Свойства ионизирующих излучений

Лекция 2. Природные источники ионизирующей радиации и виды ионизирующих излучений.

Свойства ионизирующих излучений и способы их измерения изучает раздел радиобиологии – радиология.

Радиоактивность - это способность некоторых химических элементов (урана, тория, радия, калифорния и др.) самопроизвольно распадаться и испускать невидимые излучения. Такие элементы называют радиоактивными.

Радиоактивные вещества (РВ) распадаются со строго определѐнной скоростью, измеряемой периодом полураспада, т.е. временем, в течении которого распадается половина всех атомов. Пример: период полураспада калия- 40 – 1 млрд. лет; радия - 226 - 1590 лет; урана - 235 - 713 млн. лет; натрия - 23 -15 часов; йода - 8,1 - 131 день; стронция – 28 - 90 лет; цезия – 33 - 137 года.

Радиоактивный распад не может быть остановлен или ускорен каким-либо способом.

Виды ионизирующих излучений, их классификация, свойства.

Понятие о дозиметрии.

Ионизирующими излучениями называют поток частиц или квантов,

способных прямо или косвенно вызывать возбуждение и ионизацию атомов и молекул в облученном объекте.

Согласно современной классификации различают

следующие группы ионизирующих излучений.

I. По наличию массы покоя:

1. Электромагнитные излучения (не имеют массы покоя):

Рентгеновское излучение, гамма-излучение.

2. Корпускулярные излучения (имеют массу покоя):

- бета-частицы (позитроны, электроны);

- протоны (ядра водорода);

- альфа-частицы (ядра атома гелия);

- нейтроны;

- ядра легких элементов;

- мезоны и другие искусственно образующиеся частицы.

II. По наличию заряда:

1. Электрически нейтральные излучения:

- рентгеновское излучение;

- гамма-излучение;

- нейтроны.

2. Потоки заряженных частиц

- альфа, бета-частицы.

III. По плотности ионизации:

1. Редкоионизирующие (рентгеновское, гамма-излучение, электроны).

2. Плотноионизирующие (бета-, альфа-частицы, нейтроны).

Свойства ионизирующих излучений.

Энергия ионизирующих излучений в ядерной физике измеряется электрон-вольтами (эВ). Электронвольт равен энергии, которую электрон получает при прохождении разности потенциалов 1 Вольт.

Энергию, переданную заряженной частицей на единицу длины ее пробега в веществе, называют линейной ередачей энергии (ЛПЭ). Виды излучения, имеющие ЛПЭ менее 10 кэВ/мкм, относят к редкоионизирующим, а те, для которых ЛПЭ превышает указанную величину – к потноионизирующим.

Плотноионизирующие излучения обладают большей биологической эффективностью вследствие более выраженного лучевого поражения клеток и тканей организма и снижения их способности к пострадиационному восстановлению.

Свойства основных видов ионизирующих излучений.

Альфа-частицы ( a ) – представляют собой поток ядер атома гелия, состоящих из двух протонов и двух нейтронов, имеют массу покоя 4 аем (атомные единицы массы) и положительный заряд +2. Скорость их движения составляет около 20 000 км /с, т.е. в 35 000 раз быстрее, чем современные самолѐты. Альфа-частицы движутся с энергией от 4 до 9 МэВ. Альфа-частицы обладают сильной ионизирующей способностью, дают высокую плотность ионизации (на 1 см пути в воздухе образуют до 40 000 и более пар ионов).Пробег их в воздухе равен 5-11 см, в биологические ткани проникают на глубину до 0,1 мм; они задерживаются даже листком бумаги. Альфа- частицы входят в состав космических лучей у Земли (6%).

Бета-частицы ( b -, b +) – это поток электронов, имеющих отрицательный заряд –1 или положительный +1 и очень небольшую массу покоя, в 1840 раз меньше массы протона. Их скорость составляет 200000 - 300000 км/с, приближаясь к скорости света. Различают мягкие бета-излучения с энергией до 1 МэВ и жесткие – с энергией до 2-5 МэВ. Пробег в воздухе достигает 10-20 м, в биологические ткани они проникают на глубину 5-7 см.

Гамма-излучение ( g ) – это коротковолновое электромагнитное излучение, аналогичное рентгеновским лучам, состоящее из потока гамма-квантов энергии –

фотонов, то есть элементарных частиц электрически нейтральных, не имеющих массы покоя, поэтому обладающих большой проникающей плотностью в различные материалы и биологические ткани. Через тело человека они проходят беспрепятственно.

Различают мягкие гамма-лучи с энергией до 1 МэВ и жесткие, с энергией гамма-квант 1-10 МэВ.

