ВходИонизирующее излучение: виды и действие на организм человека
Радиация - излучение (от radiare - испускать лучи) - распространение энергии в форме волн или частиц. Свет, ультрафиолетовые лучи, инфракрасное тепловое излучение, микроволны, радиоволны представляют собой разновидность радиации. Часть излучений получили название ионизирующих, благодаря своей способности вызывать ионизацию атомов и молекул в облучаемом веществе.
Ионизирующее излучение - излучение, взаимодействие которого со средой приводит к образованию ионов разных знаков. Это поток частиц или квантов, способных прямо или косвенно вызывать ионизацию окружающей среды. Ионизирующее излучение объединяет разные по своей физической природе виды излучений. Среди них выделяются элементарные частицы (электроны, позитроны, протоны, нейтроны, мезоны и др.), более тяжелые многозарядные ионы (a-частицы, ядра бериллия, лития и других более тяжелых элементов); излучения, имеющие электромагнитную природу (g-лучи, рентгеновские лучи).
Различают два типа ионизирующих излучений: корпускулярное и электромагнитное.
Корпускулярное излучение - представляет собой поток частиц (корпускул), которые характеризуются определенной массой, зарядом и скоростью. Это электроны, позитроны, протоны, нейтроны, ядра атомов гелия, дейтерия и др.
Электромагнитное излучение - поток квантов или фотонов (g-лучи, рентгеновские лучи). Оно не имеет ни массы, ни заряда.
Различают также непосредственно и косвенно ионизирующие излучения.
Непосредственно ионизирующее излучение - ионизирующее излучение, состоящее из заряженных частиц, имеющих кинетическую энергию, достаточную для ионизации при столкновении ( , частица и др.).
Косвенно ионизирующее излучение - ионизирующее излучение, состоящее из незаряженных частиц, и фотонов которые могут создавать непосредственно ионизирующее излучение и (или) вызвать ядерные превращения (нейтроны, рентгеновские и g-излучения).
Основными свойствами ионизирующих излучений является способность при прохождении через любое вещество вызывать образования большого количества свободных электронов и положительно заряженных ионов (т.е. ионизирующая способность).
Частицы или квант высокой энергии выбивают обычно один из электронов атома, который уносит с собой единичный отрицательный заряд. При этом оставшаяся часть атома или молекулы, приобретя положительный заряд (из-за дефицита отрицательно заряженной частицы), становится положительно заряженным ионом. Это так называемая первичная ионизация.
Выбитые при первичном взаимодействии электроны, обладая определенной энергией, сами взаимодействуют со встречными атомами, превращают их в отрицательно заряженный ион (происходит вторичная ионизация ). Электроны, которые потеряли в результате столкновений свою энергию, остаются свободными. Первый вариант (образование положительных ионов) происходит лучше всего с атомами, у которых на внешней оболочке имеется 1-3 электрона, а второй (образование отрицательных ионов) - с атомами, у которых на внешней оболочке имеется 5-7 электронов.
Таким образом, ионизирующий эффект - главное проявление действия радиации высоких энергий на вещество. Именно поэтому радиация и называется ионизирующей (ионизирующими излучениями).
Ионизация возникает как в молекулах неорганического вещества, так и в биологических системах. Для ионизации большинства элементов, которые входят в состав биосубстратов (это значит для образования одной пары ионов) необходимо поглощение энергии в 10-12 эВ (электрон-вольт). Это так называемый потенциал ионизации . Потенциал ионизации воздуха равен в среднем 34 эВ.
Таким образом, ионизирующие излучения характеризуются определенной энергией излучения, измеряемой в эВ. Электрон-вольт (эВ) - это внесистемная единица энергии, которую приобретает частица с элементарным электрическим зарядом при перемещении в электрическом поле между двумя точками с разностью потенциалов в 1 вольт.
1эВ=1,6 х 10-19 Дж = 1,6 х 10-12 эрг.
1кэВ (килоэлектрон-вольт) = 103 эВ.
1МэВ (мегаэлектрон-вольт) = 106 эВ.
Зная энергию частиц, можно подсчитать, сколько пар ионов они способны образовать на пути пробега. Длина пути - полная длина траектории частицы (какой бы сложной она не была бы). Так, если частица обладает энергией в 600 кэВ, то она может образовать в воздухе около 20000 пар ионов.
В тех случаях, когда энергии частицы (фотона) недостаточно для того, чтобы преодолел притяжение атомного ядра и вылетел за пределы атома, (энергия излучений меньше потенциала ионизации) ионизация не происходит. , приобретя излишек энергии (так называемый возбужденный ), на доли секунды переходит на более высокий энергетический уровень, а затем скачком возвращается на прежнее место и отдает излишнюю энергию в виде кванта свечения (ультрафиолетового или видимого). Переход электронов с внешних орбит на внутренние сопровождается рентгеновским излучением.
Однако, роль возбуждения в воздействии радиации второстепенная в сравнении с ионизацией атомов, поэтому общепринято название радиации высоких энергий: «ионизирующая », что подчеркивает ее главное свойство.
Второе название радиации - «проникающая
» - характеризует способность излучений высокой энергии, прежде всего, рентгеновских и
g-лучей, проникать в глубину вещества, в частности, в тело человека. Глубина проникновения ионизирующего излучения зависит, с одной стороны, от природы излучения, заряда составляющих его частиц и энергии, а с другой - состава и плотности облучаемого вещества.
Ионизирующие излучения обладают определенной скоростью и энергией. Так, b-излучение и g-излучение распространяются со скоростью, близкой к скорости света. Энергия, например, a-частиц колеблется в пределах 4-9 МэВ.
Одной из важных особенностей биологического воздействия ионизирующей радиации является невидимость, неощутимость. В этом и заключается их опасность, человек ни визуально, ни органолептически не может обнаружить воздействие излучений. В отличие от лучей оптического диапазона и даже радиоволн, которые вызывают в определенных дозах нагревание тканей и ощущение тепла, ионизирующие излучения даже в смертельных дозах нашими органами чувств не фиксируется. Правда, у космонавтов наблюдались косвенные проявления действия ионизирующей радиации - ощущение вспышек при закрытых глазах - за счет массивной ионизации в сетчатке глаза. Таким образом, ионизация и возбуждение - основные процессы, в которых тратится энергия излучений, поглощаемая в облучаемом объекте.
Возникшие ионы исчезают в процессе рекомбинации, это значит воссоединения положительных и отрицательных ионов, в котором образуются нейтральные атомы. Как правило, процесс сопровождается образованием возбуждаемых атомов.
Реакции с участием ионов и возбужденных атомов имеют чрезвычайно важное значение. Они лежат в основе многих химических процессов, в том числе и биологически важных. С ходом этих реакций связываются отрицательные результаты воздействия радиации на организм человека.
Ионизирующая радиация представляет собой особый вид лучистой энергии, возбуждающей в облучаемой среде процесс ионизации. Источниками ионизирующего излучения являются рентгеновские трубки, мощные высоковольтные и ускорительные установки, но главным образом радиоактивные вещества - естественные (уран, торий, радий) и искусственные (изотопы).
Радиоактивность - самопроизвольный процесс распада ядер атомов, в результате которого возникают излучения - электромагнитные и корпускулярные.
Основные виды работ, связанные с источниками ионизирующих излучений: гамма-дефектоскопия металлов и изделий, работы на рентгеновских аппаратах в медицинских учреждениях и в технических лабораториях, применение изотопов для контроля за производственными процессами, эксплуатация промышленных и научных мощных высоковольтных и ускорительных установок, использование атомных реакторов, применение радиоактивных веществ и излучений в медицинских учреждениях с диагностической и лечебной целью, добыча радиоактивных руд.
При работе с радиоактивными веществами, помимо внешнего облучения, может иметь место попадание радиоактивных элементов внутрь организма через легкие (вдыхание радиоактивной пыли или газов) и через желудочно-кишечный тракт. Некоторые вещества могут проникать через кожу.
Радиоактивные вещества, задержавшиеся в организме, разносятся кровью по различным тканям и органам, становясь в последних источником внутреннего облучения. Скорость выведения радиоактивных веществ из организма различна; быстрее выделяются хорошо растворимые вещества. Особенно опасны долгоживущие изотопы, так как, попав в организм, они могут в течение всей жизни пострадавшего быть источником ионизирующего излучения.
Виды излучения
При распаде ядра радиоактивных веществ испускают 4 вида излучения: а-, B-, у-лучи и нейтроны.
а-лучи - поток положительно заряженных частиц, обладающих большой массой (ядра атомов гелия). Внешнее облучение а-частицами мало опасно, так как они проникают в тканы неглубоко, поглощаются роговым слоем эпителия кожи. Попадание а-излучателей внутрь организма представляет большую опасность, так как происходит непосредственное облучение клеток энергией большой мощности.
B-лучи - поток частиц с отрицательным зарядом (электронов). B-лучи обладают большей проникающей способностью, чем а-лучи, их пробег в воздухе в зависимости от энергии составляет от долей сантиметра до 10-15 м, в воде, в тканях - от долей миллиметра до 1 см.
У-лучи представляют собой электромагнитные излучения высокой частоты. По своим свойствам они близки к рентгеновским лучам, но обладают меньшей длиной волны.
