Переведення одиниць системи СГС у систему СІ

Кількісною характеристикою джерела випромінювання є активність. Для вимірювання активності (міра кількості радіоактивної речовини, виражена числом радіоактивних розпадів за одиницю часу) застосовується одиниця беккерель (Бк) (фр. becquerel — за ім’ям фр. фізика А. Беккереля (А. Becquerel), яка чисельно дорівнює одному ядерному перетворенню за секунду (розпад/с). Позасистемною одиницею активності є Кюрі (Кі), що відповідає активності 1 г радію або 3,7´10¹⁰ розпадам за секунду.

Експозиційна доза характеризує іонізуючу здатність випромінювання у повітрі, тобто потенційні можливості іонізуючого випромінювання. За одиницю дози у системі СІ прийнятий Кулон поділений на кілограм (Кл/кг) — це така доза випромінювання, при якій в 1 кг сухого повітря виникає така кількість іонів, що мають заряд 1 кулон електрики кожного знаку. Позасистемною одиницею експозиційної дози є рентген (Р) — одна з найпоширеніших одиниць вимірювання радіоактивності.

Поглинута доза характеризує енергію іонізуючого випромінювання (незалежно від виду випромінювання), яка поґлинута одиницею маси опроміненого середовища. Одиниця вимірювання поглинутої дози в системі СІ — грей (Гр), позасистемна одиниця — рад. При підрахунках експозиційну дозу прирівнюють до поглинутої 1Р=1рад, проте для точних розрахунків необхідно враховувати, що 1 Р відповідає поглинута доза у повітрі – 0,87 рад, у воді та живій тканині — 0,93 рад.

Біологічний ефект іонізуючого випромінювання надзвичайно сильний і не може бути порівняним з дією будь-якого іншого виду енергії. Однократна смертельна доза іонізуючого випромінювання для людини становить 5 Гр, тобто відповідає поглиненій енергії випромінювання 5 Дж/кг. Така кількість теплової енергії витрачається на нагрівання склянки води до 100ºС або на нагрівання тіла людини не більше, ніж на 0,001ºС.

Поглинута доза не відображає біологічну дію радіації, а тільки свідчить про кількість поглинутої енергії. Для оцінки біологічного впливу різних видів іонізуючих випромінювань на організм людини використовується еквівалентна доза, що у системі СІ вимірюється у зівертах (3в), у системі СГС — берах (біологічний еквівалент рентгена, БЕР). Еквівалентна доза служить для оцінки радіаційної небезпеки різних видів випромінювань.

Еквівалентна доза характеризує біологічний ефект будь-якого іонізуючого випромінювання, що приведений до впливу, який викликають гама-промені:

Д=К·Дп,

де: Д — еквівалентна доза; Дп — поглинута доза; К — коефіцієнт якості випромінювання, який вказує, у скільки разів біологічний ефект даного виду випромінювання відрізняється від такої ж дії гама-випромінювання. Для рентгенівського випроміювання К = 1, для нейтронів — К=10, для альфа-випромінювання — К=20.

При наближених розрахунках, пов’язаних тільки з γ-випро­мінюванням (для випадків зовнішнього опромінення людини без забруднення радіоактивним пилом) можна вважати, що експозиційна, поглинута та еквівалентна дози практично рівні: 1 бер = 1 рад = 1 рентген.

Плануючи заходи цивільного захисту, користуються показником колективної еквівалентної дози, тобто дози, яка отримана групою людей (вимірюється у людино-зівертах). Колективну ефективну еквівалентну дозу, яку отримують багато поколінь людей від будь-якого радіоактивного джерела за час його існування, називають очікуваною (повною) колективною ефективною еквівалентною дозою.

Поглинута та експозиційна дози випромінювання, віднесені до одиниці часу, визначають потужність дози (рівень радіації).

Рівень радіації характеризує, наприклад, ступінь забруднення місцевості та вказує, яку дозу може одержати людина, знаходячись на забрудненій місцевості, за певний час. Рівень радіації вимірюється у рентген/годинах, рад/годинах, бер/ годинах.

Рівень радіації зменшується у геометричній прогресії через розпад радіоактивних елементів. Швидкість зменшення залежить від періоду напіврозпаду ізотопів, що забруднили територію.

Період напіврозпаду – час, за який розпадається половина атомів радіоактивного елемента (Т1/2).

Так, якщо зараження відбулося радіоактивним йодом з періодом напіврозпаду 8 діб, зменшення рівня радіації на місцевості буде йти швидко, а при зараженні цезієм та стронцієм з періодами напіврозпаду 28 і 30 років — довго.

Приклад задачі. В результаті аварії виникло забруднення місцевості J¹³¹. Природний фон місцевості до забруднення становив 15 мкР/год, а в результаті забруднення зріс до 115 мкР/год. Скласти графік зниження радіаційного фону на місцевості.

де Мк — маса кінцева, Мп — маса початкова, n — кількість періодів напіврозпаду, що вираховується діленням заданого часу на період напіврозпаду ізотопа.

Результати розрахунків показують, що рівень радіації при забрудненні радіоактивним йодом зменшується практично до природного фонового рівня приблизно через 50 діб.

При забрудненні місцевості кількома ізотопами з різними періодами напіврозпаду необхідно провести розрахунки окремо по кожному з них та визначити середні значення з врахуванням їх питомого вмісту у загальному забрудненні.

Під час Чорнобильської катастрофи основними радіоактивними елементами, що призвели до забруднення були, йод-131 (J¹³¹), цезій-137 (Cs¹³⁷) та стронцій-90 (Sr⁹⁰) з періодами напіврозпаду відповідно 8 діб, 29,7 роки та 28 років, які є найбільш небезпечними для організму людини.

Джерела іонізуючих випромінювань

Джерела іонізуючих випромінювань (радіації) поділяють на природні та штучні. Основну частину опромінення населення земної кулі отримує від природних джерел радіації.

До природних джерел радіації відносять: космічні,земну радіацію та внутрішнє опромінення.

Космічні промені приходять до нас з глибини Всесвіту, а більша їх частина надходить з Сонця. Вони можуть досягати поверхні Землі або взаємодіяти з атмосферою, породжуючи різні радіонукліди. При цьому північний і південний полюси отримують більше радіації, ніж екваторіальні області, внаслідок наявності магнітного поля Землі, яке відхиляє космічні промені (заряджені частки). Крім того, із збільшенням висоти меншає шар повітря, який грає роль екрана, внаслідок чого рівень опромінення космічними променями зростає.

Джерелами земної радіації є: довгоживучі радіонукліди калію-40, рубідію-87, урану-238, торію-232, свинцю-210, полонію-210, газу радону та інші, що зустрічаються в різних породах землі. При цьому земна радіація в різних районах земної кулі не однакова і залежить від концентрації радіонуклідів в тому або іншому місці.

Найбільш небезпечним з усіх природних джерел радіації є радон – важкий газ, що не має смаку, запаху і забарвленяя в 7,5 разів важчий за повітря. У природі зустрічається у вигляді радону-222 (від розпаду урану-238) і радону-220 (від розпаду торію-232). Однак, продукти розпаду радону більш небезпечні, ніж сам газ.

Іншими природними джерелами радіації є: вугілля (при спаленні), термальні води, фосфати (при добуванні і як добрива) та інші речовини.

Внутрішнє опромінення складає від 2/3 до 5/6 загальної дози опромінення людини. Внутрішнє опромінення пов’язано з наявністю у організмі людини радіоактивних речовин, зокрема С¹² (радіоактивний вуглець С¹² міститься у всіх біологічних тканинах на Землі, в зв’язку з цим археологи та палеонтологи оцінюють вік знахідок за допомогою радіовуглецевого аналізу), що надходять до організму переважно з їжею, і в значно меншій мірі з водою та повітрям.

До штучних джерел радіації відносять: ядерні вибухи, атомну енергетику, уранові копальні і збагачувальні фабрики, могильники радіоактивних відходів, рентгенівські апарати, апаратуру, яку використовують в науково-дослідній роботі в галузі ядерної фізики і енергетики, ТЕЦ, які працюють на вугіллі, радіонукліди, що застосовуються в медицині та приладах побутової техніки, різні будівельні матеріали, світлові прилади: апаратура у покажчиках якої застосовується фосфор, телевізори, комп'ютери, генератори надвисокої частоти та багато інших.

