• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

Лекція 2

Тема: „Види випромінювання. Дози. Системні та позасистемні одиниці виміру доз.”

План.

1. Корпускулярне та фотонне іонізуюче випромінювання.

2. Поняття радіоактивності.

3. Альфа, бета, гамма та нейтронне випромінювання.

4. Основні характеристики іонізуючого випромінювання.

5. Одиниці виміру енергії іонізуючого випромінювання.

Іонізуюче випромінювання - потоки електромагнітних хвиль або частинок речовини, що здатні при взаємодії з речовиною утворювати в ній позитивні та негативні іони.

Поняття «іонізуюче випромінювання» об'єднує різні за своєю фізичною природою види випромінювання. Подібність між ними полягає в тому, що всі вони характеризуються високою енер­гією, реалізують свою біологічну дію через ефекти іонізації, що в біологічних структурах призводить до загибелі клітин.

IB не сприймається органами чуття людини: ми не бачи­мо його, не чуємо і не відчуваємо впливу на наш організм.

Фотонне і корпускулярне випромінювання. Усі види IB можна розділити на дві групи - корпускулярне і фотонне (електромагнітне).

Корпускулярне IB - це потік частинок з масою спокою, відмінною від нуля, які утворюються при радіоактивному роз­паді або ядерних перетвореннях. До нього належать альфа- і бета-частинки, нейтрони, електрони, протони, мезони та ін.

Корпускулярне випромінювання, яке складається з потоків заряджених частинок (альфа-, бета-частинок, протонів, елект­ронів) належить до класу безпосередньо IB.

Корпускулярне випромінювання, що являє собою потоки незаряджених частинок {нейтрони й інші елементарні час­тинки), називають непрямим IB.

Фотонне IB - це короткохвильова ділянка електро­магнітного випромінювання, до якого належать рентгенівсь­ке і гамма-випромінювання, а також хвильова компонента космічного випромінювання.

Радіоізотопи (радіонукліди). Відомо, що в природі існують елементи, атоми яких, маючи однакові хімічні властивості, відрізняються масою. Наприклад, є три види водню: звичай­ний водень з масовим числом 1 - (протій), водень з масо­вим числом 2 - (дейтерій) і водень з масовим числом З - (тритій).

Атом — найдрібніша частинка хімічного елемента, яка зберігає всі його властивості. Він складається з позитивно зарядженого ядра, що знаходиться в центрі атома, і негативно заряджених електронів, які обертаються навколо ядра на різних орбітах. Якщо негативний заряд електронів дорівнює позитивному заряду ядра, атом стає електрично нейтральним.

Атомне ядро складається з протонів і нейтронів, які нази­вають нуклонами (від лат. nucleus - «ядро»).

Кількість протонів (електронів) визначає хімічні власти­вості елементів, а нейтронів - впливає тільки на масу атома. Отже, можуть бути елементи, однакові за своїми хімічними властивостями, але різні за атомною масою.

Атоми, що мають ядра з однаковою кількістю протонів, але розрізняються за кількістю нейтронів, є різновидами од­ного й того ж хімічного елемента і називаються його ізотопа­ми (нуклідами) (грец. isos - «однаковий», topos - «місце».

Такі елементи мають однаковий номер у таблиці Менде­лєєва, але різне масове число.

Для позначення ізотопу прийнята спеціальна символіка. Цифра внизу позна­чає атомний номер (він дорівнює кількості протонів у ядрі або електронів на оболонці), цифра зверху показує величину атомної маси, тобто суму протонів і нейтронів.

У ядрі атом урану містить 92 протони і 146 ней­тронів. Більшість (71 з 90 природних елементів ) являють собою суміш 2—10 ізотопів.

За фізичними властивостями всі нукліди поділяються на 2 групи - стійкі (стабільні) і нестійкі (радіоактивні). Най­важливіша властивість нестійких нуклідів - це внутрішньо­ядерні перетворення, внаслідок яких відбувається спонтанне випромінювання частинок і променів, що іонізують навко­лишнє середовище.

Радіоактивність.Між елементами, що входять до складу ядра, діють ядерні сили притягання, які проявляються на дуже малих відстанях (до 10^-15 м). Крім ядерних сил притягання, між однойменно зарядженими частинками ядра - протона­ми - діють кулонівські сили відштовхування.

У важких елементів, ядра яких складаються з великої кількості частинок, ядерні сили притягання вже не спроможні компенсувати кулонівські сили відштовхування. У цьому разі починається внутрішня перебудова ядер і спонтанний перехід ядер від менш стійкого стану до більш стійкого. Це явище одержало назву радіоактивності.

Радіоактивність — це здатність ядер деяких хімічних елементів спонтанно перетворюватися в ядра інших хімічних елементів з виділенням енергії у вигляді іонізуючого вип­ромінювання.

Альфа (), бета () гамма () і нейтронне(n°) випромі­нювання.Основними видами випромінювання, що виника­ють при розпаді різних нуклідів, випромінювання. Альфа-випромінювання являє собою потік позитивно заряджених частинок, що мають масове число 4 і заряд, який дорівнює 2. За своєю фізичною природою де ядра атома ге­лію. Тепер відомо близько 40 природних і понад 200 штуч­них -активних ядер, тобто ядер, здатних до -розпаду.

Альфа-розпад характерний для важких елементів (урану, торію, плутонію та ін.).

Унаслідок альфа-розпаду початкове ядро перетворюється в нове ядро з атомним номером на 2 одиниці і масовим чис­лом на 4 одиниці менше початкового.

; .

Проникаюча здатність альфа-частинок невелика. Довжи­на пробігу (при енергії 4 МеВ) у повітрі складає 2,5 см, у біологічній тканині - 0,003 мм, в алюмінію - 0,01 мм. При зовнішньому опроміненні значної небезпеки для людини вони не становлять. Однак небезпека ця стає великою в разі про­никнення альфа-частинок всередину організму. Пов'язано це з тим, що частки мають високу густину іонізації.

Бета-випромінювання являє собою негативно або пози­тивно заряджені частинки (потік електронів або позитронів). Вони у 7300 разів легші за альфа-частинки і мають проника­ючу здатність значно вищу, ніж альфа-частинки. Довжина пробігу в повітрі (при енергії 4 МеВ) складає 17,8 м, у воді -до 2,6 мм, у м'якій тканині — до 2 см, в алюмінії - 9,8 мм. Однак густина іонізації значно менша.

При електронному бета-розпаді відбувається перетворен­ня нейтрона в протон, заряд ядра і його порядковий номер збільшуються на одиницю.

При позитронному бета-розпаді відбувається перетворен­ня протона в нейтрон, який супроводжується утворенням і викиданням з ядра позитрона, заряд ядра і його порядковий номер зменшуються на одиницю.

Нейтронне випромінювання - потік нейтральних части­нок, що не несуть електричних зарядів, проникаюча здатність яких дуже висока, вони можуть вільно проникати через тіло людини і більш щільне середовище. У повітрі довжина про­бігу досягає декількох сотень метрів.

Нейтрони взаємодіють тільки з ядрами атомів речовини, унаслідок чого атоми окремих елементів перетворюються в нестабільні, тобто в радіоактивні. Іншими словами, нейтрони самі по собі не викликають іонізації, але, вибиваючи атоми з їх стабільних станів, створюють наведену радіоактивність у матеріалах і тканинах, крізь які проходять:

Гамма і рентгенівське випромінювання - це потоки елек­тромагнітних хвиль. У спектрі електромагнітних коливань вони розташовуються за ультрафіолетовими променями.

Чим менша довжина хвилі, тим вища енергія випроміню­вання і більша його проникаюча здатність (рис. 2).

Рентгенівські промені можна розглядати як гамма-про­мені низьких енергій, які не виходять з радіоактивного ато­ма, їх одержують штучно.

Вважається, що електромагнітні коливання випроміню­ються у вигляді згустку енергії - квантів. Якщо енергія квантів видимого світла вимірюється 2-3 еВ, а ультрафіоле­тового випромінювання 3—6 еВ, то кванти радіації переносять її в сотні тисяч і мільйони разів більше.

Джерелами гамма-випромінювання є ядерні реакції і роз­пад багатьох PP.

Джерелами рентгенівського випромінювання є різні апа­рати і прилади, що використовуються в медицині та для інших цілей (апаратура зв'язку, яка потребує великої напруги), а також Сонце.

Рис. 2.1. Проникна здатність альфа-, бета- та гамма-випромінення.

Кожний прилад, у якому електрони прискорюються на­пругою більше 5 кВ, слід розглядати як можливе джерело невикористаного рентгенівського випромінювання.

Рентгенівське і гамма-випромінювання з однаковою дов­жиною хвилі, крім способу одержання, за характером впливу на живий організм нічим одне від одного не відрізняються.

Іонізуюче випромінювання має ряд спільних ознак. За характером впливу на об'єкти навколишнього середовища найбільш цікавими є дві з них: здатність проникати через різні товщі матеріалів (проникаюча здатність) і здатність іоні­зувати атоми і молекули речовини, у якій вони поширюються (іонізуюча здатність) (табл. 2.1).

Таблиця 2.1.

