Основні характеристики іонізуючих випромінювань

Ядра атомів всіх речовин складаються з дрібних частинок – нейтронів і протонів, що мають міцний взаємний зв’язок. Число протонів є суворо визначеним, тоді як число нейтронів ядра для одного хімічного елементу може бути різним. Тому існують різновиди атомів одного елементу, що відрізняються один від одного масою і називаються ізотопами (isotopes).

Для більшості ізотопів характерна радіоактивність, що може бути природною і штучною. Перша – це довільний розпад ядер у природному стані, а друга здійснюється людиною в лабораторіях, на реакторах АЕС та ін.

В момент радіоактивного розпаду (природна радіоактивність) з ядер елементів виділяється величезна кількість енергії у вигляді іонізуючих випромінювань:

· гама випромінювання (γ) є найнебезпечнішим джерелом енергії, воно проникає у повітрі на сотні метрів (300-400 м);

· бета випромінювання (β) проникає в повітрі на відстань кількох метрів (4-5), а в тканинах живих організмів – до 10 мм;

· альфа частинки (α) мають найкоротший радіус дії – кілька сантиметрів в повітрі, 0,1 мм в тканинах, а тому небезпечні лише при безпосередньому контакті зі слизовими оболонками;

· особливим видом іонізуючого випромінювання є нейтронне випромінювання (n), яке має місце при розпаді урану або деяких ізотопів плутонію. Нейтронні потоки при вибухах ядерної зброї (ядерних реакторів) можуть проходити в повітрі відстань 3-4 км. Тому нейтронне випромінювання для живих організмів, радіоелектронних та енергетичних систем є дуже небезпечним.

Період піврозпаду (Т) різних ізотопів може змінюватись в широкому діапазоні. Наприклад, для плутонію Р₁₁₂ Т = 3∙10^-7 с, а для урану U₂₃₈ Т = 4.4 млрд. років. Радіоактивний розпад не залежить від зовнішніх причин, його не можна зупинити або прискорити.

Іонізуючі випромінювання при проходженні крізь живий організм (елементи радіоелектронних систем) взаємодіють з атомами та молекулами живих організмів, викликаючи їх іонізацію, діючи на молекулярному рівні, клітинному, а потім на рівні цілого організму. При цьому відбуваються сильні зміни в організмі: первинні фізико-хімічні процеси призводять до складних змін, які порушують функції всього організму.

Ступінь, глибина та форма променевих ушкоджень біологічних об’єктів при дії іонізуючих випромінювань на них залежать від поглинутої дози Д_п, тобто енергії поглинутої одиницею маси живого організму.

За одиницю вимірювання поглинутої дози (dose of irradiation) в СІ прийнято Грей (1Гр = 1Дж/кг). радіобіології застосовується позасистемна одиниця поглинутої дози – рад (така поглинута доза, при якій кількість енергії поглинутої 1 кілограмом будь-якої речовини складає 0,01 Дж, незалежно від виду випромінювання).

Рад і Гр знаходяться в такому співвідношенні 1 Гр = 100 рад.

Поглинута доза не враховує те, що вплив однакової дози різних випромінювань на живі організми має різний ефект. Це враховується при визначенні еквівалентної дози (equivalent dose), яка використовується насамперед для оцінювання дії опромінення на людей і тварин

, (2.1)

де k₁ – коефіцієнт враховуючий здатність даного виду випромінювання пошкоджувати тканини організму або коефіцієнт відносної біологічної ефективності для різних видів випромінювань (табл. 2.1)

Таблиця 2.1 – Коефіцієнти відносної біологічної ефективності для різних видів випромінювань

Еквівалентна доза вимірюється: в СІ – зіверт (Зв), позасистемна одиниця – бер (біологічний еквівалент рентгена) 1 Зв = 100 бер.

Більш детальний аналіз дії радіоактивних променів на тканини людського організму свідчить про різну чутливість різних органів людського організму до опромінення. Мірою цієї чутливості є ефективна еквівалентна доза ( effective equivalent dose ) (еквівалентна доза помножена на коефіцієнт k₂ чутливості внутрішніх органів).

Д_еф.екв=k₁·k₂ ·Д_п. (2.2)

Як і еквівалентна, ця доза вимірюється в зівертах.

Таблиця 2.2 – Значення коефіцієнта радіаційного ризику для окремих органів

Для оцінки радіаційної обстановки на місцевості, в приміщеннях (ефект іонізації у повітрі) використовується експозиційна доза (display dose) рентгенівського та гама-випромінювання (Д_ек), яка характеризує джерело і радіаційне поле створюване ним.

Експозиційна доза вимірюється: в СІ – кулон на кілограм (Кл/кг), позасистемна одиниця – рентген (Р).

1 рентген – це така доза рентгенівського чи гама-випромінювання, яка утворює в 1 см³ (при н. у.) 2,08∙10⁹ пар іонів. 1 Р = 2,58∙10^-7 Кл/кг.

Для отримання Д_ек в 1 Р необхідно витратити на утворення в 1 см³ сухого повітря 2,08∙10⁹ пар іонів енергію 0,0877 Дж.

Між поглинутою та експозиційною дозами (в позасистемних одиницях вимірювання) має місце співвідношення:

. (2.3)

Доза віднесена на одиницю часу є потужність дози (power of dose) або рівень радіації (level of radiation)(р), що характеризує швидкість накопичення дози.

За одиницю вимірювання рівня радіації можна прийняти Р/год, рад/год та ін.

Кількісною характеристикою джерела випромінювання може бути його активність (activity) (міра кількості радіоактивної речовини), тобто число перетворень за одиницю часу.

За одиницю вимірювання активності можна використати системну одиницю Бекерель (1 Бк = 1 розпад/с) чи позасистемну одиницю Кюрі (1 Кі).

Кюрі (Curie) – одиниця активності ізотопу, у якому за одну секунду мають місце 3,7∙10¹⁰ актів розпаду.

Швидкість (А) розпаду ізотопу залежить від кількості ядер ізотопу (N) і постійної розпаду (λ), яка характеризує ймовірність розпаду за одиницю часу або загальна кількість атомів ізотопу, що розпадається кожної секунди, тобто

. (2.4)

Постійну розпаду можна визначити з співвідношення

, тобто , (2.5)

де Т – період піврозпаду.

Знаючи кількість піврозпадів за 1 с за формулою можна визначити кількість ядер ізотопу

. (2.6)

За кількістю ядер речовини можна визначити її загальну масу

, (2.7)

де L₀ = 6,02·10²³ – число Авогадро;

М – атомна маса речовини.

Крім того, можна визначити загальну кількість радіоактивної речовини. На практиці частіше користуються щільністю забруднення (closeness of contamination) території (Kі/см², Kі/м², Kі/км²).

Між потужністю дози на забрудненій території та щільністю існує співвідношення: забруднення щільністю в Кі/м² еквівалентне потужності дози в 10 Р/год, забруднення щільністю в Кі/км² еквівалентне потужності дози в 10 мкР/год.

Поиск по сайту: