Сутність іонізуючого випромінювання

Радіоактивність та супутнє їй іонізуюче випромінювання (ІВ) існували на Землі завжди. У біосфері існують понад 60 природних джерел іонізуючого випромінювання. В основному, сучасна людина опромінюється джерелами природного походження (космічного та земного). На частку земного припадає 5/6 природного опромінюван­ня, в основному внаслідок дії радіонуклідів, що попадають в організм з їжею, водою та повітрям. Радіоактивні ізотопи (калій-40, уран-238, торій-232 та ін.) містяться у гірських породах, які широко використо­вуються в будівництві та інших галузях господарства. В золі, яка утво­рюється при спалюванні вугілля, знаходяться низка радіоактивних речовин: уран, радій, торій, полоній, калій, з питомою активністю 130-1700 Бк/кг. Викиді у атмосферу теплових електростанцій, що спалюють вугілля значно збільшують дозу іонізуючого опромінюван­ня для населення, яке мешкає в цьому районі.

Дослідження показали, що значна частина природного опроміню­вання припадає на газ радон, який утворюється у результаті розпаду урану та торію і виділяється з породи (граніт, пемза), будівельних матеріалів, у результаті розпилювання води, спалюванні газу. В зак­ритих приміщеннях активність радону може досягати кількох тисяч Бк/м³. Крім зазначеного, проблема іонізуючого опромінювання пов'я­зана з рядом технологій, які використовуються в сучасному суспіль­стві. Швидкий розвиток ядерної енергетики і широке впровадження джерел іонізуючих випромінювань у різних галузях науки, техніки, суспільного виробництва створили потенційну загрозу радіаційної небезпеки для людини і забруднення навколишнього середовища радіоактивними речовинами. Так, в Україні більше 40% електроенер­гії виробляється на атомних електростанціях (АЕС). У той же час, усі компоненти ядерного паливного циклу створюють значну радіаційну проблему (добування та збагачення урану, його транспортування, спа­лювання уранового палива та зберігання відходів). Особливо ката­строфічні наслідки аварій на таких об'єктах як для окремого регіону чи країни, так і усієї біосфери Землі. Прикладом такої катастрофи є аварія на Чорнобильській АЕС в 1986 р.

Іонізуюче випромінювання (ІВ) –випромінювання, взаємодія якого з середовищем призводить до утворення в останньому електричних зарядів різних знаків, тобто до іонізації цього середовища. Основними характеристиками для джерел ІВ є: радіоактивність, час напіврозпаду, енергія випромінювань, глибина проникнення, іонізуюча здібність. Для оцінки дії ІВ використовують поняття доз, потужність доз, тка­нинний зважуючий фактор, час напіввиведення з організму тощо.

Радіоактивність – самовільне перетворення (розпад) атомних ядер деяких хімічних елементів (урану, торію, радію та ін.), що приво­дить до зміни їхнього атомного номера і масового числа. Такі елемен­ти називаються радіоактивними. У результаті їх розпаду утворюють­ся різні частки або електромагнітне випромінювання яке здатне іоні­зувати середовище.

Якщо N – число ядер, які не розпалися в момент часу t, N₀ – число ядер, які не розпалися в момент, прийнятий за початковий (при t = 0), l – постійна радіоактивного розпаду, то основний закон радіоактивного розпаду має вигляд:

N = N₀ ×

(12)

Число ядер, які розпалися за час t:

D N = N₀ – N = N₀ (1 – ). (13)

Якщо проміжок часу Dt відносно дуже малий порівняно з періодом напіврозпаду T, то число ядер, які розпалися:

D N» l N₀ Dt. (14)

Період напіврозпаду T – проміжок часу, за який число ядер, які не розпалися, зменшуються в два рази:

T = lg 2 / l = 0,693 / l. (15)

Активність зразка нукліда визначається швидкістю його розпаду:

A = – = l N. (20)

Після заміни N виразом (12), будемо мати:

A = l N₀

(21)

Початкова активність A₀ буде при t = 0, тобто A₀ = l N₀, звідси слідує, що активність зразка нукліда зменшується за законом, аналогічним (12):

А = А₀ ×

(22)

Кожний ізотоп має свої значення Т. Наприклад, для калію-40 Т = 1,28-10⁹ років, цезію-137 Т =30 років, стронцію-90 Т = 28 років, йоду-131 Т = 8 діб.

Радіонуклі́д — атом з нестійким ядром, що характеризується додатковою енергією, яка доступна для передачі до створеної радіаційної частинки, або до одного з електронів атома в процесі внутрішньої конверсії. При вивільненні енергії радіонуклід проходить через процес радіоактивного розпаду, і зазвичай випускає один або більше фотонів, гамма-променів, або субатомні частинки (наприклад, ядро гелія He⁺, яке ще носить назву “альфа частинка”, “альфа промінь”. Потік електронів (b-випромінювання), ядер гелію (a-випромінювання) та квантів коротких електромагнітних хвиль (g-випромінювання) складають іонізуюче випромінювання. Радіонукліди утворюються в природних умовах, але також можуть бути отримані штучно при бомбардуванні стабільного ядра атому з високим атомним номером (уран і трансуранові елементи) нейтронами в ядерному реакторі.

Радіонукліди часто також називаються радіоактивними ізотопами або радіоізотопами. Вони використовуються в атомній енергетиці, промисловості, медицині, сільському господарстві і грають важливу роль в дослідженнях з фізики, хімії та біології. Проте, вони можуть представляти собою значну небезпеку через руйнівний вплив ІВ на живі організми.

У результаті радіоактивних перетворень виникають різні частки – a (альфа), b (бета), n (нейтрони), фотони – g (гама), К (рентгенівські) та ін., які мають різні енергетичні параметри і здатність іонізувати середовище. Основні види ІВ:

a -випромінювання – потік позитивно заряджених часток (ядер ато­мів гелію), що утворюються при розпаді ядер або при ядерних реакці­ях. Вони мають велику іонізуючу дію, але малу проникаючу здатність.

b -випромінювання – потік негативно заряджених часток (електронів) або позитивних (позитронів), що утворюються при розпаді ядер або нестійких часток. Питомий пробіг р-часток у повітрі складає приблизно 3,8 м/МеВ. Іонізуюча здатність р-часток на два порядки нижче а-часток.

g -випромінювания є короткохвильове електромагнітне випромі­нювання (фотонне випромінювання). Воно має місце при змінах енер­гетичного стану атомних ядер, а також при ядерних перетвореннях.

Рентгенівське випромінювання це також електромагнітне (фотонне) випромінювання, яке утворюється при змінах енергетичного стану електронних оболонок атома (зупинці або гальмуванні електронів великих швидкостей). Гамма та рентгенівські випромінювання мають невелику іонізуючу дію, але дуже велику проникаючу здатність. Основ­ні характеристики іонізуючих випромінювань подані у табл. 5.

Таблиця 5

Поиск по сайту: