Определение и источники ионизирующих излучений. Воздействие ионизирующего излучения на организм человека.

Ионизирующим называется излучение, которое прямо или кос­венно вызывает ионизацию среды. Ионизирующее излучение, как и электромагнитное, не воспринимается органами чувств человека, по­этому оно особенно опасно.

Естественными источниками ионизирующих излучений явля­ются высокоэнергетические космические частицы, а также рассеянные в земной коре долгоживущие радиоизотопы — калий-40, уран-238, уран-235, торий-232 и др., являющиеся источниками альфа- и бета-частиц, гамма-квантов и т.д. Распад урана и тория сопровождается образованием радиоактивного газа радона, который из горных пород постоянно поступает в атмосферу и гидросферу и присутствует в не­больших концентрациях повсеместно.

Искусственными источниками ионизирующих излучений яв­ляются радиоактивные выпадения от ядерных взрывов, выбросы атомных электростанций, заводов по переработке ядерного топлива, выбросы тепловыми электростанциями золы, содержащей естествен­ные радиоактивные элементы — торий и радий.

Виды ионизирующих излучений и их характеристики

Альфа-излучение представляет собой поток ядер гелия (состоящих из двух положительных протонов и двух нейтральных нейтронов), ис­пускаемых веществом при радиоактивном распаде или при ядерных ре­акциях. Их энергия не превышает нескольких МэВ.

Альфа-частицы обладают сравнительно большой массой, имеют низкую проникающую способность и высокую удельную ионизацию.

Бета-излучение — поток отрицательно заряженных электронов или положительно заряженных позитронов, возникающих при радио­активном распаде. Энергия бета-частиц не превышает нескольких МэВ.

Ионизирующая способность бета-частиц ниже, а проникающая способность выше, чем альфа-частиц, так как они обладают значи­тельно меньшей массой и при одинаковой с альфа-частицами энергии имеют меньший заряд.

Нейтроны (поток которых образует нейтронное излучение) пре­образуют свою энергию в упругих и неупругих взаимодействиях с яд­рами атомов; при неупругих взаимодействиях возникает вторичное излучение, которое может состоять как из заряженных частиц, так и из гамма-квантов (гамма-излучение). При упругих взаимодействиях возможна обычная ионизация вещества. Проникающая способность нейтронов существенно зависит от их энергии и состава атомов веще­ства, с которым они взаимодействуют.

Гамма-излучение — электромагнитное (фотонное) излучение с очень короткой длиной волны (менее 0,1 нм), испускаемое при ядер­ных превращениях или взаимодействии частиц.

Гамма-излучение обладает большой проникающей способностью и малым ионизирующим действием. Энергия его находится в пределах 0,01...3МэВ.

Рентгеновское излучение возникает в среде, окружающей источ­ник бета-излучения, в рентгеновских трубках, в ускорителях электро­нов и т.п. и представляет совокупность тормозного и характеристиче­ского излучения, энергия фотонов которых составляет не более 1 МэВ.

Как и гамма-излучение, рентгеновское излучение обладает ма­лой ионизирующей способностью и большой глубиной проникновения.

Ионизирующие излучения

Ионизирующие излучения – ядерные излучения, рентгеновские излучения и ультрафиолетовое излучение.

Радиоактивное излучение

Радиоактивность – самопроизвольное превращение неустойчивых изотопов одного химического элемента в изотопы другого химического элемента, сопровождающееся испусканием элементарных частиц или ядер.

Различают природную (естественную) радиоактивность (радиоактивность¹ существующих в природе изотопов) и искусственнуюрадиоактивность (радиоактивность изотопов, полученных за счет ядерных реакций).

Воздействие на человека.

Ядерные излучения вызывают необратимые превращения белков, ферментов. Воздействие может быть

1. прямым - поглощение энергии излучения самими макромолекулами. Это приводит к:

а) ионизации особо чувствительной части макромолекулы - так называемой «мишени», приводящая к необратимому превращению поглотившей энергию молекулы в другое соединение;

б) возникновению активного состояния макромолекул относительно кислорода;

в) ожогам кожи.

2. косвенным: радиоактивное излучение вызывает диссоциацию молекул воды на два радикала - атом водорода и гидроксильную группу, являющуюся сильным окислителем и вызывающую повреждение органов. Поражение может не ограничиваться временем облучения, а в определенных условиях завершаться после его окончания. Повреждение макромолекул - белков, ферментов, гемоглобина - может проявляться не сразу, а под действием тепла или кислорода. Длительная консервация повреждения в потенциальной форме дает возможность осуществления частичной защиты человека от ядерных излучений не только во время облучения, но и после него (например, введение цистеамина).

Проявление реакции человека на радиоактивные воздействия опаздывает относительно начала их (латентный период).

Воздействие ядерных излучений приводит к накоплению в организме радиоактивных элементов (бериллия – во всем организме, стронция – в костях), вывод которых из организма очень мал (появляется внутреннее облучение человека).

Воздействие радиоактивных излучений может вызывать вторичную радиацию – внутри организма (внутреннее облучение человека).

Защита от радиоактивных излучений подразделяется

по назначению: биологическая, радиационная, тепловая.

по типу: сплошная, раздельная.

по форме:плоская, цилиндрическая.

Защита от альфа-частиц - слой воздуха толщиной 12-15 см, тонкая фольга, лист пластиката или стекла, хирургические перчатки, одежда.

Защита от бета-частиц - листы алюминия, плексигласа, стекла определенной для каждого материала толщины. Необходимо учитывать возможность возникновения тормозного излучения (рентгеновского), защитой от которого являются свинцовые экраны.

Защита от гамма-излучений - применение свинцовых, вольфрамовых, бетонных, стальных экранов определенной для каждого материала толщины с учетом мощности источника.

Защита от гамма-излучения может достигаться и снижением активности источника, ограничением времени облучения и заменой изотопного источника с большим запасом энергии на источник с меньшим запасом энергии.

Рентгеновские излучения

Рентгеновское излучение – излучение со спектром в области длин волн от 10^-3 нм до 80 нм. Оно может быть двух типов:

1) тормозное излучение со сплошным спектром, возникающее за счет столкновения электронов с большим запасом энергии с мишенью;

2) характеристическое излучение с дискретным (линейчатым) спектром, возникающим за счет возбуждения глубинных электронов атома.

Воздействие на человека.

Рентгеновское излучение вызывает ожоги кожи, изменение состава крови, выпадение волос. Воздействие пропорционально интенсивности, частоте излучения, времени облучения. Оно может вызвать разрушение молекул белка, активизацию молекул относительно кислорода, азота, что может приводить к образованию озона, закиси и окиси азота. Летальная доза, вызывающая за 30 дней гибель 50% подвергнувшихся облучению, равна 400-500 рентген.

Защита от рентгеновских излучений – экраны свинцовые, баритобетонные (большой толщины), бетонные, кирпичные, из свинцового стекла, из свинцовой резины (защита, создаваемая листом свинца толщиной 1мм, достигается за счет свинцовой резины при толщине слоя в 3 мм, за счет свинцового стекла при толщине 4-5 мм).

Рентгеновская установка должна находиться в помещении с 10-20-кратным обменом воздуха за счет приточно-вытяжной вентиляции.

Тормозное рентгеновское излучение имеет место при работе многих физических приборов - модуляторы, кенотроны, тиратрону, электронный микроскоп, осциллографы катодно-лучевые, электролучевые устройства для сварки покрытий полов, для плавки металлов. Их работа сопровождается и электромагнитными полями сверхвысоких частот.