Характеристика іонізуючого випромінювання

Вид	Енергія,	Швидкість,	Іонізуюча здатність	Довжина пробігу, м
випромі­нювання	МеВ	км/с	(пара іонів на 1 см шляху)	у повітрі	у біологіч­ній тканині
-частинки ; -частинки -промені нейтрони	4 – 10 0,1 – 4 1 -10 0,1 -10	10000-20000 200000-<300000 300000	10-25 10-25	<0,1 <5	< 0,0001 <0,02 на всю глибину

За даними таблиці проникаюча та іонізуюча здатність різних видів радіоактивного випромінювання неоднакова. Чим більша маса частинок, тим більша їх іонізуюча здатність і тим менша довжина пробігу в навколишньому середовищі, тобто менша проникаюча здатність.

Отже, альфа-частинки мають найбільшу іонізуючу і найменшу проникаючу здатність, а гамма-промені, нейтрони мають найбільшу проникаючу і найменшу іонізуючу здатність.

ОДИНИЦІ ВИМІРУ ЕНЕРГІЇ ІОНІЗУЮЧОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ

У результаті взаємодії випромінювання з біологічним середо­вищем живому організму передається певна величина енергії.

Для вимірювання кількості поглинутої енергії введено поняття «доза випромінювання». Розрізняють такі дози вип­ромінювання.

Поглинута доза - основна фізична величина, прийнята для оцінки впливу IB на об'єкти живої і неживої природи; характеризує енергію будь-якого виду випромінювання, по­глинутого одиницею маси опроміненого середовища.

За одиницю поглинутої дози в системі СІ прийнято грей (Гр). Це така доза, за якої 1 кг опроміненої речовини поглинає енергію в 1 джоуль, 1 Гр = 1 Дж * кг^-1 - Позасистемною одини­цею є рад- така поглинута доза, при якій 1 г речовини поглинає енергію в 100 ергів незалежно від виду енергії випроміню­вання.

1 рад = 100 ерг*г^-1; 1 Гр = 100 рад .

Експозиційна доза характеризує іонізуючу здатність фо­тонного випромінювання в повітрі (гамма- і рентгенівського випромінювання).

За одиницю експозиційної дози в системі СІ прийнято кулон на кілограм. (Кл * кг^-1). Це така доза рентгенівського і гамма-випромінювання, при якій в 1 кг сухого атмосферного повітря утворюються іони, що несуть позитивний чи негатив­ний електричний заряд, який дорівнює 1 кулону.

Позасистемною одиницею є рентген (Р). Це така доза рентгенівського і гамма-випромінювання, яка зумовлює ви­никнення в 1 см³ сухого атмосферного повітря за нормаль­них умов (t = 0°С і Р = 101,3 кПа) 2,08 мільярда пар іонів:

1Р = 2,58 10*Кл*кг^-1.

Відомо, що на утворення однієї пари іонів у повітрі витра­чається в середньому 34 еВ, отже, при дозі в 1 Р енергія складає

Е = 2,08*10⁹ * 34 = 7,07 * 10¹⁰еВ .

Оскільки і еВ = 1,6 * 10^-12 ерг,

Е = 7,07 * 10¹⁰ * 1,6 * 10¹² = 0,113 ерг * см^-3.

Оскільки 1 см³ = 0,001293 г , то для одержання експози­ційної дози в1Р необхідно витратити енергію

Е = 0,113/0,001293 = 87,7 ерг * г^-1 .

Величини 0,113 ерг см^-3 і 87,7ерг*г^-1 називаються енер­гетичними еквівалентами рентгена, тобто 1 Р = 87,7 ерг * г^-1. Між поглинутою і експозиційною дозами також існують спів­відношення:

для повітря – Д_експ [P] = 0.877 Д _погл [рад],

Д_погл [рад] = 1,14 Д_експ [Р],

для біологічної Д_експ [P] = 0.93 Д _погл [рад],

тканини - Д_погл [рад] = 1,07 Д_експ [Р],

Тому з високою точністю (похибка не більше 7%) чисельні значення експозиційної дози в рентгенах і поглинутої дози в тканині (тілі людини) у радах можна вважати подібними, тобто про уражувальну дію IB на живі тканини організму можна судити з ефекту іонізації повітря гамма-випромінюванням.

Детальні дослідження біологічних ефектів, які виклика­ються різними видами IB, показали, що ушкодження тканини пов'язане не тільки з кількістю поглиненої енергії, але і з її просторовим розподілом. Чим вища лінійна густина іонізації (кількість пар іонів, які утворюються випромінюванням на одиниці довжини шляху в середовищі), тим більший ступінь біологічного ушкодження. Для порівняння різних видів IB за їх біологічною дією введено поняття відносної біологічної ефективності (ВБЕ). ВБЕ може бути охарактери­зована за допомогою коефіцієнта якості випромінювання - Q (для малих рівнів опромінення), який показує, у скільки разів ефективність біологічного впливу даного виду випромінювання більша за ефективність біологічного впливу гамма-випромі­нювання при однаковій поглинутій дозі.

Щоб урахувати цей ефект, уведено поняття еквівалентної дози.

Поняття «еквівалентна доза» використовується для ви­значення рівня радіаційної небезпеки при тривалому опромі­ненні людини в малих дозах. Вона визначається як добуток поглиненої дози даного виду випромінювання на коефіцієнт якості ІВ, У системі СІ за одиницю еквівалентної дози прийнято зіверт (Зв). Зіверт дорівнює еквівалентній дозі випромінювання будь-якого виду, яке створює такий же біологічний ефект, як і поглинена доза в 1 Гр рентгенівського або гамма-випроміню­вання. Отже, 1 Зв = 1 Гр * Q^-1.

Позасистемною одиницею еквівалентної дози є бер - біо­логічний еквівалент рада. Один бер - це поглинена доза будь-якого виду випромінювання, яка викликає той же біологіч­ний ефект, що і один рад гамма-випромінювання, тобто 1 бер = 1 рад * Q^-1; 1 Зв = 100 бер.

Дози опромінення різних ділянок тіла або органів мо­жуть бути неоднаковими, особливо при внутрішньому опро­міненні. Це пояснюється тим, що різні органи мають свою чутливість до опромінення. Для оцінки нерівномірного оп­ромінювання тіла користуються поняттям ефективної екві­валентної дози - Д_ЕЕД-

Ефективна еквівалентна доза (ЕЕД) - сума середніх еквівалентних доз Д_ЕКВТ. У різних органах, порівняно з коефі­цієнтом W_T:

Д_ЕДД =W_T * Д_ЕКВТ.

Коефіцієнти порівняння W_T дозволяють вирівнювати ри­зик наслідків опромінення незалежно від того, рівномірно чи нерівномірно опромінюється тіло. Коефіцієнти W_T характе­ризують відношення ризику опромінення даного органу до сумарного ризику при рівномірному опроміненні всього тіла (табл. 2.2).

Наприклад, доза опромінення щитовидної залози в 100 бер відповідає ЕЕД = 5 бер, тобто приймається, що при рівномір­ному опроміненні всього тіла дозою 5 бер імовірність ушкод­ження організму така сама, як і при опроміненні дозою 100 бер лише щитовидної залози.

Таблиця 2.2

Значення коефіцієнтів W_T для різних органів і тканин організму людини

При широкому використанні атомної енергії значні кон­тингенти людей можуть зазнавати впливу IB, тоді для оцінки використовується колективна еквівалентна доза – Д_КЕД .

Колективна еквівалентна доза - сума індивідуальних доз даного контингенту людей за даний проміжок часу.

Одиницею колективної дози є люд. * бер.

Потужність дози Р (поглинутої, експозиційної, еквівален­тної) характеризує ступінь зараження місцевості РР і являє собою приріст дози за одиницю часу. Якщо за якийсь про­міжок часу t приріст дози дорівнює Д, то середнє значення потужності дози:

Р = .

Згідно з законом зміни потужності дози з часом P(t) доза за час t визначається за формулою:

Д=.

Іншими словами, потужність дози (рівень радіації) пока­зує, яку дозу може одержати людина за одиницю часу, пере­буваючи на зараженій території.

Одиниці виміру потужності дози є частками від ділення одиниць вимірювання доз на одиниці часу (рад*год^-1, бер * год^-1, Р * год^-1).

Потужність експозиційної дози гамма-випромінювання можна визначити за таким виразом:

Р=[P/год],

де А - активність джерела випромінювання, мКі; R - відстань до джерела випромінювання, cm; K₈ - іонізаційна гамма-стала, характеризує даний радіонуклід, Р * см²/год. *мКі (значен­ня K₈ наведені в довіднику з радіаційної безпеки).

Читайте також:

1. Вид заняття: лекція
2. Вид заняття: лекція
3. Вид заняття: лекція
4. Вид заняття: лекція
5. Вид заняття: лекція
6. Вступна лекція
7. Вступна лекція 1. Методологічні аспекти технічного регулювання у
8. Клітинна селекція рослин.
9. Колекція фонограм з голосами осіб, які анонімно повідомляли про загрозу вибуху
10. ЛЕКЦІЯ (4): Мануфактурний період світової економіки
11. Лекція - Геополітика держави на міжнародній арені
12. Лекція 02.04.2013

Переглядів: 1638