Основні величини, що характеризують іонізуючі випромінювання.
Тема 6. ІОНІЗУЮЧЕ ВИПРОМІНЮВАННЯ ТА ЙОГО ВПЛИВ
НА ОБ'ЄКТИ НАВКОЛИШНЬОГО СЕРЕДОВИЩА
Лекція 21
План лекції
1. Види іонізуючих випромінювань і одиниці вимірювання.
2. Джерела іонізуючих випромінювань у навколишньому середовищі.
3. Радіоактивність і закони радіоактивного розпаду.
Негативний вплив радіоактивних елементів визначається
іонізуючим випромінюванням, характер якого залежить від типу радіоактивного розпаду даного ізотопу. Класичний досвід, що дозволяє виявити складний склад радіоактивного випромінювання, полягає в наступному. Препарат радію поміщається на дно вузького каналу в шматку свинцю. Проти каналу знаходиться фотопластинка.
На виході з каналу сильне випромінювання діє на магнітне поле, лінії
індукції якого перпендикулярні променю. Вся установка розміщується в
вакууме. Під дією магнітного поля пучок розпадається на три пучки. Дві
складові первинного потоку відхиляються у протилежні сторони. Це
вказує на наявність у цих випромінювань електричних зарядів протилежних
знаків. При цьому негативний компонент випромінювання відхиляється магнітним полем набагато сильніше, ніж позитивний. Третя складова не
відхиляється магнітним полем. Позитивно заряджений компонент отримав назву α-променів, заряджений негативно — β-променів і нейтральний —γ
-променів.
1. Види іонізуючих випромінювань і одиниці вимірювання
Випромінювання називають іонізуючим якщо, проходячи через середовище, воно викликає її іонізацію. Крім іонізації, випромінювання можуть викликати збудження молекул середовища. За своєю природою іонізуюче випромінювання буває і фотонна корпускулярне.
Фотонна випромінювання являє собою електромагнітне іонізуюче
випромінювання. Воно включає в себе γ-випромінювання і рентгенівське випромінювання. Електромагнітне випромінювання, що виникає при зміні енергетичного стану атомних ядер або при анігіляції частинок (наприклад, і електрона позитрона), називається γ-випромінюванням.
Рентгенівське випромінювання — це електромагнітне випромінювання — гальмівне або характеристичне. Під гальмівним розуміють фотонна випромінювання з безперервним енергетичним спектром, що виникає при
зменшенні кінетичної енергії заряджених частинок.
Характеристичним називають фотонна випромінювання з дискретним енергетичним спектром, що виникає при зміні енергетичного стану електронів атома.
Корпускулярне випромінювання — це іонізуюче випромінювання, що складається з частинок з масою, відмінною від нуля. Корпускулярне випромінювання буває наступних видів: β-випромінювання, що складається з електронів β–або позитронівβ+; протонне випромінювання, що складається з протонів Н+; нейтронне випромінювання, що складається з нейтронів; дейтронное, що складається з ядер ізотопів водню — дейтерію д+; α-випромінювання, що складається з α-частинок, що мають будову, аналогічну будові ядра атома гелію, тобто складаються з двох двох протонів і нейтронів — он2+; потоки багатозарядних іонів; продукти ядерних реакцій поділу.
Іонізуюче випромінювання поділяють також на первинне і вторинне.
Первісний- називається іонізуюче випромінювання, яке розглянутому в процесі взаємодії з середовищем приймається вихідним. Під вторинним
іонізуючим випромінюванням розуміють іонізуюче випромінювання, що виникає в результаті взаємодії первинного випромінювання з середовищем. За способом впливу на речовину випромінювання поділяються на безпосередньо іонізуюче та побічно іонізуюче.
Безпосередньо іонізуючим випромінюванням називається іонізуюче випромінювання яке представляє собою потік заряджених частинок, що мають кінетичну енергію, достатню для іонізації при зіткненні.
Побічно іонізуюче випромінювання — це потік фотонів або незаряджених частинок, які можуть створювати безпосередньо іонізуюче випромінювання або викликати ядерні перетворення.
Випромінювання називають моноэнергетичним, якщо воно складається з фотонів однакових або одного виду з рівною кінетичної енергії частинок виду енергією. Випромінювання називають немоноэнергетичним, коли воно складається з фотонів різної енергії або однакових частинок з різною кінетичної енергією.
Енергетичний спектр немоноэнергетичного випромінювання може бути або
дискретним (складається з окремих ліній), або безперервним.
Основні величини, що характеризують іонізуючі випромінювання.
Поглинена доза випромінювання D —енергія іонізуючого випромінювання dE, поглинута випромінюваним речовиною і розрахована на одиницю його маси D = dE/dm (Дж/кг) = 1 Гр (грей); 1 Гр = 100 рад = 6,241 ⋅ 1015 эВ/г. Потужність поглиненої дози випромінювання Р —приріст (швидкість нагромадження) поглиненої дози випромінювання дд в одиницю часу:
Р = dD/dt (Гр/с).
Для оцінки можливої шкоди здоров'ю людини при хронічному опроміненні введено поняття еквівалентної дози Н, яка дорівнює добутку поглиненої дози D на середній коефіцієнт якості іонізуючого випромінювання k в даному елементі об'єму біологічної тканини і вимірюється в зивертах (Зв):
Н (Зв) = D (Дж/кг) k; 1 Зв = 100 бэр.
При визначенні еквівалентної дози іонізуючого випромінювання використовують значення коефіцієнта якості іонізуючого випромінювання, представлені в табл. 12.
Таблиця 12. Значення коефіцієнтів якості k в залежності від виду випромінювання
| Вид випромінювання | k | Вид випромінювання | k |
| Електрони, позитрони | Нейтрони з енергією 0,1–10 Мев | ||
| β-Випромінювання | Протони з енергією < 10 Мев | ||
| Рентгенівське випромінювання і гамма-випромінювання | Важкі ядра віддачі | ||
| Нейтрони з енергією < 20 Мев | α-Випромінювання з енергією < 10 Мев |
Для оцінки шкоди здоров'ю людини при нерівномірному опроміненні введено поняття ефективної еквівалентної дози Нэфф, що застосовується при оцінці можливих стохастичних ефектів — злоякісних утворень:
Hэфф = ΣWт Нт,
де Нт — середнє значення еквівалентної дози в органі або тканині; Wт — зважений коефіцієнт, рівний відношенню збитку від опромінення органу або тканини до збитку від опромінення всього тіла при однакових еквівалентних дозах.
Значення коефіцієнта Wт змінюються від 0,03 (щитовидна залоза) до
1 (все тіло).