Источники ионизирующих излучений
Общие сведения и терминология
Ионизирующее излучение – это поток элементарных частиц или квантов электромагнитного излучения, который создается при радиоактивном распаде, ядерных превращениях, торможении заряженных частиц в веществе, и прохождение которого через вещество приводит к ионизации и возбуждению атомов или молекул среды.
Ионизацию среды могут производить только заряженные частицы - электроны, протоны и другие элементарные частицы и ядра химических элементов. Процесс ионизации заключается в том, что заряженная частица, кинетическая энергия которых достаточна для ионизации атомов, при своем движении в среде взаимодействует с электрическим полем атомов и теряет часть своей энергии на выбивание электронов с электронных оболочек атомов. Нейтральные частицы и электромагнитное излучение не производят ионизацию, но ионизируют среду косвенно, через различные процессы передачи своей энергии среде с порождением вторичного излучения в виде заряженных частиц (электронов, протонов), которые и производят ионизацию среды.
Ионизирующие излучения разделяют на фотонные и корпускулярные.
Фотонное ионизирующее излучение - это все виды электромагнитного излучения, возникающее при изменении энергетического состояния атомных ядер, электронов атомов или аннигиляции частиц - ультрафиолетовое и характеристическое рентгеновское излучение, излучения, возникающие при радиоактивном распаде и других ядерных реакциях и при торможении заряженных частиц в электрическом или магнитном поле.
Корпускулярное ионизирующее излучение - потоки альфa- и бета-частиц, протонов, ускоренных ионов и электронов, нейтронов и др. Корпускулярное излучение потока заряженных частиц относится к классу непосредственно ионизирующего излучения. Корпускулярное излучение потока незаряженных частиц называют косвенно ионизирующим излучением.
Источник ионизирующего излучения - объект, содержащий радиоактивный материал (радионуклид), или техническое устройство, испускающее или способное в определенных условиях испускать ионизирующее излучение. Предназначен для получения (генерации, индуцирования) потока ионизирующих частиц с определенными свойствами.
По физической основе генерации излучения разделяют радионуклидные источники на основе естественных и искусственных радиоактивных изотопов, и физико-технические источники (нейтронные и рентгеновские трубки, ускорители заряженных частиц и пр.).
Для радионуклидных источников различают открытые и закрытые источники излучения.
Открытый источник ионизирующего излучения - при использовании которого возможно поступление содержащихся в нём радиоактивных веществ в окружающую среду.
Закрытый источник ионизирующего излучения - в котором радиоактивный материал заключён в оболочку (ампула или защитное покрытие), предотвращающую контакт персонала с радиоактивным материалом и его поступление в окружающую среду свыше допустимых уровней в условиях применения и износа, на которые он рассчитан.
По видам излучения выделяют источники гамма-излучения, источники заряженных частиц и источники нейтронов. Для радионуклидных источников такое разделение не является абсолютным, т.к. при ядерных реакциях, индуцирующих излучение, основной вид излучения источника может сопровождаться существенным вкладом сопутствующих видов излучения.
По назначению выделяют калибровочные (образцовые), контрольные (рабочие) и промышленные (технологические) источники.
Промышленные источники излучения применяют в различных производственных процессах и установках производственного назначения (ядерные методы каротажа, бесконтактные методы контроля технологических процессов, методы анализа вещества, дефектоскопия и т.п.).
Контрольные источники используются для проверки и настройки ядерно-физических приборов и установок (спектрометров, радиометров, дозиметров и пр.) путем контроля за стабильностью и повторяемостью показаний приборов в определенной геометрии положения источника относительно детектора излучения.
Калибровочные источники используются при калибровке и метрологической поверке ядерно-физической аппаратуры.
Основные радионуклиды мониторинга среды. Ниже в таблице 1.1 приведены краткие данные по ядерно-физическим характеристикам радионуклидов, содержание которых в окружающей среде, в строительных материалах, в рабочих и бытовых помещениях и, особенно, в пищевых продуктах сельского хозяйства может быть значимым по радиационной опасности для здоровья человека.
Таблица 1.1 Характеристики радионуклидов
| Нуклид | Название | Период полураспада | Гамма- кванты, МэВ | Бета-частицы Emax, МэВ | |
| 40К 226Ra Þ 206Pb 232Th Þ 208Pb | Калий-40 Ряд урана Ряд тория | 1.3 109 год 1620 год 1.4 1010 год | 1.461 Много, до 2.45 Много, до 2.62 | Много, до 3 Много, до 3 | Естественные нуклиды |
| 137Cs 90Sr + 90Y | Цезий-137 Стронций-Иттрий | 30 год 30 год, 3 сут. | 0.662 - | 1.17 0.55, 2.29 | Техногенные |
| 131I 144Ce + 144Pr 106Ru + 106Rh | Йод-131 Церий-Празеодим Рутений-Родий | 8 суток 285 сут, 17 мин. 372 сут, 30 сек. | 0.365 0.133 0.512, 0.622 | 0.606 0.318, 3 0.04, 3.5 | Продукты аварий АЭС |
Особого внимания заслуживает Радон-222, продукт распада Ra-226. Он является инертным газом, и выделяется из любых сред и объектов (почвы, строительные материалы и пр.), которые практически всегда содержат уран и продукты его распада. Средняя концентрация радона на уровне земли вне помещений составляет 8 Бк/м3 . Период полураспада радона составляет 3.824 суток, и он может накапливаться в закрытых и плохо вентилируемых помещениях.
Основную часть облучения население Земли получает от естественных источников радиации. Это природные радионуклиды и космические лучи. Полная доза, обусловленная естественными источниками радиации, составляет в среднем около 2,4 мЗв в год.