Свойства электромагнитных ионизирующих излучений

Корпускулярные ионизирующие излучения. К корпускулярным ИИ относят нейтроны и ускоренные заряженные частицы.

Нейтронное излучение возникает при бомбардировке атомного ядра ускоренной заряженной частицей или фотоном высокой энергии. Помимо лабораторных условий, такой путь реализуется при взрывах атомных боеприпасов, где источником этих частиц служат цепные реакции деления ядер ₉₂U²³⁵ или ₉₄Ри²³⁹. Другой путь образования нейтронов - синтез ядер лёгких элементов - дейтерия (₁D²), трития (₁Т³) и лития (₃Li⁶), происходящий при взрывах термоядерных (водородных) боеприпасов.

Нейтронымогут быть классифицированы по их энергии. Так, большинство нейтронов, образующихся при взрывах атомных боеприпасов, относится к быстрым нейтронам, а при взрывах водородных боеприпасов - к нейтронам очень больших энергий.

Так как нейтроны не имеют заряда, они не оказывают непосредственного влияния на электронную оболочку атомов, взаимодействуя только с ядрами. Сталкиваясь с ядрами, нейтроны либо отталкиваются от них (рассеяние), либо поглощаются ими (участие в ядерных перестройках).

Проникающая способность нейтронов несколько меньше, чем у γ-излучения, но существенно больше, чем у ускоренных заряженных частиц. При ядерных и водородных взрывах нейтронный поток распространяется на сотни метров, легко проникая сквозь стальную броню и железобетон. Энергия нейтронов наиболее эффективно передаётся ядрам лёгких атомов. Поэтому вещества, богатые атомами водорода, бериллия, углерода, находят применение в экранировании от нейтронного излучения. Тяжёлые металлы, плохо задерживающие нейтроны, могут применяться для ослабления вторичного γ-излучения, возникающего в лёгких материалах в результате неупругого рассеяния нейтронов и ядерных перестроек.

Ускоренные заряженные частицы - это перемещающиеся в пространстве источники электрического поля (поток электронов - β-частиц, протонов, ядер атома гелия - α-частиц). Естественными источниками ускоренных заряженных частиц являются некоторые из природных радиоизотопов. К искусственным источникам относятся искусственные радиоизотопы и ускорители заряженных частиц.

Альфа-излучение представляет собой поток альфа-частиц, распространяющихся с начальной скоростью около 20 тыс. км/с. Их ионизирующая способность огромна, а так как на каждый акт ионизации тратится определённая энергия, то их проникающая способность незначительна: длина пробега в воздухе составляет 3-11 см, а в жидких и твёрдых средах – сотые доли миллиметров. Лист плотной бумаги полностью задерживает их. Надёжной защитой от альфа-частиц является также одежда человека.

Поскольку альфа-излучение имеет наибольшую ионизирующую, но наименьшую проникающую способность, внешнее облучение альфа-частицами практически безвредно, но попадание их внутрь организма весьма опасно.

Бета-излучение – поток бета-частиц, которые в зависимости от энергии излучения могут распространяться со скоростью, близкой к скорости света (300 тыс. км/с). Заряд бета-частиц меньше, а скорость больше, чем у альфа-частиц, поэтому они имеют меньшую ионизирующую, но большую проникающую способность. Длина пробега бета-частиц с высокой энергией составляет в воздухе 20 м, в воде и живых тканях – до 3 см, металле – до 1 см. на практике бета-частицы почти полностью поглощают оконные или автомобильные стёкла и металлические экраны толщиной в несколько миллиметров. Одежда поглощает до 50% бета-частиц.

При внешнем облучении организма на глубину около 1 мм проникает 20 – 25% бета-частиц. Поэтому внешнее бета-облучение представляет серьёзную опасность лишь при попадании радиоактивных веществ непосредственно на кожу (особенно на глаза) или же внутрь организма. Так, после Чернобыльской аварии наблюдались бета-ожоги ног за 50-100 км от АЭС (например в г. Народичи Житомирской области).

1.4. Количественная оценка ионизирующих излучений:

основы дозиметрии

Дозиметрия - это совокупность методических подходов, позволяющих выявлять и количественно оценивать уровень ИИ. Для количественной характеристики уровня лучевого воздействия введено понятие дозы излучения. Применяются три основных вида дозы - экспозиционная, поглощённая и эквивалентная.

Экспозиционная доза (X) -количество ИИ, “падающего” на поверхность облучаемого объекта (тела). Физическим смыслом экспозиционной дозы является суммарный заряд ионов одного знака, образующихся при облучении воздуха в его единичной массе:

X = dQ/dm,

где dQ - суммарный заряд всех ионов одного знака, возникающих в воздухе, dm - масса воздуха в этом объёме.

В системе СИ единицей экспозиционной дозы является кулон, делённый на килограмм (Кл/кг). В повседневно практике чаще применяется внесистемная единица экспозиционной дозы рентген (Р), соответствующая образованию 2,1 • 10⁹ пар ионов в 1 см³ сухого воздуха при нормальных условиях. 1Клкг = 3876 Р; 1Р = 2,58 х 10 ^-4 Кл/кг.

Следует понимать, что изменения, вызываемые излучением в воздухе и в других средах, например в органах и тканях организма, качественно и количественно различны. Это противоречие можно частично преодолеть через параметр “поглощенная доза”.

Поглощенная доза (D) - количество ИИ, поглощенного объектом (органом, телом). Физический смысл поглощённой дозы - количество энергии, передаваемой излучением единичной массе вещества:

D = dE/dm,

где dE - энергия излучения, поглощённая малой массой вещества dm.

В системе СИ поглощённую дозу выражают в греях (Гр). 1Гр = 1Дж/кг. Часто пользуются внесистемной единицей поглощённой дозы - рад (аббревиатура “radiation absorbed dose”). 1 Гр равен 100 рад.

Непосредственно измерить биологически значимые величины поглощённых доз для разных тканей и органов практически не возможно.

Так, при общем облучении человека массой 70 кг в смертельной дозе 4 Гр его телу сообщается энергия 300 Дж. Этой энергии достаточно для нагревания стакана воды на 1 °С, а температура тела увеличится лишь на 0,001°С.

Методическим подходом для определения поглощенной дозы выступает расчетный метод. Непосредственно измеряется экспозиционная доза ИИ, а поглощённая доза рассчитывается с учётом свойств облучаемой среды, который находит свое отражение в эмпирически установленном коэффициенте поглощения. В воздухе 1 рентген соответствует 0,89 рад, а в тканях организма, в среднем 0,95 рад.