Энергия у-лучей варьирует в широких пределах. В зависимости от энергии у-лучи условно делятся на мягкие (0,1-0,2 МэВ), средней жесткости (0,2-1 МэВ), жесткие (1-10 МэВ) и сверхжесткие (свыше 10 МэВ).
Этот вид излучения является наиболее проникающим и наиболее опасным при внешнем облучении.
Нейтроны - частицы, не имеющие заряда. Они обладают большой проникающей способностью. Под влиянием нейтронного облучения элементы, входящие в состав тканей (такие, как фосфор и др.), могут стать радиоактивными.
Биологическое действие
Ионизирующая радиация вызывает сложные функциональные и морфологические изменения в тканях и органах. Под ее влиянием молекулы воды, входящей в состав тканей и органов, распадаются с образованием свободных атомов и радикалов, которые обладают большой окислительной способностью. Продукты радиолиза воды действуют на активные сульфгидрильные группы (SH) белковых структур и переводят их в неактивные - бисульфидные. В результате нарушается деятельность различных ферментных систем, ведающих синтетическими процессами, происходит подавление и извращение последних. Ионизирующая радиация действует также непосредственно на молекулы белков и липидов, оказывая денатурирующее действие. Ионизирующая радиация может вызывать в организме местные (ожоги) и общие (лучевая болезнь) поражения.
Предельно допустимая доза
Предельно допустимая доза (ПДД) облучения для всего организма (при непосредственной работе с источниками ионизирующего облучения) установлена в 0,05 Дж/кг (5 бэр) в течение одного года. В отдельных случаях допускается получение в течение одного квартала дозы до 0,03 Дж/кг, или 3 бэр (при сохранении общей дозы облучения в течение года в 0,05 Дж/кг, или 5 бэр). Такое повышение дозы не допускается для женщин моложе 30 лет (для них максимальная доза облучения в течение квартала 0,013 Дж/кг, или 1,3 бэр).
Ионизирующее излучение - это любое излучение, вызывающее ионизацию среды, т.е. протекание электрических токов в этой среде, в том числе и в организме человека, что часто приводит к разрушению клеток, изменению состава крови, ожогам и другим тяжелым последствиям.
Источники ионизирующих излучений
Источниками ионизирующих излученийявляются радиоактивные элементы и их изотопы , ядерные реакторы , ускорители заряженных частиц и др. Рентгеновские установки и высоковольтные источники постоянного тока относятся к источникам рентгеновского излучения . Здесь следует отметить, что при нормальном режиме их эксплуатации радиационная опасность незначительна. Она наступает при возникновении аварийного режима и может долго проявлять себя при радиоактивном заражении местности.
Существенную часть облучения население получает от естественных источников радиации: из космоса и от радиоактивных веществ, находящихся в земной коре. Наиболее весомым из этой группы является радиоактивный газ радон, залегающий практически во всех грунтах и постоянно выделяющийся на поверхность, а главное, проникающий в производственные и жилые помещения. Он почти не проявляет себя, так как не имеет запаха и бесцветен, что затрудняет его обнаружение.
Ионизирующие излучения разделяются на два вида: электромагнитное (гамма-излучение и рентгеновское излучение) и корпускулярное, представляющее собой a- и β-частицы, нейтроны и др.
Виды ионизирующих излучений
Ионизирующими называют излучения, взаимодействие которых со средой приводит к образованию ионов различных знаков. Источники этих излучений широко используются в атомной энергетике, технике, химии, медицине, сельском хозяйстве и т. п. Работа с радиоактивными веществами и источниками ионизирующих излучений представляет потенциальную угрозу здоровью и жизни людей, которые участвуют в их использовании.
К ионизирующим относятся два вида излучений:
1) корпускулярное (α- и β-излучения, нейтронное излучение);
2) электромагнитное (γ-излучение и рентгеновское).
Альфа-излучение - это поток ядер атомов гелия, испускаемых веществом при радиоактивном распаде вещества или при ядерных реакциях. Значительная масса α-частиц ограничивает их скорость и увеличивает число столкновений в веществе, поэтому α-частицы обладают высокой ионизирующей способностью и малой проникающей способностью. Пробег α-частиц в воздухе достигает 8÷9 см, а в живой ткани - несколько десятков микрометров. Это излучение не представляет опасности до тех пор, пока радиоактивные вещества, испускающие a- частицы, не попадут внутрь организма через рану, с пищей или вдыхаемым воздухом; тогда они становятся чрезвычайно опасными.
Бета -излучение - это поток электронов или позитронов, возникающих при радиоактивном распаде ядер. По сравнению с α-частицами β-частицы обладают значительно меньшей массой и меньшим зарядом, поэтому у β-частиц выше проникающая способность, чем у α-частиц, а ионизирующая способность ниже. Пробег β-частиц в воздухе составляет 18 м, в живой ткани - 2,5 см.
Нейтронное излучение - это поток ядерных частиц, не имеющих заряда, вылетающих из ядер атомов при некоторых ядерных реакциях, в частности при делении ядер урана и плутония. В зависимости от энергии различают медленные нейтроны (с энергией менее 1 кЭВ), нейтроны промежуточных энергий (от 1 до 500 кЭВ) и быстрые нейтроны (от 500 кэВ до 20 МэВ). При неупругом взаимодействии нейтронов с ядрами атомов среды возникает вторичное излучение, состоящее как из заряженных частиц, так и из γ-квантов. Проникающая способность нейтронов зависит от их энергии, но она существенно выше, чем у α-частиц или β-частиц. Для быстрых нейтронов длина пробега в воздухе составляет до 120 м, а в биологической ткани - 10 см.
Гамма-излучение представляет собой электромагнитное излучение, испускаемое при ядерных превращениях или взаимодействии частиц (10 20 ÷10 22 Гц). Гамма-излучение обладает малым ионизирующим действием, но большой проникающей способностью и распространяется со скоростью света. Оно свободно проходит через тело человека и другие материалы. Это излучение может задержать лишь толстая свинцовая или бетонная плита.
Рентгеновское излучение также представляет собой электромагнитное излучение, возникающее при торможении быстрых электронов в веществе (10 17 ÷10 20 Гц).
Понятие о нуклидах и радионуклидах
Ядра всех изотопов химических элементов образуют группу «нуклидов». Большинство нуклидов нестабильны, т.е. они все время превращаются в другие нуклиды. Например, атом урана-238 время от времени испускает два протона и два нейтрона (a-частицы). Уран превращается в торий-234, но торий также нестабилен. В конечном итоге эта цепочка превращений оканчивается стабильным нуклидом свинца.
Самопроизвольный распад нестабильного нуклида называется радиоактивным распадом, а сам такой нуклид - радионуклидом.
При каждом распаде высвобождается энергия, которая и передается дальше в виде излучения. Поэтому можно сказать, что в определенной степени испускание ядром частицы, состоящей из двух протонов и двух нейтронов, - это a-излучение, испускание электрона - β-излучение, и, в некоторых случаях, возникает g-излучение.
Образование и рассеивание радионуклидов приводит к радиоактивному заражению воздуха, почвы, воды, что требует постоянного контроля их содержания и принятия мер по нейтрализации.
Задача (для разогрева):
Расскажу я вам, дружочки,
Как выращивать грибочки:
Нужно в поле утром рано
Сдвинуть два куска урана...
Вопрос: Какова должна быть общая масса кусков урана, чтобы произошел ядерный взрыв?
Ответ (для того, чтобы увидеть ответ - нужно выделить текст) : Для урана-235 критическая масса составляет примерно 500 кг., если взять шарик такой массы, то диаметр такого шара будет равен 17 см.
Радиация, что это?
Радиация (в переводе с английского "radiation") - это излучение, которое применяется не только в отношении радиоактивности, но и для ряда других физических явлений, например: солнечная радиация, тепловая радиация и др. Таким образом, в отношении радиоактивности необходимо использовать принятое МКРЗ (Международной комиссией по радиационной защите) и правилами радиационной безопасности словосочетание "ионизирующее излучение".
Ионизирующее излучение, что это?
Ионизирующее излучение - излучение (электромагнитное, корпускулярное), которое вызывает ионизацию (образование ионов обоих знаков) вещества (среды). Вероятность и количество образованных пар ионов зависит от энергии ионизирующего излучения.
Радиоактивность, что это?
Радиоактивность – излучение возбужденных ядер или самопроизвольное превращение неустойчивых атомных ядер в ядра других элементов, сопровождающееся испусканием частиц или γ -кванта (ов). Трансформация обычных нейтральных атомов в возбужденное состояние происходит под воздействием внешней энергии различного рода. Далее возбужденное ядро стремится снять избыточную энергию путем излучения (вылет альфа-частицы, электронов, протонов, гамма-квантов (фотонов), нейтронов), до достижения стабильного состояния. Многие тяжелые ядра (трансурановый ряд в таблице Менделеева - торий, уран, нептуний, плутоний и др.) изначально находятся в нестабильном состоянии. Они способны спонтанно распадаться. Этот процесс также сопровождается излучением. Такие ядра называются естественными радионуклидами.
На этой анимации наглядно показано явление радиоактивности.