Характеристика радіоактивного забруднення середовища мешкання залежить від: радіонуклідів, їх кількості, активності (періоду напіврозпаду), відстані до джерела радіації, часу і ступеню впливу на людину.

Так, наприклад, радіаційне забруднення салону авіалайнера буде залежати від висоти і тривалості польоту, оскільки основним джерелом опромінення є космічні промені, так само незначна частина опромінення буде від радіонуклідів, які використовують в системах авіалайнера.

Підприємства ядерної енергетики є, потенційними джерелами забруднення зовнішнього середовища на всіх етапах ядерного паливного циклу.

Вплив іонізуючого випромінювання на живі організми

Іонізуюче випромінювання характеризується такими особливостями дії на людський організм та інші біологічні об'єкти:

² дуже мала кількість енергії викликає глибокі біологічні зміни;

² опромінення характеризується ефектом накопичення;

² різні органи живого організму мають різну чутливість та реакцію на опромінення;

² дія іонізуючого випромінювання проявляється не відразу (наявність прихованого періоду);

² випромінювання впливає не лише на даний організм, але й на його нащадків;

² ефект опромінення залежить від величини дози та періоду, за який ця доза отримана.

Ступінь, глибина і форма променевих вражень біологічних об’єктів, у першу чергу, залежить від величини поглинутої дози, тобто величини поглинутої енергії випромінювання. Велика одноразова доза викликає важчі наслідки, ніж систематична, що сумарно дорівнює однократній.

Вражаюча дія проникаючої радіації на людину залежить від: величини дози опромінювання та часу, протягом якого доза отримана.

Різні частини тіла неоднаково реагують на отриману дозу опромінення. Найчутливіші до радіації — червоний кістковий мозок, щитовидна залоза, внутрішні органи, статеві органи, молочні залози. Наприклад, при однаковій еквівалентній дозі виникнення раку у легенях імовірніше, ніж у щитовидній залозі. Тому дози опромінення органів та тканин вираховуються за різними коефіцієнтами. При рівномірному опроміненні усього тіла із 100 % дози опромінення червоний кістковий мозок поглинає 12 %, молочні залози – 15 %, легені – 12 %, яєчники чи сім'яники – 25 %, щитовидна залоза – 3 %, кісткова тканина – 3 %, інші тканини – 30 %. Дані цифри характеризують коефіцієнти радіаційного ризику цих органів.

Сумарний ефект опромінення організму характеризується ефективною еквівалентною дозою, яка вираховується шляхом додавання доз, отриманих усіма органами та тканинами, помноженими на коефіцієнт ризику.

Іонізація живої тканини викликає невластиві організмові хімічні, фізичні та біологічні процеси, що призводить до розриву молекулярних зв’язків і зміни хімічної структури різних сполук, утворення токсинів, наслідком чого є загибель клітин та розвиток променевої хвороби.

Під дією іонізуючого випромінювання відбувається іонізація води з утворенням іонів Н⁺ та ОН^-, а в подальшому хімічно активних пероксидів, зокрема, пероксиду водню Н₂О₂, що взаємодіють з білками, ферментами, нуклеопротеїдами та іншими речовинами з утворенням вільних радикалів, які, в свою чергу, вступають у наступні реакції. Нерідко в результаті такої хімічної взаємодії утворюються токсичні речовини. Тому іонізація навіть однієї молекули може призвести до лавиноподібного ефекту. Це пояснює ефект, що надзвичайно мала енергія іонізуючого випромінювання викликає надзвичайно сильну біологічну дію на організм.

Захворювання, спричинені іонізуючим випромінюванням, можуть бути гострими чи хронічними, загальними та місцевими. Гострі ураження, як правило, наступають при опроміненні великими дозами протягом короткого проміжку часу, хронічні — у разі тривалого опромінення у невеликих дозах.

Гостра променева хвороба розвивається в разі зовнішнього або внутрішнього опромінення в дозі 1 Гр (100 Р) і більше за невеликий проміжок часу (до 4 діб).

Залежно від дози опромінення розрізняють кілька клінічних форм гострої променевої хвороби, що наведено у таблиці 3.2.

Таблиця 3.2

Поиск по сайту: