Задача (для разогрева):
Расскажу я вам, дружочки,
Как выращивать грибочки:
Нужно в поле утром рано
Сдвинуть два куска урана...
Вопрос: Какова должна быть общая масса кусков урана, чтобы произошел ядерный взрыв?
Ответ (для того, чтобы увидеть ответ - нужно выделить текст) : Для урана-235 критическая масса составляет примерно 500 кг., если взять шарик такой массы, то диаметр такого шара будет равен 17 см.
Радиация, что это?
Радиация (в переводе с английского "radiation") - это излучение, которое применяется не только в отношении радиоактивности, но и для ряда других физических явлений, например: солнечная радиация, тепловая радиация и др. Таким образом, в отношении радиоактивности необходимо использовать принятое МКРЗ (Международной комиссией по радиационной защите) и правилами радиационной безопасности словосочетание "ионизирующее излучение".
Ионизирующее излучение, что это?
Ионизирующее излучение - излучение (электромагнитное, корпускулярное), которое вызывает ионизацию (образование ионов обоих знаков) вещества (среды). Вероятность и количество образованных пар ионов зависит от энергии ионизирующего излучения.
Радиоактивность, что это?
Радиоактивность – излучение возбужденных ядер или самопроизвольное превращение неустойчивых атомных ядер в ядра других элементов, сопровождающееся испусканием частиц или γ -кванта (ов). Трансформация обычных нейтральных атомов в возбужденное состояние происходит под воздействием внешней энергии различного рода. Далее возбужденное ядро стремится снять избыточную энергию путем излучения (вылет альфа-частицы, электронов, протонов, гамма-квантов (фотонов), нейтронов), до достижения стабильного состояния. Многие тяжелые ядра (трансурановый ряд в таблице Менделеева - торий, уран, нептуний, плутоний и др.) изначально находятся в нестабильном состоянии. Они способны спонтанно распадаться. Этот процесс также сопровождается излучением. Такие ядра называются естественными радионуклидами.
На этой анимации наглядно показано явление радиоактивности.
Камера Вильсона (пластиковый бокс охлажденный до -30 °C) наполнена паром изопропилового спирта. Жюльен Саймонпоместил в нее 0,3-cm³ кусок радиоактивного урана (минерала уранинит). Минерал излучает α-частицы и бета-частицы, так как он содержит U-235 и U-238. На пути движения α и бета частиц находятся молекулы изопропилового спирта.
Поскольку частицы заряжены (альфа – положительно, бета – отрицательно), то они могут отрывать электрон от молекулы спирта (альфа частица) или добавить электроны молекулам спирта бета частицы). Это, в свою очередь, дает молекулам заряд, который затем привлекает незаряженные молекулы вокруг них. Когда молекулы собираются в кучу, то получаются заметные белые облака, что прекрасно видно на анимации. Так мы легко можем проследить пути выбрасываемых частиц.
α-частицы создают прямые, густые облака, в то время как бета-частицы создают длинные.
Изотопы, что это?
Изотопы – это разнообразие атомов одного и того же химического элемента, располагающие разными массовыми числами, но включающие одинаковый электрический заряд атомных ядер и, следовательно, занимающие в периодической системе элементов Д.И. Менделеева единое место. Например: 131 55 Cs, 134 m 55 Cs, 134 55 Cs, 135 55 Cs, 136 55 Cs, 137 55 Cs. Т.е. заряд в большей степени определяет химические свойства элемента.
Существуют изотопы устойчивые (стабильные) и неустойчивые (радиоактивные изотопы) – спонтанно распадающиеся. Известно около 250 стабильных и около 50 естественных радиоактивных изотопов. Примером устойчивого изотопа может служить 206 Pb, являющийся конечным продуктом распада естественного радионуклида 238 U, который в свою очередь появился на нашей Земле в начале образования мантии и не связан с техногенным загрязнением.
Какие виды ионизирующего излучения существуют?
Основными видами ионизирующего излучения, с которыми чаще всего приходится сталкиваться, являются:
- альфа-излучение;
- бета-излучение;
- гамма-излучение;
- рентгеновское излучение.
Конечно, имеются и другие виды излучения (нейтронное, позитронное и др.), но с ними мы встречаемся в повседневной жизни заметно реже. Каждый вид излучения обладает своими ядерно-физическими характеристиками и как следствие – различным биологическим воздействии на организм человека. Радиоактивный распад может сопровождаться одним из видов излучения или сразу несколькими.
Источники радиоактивности бывают природными или искусственными. Природные источники ионизирующего излучения - это радиоактивные элементы, находящиеся в земной коре и образующие природный радиационный фон вместе с космическим излучением.
Искусственные источники радиоактивности, как правило, образуются в ядерных реакторах или ускорителях на основе ядерных реакций. Источниками искусственных ионизирующих излучений могут быть и разнообразные электровакуумные физические приборы, ускорители заряженных частиц и др. Например: кинескоп телевизора, рентгеновская трубка, кенотрон и др.
Альфа-излучение (α -излучение) - корпускулярное ионизирующее излучение, состоящее из альфа-частиц (ядер гелия). Образуются при радиоактивном распаде и ядерных превращениях. Ядра гелия обладают достаточно большими массой и энергией до 10 МэВ (Мегаэлектрон-Вольт). 1 эВ = 1,6∙10 -19 Дж. Имея несущественный пробег в воздухе (до 50 см) представляют высокую опасность для биологических тканей при попадании на кожу, слизистые оболочки глаз и дыхательных путей, при попадании внутрь организма в виде пыли или газа (радон-220 и 222). Токсичность альфа-излучения, обуславливается колоссально высокой плотностью ионизации из-за высокой энергии и массы.
Бета-излучение (β -излучение) - корпускулярное электронное или позитронное ионизирующее излучение соответствующего знака с непрерывным энергетическим спектром. Характеризуется максимальной энергией спектра Е β max , или средней энергией спектра. Пробег электронов (бета-частиц) в воздухе достигает нескольких метров (в зависимости от энергии), в биологических тканях пробег бета-частицы составляет несколько сантиметров. Бета-излучение, как и альфа-излучение, представляет опасность при контактном облучении (поверхностном загрязнении), например, при попадании внутрь организма, на слизистые оболочки и кожные покровы.
Гамма-излучение (γ –излучение или гамма кванты) – коротковолновое электромагнитное (фотонное) излучение с длиной волны
Рентгеновское излучение - по своим физическим свойствам подобно гамма-излучению, но имеющее ряд особенностей. Оно появляется в рентгеновской трубке вследствие резкой остановки электронов на керамической мишени-аноде (то место, куда ударяются электроны, изготавливают, как правило, из меди или молибдена) после ускорения в трубке (непрерывный спектр - тормозное излучение) и при выбивании электронов из внутренних электронных оболочек атома мишени (линейчатый спектр). Энергия рентгеновского излучения небольшая – от долей единиц эВ до 250 кэВ. Рентгеновское излучение можно получить, используя ускорители заряженных частиц, - синхротронное излучение с непрерывным спектром, имеющим верхнюю границу.
Прохождение радиации и ионизирующих излучений через препятствия:
Чувствительность человеческого организма к воздействию радиации и ионизирующих излучений на него:
Что такое источник излучения?
Источник ионизирующего излучения (ИИИ) - объект, который включает в себя радиоактивное вещество или техническое устройство, которое создает или в определенных случаях способно создавать ионизирующее излучение. Различают закрытые и открытые источники излучения.
Что такое радионуклиды?
Радионуклиды – ядра, подверженные спонтанному радиоактивному распаду.
Что такое период полураспада?
Период полураспада – период времени, в течение которого число ядер данного радионуклида в результате радиоактивного распада снижается в два раза. Эта величина используется в законе радиоактивного распада.
В каких единицах измеряется радиоактивность?
Активность радионуклида в соответствии с системой измерений СИ измеряется в Беккерелях (Бк) – по имени французского физика, открывшего радиоактивность в 1896г.), Анри Беккереля. Один Бк равен 1 ядерному превращению в секунду. Мощность радиоактивного источника измеряется соответственно в Бк/с. Отношение активности радионуклида в образце к массе образца называется удельная активность радионуклида и измеряется в Бк/кг (л).
В каких единицах измеряется ионизирующее излучение (рентгеновское и гамма) ?
Что же мы видим на дисплее современных дозиметров, измеряющих ИИ? МКРЗ предложила для оценки облучения человека измерять дозу на глубине d, равной 10 мм. Измеряемая величина дозы на этой глубине получила название амбиентный эквивалент дозы, измеряемая в зивертах (Зв). Фактически это расчетная величина, где поглощенная доза умножена на взвешивающий коэффициент для данного вида излучения и коэффициент, характеризующий чувствительность различных органов и тканей к конкретному виду излучения.
Эквивалентная доза (или часто употребляемое понятие «доза») – равна произведению поглощенной дозы на коэффициент качества воздействия ионизирующего излучения (например: коэффициент качества воздействия гамма-излучения составляет 1, а альфа-излучения – 20).
Единица измерения эквивалентной дозы – бэр (биологический эквивалент рентгена) и его дольные единицы: миллибэр (мбэр) микробэр (мкбэр) и т.д., 1 бэр = 0,01 Дж/кг. Единица измерения эквивалентной дозы в системе СИ – зиверт, Зв,
1 Зв = 1 Дж/кг = 100 бэр.
1 мбэр = 1*10 -3 бэр; 1 мкбэр = 1*10 -6 бэр;
Поглощенная доза - количество энергии ионизирующего излучения, которое поглощено в элементарном объеме, отнесенной к массе вещества в этом объеме.
Единица поглощенной дозы – рад, 1 рад = 0,01 Дж/кг.
Единица поглощенной дозы в системе СИ – грей, Гр, 1 Гр=100 рад=1 Дж/кг
Мощность эквивалентной дозы (или мощность дозы) – это отношение эквивалентной дозы на промежуток времени ее измерения (экспозиции), единица измерения бэр/час, Зв/час, мкЗв/с и т.д.
В каких единицах измеряется альфа- и бета-излучение?
Количество альфа- и бета-излучения определяется как плотности потока частиц с единицы площади, в единицу времени - a-частиц*мин/см 2 , β-частиц*мин/см 2 .
Что вокруг нас радиоактивно?
Почти все что нас окружает, даже сам человек. Естественная радиоактивность в какой-то мере является натуральной средой обитания человека, если она не превышает естественных уровней. На планете есть участки с повышенным относительно среднего уровня радиационного фона. Однако в большинстве случаев, каких-либо весомых отклонений в состоянии здоровья населения при этом не наблюдается, так как эта территория является их естественной средой обитания. Примером такого участка территории является, например, штат Керала в Индии.
Для истинной оценки, возникающих иногда в печати пугающих цифр, следует отличать:
- естественную, природную радиоактивность;
- техногенную, т.е. изменение радиоактивности среды обитания под влиянием человека (добыча ископаемых, выбросы и сбросы промышленных предприятий, аварийные ситуации и много другое).
Как правило, устранить элементы природной радиоактивности почти невозможно. Как можно избавиться от 40 К, 226 Ra, 232 Th, 238 U,которые повсюду распространены в земной коре и находятся практически во всем, что нас окружает, и даже в нас самих?
Из всех природных радионуклидов наибольшую опасность для здоровья человека представляют продукты распада природного урана (U-238) - радий (Ra-226) и радиоактивный газ радон (Ra-222). Главными «поставщиками» радия-226 в окружающую природную среду являются предприятия, занимающиеся добычей и переработкой различных ископаемых материалов: добыча и переработка урановых руд; нефти и газа; угольная промышленность; производство строительных материалов; предприятия энергетической промышленности и др.
Радий-226 хорошо подвержен выщелачиванию из минералов содержащих уран. Этим его свойством объясняется наличие крупных количеств радия в некоторых видах подземных вод (некоторые из них, обогащенные газом радоном применяются в медицинской практике), в шахтных водах. Диапазон содержания радия в подземных водах варьируется от единиц до десятков тысяч Бк/л. Содержание радия в поверхностных природных водах значительно ниже и может составлять от 0.001 до 1-2 Бк/л.
Значительной составляющей природной радиоактивности является продукт распада радия-226 - радон-222.
Радон – инертный, радиоактивный газ, без цвета и запаха с периодом полураспада 3.82 дня. Альфа-излучатель. Он в 7.5 раза тяжелее воздуха, поэтому большей частью концентрируется в погребах, подвалах, цокольных этажах зданий, в шахтных горных выработках, и т.д.
Считается, что до 70% действия радиации на население связано с радоном в жилых зданиях.
Главным источником поступления радона в жилые здания являются (по мере возрастания значимости):
- водопроводная вода и бытовой газ;
- строительные материалы (щебень, гранит, мрамор, глина, шлаки, и др.);
- почва под зданиями.
Более подробно о радоне и прибораз для его измерения: РАДИОМЕТРЫ РАДОНА И ТОРОНА .
Профессиональные радиометры радона стоят неподъемные деньги, для бытового использования - рекомендуем Вам обратить внимание на бытовой радиометр радона и торона производства Германия: Radon Scout Home .
Что такое "черные пески" и какую опасность они представляют?
«Черные пески» (цвет варьируется от светло-желтого до красно-бурого, коричневого, встречаются разновидности белого, зеленоватого оттенка и черные) представляют собой минерал монацит - безводный фосфат элементов ториевой группы, главным образом церия и лантана (Ce, La)PO 4 , которые заменяются торием. Монацит насчитывает до 50-60% окисей редкоземельных элементов: окиси иттрия Y 2 O 3 до 5%, окиси тория ThO 2 до 5-10%, иногда до 28%. Попадается в пегматитах, иногда в гранитах и гнейсах. При разрушении горных пород содержащих монацит, он собирается в россыпях, которые представляют собой крупные месторождения.
Россыпи монацитовых песков существующие на суше, как правило, не вносят особенного изменения в получившуюся радиационную обстановку. А вот месторождения монацита находящиеся у прибрежной полосы Азовского моря (в пределах Донецкой области), на Урале (Красноуфимск) и др. областях создают ряд проблем, связанных с возможностью облучения.
Например, из-за морского прибоя за осенне-весенний период на побережье, в следствии естественной флотации, набирается существенное количество "черного песка", характеризующегося высоким содержанием тория-232 (до 15-20 тыс. Бк/кг и более), который создает на локальных участках уровни гамма-излучения порядка 3,0 и более мкЗв/час. Естественно, отдыхать на таких участках небезопасно, поэтому ежегодно проводится сбор этого песка, выставляются предупреждающие знаки, закрываются некоторые участки побережья.
Средства измерения радиации и радиоактивности.
Для измерения уровней радиации и содержания радионуклидов в разных объектах применяются специальные средства измерения:
- для измерения мощности экспозиционной дозы гамма излучения, рентгеновского излучения, плотности потока альфа и бета-излучения, нейтронов, применяются дозиметры и поисковые дозиметры-радиометры разных типов;
- для определения вида радионуклида и его содержания в объектах окружающей среды применяются спектрометры ИИ, которые состоят из детектора излучения, анализатора и персонального компьютера с соответствующей программой для обработки спектра излучения.
В настоящее время присутствует большое количество дозиметров различного типа для решения различных задач радиационного контроля и имеющие широкие возможности.
Вот для примера дозиметры, которые чаще всего используются в профессиональной деятельности:
- Дозиметр-радиометр МКС-АТ1117М
(поисковый дозиметр-радиометр) – профессиональный радиометр используется для поиска и выявления источников фотонного излучения. Имеет цифровой индикатор, возможность установки порога срабатывания звукового сигнализатора, что очень облегчает работу при обследовании территорий, проверки металлолома и др. Блок детектирования выносной. В качестве детектора применяется сцинтилляционный кристалл NaI. Дозиметр является универсальным решением различных задач, комплектуется десятком различных блоков детектирования с разными техническими характеристиками. Измерительные блоки позволяют измерять альфа, бета, гамма, рентгеновское и нейтронное излучения.
Информация о блоках детектирования и их применению:
|
Наименование блока детектирования |
Измеряемое излучение |
Основная особенность (техническая характеристика) |
Область применения |
|
БД для альфа излучения |
Диапазон измерения 3,4·10 -3 - 3,4·10 3 Бк·см -2 |
БД для измерения плотности потока альфа-частиц с поверхности |
|
|
БД для бета излучения |
Диапазон измерения 1 - 5·10 5 част./(мин·см 2) |
БД для измерения плотности потока бета-частиц с поверхности |
|
|
БД для гамма излучения |
Чувствительность 350 имп·с -1 /мкЗв·ч -1 Диапазон измерения 0,03 - 300 мкЗв/ч |
Оптимальный вариант по цене, качество, технические характеристики. Имеет широкое применение в области измерения гамма-излучения. Хороший поисковый блок детектирования для нахождения источников излучения. |
|
|
БД для гамма излучения |
Диапазон измерения 0,05 мкЗв/ч - 10 Зв/ч |
Блок детектирования имеющий очень высокий верхний порог измерения гамма-излучения. |
|
|
БД для гамма излучения |
Диапазо измерения 1 мЗв/ч - 100 Зв/ч Чувствительность 900 имп·с -1 /мкЗв·ч -1 |
Дорогой блок детектирования, обладающий высоким диапазоном измерения и отличную чувствительность. Используется для нахождения источников излучения с сильным излучением. |
|
|
БД для рентгеновского излучения |
Диапазон энергии 5 - 160 кэВ |
Блок детектирования для рентгеновского излучения. Широко применяется в медицине и установках работающих с выделением рентгеновского излучения маленькой энергии. |
|
|
БД для нейтронного излучения |
Диапазон измерения 0,1 - 10 4 нейтр/(с·см 2) Чувствительность 1,5 (имп·с -1)/(нейтрон·с -1 ·см -2) |
||
|
БД для альфа, бета, гамма и рентгеновского излучения |
Чувствительность 6,6 имп·с -1 /мкЗв·ч -1 |
Универсальный блок детектирования, который позволяет измерять альфа, бета, гамма и рентгеновское излучения. Обладает небольшой стоимостью и плохой чувствительностью. Нашел широкое примирение в области аттестация рабочих мест (АРМ), где в основном требуется проводить измерение локального объекта. |
2. Дозиметр-радиометр ДКС-96 – предназначен для измерения гамма и рентгеновского излучения, альфа излучения, бета излучения, нейтронного излучения.
Во многом аналогичен дозиметру-радиометру .
- измерение дозы и мощности амбиентного эквивалента дозы (далее дозы и мощности дозы) Н*(10) и Н*(10) непрерывного и импульсного рентгеновского и гамма-излучений;
- измерение плотности потока альфа- и бета-излучений;
- измерение дозы Н*(10) нейтронного излучения и мощности дозы Н*(10) нейтронного излучения;
- измерение плотности потока гамма-излучения;
- поиск, а так же локализация радиоактивных источников и источников загрязнений;
- измерение плотности потока и мощности экспозиционной дозы гамма-излучения в жидких средах;
- радиационный анализ местности с учетом географических координат, используя GPS;
Двухканальный сцинтилляционный бета-гамма-спектрометр предназначен для единовременного и раздельного определения:
- удельной активности 137 Cs, 40 K и 90 Sr в пробах различной окружающей среды;
- удельной эффективной активности естественных радионуклидов 40 K, 226 Ra, 232 Th в строительных материалах.
Позволяет обеспечивать экспресс-анализ стандартизованных проб плавок металла на наличие радиационного излучения и загрязнения.
9. Гамма-спектрометр на основе ОЧГ детектора Спектрометры на основе коаксиальных детекторов из ОЧГ (особо чистого германия) предназначены для регистрации гамма-излучения в диапазоне энергий от 40 кэВ до З МэВ.
Спектрометр бета и гамма излучения МКС-АТ1315
Спектрометр со свинцовой защитой NaI ПАК
Портативный NaI спектрометр МКС-АТ6101
Носимый ОЧГ спектрометр Эко ПАК
Портативный ОЧГ спектрометр Эко ПАК
Спектрометр NaI ПАК автомобильного исполнения
Спектрометр MKS-AT6102
Спектрометр Эко ПАК с электромашинным охлаждением
Ручной ППД спектрометр Эко ПАК
Ознакомиться с другими средствами измерения для измерения ионизирующего излучения, Вы можете у нас на сайте:
- при проведении дозиметрических измерений, если подразумевается их частое проведение с целью слежения за радиационной обстановкой, необходимо строго соблюдать геометрию и методику измерения;
- для увеличения надежности дозиметрического контроля нужно проводить несколько измерений (но не менее 3-х), затем рассчитать среднее арифметическое;
- при замерах фона дозиметра на местности выбирают участки, удаленные на 40 м от зданий и сооружений;
- измерения на местности проводят на двух уровнях: на высоте 0.1 (поиск) и 1.0 м (измерение для протокола – при этом следует вращать датчик с целью определения максимального значения на дисплее) от поверхности грунта;
- при измерении в жилых и общественных помещениях, измерения проводятся в на высоте 1.0 м от пола, желательно в пяти точках методом «конверта».
На первый взгляд, трудно понять, что происходит на фотографии. Из-под пола словно вырос гигантский гриб, а призрачные люди в касках как будто работают рядом с ним...
На первый взгляд, трудно понять, что происходит на фотографии. Из-под пола словно вырос гигантский гриб, а призрачные люди в касках как будто работают рядом с ним...
Нечто необъяснимо жуткое в этой сцене, и тому есть причина. Вы видите крупнейшее скопление, вероятно, самого токсичного вещества, когда-либо созданного человеком. Это ядерная лава или кориум.
В течение дней и недель после аварии на Чернобыльской атомной электростанции 26 апреля 1986 года просто зайти в помещение с такой же кучей радиоактивного материала - её мрачно прозвали "слоновья нога" - означало верную смерть через несколько минут. Даже десятилетие спустя, когда была сделана эта фотография, вероятно, из-за радиации фотоплёнка вела себя странно, что проявилось в характерной зернистой структуре. Человек на фотографии, Артур Корнеев, скорее всего, посещал это помещение чаще, чем кто-нибудь другой, так что подвергся, пожалуй, максимальной дозе радиации.
Удивительно, но, по всей вероятности, он ещё жив. История, как США получили во владение уникальную фотографию человека в присутствии невероятно токсичного материала сама по себе окутана тайной - также как и причины, зачем кому-то понадобилось делать селфи рядом с горбом расплавленной радиоактивной лавы.
Фотография впервые попала в Америку в конце 90-х, когда новое правительство получившей независимость Украины взяло под контроль ЧАЭС и открыло Чернобыльский центр по проблемам ядерной безопасности, радиоактивных отходов и радиоэкологии. Вскоре Чернобыльский центр пригласил другие страны к сотрудничеству в проектах ядерной безопасности. Министерство энергетики США распорядилось оказать помощь, направив соответствующий приказ в Pacific Northwest National Laboratories (PNNL) - многолюдный научно-исследовательский центр в Ричленде, шт. Вашингтон.
В то время Тим Ледбеттер (Tim Ledbetter) являлся одним из новичков в ИТ-отделе PNNL, и ему поручили создать библиотеку цифровых фотографий для Проекта по ядерной безопасности Министерства энергетики, то есть для демонстрации фотографий американской публике (точнее, для той крохотной части публики, которая тогда имела доступ в интернет). Он попросил участников проекта сделать фотографии во время поездок в Украину, нанял фотографа-фрилансера, а также попросил материалы у украинских коллег в Чернобыльском центре. Среди сотен фотографий неуклюжих рукопожатий чиновников и людей в лабораторных халатах, однако, есть с десяток снимков с руинами внутри четвёртого энергоблока, где десятилетием раньше, 26 апреля 1986 года, во время испытания турбогенератора произошёл взрыв.
Когда радиоактивный дым поднялся над станицей, отравляя окружающую землю, снизу сжижились стержни, расплавившись через стенки реактора и сформировав субстанцию под названием кориум.
Когда радиоактивный дым поднялся над станицей, отравляя окружающую землю, снизу сжижились стержни, расплавившись через стенки реактора и сформировав субстанцию под названием кориум .
Кориум формировался за пределами научно-исследовательских лабораторий минимум пять раз, говорит Митчелл Фармер (Mitchell Farmer), ведущий инженер-ядерщик в Аргоннской национальной лаборатории, ещё одном учреждении Министерства энергетики США в окрестностях Чикаго. Однажды кориум сформировался на реакторе Three Mile Island в Пенсильвании в 1979 году, однажды в Чернобыле и три раза при расплавлении реактора в Фукусиме в 2011 году. В своей лаборатории Фармер создал модифицированные версии кориума, чтобы лучше понять, как избежать подобных происшествий в будущем. Исследование субстанции показало, в частности, что полив водой после формирования кориума в реальности препятствует распаду некоторых элементов и образованию более опасных изотопов.
Из пяти случаев формирования кориума только в Чернобыле ядерная лава смогла вырваться за пределы реактора. Без системы охлаждения радиоактивная масса ползла по энергоблоку в течение недели после аварии, вбирая в себя расплавленный бетон и песок, которые перемешивались с молекулами урана (топливо) и циркония (покрытие). Эта ядовитая лава текла вниз, в итоге расплавив пол здания. Когда инспекторы наконец проникли в энергоблок через несколько месяцев после аварии, они обнаружили 11-тонный трёхметровый оползень в углу коридора парораспределения внизу. Тогда его и назвали "слоновьей ногой". В течение последующих лет "слоновью ногу" охлаждали и дробили. Но даже сегодня её остатки всё ещё теплее окружающей среды на несколько градусов, поскольку распад радиоактивных элементов продолжается.
Ледбеттер не может вспомнить, где конкретно он добыл эти фотографии. Он составил фотобиблиотеку почти 20 лет назад, и веб-сайт, где они размещаются, до сих пор в хорошей форме; только уменьшенные копии изображений потерялись. (Ледбеттер, всё ещё работающий в PNNL, был удивлён узнать, что фотографии до сих пор доступны в онлайне). Но он точно помнит, что никого не отправлял фотографировать "слоновью ногу", так что её, скорее всего, прислал кто-то из украинских коллег.
Фотография начала распространяться по другим сайтам, а в 2013 году на неё наткнулся Кайл Хилл (Kyle Hill), когда писал статью о "слоновьей ноге" для журнала Nautilus. Он отследил её происхождение до лаборатории PNNL. На сайте было найдено давно потерянное описание фотографии: "Артур Корнеев, зам. директора объекта Укрытие, изучает ядерную лаву "слоновью ногу", Чернобыль. Фотограф: неизвестен. Осень 1996". Ледбеттер подтвердил, что описание соответствует фотографии.
Артур Корнеев - инспектор из Казахстана, который занимался образованием сотрудников, рассказывая и защищая их от "слоновьей ноги" с момента её образования после взрыва на ЧАЭС в 1986 году, любитель мрачно пошутить. Скорее всего, последним с ним разговаривал репортёр NY Times в 2014 году в Славутиче - городе, специально построенном для эвакуированного персонала из Припяти (ЧАЭС).
Вероятно, снимок сделан с более длинной выдержкой, чем другие фотографии, чтобы фотограф успел появиться в кадре, что объясняет эффект движения и то, почему наголовный фонарь выглядит как молния. Зернистость фотографии, вероятно, вызвана радиацией.
Для Корнеева это конкретное посещение энергоблока было одним из нескольких сотен опасных походов к ядру с момента его первого дня работы в последующие дни после взрыва. Его первым заданием было выявлять топливные отложения и помогать замерять уровни радиации ("слоновья нога" изначально "светилась" более чем на 10 000 рентген в час, что убивает человека на расстоянии метра менее чем за две минуты). Вскоре после этого он возглавил операцию по очистке, когда с пути иногда приходилось убирать цельные куски ядерного топлива. Более 30 человек погибло от острой лучевой болезни во время очистки энергоблока. Несмотря на невероятную дозу полученного облучения, сам Корнеев продолжал возвращаться в спешно построенный бетонный саркофаг снова и снова, часто с журналистами, чтобы оградить их от опасности.
В 2001 году он привёл репортёра Associated Press к ядру, где уровень радиации был 800 рентген в час. В 2009 году известный беллетрист Марсель Теру написал статью для Travel + Leisure о своём походе в саркофаг и о сумасшедшем провожатом без противогаза, который издевался над страхами Теру и говорил, что это "чистая психология". Хотя Теру именовал его как Виктора Корнеева, по всей вероятности человеком был Артур, поскольку он опускал такие же чёрные шутки через несколько лет с журналистом NY Times.
Его нынешнее занятие неизвестно. Когда Times нашло Корнеева полтора года назад, он помогал в строительстве свода для саркофага - проекта стоимостью $1,5 млрд, который должен быть закончен в 2017 году. Планируется, что свод полностью закроет Убежище и предотвратит утечку изотопов. В свои 60 с чем-то лет Корнеев выглядел болезненно, страдал от катаракт, и ему запретили посещение саркофага после многократного облучения в предыдущие десятилетия.
Впрочем, чувство юмора Корнеева осталось неизменным . Похоже, он ничуть не жалеет о работе своей жизни: "Советская радиация, - шутит он, - лучшая радиация в мире" .
Энциклопедичный YouTube
1 / 4
✪ Проникающая способность. Виды радиоактивного излучения
✪ Состав радиоактивного излучения
Субтитры
Здравствуйте. В этом выпуске канала TranslatorsCafe.com мы поговорим об ионизирующем излучении или радиации. Мы рассмотрим источники излучения, способы его измерения, влияние радиации на живые организмы. Более подробно мы поговорим о таких параметрах радиации, как мощность поглощенной дозы, а также об эквивалентной и эффективной дозах ионизирующего излучения. У радиации множество применений - от производства электроэнергии до лечения больных раком. В этом видеосюжете мы обсудим, как радиация влияет на ткани и клетки людей, животных и биоматериала, уделяя особое внимание тому, как быстро и насколько сильно происходит поражение облученных клеток и тканей. Излучение - природное явление, которое проявляется в том, что электромагнитные волны или элементарные частицы с высокой кинетической энергией движутся внутри среды. В этом случае среда может быть либо материей, либо вакуумом. Излучение - вокруг нас, и наша жизнь без него немыслима, так как выживание человека и других животных без излучения невозможно. Без излучения на Земле не будет таких необходимых для жизни природных явлений как свет и тепло. Не было бы ни мобильных телефонов, ни Интернета. В этом видеосюжете мы обсудим особый тип излучения, ионизирующее излучение или радиацию, которая окружает нас везде. Ионизирующее излучение обладает энергией, достаточной для отрыва электронов от атомов и молекул, то есть, для ионизации облучаемого вещества. Ионизирующее излучение в среде может возникнуть благодаря либо естественным, либо искусственным процессам. Естественные источники излучения включают солнечное и космическое излучения, некоторые минералы, например, гранит, а также излучение некоторых радиоактивных материалов, таких как уран и даже обычные бананы, содержащие радиоактивный изотоп калия. Радиоактивное сырье добывают в глубине земных недр и используют в медицине и промышленности. Иногда радиоактивные материалы попадают в окружающую среду в результате аварий на производстве и в отраслях, где используют радиоактивное сырье. Чаще всего это происходит из-за несоблюдения правил безопасности по хранению радиоактивных материалов и работе с ними или из-за отсутствия таких правил. Стоит заметить, что до недавнего времени радиоактивные материалы не считались опасными для здоровья. Даже наоборот, их использовали как целебные препараты, а также они ценились за их красивое свечение. Урановое стекло - пример радиоактивного материала, используемого в декоративных целях. Это стекло светится флуоресцентным зеленым светом благодаря добавлению в его состав оксида урана. Процент содержания урана в этом стекле относительно мал и количество выделяемой им радиации невелико, поэтому урановое стекло считают относительно безопасным для здоровья. Из него даже изготавливали стаканы, тарелки и другую посуду. Урановое стекло ценится за его необычное свечение. Солнце излучает ультрафиолет, поэтому урановое стекло светится и в солнечном свете, хотя это свечение намного более выражено под лампами ультрафиолетового света. При излучении поглощаются фотоны с более высокой энергией (ультрафиолет) и излучаются фотоны с более низкой энергией (зеленый цвет). Как вы убедились, эти бусы можно использовать для проверки дозиметров. Пакетик с бусами можно купить на eBay.com за пару долларов. Вначале рассмотрим некоторые определения. Существует множество способов измерять радиацию, в зависимости от того, что именно мы хотим узнать. Например, можно измерить общее количество радиации в данном месте; можно найти количество радиации, которое нарушает работу биологических тканей и клеток; или количество радиации, поглощенной телом или организмом, и так далее. Здесь мы рассмотрим два способа измерения радиации. Общее количество радиации в среде, измеряемое в единицу времени, называют суммарной мощностью дозы ионизирующего излучения. Количество радиации, поглощенное организмом за единицу времени, называют мощностью поглощенной дозы. Мощность поглощенной дозы находят, используя информацию о суммарной мощности дозы и о параметрах предмета, организма, или части тела, которая подвергается излучению. Эти параметры включают массу, плотность и объем. Значения поглощенной и экспозиционной дозы похожи для материалов и тканей, которые хорошо поглощают радиацию. Однако не все материалы - такие, поэтому часто поглощенная и экспозиционная дозы радиации отличаются, так как способность предмета или тела поглощать радиацию зависит от материала, из которого они состоят. Так, например, лист свинца поглощает гамма-излучение значительно лучше, чем лист алюминия той же толщины. Нам известно, что большая доза радиации, называемая дозой острого облучения, вызывает угрозу для здоровья, и чем выше эта доза - тем выше риск для здоровья. Нам также известно, что радиация влияет на разные клетки в организме по-разному. Наиболее сильно страдают от радиации клетки, которые подвергаются частому делению, а также неспециализированные клетки. Так, например, клетки в зародыше, кровяные клетки, и клетки репродуктивной системы больше всего подвержены отрицательному влиянию радиации. В то же время, кожа, кости, и мышечные ткани менее подвержены воздействию