Ионизирующие излучения

Глава 20. защита от ионизирующих

Излучений

Ионизация – образование положительных и отрицательных ионов и свободных электронов из электрически нейтральных атомов и молекул под воздействием излучений.

Ионизирующее излучение – излучение, приводящее к образованию ионов. Для ионизации среды необходима энергия. Энергию излу­чения, которая расходуется на ионизацию, измеряют в джоулях (Дж). Внесис­темная единица – электрон-вольт(эВ). Энергию в 1 электрон-вольтприобретает электрон с зарядом минус 1 при прохождении уско­ряющей разности потенциалов в 1 вольт. 1 эВ равен 1,6·10^–19 Дж.

ВИДЫ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ

Альфа-излучение представляет собой поток ядер гелия, испускаемых веществом при радиоактивном распаде ядер или ядерных реакциях. Этот вид излучения наблюдается преимуще­ственно у естественных радиоактивных элементов (радий, торий, уран и др.). Их энергия не превышает несколько мегаэлектроновольт (МэВ). Длина пробега в воздухе 2,5–9 см, в биологических тканях – несколько десятков микрометров. Обладая сравнительно большой массой, альфа-частицы быстро теряют свою энергию при взаимодействии с веществом, что обусловливает их низкую проникающую способность и высокую удельную ионизацию.

Бета-излучение – поток электронов или позитронов, возникающих при радиоактивном распаде. Энергия бета-частиц не превышает нескольких мегаэлектроновольт (МэВ). Максимальный пробег в воздухе составляет около 1700 см, в тканях – 2,5 мм. Ионизирующая способность бета-частиц ниже, а проникающая способность выше, чем альфа-частиц, так как они обладают значительно меньшей массой и при равной с альфа-частицами энергией имеют меньший заряд.

Гамма-излучение относится кэлектромагнитному излучению и представляет собой поток квантов энергии, распространяющихся со скоростью света. Проникающая способность гамма-излучения очень высокая и находится в прямой зависимости от энергии, находящейся в пределах 0,01–10 МэВ.

Рентгеновское излучение – электромагнитное излучение с длиной волны 0,006–2 нм. Важнейшее свойство – большая проникающая способность при незначительной ионизации среды.

Нейтронное излучение – поток нейтронов. В свободном состоянии нейтрон нестабилен и распадается, прев­ращаясь в протон, электрон и нейтрино. Среднее время жизни нейтрона приблизительно 1000 сек.Период полураспада потока нейтронов около 14 минут. Нейтроны обладают большой проникающей способностью. Биологическое действие потока нейтронов в зависимо­сти от их энергии в 3–10 раз превышает действие гамма-излучения. Поскольку нейтроны не имеют электрического заряда, они вза­имодействуют не с электронами электронной оболочки, а с ядрами атомов. Характер этого взаимодействия определяется энергией нейтрона и составом атома вещества, с которым взаимодействует нейтрон. При ионизации атомы и молекулы клеток живой ткани за счет нарушения химических связей и распада жизненно важных веществ погибают или теряют способность к жизнедеятельности. В зависимости от энергий нейтроны принято делить на группы: быстрые нейтроны – 15–0,5 Мэв; промежуточные – 0,5Мэв–100 эв; медленные – 100–1 эв; тепловые – 0,2–0,025 эв. Поток нейтронов измеряется числом нейтронов, приходящихся на квадратный метр поверхности – нейтрон/м². Плотность потока – нейтрон/(м²·с).

ПАРАМЕТРЫ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИЕ

ИОНИЗИРУЮЩИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ

Важной характеристикой источника ионизирующего излучения является активность источника,равная числу самопро­извольных ядерных превращений в этом источнике за определенный интервал времени. Единица активности – беккерель (Бк), равна 1 ядерному превращению (распаду) за 1 с. Единицу, равную 3,7·10¹⁰ Бк, называют кюри(Ки), что соответствует активности 1 г радия.

Основным параметром, характеризующим поражающее действие проникающей радиации, является доза излучения. Доза излучения – величина, характеризующая объем поглощенной от источника ионизирующего излучения энергии, отнесенной к единице массы облучаемого вещества. Различают экспозиционную и поглощенную дозы.

Экспозиционная доза – это отношение суммарного заряда всех ионов одного знака в элементарном объеме воздуха к массе воздуха в этом объеме. Экспозиционная доза характеризует радиационную обстановку на местности. Единицей экспозиционной дозы является кулон, деленный на килограмм (Кл/кг). Внесистемная единица – рентген (Р). 1Кл/кг равен 3880Р.

Поражающее действие любого вида ионизирующего излучения определяется количеством энергии, поглощенным биологической тканью. Для оценки этой величины введено понятие поглощенной дозы.

Поглощенная доза измеряется количеством энергии любого вида ионизирующего излучения (альфа-, бета-, гамма- или нейтронного излучения), поглощенной 1 кг вещества. Единица измерения поглощенной дозы ионизирующего излучения – грей (Гр). Грей равен поглощенной дозе ионизирующего излучения, при которой веществу массой 1 кг передается энергия ионизирующего излучения 1 Дж. 1 Гр = 1 Дж/кг.

Для учета влияния на организм человека различных видов излучения на различные органы введены понятия эквивалентная и эффективная дозы. При одинаковой поглощенной дозе различных видов излучений (альфа-, бета-, гамма-,нейтронное излучение) биологический эффект оказывается разным из-за различия в ионизирующей способности частиц.

Эквивалентная доза ионизирующего излучения (эквивалентная доза) – произведение поглощенной дозы на взвешивающий коэффициент данного вида ионизирующего излучения (табл. 20.1). Единица эквивалентной дозы – зиверт (Зв).

Таблица 20.1

Значение взвешивающего коэффициента для отдельных видов ионизирующих излучений

Вид излучения	Взвешивающий коэффициент
Рентгеновское и гамма-излучение
Электроны и позитроны, бета-излучение
Протоны с энергией до 10 МэВ
Нейтроны с энергией до 20 кэВ (тепловые)
Нейтроны с энергией более 10 МэВ (быстрые)
Альфа-излучение с энергией более 10 МэВ
Тяжелые ядра

Эффективная доза – величина, используемая как мера риска возникновения отдаленных последствий облучения всего тела человека и отдельных его органов и тканей с учетом их радиочувствительности. Умножив значение эквивалентной дозы на соответствующий коэффициент радиационного риска и просуммировав по всем органам и тканям, получим эффективную дозу, отражающую суммарный эффект для всего организма.

Таблица 20.2

Значение коэффициента радиационного риска для отдельных органов

Органы, ткани	Коэффициент
Гонады (половые железы)	0,2
Красный костный мозг	0,12
Желудок	0,12
Легкие	0,12
Печень	0,05
Щитовидная железа	0,05
Кожа	0,01
Головной мозг	0,025

Коэффициенты радиационного риска рассчитывают таким образом, чтобы их сумма для всего организма составляла единицу. Единица измерения эффективной дозы – зиверт (Зв).