется от 100 000 до 300 000 пар ионов.

 - лучи - легкие частицы с большой проникающей способностью. Бета-лучи представляют собой поток летящих электронов. Их скорость близка к скорости света  270 000 км/с. Длина пробега -частиц в воздухе в зависимости от энергии может достигать 1 м и даже больше, они проникают в биологическую ткань на глубину 0,3 - 0,5 см.

Алюминиевая пластинка, толщиной 1,5 мм полностью задерживает -излучение. На своем пути пробега -частицы образуют от 1 000 до 50 000 пар ионов.

- лучи. По своим свойствам  -лучи напоминают рентгеновские, но обладают большой проникающей способностью. Скорость распространения  -лучей около 3·10⁸ м/с, Е = 20 МэВ, как и у всех электромагнитных волн. Путь пробега в воздухе превышает 100 м. Это излучение проходит сквозь тело человека. Для защиты от -излучения применяют бетонные стены толщиной 1,5 - 2,0 м или преграды из материалов со значительным поглощением, например, свинец. Для двукратного ослабления -излучения с энергией с энергией 0,1 МэВ и 2 МэВ необходим слой свинца толщиной соответственно 0,12 мм и 1,4 мм.

Ионизирующее излучение (ИИ) – это излучение, взаимодействие которого со средой приводит к образованию в этой среде ионов разных знаков и свободных радикалов.

Согласно современной теории существует 2 вида излучений:

– волновое (квантовое);

– корпускулярное.

К волновому виду относятся электромагнитные излучения с разной (обычно короткой) длинной волны - рентгеновские и -излучение.

Природ­ным источником -излучения является солнце. Это излучение поглощается земной атмосферой. Если бы это не происходило, то рентгенов­ское излучение пагубно действовало на все живое на земле.

Искусственное рентгеновское излучение создается с помощью специальных аппаратов (ус­корителей) для использования в медицинских целях, а также возникает при ядерных реакциях.

К корпускулярному виду излучений относятся излучения ней­тральных частиц - нейтроны, нейтрино и различных заряженных частиц таких как - альфа, бета-частицы, протоны и другие.

Пучки заряженных элементарных частиц, ядра легких элементов, ионов оказывают ионизирующее воздействие на вещество, через которые они про­ходят. Опосредованное ионизирующее воздействие оказывают и нейтраль­ные частицы, прежде всего нейтроны: в результате взаимодействия этих час­тиц с ядрами веществ испускаются ядром протон и гамма-квант, которые и вызывают ионизацию среды.

-излучение обладает наименьшей ионизирующей способностью.

-излучение не является самостоятельным видом излучения. Возникает излучение при делении тяжелых ядер.

В дозиметрии радиационное воздействие оценивается следующими характеристиками: проникающей способностью и ионизирующей способностью.

-излучение обладает наименьшей проникающей способностью и наибольшей ионизирующей способностью, чем  и  -излучение.

-излучение обладает наибольшей проникающей способностью, но наименьшей ионизирующей, чем -излучение.

-излучение обладает наибольшей проникающей способностью, чем - и -излучение и наименьшей ионизирующей, чем -излучение.

Хотя радиационные воздействия в той или иной мере сопровождают человека с давних времен, но все же по своей природе радиация вредна для организма, особенно, в случае превышения допустимых норм. Мера воздействия ионизирующего излучения на вещество не поддается простому определению из-за сложности и многообразия возбуждаемых при этом процессов.

Одним из важных условий радиационной безопасности является выявление количест­венной связи между уровнем воздействия и теми эффектами в окружающей среде, которые обусловлены ионизирующим излучением. Эти связи выявля­ются с помощью понятий различных доз облучения:

– экспозиционной дозы Х;

– поглощенной дозы Д;

– эквивалентной дозы Н^Т _R;

– эффективной дозы Hэ.

Экспозиционная доза Х.

Гамма-излучение или рентгеновское излучение образует в воздухе опре­делённое количество пар ионов. Именно для них и определена экспозицион­ная доза, которая является количественной характеристикой поля ионизи­рующего излучения. Она зависит от величины ионизации сухого воздуха при атмосферном давлении в 101,3 кПА (760 мм рт. ст.).

Экспозиционная доза Х - это величина отношения суммарного заряда всех ионов одного знака, которые образуются рентгеновским или гамма-излучением в некотором объёме, к массе воздуха в этом объёме.

Дозу облучения обусловленную воздействием рентгеновского или гамма-излучения, используют для оценки радиационной обстановки на местности, в производственных или жилых помещениях.

Единицей экспозиционной дозы в СИ является 1 кулон делённый на 1 кг облучённого воздуха - 1 Кл/кг.

Старой (внесистемной) единицей экспозиционной дозы является рентген (Р).

1Рентген - такая доза облучения рентгеновским или гамма-излучением, при прохождении которого через 1,29•10^-6 кг (1см³) воздуха при температуре 0^оС, давления 101,3 кПа (760 мм рт. ст.), в результате завершения всех ионизационных процессов, вызванных этими излучениями, образуется заряд равный 3,34• 10^-10 Кл каждого знака, что соответствует возникновению 2 млрд. ( 2,08• 10⁹) пар ионов

Доза в 1 Р накапливается за 1 час на расстоянии 1 м от источника радия массой в 1г, то есть активностью в 1 Ки.

Применяются и более мелкие единицы: миллирентген (мР) и микрорент­ген (мкР).

1 мР = 10^-3 Р, 1 мкР= 10^-6 P.

Соотношение между старой и новой единицей измерения экспозиционной дозы:

1 Р = 2,58 · 10^-4 Кл/кг, 1 Кл/кг = 3876 Р.

Учитывая, что экспозиционная доза накапливается во времени, на практике используется и понятие мощность экспозиционной дозы, которая характеризует интенсивность излучения.

Мощность экспозиционной дозы – отношение приращения экспозиционной дозы dХ за интервал времени dt к этому интервалу.

Мощность дозы, измеренная на высоте 70–100 см от поверхности земли, часто называют уровнем радиации. Нормальный радиационный фон (мощность экспозиционной дозы) не превышает 20 мкР/ч .

Поглощённая доза (D погл).

Экспозиционная доза характеризует поле радиации вокруг объектов. Воздействие же на объект (организм) оказывает только та часть радиации, которую этот объект или организм поглотил. Поэтому наиболее удобной ха­рактеристикой, которая определяет степень воздействия излучения на объ­ект, является поглощенная энергия излучения.

Поглощённая доза - это количество энергии Е, переданное веществу ионизирующим излучением любого вида в пересчете на единицу массы м любого вещества.

Д = dE /dm

Эту дозу измеряют в греях (Гр). Один грей соответствует поглощению одного джоуля (Дж) энергии в одном килограмме вещества

1 Гр = 1 Дж/1кг

Прежде для измерений поглощенной дозы применялась единица - рад.

100 рад = 1 Грей

Измерить поглощенную дозу в человеческом организме трудно. Для этого нужны тканеэквивалентные детекторы - органические вещества, вода, сложные композиции, ткани, подобные по составу, которые размещают в полостях тела или в его моделях - фантомах.

Эквивалентная доза (Н^Т _R ).

При одной и той же поглощённой дозе разные виды излучения вызывают не одинаковые повреждения биологических объектов. Это объясняется их разной способностью к ионизации вещества. Биологический эффект зависит не только от дозы облучения, но и от вида ионизирующего излучения. Например, при облучении альфа-частицами тела человека вероятность заболеть раком выше, при облучении бета-частицами или гамма лучами. Поэто­му для биологической «средней» ткани введена характеристика - эквивалентная доза. Введена для оценки последствий облучения биологической ткани малыми дозами (дозами не превышающими 5 предельно допустимых доз при облучении всего тела человека), то есть 250 мЗв/год.

Эквивалентная доза излучения – поглощенная доза в органе или ткани Т, умноженная на соответствующий коэффициент качества излучения W_R данного вида излучения R.

Н^Т _R = D^Т _R·W_R,

где D^Т _R – средняя поглощенная доза биологической тканью излучением R;

W_R – взвешивающий коэффициент качества излучения R (альфа-частиц, бета-частиц, гамма-квантов и др.), учитывающий относительную эффективность различных видов излучения в индуцировании биологических эффектов (таблица 2.2).

Таблица 2.2 Взвешивающие коэффициент качества излучения R

Как вы видите из таблицы, рентгеновское или гамма-излучение и бета-излучение повреждают живой организм примерно одинаково и для них W_R = 1.

Для альфа-излучения W_R = 20. Это означает, что альфа-излучение, которое попадает внутрь организма в 20 раз более опасное.

При воздействии различных видов излучений одновременно с различными взвешивающими коэффициентами эквивалентная доза определяется как сумма эквивалентных доз для всех этих видов излучения R:

Н^Т _R = Σ Н^Т _R

В системе СИ единицей эквивалентной дозы излучения является Зиверт (Зв).

Применяются и более мелкие единицы: миллизиверт (мЗв) и микрозиверт (мкЗв).

1 мЗв = 10^-3 Зв , 1 мкЗв = 10^-6 Зв.

Однако применяется и внесистемная единица эквивалентной дозы излучения – биологический эквивалент рентгена (бэр.)

1 Зв = 100 бэр

Мощность эквивалентной дозы МЭД.

Значения мощности эквивалентной дозы часто применяют для измерения мощности дозы внешнего облучения.

Мощность эквивалентной дозы показывает, какую дозу от воздействия внешнего гамма-излучения можно получить человек, находясь в данной точке пространства в единицу времени.

МЭД в органе или ткани равна производной от эквивалентной дозы по времени.

Единицей измерения мощности эквивалентной дозы является микрозиверт в час. Так, например, МЭД при обследовании помещения составило 0,10 мкЗв/час.

Особенности действия излучения на организм

1. Высокая эффективность поглощенной дозы. Малые количества поглощенной энергии излучения могут вызвать глубокие биологические изменения в организме.

2. Наличие скрытого или инкубационного периода проявления действия ионизирующего излучения. Продолжительность его сокращается при облучении в больших дозах.

3. Действие от малых доз может суммироваться или накапливаться. Эффект кумуляции.

4. Излучение воздействует не только на данный живой организм, но и на его потомство. Генетический эффект.

5. Различные органы живого организма имеют свою чувствительность к облучению. При ежедневном воздействии дозы 0,002 - 0,05 Гр уже наступают изменения в крови.

5. Не каждый организм в целом одинаково реагирует на облучение.

6. Облучение зависит от частоты. Одноразовое облучение большой дозой вызывает более глубокие последствия, чем фракционные.

Радиоактивное излучение не имеет ни запаха, ни цвета. Поэтому его можно обнаружить только с помощью специальных приборов - дозиметров, радиометров-дозиметров.

Результаты исследования динамики загрязнения почв и движения радионуклидов по пищевым цепям, проведенные НИИ, свидетельствуют о том, что ожидать в ближайшее время самоочищения почвы и улучшения радиологического качества продуктов нет оснований. Поэтому за качеством продуктов и воды необходим радиационный контроль.