радиации. Но меньше всего радиация действует на нервные клетки. Поэтому в некоторых случаях общее разрушительное воздействие радиации на клетки, менее подверженные влиянию радиации, меньше, даже если на них действует большее количество радиации, чем на клетки, более подверженные влиянию радиации. Согласно теории радиационного гормезиса малые дозы радиации, наоборот, стимулируют защитные механизмы в организме, и в результате организм становится крепче, и менее подвержен заболеваниям. Необходимо заметить, что эти исследования находятся на начальной стадии, и пока неизвестно, удастся ли получить такие результаты за пределами лаборатории. Сейчас эти эксперименты проводят на животных и неизвестно, происходят ли эти процессы в организме человека. Из этических соображений трудно получить разрешение на такие исследования с участием людей. Поглощённая доза - величина отношения энергии ионизирующего излучения, поглощённой в данном объёме вещества, к массе вещества в этом объёме. Поглощенная доза является основной дозиметрической величиной и измеряется в джоулях на килограмм. Эта единица называется грэй. Ранее использовалась внесистемная единица рад. Поглощенная доза зависит не только от самой радиации, но и от материала, который ее поглощает: поглощенная доза мягкого рентгеновского излучения в костной ткани может быть вчетверо больше поглощенной дозы в воздухе. В то же время, в вакууме поглощенная доза равна нулю. Эквивалентная доза, характеризующая биологический эффект облучения человеческого организма ионизирующим излучением, измеряется в зивертах. Чтобы понять разницу между дозой и мощностью дозы, можно провести аналогию с чайником, в который наливают воду из-под крана. Объем воды в чайнике - это доза, а скорость наполнения, зависящая от толщины струйки воды, - это мощность дозы, то есть приращение дозы излучения в единицу времени. Мощность эквивалентной дозы измеряется в зивертах на единицу времени, например, в микрозивертах в час или миллизивертах в год. Радиация в основном не заметна невооруженным глазом, поэтому, чтобы определить наличие радиации, пользуются специальными измерительными приборами. Одно из широко используемых устройств - дозиметр на основе счетчика Гейгера-Мюллера. Счетчик состоит из трубки, в которой подсчитывается число радиоактивных частиц, и дисплея, который отображает количество этих частиц в разных единицах, чаще всего - как количество радиации за определенный срок времени, например за час. Приборы со счетчиками Гейгера часто издают короткие звуковые сигналы, например, щелчки, каждый из которых означает, что подсчитана новая излученная частица или несколько частиц. Этот звук обычно можно выключить. Некоторые дозиметры позволяет выбрать частоту щелчков. Например, можно настроить дозиметр, чтобы он издавал звук только после каждой двадцатой посчитанной частицы или реже. Кроме счетчиков Гейгера, в дозиметрах используют и другие датчики, например сцинтилляционные счетчики, которые позволяют лучше определить, какой вид радиации на данный момент преобладает в окружающей среде. Сцинтилляционные счетчики хорошо определяют как альфа, так и бета и гамма излучение. Эти счетчики преобразуют выделяемую при излучении энергию в свет, который затем преобразуется в фотоумножителе в электрический сигнал, который и измеряется. Во время измерений эти счетчики работают с большей поверхностью, чем счетчики Гейгера, поэтому измерения проходят более эффективно. У ионизирующего излучения очень высокая энергия, и поэтому оно ионизирует атомы и молекулы биологического материала. В результате от них отделяются электроны, что приводит к изменению их структуры. Эти изменения вызваны тем, что ионизация ослабляет или разрушает химические связи между частицами. Это повреждает молекулы внутри клеток и тканей и нарушает их работу. В некоторых случаях ионизация способствует образованию новых связей. Нарушение работы клеток зависит от того, насколько радиация повредила их структуру. В некоторых случаях нарушения не влияют на работу клеток. Иногда работа клеток нарушена, но повреждения невелики и организм постепенно восстанавливает клетки в рабочее состояние. Подобные нарушения нередко встречаются и в процессе нормальной работы клеток, при этом клетки сами возвращаются в норму. Поэтому если уровень радиации низок и нарушения невелики, то вполне возможно восстановление клеток до их обычного состояния. Если же уровень радиации высок, то в клетках происходят необратимые изменения. При необратимых изменениях клетки либо работают не так, как должны, либо перестают работать вовсе и отмирают. Повреждение радиацией жизненно важных и незаменимых клеток и молекул, например молекул ДНК и РНК, белков или ферментов вызывает лучевую болезнь. Повреждение клеток может также вызвать мутации, в результате которых у детей пациентов, чьи клетки поражены, могут развиться генетические заболевания. Мутации могут также вызвать чрезмерно быстрое деление клеток в организме пациентов - что, в свою очередь, увеличивает вероятность заболевания раком. Сегодня наши знания о влиянии радиации на организм и о том, в каких условиях это влияние усугубляется, ограничены, так как в распоряжении исследователей имеется совсем немного материала. Большая часть наших знаний основана на исследованиях историй болезни жертв атомных бомбардировок Хиросимы и Нагасаки, а также жертв взрыва на Чернобыльской АС. Стоит также отметить, что некоторые исследования влияния радиации на организм, которые проводили в 50-х - 70-х гг. прошлого века, были неэтичны и даже бесчеловечны. В частности, это исследования, проводимые военными в США и в Советском Союзе. Большая часть этих экспериментов была проведена на полигонах и в специально отведенных зонах для испытания ядерного оружия, например на полигоне в Неваде, США, на советском ядерном полигоне на Новой Земле, и на Семипалатинском испытательном полигоне на нынешней территории Казахстана. В некоторых случаях эксперименты проводили во время военных учений, как например, во время Тоцких войсковых учений (СССР, на нынешней территории России) и во время военных учений Desert Rock в штате Невада, США. Во время этих учений исследователи, если можно их так назвать, изучали воздействие радиации на организм человека после атомных взрывов. С 1946 по 1960-е эксперименты по влиянию радиации на организм проводили также в некоторых американских больницах без ведома и согласия больных. Спасибо за внимание! Если вам понравилась это видео, пожалуйста, не забудьте подписаться на наш канал!
Природа ионизирующего излучения
Наиболее значимы следующие типы ионизирующего излучения:
- Коротковолновое электромагнитное излучение (поток фотонов высоких энергий):
- Потоки частиц:
- бета-частиц (электронов и позитронов);
- протонов , мюонов и других элементарных частиц ;
- Ионов (осколков деления, возникающих при делении ядер), в том числе альфа-частиц .
Источники ионизирующего излучения
- Спонтанный радиоактивный распад радионуклидов .
- Термоядерные реакции , например на Солнце .
- Индуцированные ядерные реакции в результате попадания в ядро высокоэнергетичных элементарных частиц или слияния ядер.
Искусственные источники ионизирующего излучения:
- Искусственные радионуклиды .
- Ускорители элементарных частиц (генерируют потоки заряженных частиц, а также тормозное фотонное излучение).
- Рентгеновский аппарат как разновидность ускорителей, генерирует тормозное рентгеновское излучение .
Наведённая радиоактивность
Широкое применение в науке получили сцинтилляторы . Эти приборы преобразуют энергию излучения в видимый свет за счет поглощения излучения в специальном веществе. Вспышка света регистрируется фотоэлектронным умножителем . Сцинтилляторы хорошо разделяют излучение по энергиям.
Для исследования потоков элементарных частиц применяют множество других методов, позволяющих полнее исследовать их свойства, например пузырьковая камера , камера Вильсона .
Единицы измерения
Эффективность взаимодействия ионизирующего излучения с веществом зависит от типа излучения, энергии частиц и сечения взаимодействия облучаемого вещества. Важные показатели взаимодействия ионизирующего излучения с веществом:
- линейная передача энергии (ЛПЭ), показывающая, какую энергию излучение передаёт среде на единице длины пробега при единичной плотности вещества.
- поглощённая доза излучения, показывающая, какая энергия излучения поглощается в единице массы вещества.
Корпускулярное ионизирующее излучение также характеризуется кинетической энергией частиц. Для измерения этого параметра наиболее распространена внесистемная единица электронвольт (русское обозначение: эВ , международное: eV ). Как правило радиоактивный источник генерирует частицы с определенным спектром энергий. Датчики излучений также имеют неравномерную чувствительность по энергии частиц.
Свойства ионизирующих излучений
По механизму взаимодействия с веществом выделяют непосредственно потоки заряженных частиц и косвенно ионизирующее излучение (потоки нейтральных элементарных частиц - фотонов и нейтронов). По механизму образования - первичное (рождённое в источнике) и вторичное (образованное в результате взаимодействия излучения другого типа с веществом) ионизирующее излучение.
Энергия частиц ионизирующего излучения лежит в диапазоне от нескольких сотен электронвольт (рентгеновское излучение, бета-излучение некоторых радионуклидов) до 10 15 - 10 20 и выше электронвольт (протоны космического излучения, для которых не обнаружено верхнего предела по энергии).
Длина пробега и проникающая способность сильно различаются - от микрометров в конденсированной среде (альфа-излучение радионуклидов, осколки деления) до многих километров (высокоэнергетические мюоны космических лучей).
Воздействие на конструкционные материалы
Длительное воздействие корпускулярных излучений или фотонных излучений сверхвысоких энергий может существенно изменять свойства конструкционных материалов. Изучением этих изменений занимается инженерная дисциплина радиационное материаловедение . Раздел физики, занимающийся исследованием поведения твёрдых тел под облучением, получил название радиационная физика твердого тела . Наиболее значимыми типами радиационных повреждений является:
- разрушение кристаллической решетки вследствие выбивания атомов из узлов;
- ионизация диэлектриков;
- изменение химического состава веществ вследствие ядерных реакций.
Учёт радиационных повреждений инженерных конструкций наиболее актуален для ядерных реакторов и полупроводниковой электроники, рассчитанной на работу в условиях радиации.
Воздействие на полупроводники
Биологическое действие ионизирующих излучений
Разные типы ионизирующего излучения обладают разным разрушительным эффектом и разным способом воздействия на биологические ткани. Соответственно, одной и той же поглощённой дозе соответствует разная биологическая эффективность излучения. Поэтому для описания воздействия излучения на живые организмы вводят понятие относительной биологической эффективности излучения , которая измеряется с помощью коэффициента качества . Для рентгеновского, гамма- и бета-излучений коэффициент качества принят за 1. Для альфа-излучения и осколков ядер коэффициент качества 10…20. Нейтроны - 3…20 в зависимости от энергии. Для заряженных частиц биологическая эффективность прямо связана с линейной передачей энергии данного типа частиц (средняя потеря энергии частицей на единицу длины пробега частицы в ткани).
Единицы измерения
Для учёта биологического эффекта поглощённой дозы была введена эквивалентная поглощённая доза ионизирующего излучения, численно равная произведению поглощённой дозы на коэффициент биологической эффективности. В системе СИ эффективная и эквивалентная поглощенная доза измеряется в зивертах (русское обозначение: Зв ; международное: Sv ).
Ранее широко применялась единица измерения эквивалентной дозы бэр (от б иологический э квивалент р ентгена для гамма-излучения; русское обозначение: бэр ; международное: rem ). Первоначально единица определялась как доза ионизирующего излучения, производящего такое же биологическое действие, как и доза рентгеновского или гамма-излучения, равная 1 Р. После принятия системы СИ под бэром стали понимать единицу, равную 0,01 Дж/кг. 1 бэр = 0,01 Зв = 100 эрг /г .
Помимо биологической эффективности, необходимо учитывать проникающую способность излучений. Например, тяжёлые ядра атомов и альфа-частицы имеют крайне малую длину пробега в сколько-нибудь плотном веществе, поэтому радиоактивные альфа-источники опасны при попадании внутрь организма. Наоборот, гамма-излучение обладает значительной проникающей способностью.
Некоторые радиоактивные изотопы способны встраиваться в процесс обмена веществ живого организма, замещая неактивные элементы. Это приводит к удержанию и накоплению радиоактивного вещества непосредственно в живых тканях, что существенно увеличивает опасность контакта. Например, широко известны йод-131 , изотопы стронция , плутония и т.п.. Для характеристики этого явления используется понятие период полувыведения изотопа из организма.
Механизмы биологического воздействия
Прямое действие ионизирующих излучений - это прямое попадание в биологические молекулярные структуры клеток и в жидкие (водные) среды организма.
Основным источником информации о стохастических эффектах воздействия ионизирующего излучения являются данные наблюдений за здоровьем людей, переживших атомные бомбардировки или радиационные аварии . Специалисты наблюдали 87 500 человек , переживших атомные бомбардировки. Средняя доза их облучения составила 240 миллизиверт . При этом прирост онкологических заболеваний за последующие годы составил 9 %. При дозах менее 100 миллизиверт отличий между ожидаемой и наблюдаемой в реальности заболеваемостью никто в мире не установил.
Гигиеническое нормирование ионизирующих излучений
Нормирование осуществляется по санитарным правилам и нормативам СанПин 2.6.1.2523-09 «Нормы радиационной безопасности (НРБ-99/2009) ». Устанавливаются дозовые пределы эффективной дозы для следующих категорий лиц:
- персонал - лица, работающие с техногенными источниками излучения (группа А) или находящиеся по условиям работы в сфере их воздействия (группа Б);
- все население, включая лиц из персонала, вне сферы и условий в их производственной деятельности.
Основные пределы доз и допустимые уровни облучения персонала группы Б равны четверти значений для персонала группы А.
Эффективная доза для персонала не должна превышать за период трудовой деятельности (50 лет ) 1000 мЗв , а для обычного населения за всю жизнь - 70 мЗв . Планируемое повышенное облучение допускается только для мужчин старше 30 лет при их добровольном письменном согласии после информирования о возможных дозах облучения и риске для здоровья.
Применение ионизирующих излучений
Ионизирующие излучения применяются в различных отраслях:
В технике
В медицине
- Для получения картины внутренних органов и скелета используют рентгенография , рентгеноскопия , компьютерная томография .
- Для лечения опухолей и других патологических очагов используют лучевую терапию : облучение гамма-квантами , рентгеном, электронами , тяжёлыми ядерными частицами, такими как протоны , тяжёлые ионы, отрицательные π-мезоны и нейтроны разных энергий.
- Введение в организм радиофармацевтических препаратов , как с лечебными , так и с диагностическими целями.
В аналитической химии
В нанотехнологиях
Знак радиационной опасности
В России радиационный мониторинг окружающей среды осуществляют федеральная служба Росгидромет и государственная корпорация Росатом . На международном уровне сбором информации и оценкой влияния радиоактивного излучения на человека и окружающую среду занимается Научный комитет по действию атомной радиации (НКДАР) при Организации объединенных наций .
Основными составляющими естественного (природного) радиационного фона являются космические лучи и излучение от радионуклидов земного происхождения, повсеместно содержащихся в земной коре.
Согласно данным НКДАР среднемировая мощность эффективной дозы от действия космических лучей (включая вторичное нейтронное излучение) на поверхности земли вне укрытий составляет 0,036 мкЗв/ч . С увеличением высоты над уровнем моря это значение существенно меняется и в зоне полетов гражданской авиации (9-12 км) может составлять 5-8 мкЗв/ч. Исходя из этого эффективная доза от действия космических лучей при трансатлантическом перелете из Европы в Северную Америку достигает 30-45 мкЗв . Кроме того мощность дозы рассматриваемого излучения зависит от геомагнитной широты и состояния 11-летнего цикла солнечной активности . Вклад каждого из двух факторов в мощность дозы излучения составляет около 10% .
Второй существенной составляющей естественного радиационного фона является γ-излучение от радионуклидов земного происхождения таких как 40 K и продуктов распада урана-238 и тория-232 ( 226 Th , 228 Ac , 214 Pb , 214 Bi) . Средняя мощность эффективной дозы от внешнего облучения этими радионуклидами в зависимости от региона находится в диапазоне от 0,030 до 0,068 мкЗв/ч . Как исключения, в мире имеются регионы с повышенным естественным радиационным фоном, обусловленным наличием монацитового песка с большим содержанием тория (города
51. Ионизирующие излучения. Виды ионизирующих излучений, основные характеристики.
ИИ делятся на 2 вида:
Корпускулярное излучение
- 𝛼-излучение представляет собой поток ядер гелия, испускаемых веществом при радиоактивном распаде или при ядерных реакциях;
- 𝛽-излучение – поток электронов или позитронов, возникающих при радиоактивном распаде;
Нейтронное излучение (При упругих взаимодействиях происходит обычная ионизация вещества. При неупругих взаимодействиях возникает вторичное излучение, которое может состоять как из заряженных частиц, так и -квантов).