Камера Вильсона (пластиковый бокс охлажденный до -30 °C) наполнена паром изопропилового спирта. Жюльен Саймонпоместил в нее 0,3-cm³ кусок радиоактивного урана (минерала уранинит). Минерал излучает α-частицы и бета-частицы, так как он содержит U-235 и U-238. На пути движения α и бета частиц находятся молекулы изопропилового спирта.
Поскольку частицы заряжены (альфа – положительно, бета – отрицательно), то они могут отрывать электрон от молекулы спирта (альфа частица) или добавить электроны молекулам спирта бета частицы). Это, в свою очередь, дает молекулам заряд, который затем привлекает незаряженные молекулы вокруг них. Когда молекулы собираются в кучу, то получаются заметные белые облака, что прекрасно видно на анимации. Так мы легко можем проследить пути выбрасываемых частиц.
α-частицы создают прямые, густые облака, в то время как бета-частицы создают длинные.
Изотопы, что это?
Изотопы – это разнообразие атомов одного и того же химического элемента, располагающие разными массовыми числами, но включающие одинаковый электрический заряд атомных ядер и, следовательно, занимающие в периодической системе элементов Д.И. Менделеева единое место. Например: 131 55 Cs, 134 m 55 Cs, 134 55 Cs, 135 55 Cs, 136 55 Cs, 137 55 Cs. Т.е. заряд в большей степени определяет химические свойства элемента.
Существуют изотопы устойчивые (стабильные) и неустойчивые (радиоактивные изотопы) – спонтанно распадающиеся. Известно около 250 стабильных и около 50 естественных радиоактивных изотопов. Примером устойчивого изотопа может служить 206 Pb, являющийся конечным продуктом распада естественного радионуклида 238 U, который в свою очередь появился на нашей Земле в начале образования мантии и не связан с техногенным загрязнением.
Какие виды ионизирующего излучения существуют?
Основными видами ионизирующего излучения, с которыми чаще всего приходится сталкиваться, являются:
- альфа-излучение;
- бета-излучение;
- гамма-излучение;
- рентгеновское излучение.
Конечно, имеются и другие виды излучения (нейтронное, позитронное и др.), но с ними мы встречаемся в повседневной жизни заметно реже. Каждый вид излучения обладает своими ядерно-физическими характеристиками и как следствие – различным биологическим воздействии на организм человека. Радиоактивный распад может сопровождаться одним из видов излучения или сразу несколькими.
Источники радиоактивности бывают природными или искусственными. Природные источники ионизирующего излучения - это радиоактивные элементы, находящиеся в земной коре и образующие природный радиационный фон вместе с космическим излучением.
Искусственные источники радиоактивности, как правило, образуются в ядерных реакторах или ускорителях на основе ядерных реакций. Источниками искусственных ионизирующих излучений могут быть и разнообразные электровакуумные физические приборы, ускорители заряженных частиц и др. Например: кинескоп телевизора, рентгеновская трубка, кенотрон и др.
Альфа-излучение (α -излучение) - корпускулярное ионизирующее излучение, состоящее из альфа-частиц (ядер гелия). Образуются при радиоактивном распаде и ядерных превращениях. Ядра гелия обладают достаточно большими массой и энергией до 10 МэВ (Мегаэлектрон-Вольт). 1 эВ = 1,6∙10 -19 Дж. Имея несущественный пробег в воздухе (до 50 см) представляют высокую опасность для биологических тканей при попадании на кожу, слизистые оболочки глаз и дыхательных путей, при попадании внутрь организма в виде пыли или газа (радон-220 и 222). Токсичность альфа-излучения, обуславливается колоссально высокой плотностью ионизации из-за высокой энергии и массы.
Бета-излучение (β -излучение) - корпускулярное электронное или позитронное ионизирующее излучение соответствующего знака с непрерывным энергетическим спектром. Характеризуется максимальной энергией спектра Е β max , или средней энергией спектра. Пробег электронов (бета-частиц) в воздухе достигает нескольких метров (в зависимости от энергии), в биологических тканях пробег бета-частицы составляет несколько сантиметров. Бета-излучение, как и альфа-излучение, представляет опасность при контактном облучении (поверхностном загрязнении), например, при попадании внутрь организма, на слизистые оболочки и кожные покровы.
Гамма-излучение (γ –излучение или гамма кванты) – коротковолновое электромагнитное (фотонное) излучение с длиной волны
Рентгеновское излучение - по своим физическим свойствам подобно гамма-излучению, но имеющее ряд особенностей. Оно появляется в рентгеновской трубке вследствие резкой остановки электронов на керамической мишени-аноде (то место, куда ударяются электроны, изготавливают, как правило, из меди или молибдена) после ускорения в трубке (непрерывный спектр - тормозное излучение) и при выбивании электронов из внутренних электронных оболочек атома мишени (линейчатый спектр). Энергия рентгеновского излучения небольшая – от долей единиц эВ до 250 кэВ. Рентгеновское излучение можно получить, используя ускорители заряженных частиц, - синхротронное излучение с непрерывным спектром, имеющим верхнюю границу.
Прохождение радиации и ионизирующих излучений через препятствия:
Чувствительность человеческого организма к воздействию радиации и ионизирующих излучений на него:
Что такое источник излучения?
Источник ионизирующего излучения (ИИИ) - объект, который включает в себя радиоактивное вещество или техническое устройство, которое создает или в определенных случаях способно создавать ионизирующее излучение. Различают закрытые и открытые источники излучения.
Что такое радионуклиды?
Радионуклиды – ядра, подверженные спонтанному радиоактивному распаду.
Что такое период полураспада?
Период полураспада – период времени, в течение которого число ядер данного радионуклида в результате радиоактивного распада снижается в два раза. Эта величина используется в законе радиоактивного распада.
В каких единицах измеряется радиоактивность?
Активность радионуклида в соответствии с системой измерений СИ измеряется в Беккерелях (Бк) – по имени французского физика, открывшего радиоактивность в 1896г.), Анри Беккереля. Один Бк равен 1 ядерному превращению в секунду. Мощность радиоактивного источника измеряется соответственно в Бк/с. Отношение активности радионуклида в образце к массе образца называется удельная активность радионуклида и измеряется в Бк/кг (л).
В каких единицах измеряется ионизирующее излучение (рентгеновское и гамма) ?
Что же мы видим на дисплее современных дозиметров, измеряющих ИИ? МКРЗ предложила для оценки облучения человека измерять дозу на глубине d, равной 10 мм. Измеряемая величина дозы на этой глубине получила название амбиентный эквивалент дозы, измеряемая в зивертах (Зв). Фактически это расчетная величина, где поглощенная доза умножена на взвешивающий коэффициент для данного вида излучения и коэффициент, характеризующий чувствительность различных органов и тканей к конкретному виду излучения.
Эквивалентная доза (или часто употребляемое понятие «доза») – равна произведению поглощенной дозы на коэффициент качества воздействия ионизирующего излучения (например: коэффициент качества воздействия гамма-излучения составляет 1, а альфа-излучения – 20).
Единица измерения эквивалентной дозы – бэр (биологический эквивалент рентгена) и его дольные единицы: миллибэр (мбэр) микробэр (мкбэр) и т.д., 1 бэр = 0,01 Дж/кг. Единица измерения эквивалентной дозы в системе СИ – зиверт, Зв,
1 Зв = 1 Дж/кг = 100 бэр.
1 мбэр = 1*10 -3 бэр; 1 мкбэр = 1*10 -6 бэр;
Поглощенная доза - количество энергии ионизирующего излучения, которое поглощено в элементарном объеме, отнесенной к массе вещества в этом объеме.
Единица поглощенной дозы – рад, 1 рад = 0,01 Дж/кг.
Единица поглощенной дозы в системе СИ – грей, Гр, 1 Гр=100 рад=1 Дж/кг
Мощность эквивалентной дозы (или мощность дозы) – это отношение эквивалентной дозы на промежуток времени ее измерения (экспозиции), единица измерения бэр/час, Зв/час, мкЗв/с и т.д.
В каких единицах измеряется альфа- и бета-излучение?
Количество альфа- и бета-излучения определяется как плотности потока частиц с единицы площади, в единицу времени - a-частиц*мин/см 2 , β-частиц*мин/см 2 .
Что вокруг нас радиоактивно?
Почти все что нас окружает, даже сам человек. Естественная радиоактивность в какой-то мере является натуральной средой обитания человека, если она не превышает естественных уровней. На планете есть участки с повышенным относительно среднего уровня радиационного фона. Однако в большинстве случаев, каких-либо весомых отклонений в состоянии здоровья населения при этом не наблюдается, так как эта территория является их естественной средой обитания. Примером такого участка территории является, например, штат Керала в Индии.
Для истинной оценки, возникающих иногда в печати пугающих цифр, следует отличать:
- естественную, природную радиоактивность;
- техногенную, т.е. изменение радиоактивности среды обитания под влиянием человека (добыча ископаемых, выбросы и сбросы промышленных предприятий, аварийные ситуации и много другое).
Как правило, устранить элементы природной радиоактивности почти невозможно. Как можно избавиться от 40 К, 226 Ra, 232 Th, 238 U,которые повсюду распространены в земной коре и находятся практически во всем, что нас окружает, и даже в нас самих?
Из всех природных радионуклидов наибольшую опасность для здоровья человека представляют продукты распада природного урана (U-238) - радий (Ra-226) и радиоактивный газ радон (Ra-222). Главными «поставщиками» радия-226 в окружающую природную среду являются предприятия, занимающиеся добычей и переработкой различных ископаемых материалов: добыча и переработка урановых руд; нефти и газа; угольная промышленность; производство строительных материалов; предприятия энергетической промышленности и др.
Радий-226 хорошо подвержен выщелачиванию из минералов содержащих уран. Этим его свойством объясняется наличие крупных количеств радия в некоторых видах подземных вод (некоторые из них, обогащенные газом радоном применяются в медицинской практике), в шахтных водах. Диапазон содержания радия в подземных водах варьируется от единиц до десятков тысяч Бк/л. Содержание радия в поверхностных природных водах значительно ниже и может составлять от 0.001 до 1-2 Бк/л.
Значительной составляющей природной радиоактивности является продукт распада радия-226 - радон-222.
Радон – инертный, радиоактивный газ, без цвета и запаха с периодом полураспада 3.82 дня. Альфа-излучатель. Он в 7.5 раза тяжелее воздуха, поэтому большей частью концентрируется в погребах, подвалах, цокольных этажах зданий, в шахтных горных выработках, и т.д.
Считается, что до 70% действия радиации на население связано с радоном в жилых зданиях.
Главным источником поступления радона в жилые здания являются (по мере возрастания значимости):
- водопроводная вода и бытовой газ;
- строительные материалы (щебень, гранит, мрамор, глина, шлаки, и др.);
- почва под зданиями.
Более подробно о радоне и прибораз для его измерения: РАДИОМЕТРЫ РАДОНА И ТОРОНА .
Профессиональные радиометры радона стоят неподъемные деньги, для бытового использования - рекомендуем Вам обратить внимание на бытовой радиометр радона и торона производства Германия: Radon Scout Home .
Что такое "черные пески" и какую опасность они представляют?
«Черные пески» (цвет варьируется от светло-желтого до красно-бурого, коричневого, встречаются разновидности белого, зеленоватого оттенка и черные) представляют собой минерал монацит - безводный фосфат элементов ториевой группы, главным образом церия и лантана (Ce, La)PO 4 , которые заменяются торием. Монацит насчитывает до 50-60% окисей редкоземельных элементов: окиси иттрия Y 2 O 3 до 5%, окиси тория ThO 2 до 5-10%, иногда до 28%. Попадается в пегматитах, иногда в гранитах и гнейсах. При разрушении горных пород содержащих монацит, он собирается в россыпях, которые представляют собой крупные месторождения.
Россыпи монацитовых песков существующие на суше, как правило, не вносят особенного изменения в получившуюся радиационную обстановку. А вот месторождения монацита находящиеся у прибрежной полосы Азовского моря (в пределах Донецкой области), на Урале (Красноуфимск) и др. областях создают ряд проблем, связанных с возможностью облучения.
Например, из-за морского прибоя за осенне-весенний период на побережье, в следствии естественной флотации, набирается существенное количество "черного песка", характеризующегося высоким содержанием тория-232 (до 15-20 тыс. Бк/кг и более), который создает на локальных участках уровни гамма-излучения порядка 3,0 и более мкЗв/час. Естественно, отдыхать на таких участках небезопасно, поэтому ежегодно проводится сбор этого песка, выставляются предупреждающие знаки, закрываются некоторые участки побережья.
Средства измерения радиации и радиоактивности.
Для измерения уровней радиации и содержания радионуклидов в разных объектах применяются специальные средства измерения:
- для измерения мощности экспозиционной дозы гамма излучения, рентгеновского излучения, плотности потока альфа и бета-излучения, нейтронов, применяются дозиметры и поисковые дозиметры-радиометры разных типов;
- для определения вида радионуклида и его содержания в объектах окружающей среды применяются спектрометры ИИ, которые состоят из детектора излучения, анализатора и персонального компьютера с соответствующей программой для обработки спектра излучения.
В настоящее время присутствует большое количество дозиметров различного типа для решения различных задач радиационного контроля и имеющие широкие возможности.
Вот для примера дозиметры, которые чаще всего используются в профессиональной деятельности:
- Дозиметр-радиометр МКС-АТ1117М
(поисковый дозиметр-радиометр) – профессиональный радиометр используется для поиска и выявления источников фотонного излучения. Имеет цифровой индикатор, возможность установки порога срабатывания звукового сигнализатора, что очень облегчает работу при обследовании территорий, проверки металлолома и др. Блок детектирования выносной. В качестве детектора применяется сцинтилляционный кристалл NaI. Дозиметр является универсальным решением различных задач, комплектуется десятком различных блоков детектирования с разными техническими характеристиками. Измерительные блоки позволяют измерять альфа, бета, гамма, рентгеновское и нейтронное излучения.
Информация о блоках детектирования и их применению:
|
Наименование блока детектирования |
Измеряемое излучение |
Основная особенность (техническая характеристика) |
Область применения |
|
БД для альфа излучения |
Диапазон измерения 3,4·10 -3 - 3,4·10 3 Бк·см -2 |
БД для измерения плотности потока альфа-частиц с поверхности |
|
|
БД для бета излучения |
Диапазон измерения 1 - 5·10 5 част./(мин·см 2) |
БД для измерения плотности потока бета-частиц с поверхности |
|
|
БД для гамма излучения |
Чувствительность 350 имп·с -1 /мкЗв·ч -1 Диапазон измерения 0,03 - 300 мкЗв/ч |
Оптимальный вариант по цене, качество, технические характеристики. Имеет широкое применение в области измерения гамма-излучения. Хороший поисковый блок детектирования для нахождения источников излучения. |
|
|
БД для гамма излучения |
Диапазон измерения 0,05 мкЗв/ч - 10 Зв/ч |
Блок детектирования имеющий очень высокий верхний порог измерения гамма-излучения. |
|
|
БД для гамма излучения |
Диапазо измерения 1 мЗв/ч - 100 Зв/ч Чувствительность 900 имп·с -1 /мкЗв·ч -1 |
Дорогой блок детектирования, обладающий высоким диапазоном измерения и отличную чувствительность. Используется для нахождения источников излучения с сильным излучением. |
|
|
БД для рентгеновского излучения |
Диапазон энергии 5 - 160 кэВ |
Блок детектирования для рентгеновского излучения. Широко применяется в медицине и установках работающих с выделением рентгеновского излучения маленькой энергии. |
|
|
БД для нейтронного излучения |
Диапазон измерения 0,1 - 10 4 нейтр/(с·см 2) Чувствительность 1,5 (имп·с -1)/(нейтрон·с -1 ·см -2) |
||
|
БД для альфа, бета, гамма и рентгеновского излучения |
Чувствительность 6,6 имп·с -1 /мкЗв·ч -1 |
Универсальный блок детектирования, который позволяет измерять альфа, бета, гамма и рентгеновское излучения. Обладает небольшой стоимостью и плохой чувствительностью. Нашел широкое примирение в области аттестация рабочих мест (АРМ), где в основном требуется проводить измерение локального объекта. |
2. Дозиметр-радиометр ДКС-96 – предназначен для измерения гамма и рентгеновского излучения, альфа излучения, бета излучения, нейтронного излучения.
Во многом аналогичен дозиметру-радиометру .
- измерение дозы и мощности амбиентного эквивалента дозы (далее дозы и мощности дозы) Н*(10) и Н*(10) непрерывного и импульсного рентгеновского и гамма-излучений;
- измерение плотности потока альфа- и бета-излучений;
- измерение дозы Н*(10) нейтронного излучения и мощности дозы Н*(10) нейтронного излучения;
- измерение плотности потока гамма-излучения;
- поиск, а так же локализация радиоактивных источников и источников загрязнений;
- измерение плотности потока и мощности экспозиционной дозы гамма-излучения в жидких средах;
- радиационный анализ местности с учетом географических координат, используя GPS;
Двухканальный сцинтилляционный бета-гамма-спектрометр предназначен для единовременного и раздельного определения:
- удельной активности 137 Cs, 40 K и 90 Sr в пробах различной окружающей среды;
- удельной эффективной активности естественных радионуклидов 40 K, 226 Ra, 232 Th в строительных материалах.
Позволяет обеспечивать экспресс-анализ стандартизованных проб плавок металла на наличие радиационного излучения и загрязнения.
9. Гамма-спектрометр на основе ОЧГ детектора Спектрометры на основе коаксиальных детекторов из ОЧГ (особо чистого германия) предназначены для регистрации гамма-излучения в диапазоне энергий от 40 кэВ до З МэВ.
Спектрометр бета и гамма излучения МКС-АТ1315
Спектрометр со свинцовой защитой NaI ПАК
Портативный NaI спектрометр МКС-АТ6101
Носимый ОЧГ спектрометр Эко ПАК
Портативный ОЧГ спектрометр Эко ПАК
Спектрометр NaI ПАК автомобильного исполнения
Спектрометр MKS-AT6102
Спектрометр Эко ПАК с электромашинным охлаждением
Ручной ППД спектрометр Эко ПАК
Ознакомиться с другими средствами измерения для измерения ионизирующего излучения, Вы можете у нас на сайте:
- при проведении дозиметрических измерений, если подразумевается их частое проведение с целью слежения за радиационной обстановкой, необходимо строго соблюдать геометрию и методику измерения;
- для увеличения надежности дозиметрического контроля нужно проводить несколько измерений (но не менее 3-х), затем рассчитать среднее арифметическое;
- при замерах фона дозиметра на местности выбирают участки, удаленные на 40 м от зданий и сооружений;
- измерения на местности проводят на двух уровнях: на высоте 0.1 (поиск) и 1.0 м (измерение для протокола – при этом следует вращать датчик с целью определения максимального значения на дисплее) от поверхности грунта;
- при измерении в жилых и общественных помещениях, измерения проводятся в на высоте 1.0 м от пола, желательно в пяти точках методом «конверта».
На первый взгляд, трудно понять, что происходит на фотографии. Из-под пола словно вырос гигантский гриб, а призрачные люди в касках как будто работают рядом с ним...
На первый взгляд, трудно понять, что происходит на фотографии. Из-под пола словно вырос гигантский гриб, а призрачные люди в касках как будто работают рядом с ним...
Нечто необъяснимо жуткое в этой сцене, и тому есть причина. Вы видите крупнейшее скопление, вероятно, самого токсичного вещества, когда-либо созданного человеком. Это ядерная лава или кориум.
В течение дней и недель после аварии на Чернобыльской атомной электростанции 26 апреля 1986 года просто зайти в помещение с такой же кучей радиоактивного материала - её мрачно прозвали "слоновья нога" - означало верную смерть через несколько минут. Даже десятилетие спустя, когда была сделана эта фотография, вероятно, из-за радиации фотоплёнка вела себя странно, что проявилось в характерной зернистой структуре. Человек на фотографии, Артур Корнеев, скорее всего, посещал это помещение чаще, чем кто-нибудь другой, так что подвергся, пожалуй, максимальной дозе радиации.
Удивительно, но, по всей вероятности, он ещё жив. История, как США получили во владение уникальную фотографию человека в присутствии невероятно токсичного материала сама по себе окутана тайной - также как и причины, зачем кому-то понадобилось делать селфи рядом с горбом расплавленной радиоактивной лавы.
Фотография впервые попала в Америку в конце 90-х, когда новое правительство получившей независимость Украины взяло под контроль ЧАЭС и открыло Чернобыльский центр по проблемам ядерной безопасности, радиоактивных отходов и радиоэкологии. Вскоре Чернобыльский центр пригласил другие страны к сотрудничеству в проектах ядерной безопасности. Министерство энергетики США распорядилось оказать помощь, направив соответствующий приказ в Pacific Northwest National Laboratories (PNNL) - многолюдный научно-исследовательский центр в Ричленде, шт. Вашингтон.
В то время Тим Ледбеттер (Tim Ledbetter) являлся одним из новичков в ИТ-отделе PNNL, и ему поручили создать библиотеку цифровых фотографий для Проекта по ядерной безопасности Министерства энергетики, то есть для демонстрации фотографий американской публике (точнее, для той крохотной части публики, которая тогда имела доступ в интернет). Он попросил участников проекта сделать фотографии во время поездок в Украину, нанял фотографа-фрилансера, а также попросил материалы у украинских коллег в Чернобыльском центре. Среди сотен фотографий неуклюжих рукопожатий чиновников и людей в лабораторных халатах, однако, есть с десяток снимков с руинами внутри четвёртого энергоблока, где десятилетием раньше, 26 апреля 1986 года, во время испытания турбогенератора произошёл взрыв.
Когда радиоактивный дым поднялся над станицей, отравляя окружающую землю, снизу сжижились стержни, расплавившись через стенки реактора и сформировав субстанцию под названием кориум.
Когда радиоактивный дым поднялся над станицей, отравляя окружающую землю, снизу сжижились стержни, расплавившись через стенки реактора и сформировав субстанцию под названием кориум .
Кориум формировался за пределами научно-исследовательских лабораторий минимум пять раз, говорит Митчелл Фармер (Mitchell Farmer), ведущий инженер-ядерщик в Аргоннской национальной лаборатории, ещё одном учреждении Министерства энергетики США в окрестностях Чикаго. Однажды кориум сформировался на реакторе Three Mile Island в Пенсильвании в 1979 году, однажды в Чернобыле и три раза при расплавлении реактора в Фукусиме в 2011 году. В своей лаборатории Фармер создал модифицированные версии кориума, чтобы лучше понять, как избежать подобных происшествий в будущем. Исследование субстанции показало, в частности, что полив водой после формирования кориума в реальности препятствует распаду некоторых элементов и образованию более опасных изотопов.
Из пяти случаев формирования кориума только в Чернобыле ядерная лава смогла вырваться за пределы реактора. Без системы охлаждения радиоактивная масса ползла по энергоблоку в течение недели после аварии, вбирая в себя расплавленный бетон и песок, которые перемешивались с молекулами урана (топливо) и циркония (покрытие). Эта ядовитая лава текла вниз, в итоге расплавив пол здания. Когда инспекторы наконец проникли в энергоблок через несколько месяцев после аварии, они обнаружили 11-тонный трёхметровый оползень в углу коридора парораспределения внизу. Тогда его и назвали "слоновьей ногой". В течение последующих лет "слоновью ногу" охлаждали и дробили. Но даже сегодня её остатки всё ещё теплее окружающей среды на несколько градусов, поскольку распад радиоактивных элементов продолжается.
Ледбеттер не может вспомнить, где конкретно он добыл эти фотографии. Он составил фотобиблиотеку почти 20 лет назад, и веб-сайт, где они размещаются, до сих пор в хорошей форме; только уменьшенные копии изображений потерялись. (Ледбеттер, всё ещё работающий в PNNL, был удивлён узнать, что фотографии до сих пор доступны в онлайне). Но он точно помнит, что никого не отправлял фотографировать "слоновью ногу", так что её, скорее всего, прислал кто-то из украинских коллег.
Фотография начала распространяться по другим сайтам, а в 2013 году на неё наткнулся Кайл Хилл (Kyle Hill), когда писал статью о "слоновьей ноге" для журнала Nautilus. Он отследил её происхождение до лаборатории PNNL. На сайте было найдено давно потерянное описание фотографии: "Артур Корнеев, зам. директора объекта Укрытие, изучает ядерную лаву "слоновью ногу", Чернобыль. Фотограф: неизвестен. Осень 1996". Ледбеттер подтвердил, что описание соответствует фотографии.
Артур Корнеев - инспектор из Казахстана, который занимался образованием сотрудников, рассказывая и защищая их от "слоновьей ноги" с момента её образования после взрыва на ЧАЭС в 1986 году, любитель мрачно пошутить. Скорее всего, последним с ним разговаривал репортёр NY Times в 2014 году в Славутиче - городе, специально построенном для эвакуированного персонала из Припяти (ЧАЭС).
Вероятно, снимок сделан с более длинной выдержкой, чем другие фотографии, чтобы фотограф успел появиться в кадре, что объясняет эффект движения и то, почему наголовный фонарь выглядит как молния. Зернистость фотографии, вероятно, вызвана радиацией.
Для Корнеева это конкретное посещение энергоблока было одним из нескольких сотен опасных походов к ядру с момента его первого дня работы в последующие дни после взрыва. Его первым заданием было выявлять топливные отложения и помогать замерять уровни радиации ("слоновья нога" изначально "светилась" более чем на 10 000 рентген в час, что убивает человека на расстоянии метра менее чем за две минуты). Вскоре после этого он возглавил операцию по очистке, когда с пути иногда приходилось убирать цельные куски ядерного топлива. Более 30 человек погибло от острой лучевой болезни во время очистки энергоблока. Несмотря на невероятную дозу полученного облучения, сам Корнеев продолжал возвращаться в спешно построенный бетонный саркофаг снова и снова, часто с журналистами, чтобы оградить их от опасности.
В 2001 году он привёл репортёра Associated Press к ядру, где уровень радиации был 800 рентген в час. В 2009 году известный беллетрист Марсель Теру написал статью для Travel + Leisure о своём походе в саркофаг и о сумасшедшем провожатом без противогаза, который издевался над страхами Теру и говорил, что это "чистая психология". Хотя Теру именовал его как Виктора Корнеева, по всей вероятности человеком был Артур, поскольку он опускал такие же чёрные шутки через несколько лет с журналистом NY Times.
Его нынешнее занятие неизвестно. Когда Times нашло Корнеева полтора года назад, он помогал в строительстве свода для саркофага - проекта стоимостью $1,5 млрд, который должен быть закончен в 2017 году. Планируется, что свод полностью закроет Убежище и предотвратит утечку изотопов. В свои 60 с чем-то лет Корнеев выглядел болезненно, страдал от катаракт, и ему запретили посещение саркофага после многократного облучения в предыдущие десятилетия.
Впрочем, чувство юмора Корнеева осталось неизменным . Похоже, он ничуть не жалеет о работе своей жизни: "Советская радиация, - шутит он, - лучшая радиация в мире" .