Поток нейтронов (п) – это поток нейтральных частиц с массой равной массе протона (масса покоя 1,009 аем). Быстрые нейтроны с энергией 1-10 МэВ так же обладают большой проникающей способностью. Нейтроны обладают

различной скоростью, в среднем меньше скорости света. Быстрые нейтроны развивают энергию порядка 0,5 Мэв и выше, медленные - от долей до нескольких тысяч электроновольт. Нейтроны, являясь электрически

нейтральными частицами, обладают, как и гамма лучи, большой проникающей способностью. Ослабление потока нейтронов в основном происходит за счет столкновения с ядрами других атомов и за счет захвата нейтронов ядрами

атомов. Так при столкновении с легкими ядрами нейтроны в большей степени теряют свою энергию, но легкие водородосодержащие вещества такие как: вода, парафин, ткани тела человека, сырой бетон, почва, являются лучшими замедлителями и поглотителями нейтронов.

Все вышеперечисленные излучения обладают способностью вызывать ионизацию атомов и молекул веществ, через которые они проходят (отсюда название «ионизирующие излучения»).

Ионизацией называется отрыв электронов от атома, при котором образуется пара ионов (+ и -). На интенсивности ионизации и поглощении лучистой энергии различными

веществами основывается измерение дозы ионизирующих излучений – дозиметрия.

Экспозиционная доза – полный электрический заряд образующихся ионов одного знака в единице массы воздуха. Единицы измерения: в Международной

системе единиц – кулон на кг (Кл/кг), внесистемная единица – рентген (Р) (когда в 1 см3 воздуха образуется 2,08 млрд. пар ионов, несущих одну электростатическую единицу заряда). 1 Р = 2,58 × 10-4Кл/кг

На 7 Международном конгрессе радиологов в 1953 году в Копенгагене, в период наиболее острого интереса к атомной науке и технике, энергию любого вида излучения, поглощенную в одном грамме вещества, было рекомендовано называть поглощенной дозой. В качестве поглощенной дозы был выбран рад ( rad, radiation absorbed dose) - поглощенная доза излучения.

1 рад соответствует такой поглощенной дозе, при которой количество энергии, которая выделяется в одном грамме любого вещества, равно 100 эрг, независимо от вида энергии ионизирующего излучения.

Таким образом,

1 рад =100 эрг/г = 10-2 Дж/кг = 6,25 107 МэВ/г. для любого материала.

Единицы измерения поглощенной дозы (количество поглощенной энергии в единице массы вещества): в Международной системе единиц Грей (Гр) –поглощенная доза излучения, переданная массе облучаемого вещества в 1 кг и измеряемая энергией в 1 Дж (джоуль), внесистемная единица – рад (радиационная адсорбированная доза).

1 Дж/кг = 1 Гр = 100 рад.

Поглощенная и экспозиционная дозы излучений, отнесенные к единице времени, называются мощностью поглощенной и экспозиционной доз.

Мощностью поглощенной дозы является физической величиной и измеряется в единицах рад/с, рад/мин, рад/ч и т.д.

Измерить поглощенную дозу непосредственно в живой ткани чрезвычайно трудно, и даже если бы удалось проделать такие измерения, их ценность оказалась бы невелика.

Реакция живого организма на облучение определяется не столько поглощенной дозой, сколько распределением энергии по чувствительным структурам живых

клеток (молекулярный и клеточный уровни). В связи с чем, возникла потребность в формулировке измеримой величины, учитывающей не только выделение энергии, но и биологические последствия облучения. Из соображений

простоты и удобства, биологические эффекты, вызванные любыми ионизирующими агентами, принято сравнивать с воздействием на живой организм рентгеновского или гамма- излучения. Удобство определяется тем, что для рентгеновского излучения заданные дозы и их мощность сравнительно легко воспроизводимы и достоверно измеряемы. Все эти процедуры становятся заметно сложнее для других типов излучений.

Вводится так называемая эквивалентная доза, которая определяется как произведение поглощѐнной дозы на некоторый коэффициент (Q) зависящий от вида излучения.

Эквивалентная доза измеряется в бэрах (бэр - биологический эквивалент рентгена), под которым понимают такую же степень ионизации в тканях, которую создает 1 рад гамма-излучения. Таким образом, для рентгеновского излучения, 1 рад поглощенной дозы соответствует 1 бэру. В Международной системе единиц используется единица измерения Зиверт (Зв): 1 Зв = 100 бэр.

Эквивалентная доза в 4-5 Зв, примерно 400-500 бэр, полученная за короткое время, вызывает тяжелое лучевое поражение и может привести к смертельному исходу (Пример: предельно допустимая доза (ПДД) для персонала, работающего с радиоактивными веществами, установлена в 5 бэр/год или примерно 100

мбэр/неделя. При этом имеется в виду облучение всего тела, как говорят тотальное облучение. Для населения установлен предел дозы за год в десять раз меньший - 500 мбэр/год).

При определении суммарной дозы облучения за период

продолжительностью более 4 суток пользуются понятием период

полувосстановления, равный для человека в среднем 28 суток. В соответствии с этим существует понятие остаточная доза, зависимая от времени, прошедшего

после облучения. Например, через неделю после облучения остаточная доза составит 90% от полученной, а через 4 недели – соответственно 50%. Сумма полученной и остаточной доз называется эффективной дозой облучения.

Поиск по сайту: