Природа та властивості іонізуючих випромінювань

Всі іонізуючі випромінювання поділяються на корпускулярні та фотонні.

До корпускулярних відносяться альфа-випромінюван­ня (a) (ядра атомів гелію), бета-випромінювання (електрони b^- і позитрони b⁺), протони (р), нейтрони (n°) та інші (їх понад 200). Αльфа-частки мають дуже велику енергію (до 10 МеВ), за допомогою якої вперше у 1919 році опромінюючи ядра атомів, азоту отримали новий хімічний елемент - кисень та позитрон.

До фотонного випромінювання належать: γ- та рентгенівські промені. γ-випромінювання – це електромагнітні коливання (кванти) великої частоти, які утворюються при ядерних перетвореннях (довжина хвилі 10^-10-10^-13 м), розповсюджуються порціями - квантами з швидкістю світла. Вони були відкриті в 1900 році французом П.Вілардом.

Рентгенівське - теж електро­магнітне квантове випромінювання, але спосіб його отримання – позаядерний (у вакуумних рентгенівських труб­ках при гальмуванні електронів мішенню - анодом).

Табл. 1.1. СПЕКТРИ ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ ТА ЗВУКОВИХ ВИПРОМІНЮВАНЬ

ЕЛЕКТРОМАГНІТНІ

Довжина
хвилі l, см 10⁸ 10⁶ 10⁴ 10² 10⁰ 10^-2 10^-4 10^-6 10^-8 10^-10 10^-12

Енергія

квантів, еВ 10^-12 10^-10 10^-8 10^-6 10^-4 10^-2 10⁰ 10² 10⁴ 10⁶ 10⁸

Частота

n, Гц 10² 10⁴ 10⁶ 10⁸ 10¹⁰ 10¹² 10¹⁴ 10¹⁶ 10¹⁸ 10²⁰ 10²²

ЯМР ІФВ УВ Рентгенівське та Радіохвилі (частоти енергії) (частоти енергії) g- випромінювання

ЗВУКОВІ

Частота

n, Гц 10¹ 10² 10³ 10⁴ 10⁵ 10⁶ 10⁷ 10⁸ 10⁹

УЗ

Звукові коливання Ультразвукові

коливання

Табл. 1.2. Фізичні властивості іонізуючих випромінювань

Вид проме нів	Енергія випромі-нювання, МеВ	Швидкість розповсюджен-ня в вакуумі, км/с	Довжина пробігу в повітрі	Довжина пробігу в тканинах організму.	Іонізуюча здатність (щільність іонізації на одиницю шляху пробігу в повітрі)
Альфа частки	1-10		До 20 см.	До 50 мкм	10000-20000 пар/мм
Бета частки	0.1-2		До 15 м	До 1 см	5-10 пар/мм
Гамма, рентгенів-ські промені	0.1-20		Сотні метрів	Десятки сантиметрів	1 пара/см

Доза – це енергія, яку виділяє джерело випромінювання або яка передається об’єкту опромінення. Частіше для визначення величини енергії випромінювання використовується кількість іонів, утворених внаслідок відриву електронів від атомів в заповненій повітрям іонізаційній камері.

Експозиційна доза - це енергія фотонного випромінювання, яка витрачена на іонізацію атомів сухого повітря. За одиницю дози опромінення в СІ прийнято Кл/кг, це така енергія, яка в 1кг сухого повітря утворює заряд кожного знаку в 1 Кл, тобто 6.2 х 10¹⁸ пар іонів.

Позасистемна одиниця – Р (рентген) = 2,58 х 10^-4 Кл/кг = 25,8 мкКл/кг. 1Кл/кг = 3876 Р. Доза в один рентген утворює 2.08 х 10⁹ пар іонів (одну електростатичну одиницю).

Потужність експозиційної дози показує швидкість накопичення дози і вимірюється в Кл/кг/с=А/кг. Позасистемні одиниці - Р/рік, мкР/с та інші похідні.

Поглинута доза (Д) - енергія іонізуючого випромінювання, яка поглинута речовиною, що опромінюється (повітря, тканини організму), в перерахунку на одиницю маси.

Одиниця поглинутої дози: 1 Гр = 1 Дж/кг ( Грей – енергія в 1 Дж передана тілу масою в 1 кг). Позасистемна одиниця – рад "radiation absorbed dose" (енергія в 1 ерг поглинута в масі 1 гр).

1 Гр = 100 рад.

Потужність поглинутої дози вимірюється в Гр/с, тобто, коли 1 Дж енергії поглинається кожну секунду в 1 кг речовини.

Біологічний ефект при опроміненні організму залежить не тільки від поглинутої дози, але й від розподілу енергії в мікрооб’ємі, що пов’язано зі щільністю іонізації, і збільшується пропорційно останній. Щільність іонізації залежить від лінійної втрати енергії і визначається відношенням енергії локально переданій середовищу зарядженою часткою або квантами хвильового випромінювання до відстані їх пробігу.

Для співставлення біологічної дії різних видів випромінювання існує поняття відносна біологічна ефективність (ВБЕ), тобто коефіцієнт якості (К) або радіаційний зважуючий фактор. ВБЕ гамма- і рентгенівського випромінювання прийнято за 1. У зв’язку з цим введено поняття еквівалентної дози опромінення, для оцінки радіаційної небезпеки довгострокового опромінення у невеликих дозах.

Еквівалентна доза -поглинута доза, помножена на коефіцієнт (Е - радіаційний зважуючий фактор), який відображає відносну здатність різних видів випромінювання пошкоджувати тканини організму. Ця здатність прямо залежить від щільності іонізації.

Одиниця еквівалентної дози в СІ – Зв (Зіверт). Це поглинута доза, яка при опроміненні даним видом опромінення дає такий же біологічний ефект, як 1 Гр поглинутої дози гамма-випромінювання. Фізична суть цієї одиниці - 1 Дж/кг. При інших видах випромінювань 1 Зв = Дж∙кг^-1∙Е).

Ефективна доза - поряд з фізичним фактором враховує відмінність радіочутливості певних тканин, коли радіаційний ефект при опроміненні, наприклад, кришталика ока, шкіри, м’язів, кровотворних тканин однаковою еквівалентною дозою, буде різним, тобто 1 Зв=1 Дж х кг^-1 х Е х Н, де Н - тканинний фактор.