2. Электромагнитное излучение
- 𝛾-излучение – это электромагнитное (фотонное) излучение, испускаемое при ядерных превращениях или взаимодействии частиц;
Рентгеновское излучение – возникает в среде, окружающей источ-ник -излучения, в рентгеновских трубках.
Характеристики ИИ: энергия (МэВ); скорость (км/с); пробег (в воздухе, в живой ткани); ионизирующая способность (пар ионов на 1 см пути в воздухе).
Самая низкая ионизирующая способность у α-излучения.
Заряженные частицы приводят к прямой, сильной ионизации.
Активность (А) радиоактивного в-ва – число спонтанных ядерных превращений (dN) в этом веществе за малый промежуток времени (dt):
1 Бк (беккерель) равен одному ядерному превращению в секунду.
52. Ионизирующие излучения. Дозы ионизирующих излучений и единицы их измерения.
Ионизирующее излучение (ИИ) – это излучение, взаимодействие которой со средой приводит к образованию зарядов противоположных знаков. Возникает ионизирующее излучение при радиоактивном распаде, ядерных превращениях, а также при взаимодействии заряженных частиц, нейтронов, фотонного (электромагнитного) излучения с веществом.
Доза излучения – величина, используемая для оценки воздействия ионизирующего излучения.
Экспозиционная доза (характеризует источник излучения по эффекту ионизации):
Экспозиционная доза на рабочем месте при работе с радиоактивными веществами:
где А–активность источника [мКи], К–гамма-постоянная изотопа [Рсм2/(чмКи)], t – время облучения, r – расстояние от источника до рабочего места [см ].
Мощность дозы (интенсивность облучения) – приращение соответствующей дозы под воздействием данного излучения за ед. времени.
Мощность экспозиционной дозы [рч -1 ].
Поглощённая доза показывает, какое кол-во энергии ИИ поглощено ед. массы облучаемого в-ва:
Д погл. = Д эксп. К 1
где К 1 – коэффициент, учитывающий вид облучаемого вещества
Поглащ. доза, Грей, [Дж/кг]=1Грей
Эквивалентная доза хар-ет хроническое облучение излучением произвольного состава
Н = Д Q [Зв] 1 Зв = 100 бэр.
Q – безразмерный взвешивающий коэффициент для данного вида излучения. Для рентгеновского и -излучения Q=1, для альфа-, бета-частиц и нейтронов Q=20.
Эффективная эквивалентная доза хар-ет чувствительность разл. органов и тканей излучению.
Облучение неживых объектов – Поглащ. доза
Облучение живых объектов – Эквив. доза
53. Действие ионизирующих излучений (ИИ) на организм. Внешнее и внутреннее облучение.
Биологический эффект ИИ основан на ионизации живой ткани, что приводит к разрыву молекулярных связей и изменению химической структуры различных соединений, что приводит к изменению ДНК клеток и их последующей гибели.
Нарушение процессов жизнедеятельности организма выражается в таких расстройствах как
Торможение функций кроветворных органов,
Нарушение нормальной свертываемости крови и повышение хрупкос- ти кровеносных сосудов,
Расстройство деятельности желудочно-кишечного тракта,
Снижение сопротивляемости инфекциям,
Истощение организма.
Внешнее облучение происходит тогда, когда источник радиации нах-ся вне организма человека и отсутствуют пути их попадания внутрь.
Внутреннее облучение происх. тогда, когда источник ИИ нах-ся внутри человека; при этом внутр. облучение также опасно близостью источника ИИ к органам и тканям.
Пороговые эффекты (Н > 0,1 Зв/год) зависят от дозы ИИ, возникают при дозах облучения в течении всей жизни
Лучевая болезнь – это заболевание, которое хар-ся симптомами, возникающими при воздействии ИИ, такими, как снижение кроветворной способности, расстройство желудочно-кишечного тракта, снижение иммунитета.
Степень лучевой болезни зависит от дозы излучения. Самой тяжелой явл-ся 4-ая степень, которая возникает при воздействии ИИ дозой более 10 Грей. Хронические лучевые поражения, как правило, вызываются внутренним облучением.
Беспороговые (стахастические) эффекты проявляются при дозах Н<0,1 Зв/год, вероятность возникновения которых не зависит от дозы излучения.
К стахастическим эф-там относят:
Изменения соматические
Изменения иммунные
Изменения генетические
Принцип нормирования – т.е. непревышение допустимых пределов индивид. Доз облучения от всех ист-ков ИИ.
Принцип обоснования – т.е. запрещение всех видов деятельности по исп-ю ист-ков ИИ, при которых полученная для человека и общества польза не превышает риск возможного вреда, причинённого дополнительно к естественному радиац. факту.
Принцип оптимизации – поддержание на возможно низком и достижимом уровне с учетом экономич. и соц. факторов индивид. доз облуч-я и числа облучаемых лиц при использовании источника ИИ.
СанПиН 2.6.1.2523-09 «Нормы радиационной безопасности».
В соответствии с данным документом выделяют 3 гр. лиц:
гр.А – это лица, непоср. работающие с техногенными источниками ИИ
гр .Б – это лица, усл-ия работы кот нах-ся в непоср. бризости от ист-ка ИИ, но деят. данных лиц непоср. с ист-ком не связано.
гр .В – это всё остальное население, вкл. лиц гр. А и Б вне их производственной деятельности.
Основной дозовый предел уст. по эффективной дозе:
Для лиц гр.А: 20мЗв в год в ср. за последоват. 5 лет, но не более 50мЗв в год.
Для лиц гр.Б: 1мЗв в год в ср. за последоват. 5 лет, но не более 5мЗв в год.
Для лиц гр.В: не должны превышать ¼ значений для персонала гр.А.
На случай ЧС, вызванной радиац.аварией сущ-ет т.н. пиковое повышенное облучение, кот. разрешается только в тех случаях, когда нет возм-ти принять меры исключающие вред организму.
Применение таких доз м.б. оправдано только спасением жизни людей и предотвращением аварий, доп-ся только для мужчин старше 30 лет при добровольном письменном соглашении.
М/ды защиты от ИИ:
Защита кол-вом
Защита временем
Защита расст-ем
Зонирование
Дистанционное управление
Экранирование
Для защиты от γ -излучения: металлич. экраны, выполненные с большим атомным весом (W,Fe), а также из бетона, чугуна.
Для защиты от β-излучения: исп-ют материалы с малой атомной массой (алюминий, плексиглаз).
Для защиты от α-излучений: исп-ют металлы, содержащие Н2 (вода, парафин, и т.д.)
Толщина экрана К=Ро/Рдоп, Ро – мощн. дозы, измеренная на рад. месте; Рдоп – предельно допустимая доза.
Зонирование – деление территории на 3 зоны: 1) укрытие; 2) объекты и помещения, в которых могут нах-ся люди; 3) зона пост. пребывания людей.
Дозиметрический контроль основывается на исп-ии след. методов: 1.Ионизационный 2.Фонографический 3.Химический 4.Калориметрический 5.Сцинтиляционный.
Основные приборы , исп-ые для дозиметрич. контроля:
Рентгенометр (для измер-я мощн. эксп. дозы)
Радиометр (для измерения плотности потоков ИИ)
Индивид. дозиметры (для измер-я экспозиц. или поглощённой дозы).
Радиоактивное излучение является мощным воздействием на человеческий организм, способным вызвать необратимые процессы, ведущие к трагическим последствиям. В зависимости от мощности различные виды радиоактивных излучений могут вызвать тяжелые заболевания, а могут, наоборот, лечить человека. Некоторые из них используются в диагностических целях. Другими словами, все зависит от контролируемости процесса, т.е. его интенсивности и продолжительности воздействия на биологические ткани.
Сущность явления
В общем случае под понятием радиация подразумевается высвобождение частиц и их распространение в виде волн. Радиоактивность подразумевает самопроизвольный распад ядер атомов некоторых веществ с появлением потока заряженных частиц большой мощности. Вещества, способные на такое явление, получили название радионуклидов.
Так что такое радиоактивное излучение? Обычно под этим термином отмечаются как радиоактивные, так и радиационные излучения. По своей сути, это направленный поток элементарных частиц значительной мощности, вызывающих ионизацию любой среды, попадающей на их пути: воздух, жидкости, металлы, минералы и другие вещества, а также биологические ткани. Ионизация любого материала ведет к изменению его структуры и основных свойств. Биологические ткани, в т.ч. человеческого организма, подвергаются изменениям, которые не совместимы с их жизнедеятельностью.
