Ионизирующие излучения, радиоактивность.

Ø к понятию «строение атома»:

· m (масса) нейтрона = 2000 m электронов

· R (радиус) ядра атома = 10^-13 R атома. вся масса атома - в ядре!

· ядерные силы притяжения протонов и нейтронов огромны, сильно сжимают ядро (преобладая над силами электростатического отталкивания протонов).

§ плотность ядра 180 [млн т/см³]

огромны!

§ энергия внутриядерных сил

Любые ЯР, идущие с изменением структуры ядра атомов, дающие «дефект масс», согласно закону А. Эйнштейна ведут к выделению огромной энергии!

Ø Изотопыэлементов определяются количеством нейтронов в ядре.

Изотопы важнейших элементов ядерной энергетики:

H¹₁- протий (природный)

· водорода D²₁– дейтерий (естественный, тяжелый, 1,5г «тяжелой» – в 10л. воды)

T³₁ – тритий (сверхтяжелый, искусственный)

·урана (самого тяжелого из природных элементов)

устойчивые (260) (имеют 27 элементов)

Изотопы:

неустойчивые (радиоактивные, радионуклиды 1160)

Ø Радиоактивность (РА) изотопов: неустойчивые переходят в устойчивые с выделением a, β, γ, n-излучения.

Пример α, β РА распадов:

U²³⁵ + n Ba¹⁴⁴ + Kr⁹⁰ + 2n^'_º

Ø Характеристики РА:

· скорость = [радия активность] = 1 [кюри] = 3,7 * 10¹⁰ [распад/сек]

Чаще встречается размерность: милли – [10^-3]-, микро – [10^-6] кюри.

[Беккерель = 1распад/сек]

· период полураспада (закон) = [мкс ч 10¹⁸ лет] – время распада половины массы изотопа.

Примеры:

Изотопы	тритий	радий	Уран-238
Период полураспада	12 лет	1600 лет	4,5 млрд. лет
Масса изотопа на ед. РА	10-9 [г/кюри]	1 г/кюри	3 [т/кюри]

3. Свойства Ионизирующего излучения:

Свойство вид ИИ	Скорость [тыс.км/с] в воздухе	Пробег в воздухе	Ионизация воздуха [пар ионов/ 1 см пробега]	Достат. защита	Результат воздействия
a=ядра атома гелия He42+	10-20	10 см		Пленка (бумага)	Возбуждение ядер!
b = е- электроны	< 300	20 м		Железо δ = 2 мм	Ионизация атома
g = жесткое ЭМИ		}1 (‹3) км		?	Возбуждение, Ионизация атома
n- нейтроны	< 300				Возбуждение ядер!

α-частицы самые тяжелые (4) и габаритные, с максимальным (по сравнению с другими ИИ) зарядом (+2), поэтому характеризуются максимальной ионизирующей способностью. Быстро отдавая свою энергию на ионизацию среды, имеют минимальный свободный пробег (чем плотнее среда, тем меньше): лист бумаги полностью задерживает их, открытые участки кожи получают ожоги на глубину до 0,1 мм, закрытие кожи даже тонкой полиэтиленовой пленкой предотвращают ожоги. Исключительную опасность a – РА изотопы представляют при попадании внутрь организма (в органы дыхания с воздухом, с пищей, водой - в желудок). «Прилипая» в организме к клеткам каких-либо органов, ионизируют молекулы, возбуждают ядра атомов, изменяют структуры ДНК, РНК, вызывают мутации и впоследствии – злокачественные образования (канцерогенное действие).

b-частицы. Ничтожная масса и меньший (отрицательный) заряд дают им меньшую, чем у α-частиц, ионизирующую способность, большую проникающую способность. Однако, РА изотопы b-распада гораздо более характерны для РОО, продуктов ядерной энергетики и РА заражения ядерных взрывов. Поэтому по b-распаду нормируют зараженность местности, поверхности техники, продуктов и др. Представляет опасность для кожи, глаз, так и при попадании внутрь организма. Особой проблемы защиты от внешних b-излучений нет (железо толщиной 2 мм, другие плотные материалы: грунт, кирпич, бетон полностью ослабляют его).

γ-излучение (~ в 1000 раз энергетически более «жесткое», чем рентгеновское). Оно полностью «просвечивает» человека. Даже при малых мощностях доз представляет опасность т.к. легко проходит даже через плотные материалы. Имеет место при любом РА распаде.

Нейтроны, как электронейтральные и высокоэнергетические частицы, легко «прошивают» атомы, входят в ядра, превращая их в РА изотопы, поэтому представляют наибольшую опасность при внешнем облучении организма. Это излучение характерно для ядерных реакций при работе реакторов на быстрых нейтронах (типа Чернобыльской АЭС), как основная составляющая проникающей радиации при взрыве нейтронных и обычных ЯБП. Нейтронное излучение практически отсутствует при радиоактивном распаде продуктов РОО и ЯВ, но «наводит» мощную вторичную радиацию.

Степень ионизации среды

Она характеризуется дозой и мощностью дозы излучения (М).

Доза излучения (Д) = [энергия/единицу массы среды] - оценка действия ИИ.

Д = М*t, где t – время облучения.

Единицы дозы:

- поглощенная [Грей = 100 рад = Дж/кг] – учитывает состав и плотность среды;

- экспозиционная (внесистемная) = рентген [р]. 1р (g) ® 2,08*10⁹ пар ионов (с 1 э.е.з.) в 1 см³ воздуха – характеризует опасность излучения.

Мощность дозы:

- [рад/с] = 0,01[Дж/кг*с] или [рад/час] или [р/час].

Величины Д поглощенной, экспозиционной для g и b-излучений примерно равны, но a и n-излучения, имеющие большую ионизирующую способность (следовательно, – опасность), имеют другие (сравнимо с g, b) значения Д поглощенной, экспозиционной.

Результат воздействия различных видов ИИ в системе СИ учитывается эквивалентной дозой Д_экв = К* Д_погл, где К – коэффициент качества излучения (учет опасности: для рентгеновского, g, b К=1; К_n =10; К_a =20). В системе СИ Д_экв [Зиверт] = [Зв]; при К=1 1Зв = 1Гр = 1Дж/кг = 100рад = 100 бэр. Бэр – биологический эквивалент рентгена для n,a-излучений. Бэр 1 р для β и γ.1мЗв = 0,1 бэр. Чувствительность тканей к РА различна, поэтому различны допустимые дозы (ДД). Учет - коэффициентом радиационного риска. (Крр): =0,03 – для щитовидной и костной ткани; = 0,12 – для красного костного мозга, легких, молочных желез; = 0,25 для яичников, семенников; = 1,00 – для организма в целом.

	Индивидуальная Дэф. экв. = Σ Дэф.*Крр по всем тканям

Понимание РА и свойств основных видов ИИ, количественных характеристик их воздействия на вещества позволяет перейти к изложению воздействия ИИ на организм и материалы.