1. Ионизирующие излучения, их виды, природа и основные свойства.
2. Ионизирующие излучения, их особенности, основные качества, единицы измерения. (2 в 1)
Для лучшего восприятия последующего материала необходимо вспом-
нить некоторые понятия.
1. Ядра всех атомов одного элемента имеют одинаковый заряд, то есть содер-
жат одинаковое число положительно заряжённых протонов и различное ко-
личество частиц без заряда - нейтронов.
2. Положительный заряд ядра, обусловленный количеством протонов, уравно-
вешивается отрицательным зарядом электронов. Поэтому атом электрически
нейтрален.
3. Атомы одного и того же элемента с одинаковым зарядом, но различным
числом нейтронов называются ИЗОТОПАМИ.
4. Изотопы одного и того жеэлемента имеют одинаковые химические, но раз-
личные физические свойства.
5. Изотопы (или нуклиды) по своей устойчивости делятся на стабильные и
распадающиеся, т.е. радиоактивные.
6. Радиоактивность - самопроизвольное превращение ядер атомов одних эле-
ментов в другие, сопровождающееся испусканием ионизирующих излуче-
7. Радиоактивные изотопы распадаются с определённой скоростью, измеряе-
мой периодом полураспада, то есть временем, когда первоначальное число
ядер уменьшается вдвое. Отсюда радиоактивные изотопы подразделяются на
короткоживущие (период полураспада исчисляется от долей секунды до не-
скольких дней) и долгоживущие (с периодом полураспада от нескольких ме-
сяцев до миллиардов лет).
8. Радиоактивный распад не может быть остановлен, ускорен или замедлен ка-
ким-либо способом.
9. Скорость ядерных превращений характеризуется активностью, т.е. числом
распадов в единицу времени. Единицей активности является беккерель
(Бк)- одно превращение в секунду. Внесистемная единица активности -
кюри (Ки), в 3,7 х 1010 раз большая, чем беккерель.
Различают следующие виды радиоактивных превращений: корпуску-
лярные и волновые.
К корпускулярным относят:
1. Альфа-распад. Характерен для естественных радиоактивных элементов с
большими порядковыми номерами и представляет собой поток ядер гелия,
несущих двойной положительный заряд. Испускание альфа-частиц различ-
ной энергии ядрами одного и того же вида происходит при наличии различ-
ных энергетических уровней. При этом возникают возбуждённые ядра, ко-
торые переходя в основное состояние, испускают гамма-кванты. При взаи
модействии альфа-частиц с веществом их энергия расходуется на возбужде-
ние и ионизацию атомов среды.
Альфа-частицам присуща самая большая степень ионизации - образо-
вание 60000 пар ионов на пути в 1 см воздуха. Сначала траектория частиц
гии, столкновение с ядрами), что увеличивает плотность ионизации в конце
пути частицы.
Обладая относительно большой массой и зарядом, альфа-частицы
имеют незначительную проникающую способность. Так, для альфа-частицы
с энергией 4 Мэв длина пробега в воздухе составляет 2,5 см, а биологиче-
ской ткани 0,03мм. Альфа-распад приводит к уменьшению порядкового но-
мера вещества на две единицы и массового числа на четыре единицы.
Пример: ----- +
Альфа-частицы рассматриваются как внутренние облучатели. За-
щита: папиросная бумага, одежда, алюминиевая фольга.
2. Электронный бета-распад. Характерен как для естественных, так и для
искусственных радиоактивных элементов. Ядро испускает электрон и воз-
никает при этом ядро нового элемента при неизменном массовом числе и с
большим порядковым номером.
Пример: ----- + ē
Когда ядро испускает электрон, это сопровождается выбросом нейтрино
(1/2000 массы покоя электрона).
При испускании бета-частиц ядра атомов могут находиться в возбуждённом
состоянии. Переход их в невозбуждённое состояние сопровождается испус-
канием гамма-квантов. Длина пробега бета-частицы в воздухе при 4 Мэв 17
см, при этом образуется 60 пар ионов.
3. Позитронный бета-распад. Наблюдается у некоторых искусственных ра-
диоактивных изотопов. Масса ядра практически не изменяется, а порядко-
вый номер уменьшается на единицу.
4. К-захват орбитального электрона ядром. Ядро захватывает электрон с К-
оболочки, при этом из ядра вылетает нейтрон и возникает характеристиче-
ское рентгеновское излучение.
5. К корпускулярным излучениям относят также нейтронные. Нейтроны-не
имеющие заряда элементарные частицы с массой, равной 1. В зависимости
от их энергии различают медленные (холодные, тепловые и надтепловые)
резонансные, промежуточные, быстрые, очень быстрые и сверхбыстрые
нейтроны. Нейтронное излучение самое короткоживущее: через 30-40 се-
кунд нейтрон распадается на электрон и протон. Проникающая способность
потока нейтронов сравнима с таковой для гамма-излучения. При проникно-
вении нейтронного излучения в ткани на глубину 4-6 см, образуется наве-
дённая радиоактивность: стабильные элементы становятся радиоактивными.
6. Самопроизвольное деление ядер. Этот процесс наблюдается у радиоактив-
ных элементов с большим атомным номером при захвате их ядрами медлен-
ных электронов. Одни и те же ядра образуют различные пары осколков с из-
быточным количеством нейтронов. При делении ядер выделяется энергия.
Если нейтроны вновь используются для последующего деления других ядер,
реакция будет цепной.
В лучевой терапии опухолей применяются пи-мезоны - элементарные ча-
стицы с отрицательным зарядом и массой, в 300 раз превышающей массу элек-
трона. Пи-мезоны взаимодействуют с ядрами атомов лишь в конце пробега, где
они разрушают ядра облучаемой ткани.
Волновые виды превращений.
1. Гамма-лучи. Это поток электромагнитных волн длиной от 0,1 до 0,001
нм. Скорость их распространения близка к скорости света. Проникающая
способность высокая: они могут проникать не только через тело челове-
ка, но и через более плотные среды. В воздухе величина пробега гамма-
лучей достигает нескольких сотен метров. Энергия гамма-кванта почти в
10000 раз выше энергии кванта видимого света.
2. Рентгеновские лучи. Электромагнитное излучение, искусственно полу-
чаемые в рентгеновских трубках. При подаче высокого напряжения на
катод, из него вылетают электроны, которые с большой скоростью дви-
жутся к антикатоду и ударяются о его поверхность, изготовленную из тя-
жёлого металла. Возникает тормозное рентгеновское излучение, облада-
ющее высокой проникающей способностью.
Особенности радиационного излучения
1. Ни один источник радиоактивного излучения не определяется ни одним ор-
ганом чувств.
2. Радиоактивное излучение является универсальным фактором для различных наук.
3. Радиоактивное излучение является глобальным фактором. В случае ядерного
загрязнения территории одной страны действие радиации получают и другие.
4. При действии радиоактивного излучения в организме развиваются специфи-
ческие реакции.
Качества, присущие радиоактивным элементам
и ионизирующему излучению
1. Изменение физических свойств.
2. Способность к ионизации окружающей среды.
3. Проникающая способность.
4. Период полураспада.
5. Период полувыведения.
6. Наличие критического органа, т.е. ткани, органа или части тела, облучение
которых может принести наибольший ущерб здоровью человека или его
потомству.
3. Этапы действия ионизирующих излучений на организм человека.
Действие ионизирующей радиации на организм
Непосредственные прямые нарушения в клетках и тканях, происходящие
вслед за излучением, ничтожны. Так, например, при действии облучения, вы-
зывающего смерть подопытного животного, температура в его организме по-
вышается всего лишь на одну сотую долю градуса. Однако при действии ра-
диоактивного излучения в организме возникают весьма серьёзные разнообраз-
ные нарушения, которые следует рассматривать поэтапно.
1. Физико-химический этап
Явления, которые происходят на этом этапе, называются первичными или
пусковыми. Именно они определяют весь дальнейший ход развития лучевых
поражений.
Сначала ионизирующие излучения взаимодействуют с водой, выбивая из
её молекул электроны. Образуются молекулярные ионы, несущие положитель-
ные и отрицательные заряды. Идёт так называемый Радиолиз воды.
Н2О - ē → Н2О+
Н2О + ē → Н2О-
Молекула Н2О может быть разрушена: Н и ОН
Гидроксилы могут рекомбинироваться: ОН
ОН образуется перекись водорода Н2О2
При взаимодействии Н2О2 и ОН образуется НО2 (гидропероксид) и Н2О
Ионизированные и возбуждённые атомы и молекулы в течение 10 секун-
ды взаимодействуют между собой и с различными молекулярными системами,
давая начало химически активным центрам (свободные радикалы, ионы, ион-
радикалы и др.). В этот же период возможны разрывы связей в молекулах как за
счёт непосредственного взаимодействия с ионизирующим агентом, так и за
счёт внутри- и межмолекулярной передачи энергии возбуждения.
2. Биохимический этап
Увеличивается проницаемость мембран, через них начинают диффунди-
ровать в органеллы электролиты, вода, ферменты.
Возникшие в результате взаимодействия излучений с водой радикалы
взаимодействуют с растворёнными молекулами различных соединений, давая
начало вторичнорадикальным продуктам.
Дальнейшее развитие радиационного поражения молекулярных структур
сводится к изменениям белков, липидов, углеводов и ферментов.
В белках происходят:
Конфигурационные изменения белковой структуры.
Агрегация молекул за счёт образования дисульфидных связей
Разрыв пептидных или углеродных связей, ведущих к деструкции белков
Снижение уровня метионина- донатора сульфгидрильных групп, трипто-
фана, что приводит к резкому замедлению синтеза белков
Уменьшение содержания сульфгидрильных групп за счёт их инактивации
Повреждение системы синтеза нуклеиновых кислот
В липидах:
Образуются перекиси жирных кислот, не имеющие специфических фер-
ментов для их разрушения (действие пероксидазы незначительно)
Угнетаются антиоксиданты
В углеводах:
Полисахариды распадаются до простых сахаров
Облучение простых сахаров приводит к их окислению и распаду до орга-
нических кислот и формальдегида
Гепарин теряет свои антикоагулянтные свойства
Гиалуроновая кислота теряет способность соединяться с белком
Снижается уровень гликогена
Нарушаются процессы анаэробного гликолиза
Уменьшается содержание гликогена в мышцах и печени.
В ферментной системе нарушается окислительное фосфорилирование и
изменяется активность ряда ферментов, развиваются реакции химически актив-
ных веществ с различными биологическими структурами, при которых отме-
чаются как деструкция, так и образование новых, не свойственных для облуча-
емого организма, соединений.
Последующие этапы развития лучевого поражения связаны с нарушением
обмена веществ в биологических системах с изменениями соответствующих
4. Биологический этап или судьба облученной клетки
Итак, эффект действия радиации связан с изменениями, происходящими,
как в клеточных органеллах, так и во взаимоотношениях между ними.
Наиболее чувствительными к облучению органеллами клеток организма
млекопитающих являются ядро и митохондрии. Повреждения этих структур
происходят при малых дозах и в самые ранние сроки. В ядрах радиочувстви-
тельных клеток угнетаются энергетические процессы, нарушается функция
мембран. Образуются белки, утратившие свою нормальную биологическую ак-
тивность. Более выраженной радиочувствительностью, чем ядра, обладают ми-
тохондрии. Эти изменения проявляются в форме набухания митохондрий, по-
вреждения их мембран, резком угнетении окислительного фосфорилирования.
Радиочувствительность клеток в значительной мере зависит от скорости
протекающих в них обменных процессов. Клетки, для которых характерны ин-
тенсивно протекающие биосинтетические процессы, высокий уровень окисли-
тельного фосфорилирования и значительная скорость роста, обладают более вы-
сокой радиочувствительностью, чем клетки, пребывающие в стационарной фазе.
Наиболее биологически значимыми в облучённой клетке являются изме-
нения ДНК: разрывы цепочек ДНК, химическая модификация пуриновых и
пиримидиновых оснований, их отрыв от цепи ДНК, разрушение фосфоэфирных
связей в макромолекуле, повреждение ДНК-мембранного комплекса, разруше-
ние связей ДНК-белок и многие другие нарушения.
Во всех делящихся клетках сразу после облучения временно прекращает-
ся митотическая активность («радиационный блок митозов»). Нарушение мета-
болических процессов в клетке приводит к увеличению выраженности молеку-
лярных повреждений в клетке. Этот феномен получил название биологическо-
го усиления первичного радиационного повреждения. Однако, наряду с
этим, в клетке развиваются и репарационные процессы, следствием которых
является полное или частичное восстановление структур и функций.
Наиболее чувствительными к ионизирующему излучению являются:
лимфатическая ткань, костный мозг плоских костей, половые железы, менее чув-
ствительными: соединительная, мышечная, хрящевая, костная и нервная ткани.
Гибель клеток может произойти как в репродуктивную фазу, непосред-
ственно связанную с процессом деления, так и в любой фазе клеточного цикла.
Более чувствительны к ионизирующему излучению новорождённые (вви-
ду высокой митотической активности клеток), старики (ухудшается способ-
ность клеток к восстановлению) и беременные. Повышается чувствительность к
ионизирующим излучениям и при введении некоторых химических соединений
(так называемая радиосенсибилизация).
Биологический эффект зависит:
От вида облучения
От поглощённой дозы
От распределения дозы во времени
От специфики облучаемого органа
Наиболее опасно облучение крипт тонкого кишечника, семенников, кост-
ного мозга плоских костей, области живота и облучение всего организма.
Одноклеточные организмы примерно в 200 раз менее чувствительны к
действию радиации, чем многоклеточные.
4. Природные и техногенные источники ионизирующих излучений.
Источники ионизирующего излучения бывают естественного и искус-
ственного происхождения.
Естественная радиация обусловлена:
1. Космическим излучением (протоны, альфа-частицы, ядра лития, бериллия,
углерода, кислорода, азота составляют первичное космическое излучение.
Атмосфера земли поглощает первичное космическое излучение, затем фор-
мируется вторичное излучение, представленное протонами, нейтронами,
электронами, мезонами и фотонами).
2. Излучением радиоактивных элементов земли (уран, торий, актиний, ра-
дий, радон, торон), воды, воздуха, строительных материалов жилых зданий,
радона и радиоактивного углерода (С-14), присутствующих во вдыхаемом
3. Излучением радиоактивных элементов, содержащихся в животном мире
и организме человека (К-40, уран -238, торий -232 и радий -228 и 226).
Примечание: начиная с полония (№84) все элементы являются радиоак-
тивными и способны к самопроизвольному делению ядер при захвате их ядра-
ми медленных нейтронов (естественная радиоактивность). Однако естественная
радиоактивность обнаруживается и у некоторых лёгких элементов (изотопы
рубидия, самария, лантана, рения).
5. Детерминированные и стохастические клинические эффекты, возникающие у человека при воздействии ионизирующих излучений.
Важнейшие биологические реакции организма человека на действие
ионизирующей радиации разделяют на два вида биологических эффектов
1. Детерминированные (причинно обусловленные) биологические эффек-
ты, для которых существует пороговая доза действия. Ниже порога болезнь
не проявляется, но при достижении определённого порога возникают болез-
ни, прямо пропорционально зависящие от дозы: лучевые ожоги, лучевые
дерматиты, лучевая катаракта, лучевая лихорадка, лучевое бесплодие, ано-
малии развития плода, острая и хроническая лучевая болезнь.
2. Стохастические (вероятностные) биологические эффекты не имеют поро-
га действия. Могут возникать при любой дозе. Для них характерен эффект
малых доз и даже одной клетки (клетка становится раковой, если она облуча-
ется в митозе): лейкоз, онкологические заболевания, наследственные болезни.
По времени возникновения все эффекты подразделяются на:
1. непосредственные - могут возникнуть в течение недели, месяца. Это острая
и хроническая лучевая болезнь, ожоги кожи, лучевая катаракта...
2. отдалённые - возникающие в течение жизни индивидуума: онкологические
заболевания, лейкозы.
3. возникающие через неопределённое время: генетические последствия - из-
менения наследственных структур: геномные мутации - кратные изменения
гаплоидного числа хромосом, хромосомные мутации или хромосомные
аберрации - структурные и численные изменения хромосом, точковые (ген-
ные) мутации: изменения в молекулярной структуре генов.
Корпускулярные излучения - быстрые нейтроны и альфа-частицы, вызы-
вают хромосомные перестройки чаще, чем электромагнитные излучения.__
6. Радиотоксичность и радиогенетика.
Радиотоксичность
В результате радиационных нарушений обменных процессов в организме
накапливаются радиотоксины - это химические соединения, которые играют
определённую роль в патогенезе лучевых поражений.
Радиотоксичность зависит от ряда факторов:
1. Вида радиоактивных превращений: альфа-излучение в 20 раз токсичнее бе-
та-излучения.
2. Средней энергии акта распада: энергия Р-32больше С-14.
3. Схемы радиоактивного распада: изотоп более токсичен, если даёт начало
новому радиоактивному веществу.
4. Путей поступления: поступление через желудочно-кишечный тракт в 300
раз более токсично, чем поступление через неповреждённую кожу.
5. Времени пребывания в организме: больше токсичность при значительном
периоде полураспада и малой скорости полувыведения.
6. Распределения по органам и тканям и специфики облучаемого органа:
остеотропные, гепатотропные и равномерно распределяющиеся изотопы.
7. Продолжительности поступления изотопов в организм: случайное проглаты-
вание радиоактивного вещества может окончиться благополучно, при хро-
ническом поступлении возможно накопление опасного количества излуча-
теля.
7. Острая лучевая болезнь. Профилактика.
Мельниченко - стр. 172
8. Хроническая лучевая болезнь. Профилактика.
Мельниченко стр. 173
9. Использование источников ионизирующих излучений в медицине (понятие о закрытых и открытых источниках излучений).
Источники ионизирующих излучений подразделяются на закрытые и от-
крытые. В зависимости от данной классификации по-разному трактуются и
способы защиты от данных излучений.
