Ионизирующие излучения

Ионизирующим излучением (ИИ) называют потоки частиц и электромагнитных квантов, образующихся при ядерных превращениях, т.е. в результате радиоактивного распада. Ионизирующее излучение состоит из заряженных и незаряженных частиц, к которым относятся также фотоны. Энергию частиц ионизирую­щего излучения измеряют в электрон-вольтах (1эв = 1,6*10^-19 Дж). В бе­зопасности жизнедеятельности ионизирующее излучение и радиоактивное загрязнениеокружающей среды часто отождествляют, что недо­пустимо.

Корпускулярное ионизирующее излучение- поток элементарных час­тиц, образующихся при радиоактивном распаде, ядерных превращениях либо генерируемых на ускорителях. К нему относятся альфа-частицы(поток ядер атомов гелия, энергия которых находится в пределах от 2 до 8 МэВ); бета-частицы(поток электронов или позитронов с энергией около 3 МэВ); нейтроны - нейтральные элементарные частицы, кото­рые при прохождении через вещество взаимодействуют только с ядрами атомов (именно потому, что не имеют электрического заряда). По харак­теру взаимодействия со средой и величине энергии нейтроны условно разделены на четыре группы: тепловые - до 0,5 кэВ, промежуточные _ 0,5-200 кэВ, быстрые - 200 кэВ -20 МэВ, релятивистские - свыше 20 МэВ. К корпускулярному виду излучения относятся также некоторые другие ядерные частицы и космические лучи.

Фотонное излучение- поток электромагнитных колебаний, распространяющийся в вакууме с постоянной скоростью (300 000 км/с). К нему относятся гамма-излучение- электромагнитное излучение, испускаемое при ядерных превращениях или взаимодействии частиц, и рентгеновское излучение, которое возникает в среде, окружающей источник бета-излу­чения (в рентгеновских трубках, в ускорителях электронов), и представ­ляет собой совокупность тормозного и характеристического излучения.

Тормозное излучение- фотонное излучение с непрерывным спектром, испускаемое при изменении кинетической энергии заряженных частиц.

Характеристическое излучение- это фотонное излучение с дискрет­ным спектром, испускаемое при изменении энергетического состояния атомов.

Все излучения характеризуются по их ионизирующейи проникающей способности. Ионизирующая способность излучения определяется удельной ионизацией, т. е. числом пар ионов, создаваемых частицей в единице объема, единице массы среды или на единице длины пути. Про­никающая способность излучений или глубина проникновения излуче­ния в живой организм зависит от его природы и определяется величиной пробега, т. е. расстоянием, пройденным частицей в веществе до ее пол­ной остановки (это, в свою очередь, обусловлено тем или иным видом взаимодействия.

Альфа-частицы обладают наибольшей ионизирующей способностью, но наименьшей проникающей способностью (причем длина пробега этих частиц составляет в воздухе несколько сантиметров, а в мягкой биологи­ческой ткани - несколько десятков микрон). Их удельная ионизация из­меняется от 25 до 60 тыс. пар ионов на 1 см пути в воздух.

Бета-частицы имеют существенно меньшую ионизирующую способ­ность, но большую проникающую способность. Средняя величина удель­ной ионизации в воздухе составляет около 100 пар ионов на 1 см пути, а максимальный пробег достигает нескольких метров при больших энергиях.

Наименьшей ионизирующей способностью и наибольшей проникаю­щей способностью обладают фотонные излучения (рентгеновское и гам­ма-излучения). Кроме того, нужно иметь в виду, что во всех процессах взаимодействия электромагнитного излучения со средой часть энергии преобразуется в кинетическую энергию вторичных электронов, которые, проходя через вещество, также производят ионизацию.

Действие ионизирующих излучений на вещество определяется коэф­фициентом ослабления, величина которого зависит от энергии излучения и свойств вещества. Однако при любой толщине слоя вещества нельзя полностью поглотить поток фотонного излучения, а можно только осла­бить его интенсивность в любое число раз (в связи с экспоненциальным законом ослабления потока энергии излучения). Именно в этом и состоит существенное отличие характера ослабления фотонного (электромагнит­ного) излучения от ослабления заряженных частиц (корпускулярного из­лучения), для которых существует минимальная толщина слоя вещества ­поглотителя (пробег), где происходит полное поглощение потока заря­женных частиц.

Процесс превращения одних элементов в другие, сопровождающийся ионизирующим излучением, называется радиоактивностью (Мария Кюри, 1898). Естественной радиоактивностью обладают элементы с нестабильными ядрами. Однако в 1934 г. французские ученые установи­ли, что, воздействуя нейтронами на ядра стабильных элементов, можно получить изотопы с искусственной радиоактивностью.

Известно, что ядро атома состоит из положительных протонов и ней­тральных нейтронов. Вокруг ядра вращаются по своим орбитам отрица­тельно заряженные электроны. Заряд ядра равен суммарному заряду электронов, т. е. атом электрически нейтрален.

Ядра атомов одного и того же элемента всегда содержат одинаковое число протонов, но количество нейтронов в них может быть разным.

Атомы, имеющие ядра с одинаковым числом протонов, но различаю­щиеся по числу нейтронов, относятся к разновидностям одного и того же химического элемента и называются изотопами. Чтобы отличить их друг от друга, к символу элемента приписывают число, равное сумме всех частиц в ядре данного изотопа. Так, уран-238 содержит 92 протона и 238 - 92 = 46 нейтронов; в уране-235 тоже 92 протона, но 235 - 92 = 143 нейтрона. Протоны и нейтроны имеют общее название «нуклоны». Пол­ное число нуклонов называется массовым числом и является мерой ста­бильности ядра. Чем ближе к концу Периодической таблицы Менделеева

расположен элемент, тем больше массовое число, тем больше нейтронов в ядре и тем менее устойчивы эти ядра.

Ядра всех изотопов образуют группу «нуклидов», некоторые из кото­рых стабильны, но большинство - нестабильны и постоянно превраща­ются в другие нуклиды. Процесс самопроизвольного распада нуклида называется радиоактивным распадом, а сам нуклид - радионуклидом. В настоящее время известно около 50 естественных и более 200 искусст­венных радиоактивных нуклидов. Уровень нестабильности радионукли­дов неодинаков: одни распадаются очень быстро, другие - медленно. Время, в течение которого распадаются половина всех радионуклидов данного типа, называется периодом полураспада. Эта величина для раз­ных веществ весьма сильно различается, например, период полураспада аргона-41 составляет 2 часа, а урана-238 - 4,5 млрд. лет.

Знание периодов полураспада необходимо для оценки радиационной обстановки.