Закрытые источники
Их устройство исключает попадание радиоактивных веществ в окружа-
ющую среду в условиях применения и износа. Это могут быть иглы, запаянные
в стальные контейнеры, теле-гамма-установки для облучения, ампулы, бусины,
источники непрерывного излучения и генерирующие излучение периодически.
Излучение от закрытых источников только внешнее.
Принципы защиты при работе с закрытыми источниками
1. Защита количеством (уменьшение мощности дозы на рабочем месте - чем
меньше доза, тем меньше облучение. Однако технология манипуляций не
всегда позволяет уменьшить мощность дозы до минимальной величины).
2. Защита временем (сокращения времени контакта с ионизирующим излуче-
нием можно достигнуть тренировкой без излучателя).
3. Расстоянием (дистанционное управление).
4. Экранами (экраны-контейнеры для хранения и транспортировки радиоак-
тивных препаратов в нерабочем положении, для оборудования, передвиж-
ные - ширмы в рентгеновских кабинетах, части строительных конструкций
для защиты территорий - стены, двери, индивидуальные средства защиты -
щитки из орг.стекла, просвинцованные перчатки).
Альфа- и бета- излучение задерживается водородосодержащими веще-
ствами (пластмассой) и алюминием, гамма-излучение ослабляется материалами
с высокой плотностью - свинцом, сталью, чугуном.
Для поглощения нейтронов экран должен иметь три слоя:
1. слой - для замедления нейтронов - материалы с большим количеством ато-
мов водорода - вода, парафин, пластмасса и бетон
2. слой - для поглощения медленных и тепловых нейтронов - бор, кадмий
3. слой - для поглощения гамма-излучения - свинец.
Для оценки защитных свойств того или иного материала, его способности
задерживать ионизирующее излучение используют показатель слоя половинно-
го ослабления, обозначающий толщину слоя данного материала, после прохож-
дения которого интенсивность гамма-излучения уменьшается вдвое.
Открытые источники радиоактивного излучения
Открытый источник - это источник излучения, при использовании кото-
рого возможно попадание радиоактивных веществ в окружающую среду. При
этом не исключается не только внешнее, но и внутреннее облучение персонала
(газы, аэрозоли, твёрдые и жидкие радиоактивные вещества, радиоактивные
изотопы).
Все работы с открытыми изотопами разделяются на три класса. Класс ра-
бот устанавливается в зависимости от группы радиотоксичности радиоактивно-
го изотопа (А, Б, В, Г) и фактического его количества (активности) на рабочем
месте.
10. Способы защиты человека от ионизирующих излучений. Радиационная безопасность населения РФ. Нормы радиационной безопасности (НРБ-2009).
Способы защиты от открытых источников ионизирующих излучений
1. Организационные мероприятия: выделение трёх классов работ в зависимо-
сти от опасности.
2. Планировочные мероприятия. Для первого класса опасности - специально
изолированные корпуса, куда не допускаются посторонние люди. Для второ-
го класса выделяется только этаж или часть здания. Работы третьего класса
могут проводиться в обычной лаборатории с наличием вытяжного шкафа.
3. Герметизация оборудования.
4. Применение несорбирующих материалов для покрытия столов и стен,
устройство рациональной вентиляции.
5. Индивидуальные средства защиты: одежда, обувь, изолирующие костюмы,
защита органов дыхания.
6. Соблюдение радиационной асептики: халаты, перчатки, личная гигиена.
7. Радиационный и медицинский контроль.
Для обеспечения безопасности человека во всех условиях воздействия на
него ионизирующего излучения искусственного или природного происхожде-
ния применяются нормы радиационной безопасности.
В нормах устанавливаются следующие категории облучаемых лиц:
Персонал (группа А - лица, постоянно работающие с источниками иони-
зирующих излучений и группа Б - ограниченная часть населения, которая ино-
гда может подвергаться воздействию ионизирующих излучений - уборщицы,
слесари и т.д.)
Всё население, включая лиц из персонала, вне сферы и условий их произ-
водственной деятельности.
Основные пределы доз для персонала группы Б равны ¼ значений для
персонала группы А. Эффективная доза для персонала не должна превышать за
период трудовой деятельности (50 лет) 1000 мЗв, а для населения за период
жизни (70 лет) - 70 мЗв.
Планируемое облучение персонала группы А выше установленных пре-
делов при ликвидации или предотвращении аварии может быть разрешено
только в случае необходимости спасения людей или предотвращения их облу-
чения. Допускается для мужчин старше 30 лет при их добровольном письмен-
ном согласии, информирования о возможных дозах облучения и риске для здо-
ровья. В аварийных ситуациях облучение не должно быть более 50 мЗв.__
11. Возможные причины возникновения чрезвычайных ситуаций на радиационно-опасных объектах.
Классификация радиационных аварий
Аварии, связанные с нарушением нормальной эксплуатации РОО, подразделяются на проектные и запроектные.
Проектная авария — авария, для которой проектом определены исходные события и конечные состояния, в связи с чем предусмотрены системы безопасности.
Запроектная авария — вызывается не учитываемыми для проектных аварий исходными событиями и приводит к тяжелым последствиям. При этом может произойти выход радиоактивных продуктов в количествах, приводящих к радиоактивному загрязнению прилегающей территории, возможному облучению населения выше установленных норм. В тяжелых случаях могут произойти тепловые и ядерные взрывы.
В зависимости от границ зон распространения радиоактивных веществ и радиационных последствий потенциальные аварии на АЭС делятся на шесть типов: локальная, местная, территориальная, региональная, федеральная, трансграничная.
Если при региональной аварии количество людей, получивших дозу облучения выше уровней, установленных для нормальной эксплуатации, может превысить 500 человек, или количество людей, у которых могут быть нарушены условия жизнедеятельности, превысит 1 000 человек, или материальный ущерб превысит 5 млн. минимальных размеров оплаты труда, то такая авария будет федеральной.
При трансграничных авариях радиационные последствия аварии выходят за территорию Российской Федерации, либо данная авария произошла за рубежом и затрагивает территорию Российской Федерации.
12. Санитарно-гигиенические мероприятия в чрезвычайных ситуациях на радиационно-опасных объектах.
К мероприятиям, способам и средствам, обеспечивающим защиту населения от радиационного воздействия при радиационной аварии, относятся:
обнаружение факта радиационной аварии и оповещение о ней;
выявление радиационной обстановки в районе аварии;
организация радиационного контроля;
установление и поддержание режима радиационной безопасности;
проведение при необходимости на ранней стадии аварии йодной профилактики населения, персонала аварийного объекта и участников ликвидации последствий аварии;
обеспечение населения, персонала, участников ликвидации последствий аварии необходимыми средствами индивидуальной защиты и использование этих средств;
укрытие населения в убежищах и противорадиационных укрытиях;
санитарная обработка;
дезактивация аварийного объекта, других объектов, технических средств и др;
эвакуация или отселение населения из зон, в которых уровень загрязнения или дозы облучения превышают допустимые для проживания населения.
Выявление радиационной обстановки проводится для определения масштабов аварии, установления размеров зон радиоактивного загрязнения, мощности дозы и уровня радиоактивного загрязнения в зонах оптимальных маршрутов движения людей, транспорта, а также определения возможных маршрутов эвакуации населения и сельскохозяйственных животных.
Радиационный контроль в условиях радиационной аварии проводится с целью соблюдения допустимого времени пребывания людей в зоне аварии, контроля доз облучения и уровней радиоактивного загрязнения.
Режим радиационной безопасности обеспечивается установлением особого порядка доступа в зону аварии, зонированием района аварии; проведением аварийно-спасательных работ, осуществлением радиационного контроля в зонах и на выходе в “чистую” зону и др.
Использование средств индивидуальной защиты заключается в применении изолирующих средств защиты кожи (защитные комплекты), а также средств защиты органов дыхания и зрения (ватно-марлевые повязки, различные типы респираторов, фильтрующие и изолирующие противогазы, защитные очки и др.). Они защищают человека в основном от внутреннего облучения.
Для защиты щитовидной железы взрослых и детей от воздействия радиоактивных изотопов йода на ранней стадии аварии проводится йодная профилактика. Она заключается в приеме стабильного йода, в основном йодистого калия, который принимают в таблетках в следующих дозах: детям от двух лет и старше, а также взрослым по 0,125 г, до двух лет по 0,04 г., прием внутрь после еды вместе с киселем, чаем, водой 1 раз в день в течение 7 суток. Раствор йода водно-спиртовой (5%-ная настойка йода) показан детям от двух лет и старше, а также взрослым по 3-5 капель на стакан молока или воды в течение 7 суток. Детям до двух лет дают 1-2 капли на 100 мл молока или питательной смеси в течение 7 суток.
Максимальный защитный эффект (снижение дозы облучения примерно в 100 раз) достигается при предварительном и одновременном с поступлением радиоактивного йода приеме его стабильного аналога. Защитный эффект препарата значительно снижается при его приеме более чем через два часа после начала облучения. Однако и в этом случае происходит эффективная защита от облучения при повторных поступлениях радиоактивного йода.
Защиту от внешнего облучения могут обеспечить только защитные сооружения, которые должны оснащаться фильтрами-поглотителями радионуклидов йода. Временные укрытия населения до проведения эвакуации могут обеспечить практически любые герметизированные помещения.