Различные типы радиоактивного излучения имеют разную проникающую и ионизирующую способность. Поражающие свойства зависят от следующих основных характеристик радионуклеидов: вид радиации, мощность потока, период полураспада. Ионизирующая способность оценивается по удельному показателю: количеству ионов ионизируемого вещества, формируемых на расстоянии в 10 мм по пути проникновения излучения.
Негативное воздействие на человека
Радиационное облучение человека приводит к структурным изменениям в тканях организма. В результате ионизации в них появляются свободные радикалы, которые представляют собой активные в химическом плане молекулы, поражающие и убивающие клетки. Первыми и наиболее сильно страдают желудочно-кишечная, мочеполовая и кроветворная системы. Появляются выраженные симптомы их дисфункции: тошнота и рвота, повышенная температура, нарушение стула.
Достаточно типичной является лучевая катаракта, вызванная воздействием излучения на глазные ткани. Наблюдаются и другие серьезные последствия радиационного облучения: сосудистый склероз, резкое снижение иммунитета, гематогенные проблемы. Особую опасность представляет повреждение генетического механизма. Возникающие активные радикалы способны изменить структуру главного носителя генетической информации — ДНК. Такие нарушения могут приводить к непрогнозируемым мутациям, отражающимся на следующих поколениях.
Степень поражения человеческого организма зависит от того, какие виды радиоактивного излучения имели место, какова интенсивность и индивидуальная восприимчивость организма. Главный показатель — доза облучения, показывающая, какое количество радиации проникло в организм. Установлено, что разовая большая доза значительно опаснее, чем накопление такой дозы при длительном облучении маломощным излучением. Поглощенное организмом количество радиации измеряется в эйвертах (Эв).
Любая жизненная среда имеет определенный уровень радиации. Нормальным считается радиационный фон не выше 0,18-0,2 мЭв/ч или 20 микрорентгенов. Критический уровень, ведущий к летальному исходу, оценивается в 5,5-6,5 Эв.
Разновидности излучения
Как отмечалось, радиоактивное излучение и его виды могут по-разному воздействовать на человеческий организм. Можно выделить следующие основные разновидности радиации.
Излучения корпускулярного типа, представляющие собой потоки частиц:
- Альфа-излучение. Это поток, составленный из альфа-частиц, имеющих огромную ионизирующую способность, но глубина проникновения небольшая. Даже листок плотной бумаги способен остановить такие частицы. Одежда человека достаточно эффективно исполняет роль защиты.
- Бета-излучение обусловлено потоком бета-частиц, летящих со скоростью, близкой к скорости света. Из-за огромной скорости эти частицы имеют повышенную проникающую способность, но ионизирующие возможности у них ниже, чем в предыдущем варианте. В качестве экрана от данного излучения могут служить оконные окна или металлический лист толщиной 8-10 мм. Для человека оно очень опасно при прямом попадании на кожу.
- Нейтронное излучение состоит из нейтронов и обладает наибольшим поражающим воздействием. Достаточная защита от них обеспечивается материалами, в структуре которых есть водород: вода, парафин, полиэтилен и т.п.
Волновое излучение, представляющее собой лучевое распространение энергии:
- Гамма-излучение является, по своей сути, электромагнитным полем, создающимся при радиоактивных превращениях в атомах. Волны испускаются в виде квантов, импульсами. Излучение имеет очень высокую проницаемость, но низкую ионизирующую способность. Для защиты от таких лучей нужны экраны из тяжелых металлов.
- Рентгеновское излучение, или Х-лучи. Эти квантовые лучи во многом аналогичны гамма-излучению, но проникающие возможности несколько занижены. Такой тип волны вырабатывается в вакуумных рентгеновских установках за счет удара электронами о специальную мишень. Общеизвестно диагностическое назначение данного излучения. Однако следует помнить, что продолжительное действие его способно нанести человеческому организму серьезный вред.
Как может облучиться человек
Человек получает радиоактивное облучение при условии проникновения радиации в его организм. Оно может происходить 2 способами: внешнее и внутреннее воздействие. В первом случае источник радиоактивного излучения находится снаружи, а человек по разным причинам попадает в поле его деятельности без надлежащей защиты. Внутреннее воздействие осуществляется при проникновении радионуклида внутрь организма. Это может произойти при употреблении облученных продуктов или жидкостей, с пылью и газами, при дыхании зараженным воздухом и т.д.
Внешние источники радиации можно подразделить на 3 категории:
- Естественные источники: тяжелые химические элементы и радиоактивные изотопы.
- Искусственные источники: технические устройства, обеспечивающие излучение при соответствующих ядерных реакциях.
- Наведенная радиация: различные среды после воздействия на них интенсивного ионизирующего излучения сами становятся источником радиации.
К наиболее опасным объектам в части возможного радиационного облучения можно отнести следующие источники радиации:
- Производства, связанные с добычей, переработкой, обогащением радионуклидов, изготовлением ядерного топлива для реакторов, в частности урановая промышленность.
- Ядерные реакторы любого типа, в т.ч. на электростанциях и кораблях.
- Радиохимические предприятия, занимающиеся регенерацией ядерного топлива.
- Места хранения (захоронения) отходов радиоактивных веществ, а также предприятия по их переработке.
- При использовании радиационных излучений в разных отраслях: медицина, геология, сельское хозяйство, промышленность и т.п.
- Испытание ядерного оружия, ядерные взрывы в мирных целях.
Проявление поражения организма
Характеристика радиоактивных излучений играет решающую роль в степени поражения человеческого организма. В результате воздействия развивается лучевая болезнь, которая может иметь 2 направления: соматическое и генетическое поражение. По времени проявления выделяется ранний и отдаленный эффект.
Ранний эффект выявляет характерные симптомы в период от 1 часа до 2 месяцев. Типичными считаются такие признаки: кожная краснота и шелушение, мутность глазного хрусталика, нарушение кроветворного процесса. Крайний вариант при большой дозе облучения — летальный исход. Локальное поражение характеризуются такими признаками, как лучевой ожог кожного покрова и слизистой оболочки.
Отдаленные проявления выявляются через 3-5 месяцев, а то и через несколько лет. В этом случае отмечаются устойчивые кожные поражения, злокачественные опухоли различной локализации, резкое ухудшение иммунитета, изменение состава крови (значительное снижение уровня эритроцитов, лейкоцитов, тромбоцитов и нейтрофилов). В результате этого часто развиваются различные инфекционные болезни, существенно снижается продолжительность жизни.
Для предотвращения облучения человека ионизирующим излучением применяются различные виды защиты, которые зависят от типа радиации. Кроме того, регламентируются жесткие нормы по максимальной продолжительности пребывания человека в зоне облучения, минимальному расстоянию до источника радиации, использованию индивидуальных средств защиты и установке защитных экранов.
Радиоактивное излучение способно оказывать сильное разрушительное воздействие на все ткани человеческого организма. В то же время оно используется и при лечении различных болезней. Все зависит от дозы облучения, получаемой человеком в разовом или длительном режиме. Только неукоснительное соблюдение норм радиационной защиты поможет сохранить здоровье, даже если находиться в пределах действия радиационного источника.
«Отношение людей к той или иной опасности определяется тем, насколько хорошо она им знакома».
Настоящий материал - обобщённый ответ на многочисленные вопросы, возникающие пользователей приборов для обнаружения и измерения радиации в бытовых условиях.
Минимальное использование специфической терминологии ядерной физики при изложении материала поможет вам свободно ориентироваться этой в экологической проблеме, не поддаваясь радиофобии, но и без излишнего благодушия.
Опасность РАДИАЦИИ реальная и мнимая
«Один из первых открытых природных радиоактивных элементов был назван «радием»
- в переводе с латинского-испускающий лучи, излучающий».
Каждого человека в окружающей среде подстерегают различные явления, оказывающие на него влияние. К ним можно отнести жару, холод, магнитные и обычные бури, проливные дожди, обильные снегопады, сильные ветры, звуки, взрывы и др.
Благодаря наличию органов чувств, отведенных ему природой, он может оперативно реагировать на эти явления с помощью, например, навеса от солнца, одежды, жилья, лекарств, экранов, убежищ и т.д.
Однако, в природе существует явление, на которое человек из-за отсутствия необходимых органов чувств не может мгновенно реагировать - это радиоактивность. Радиоактивность - не новое явление; радиоактивность и сопутствующие ей излучения (т.н. ионизирующие) существовали во Вселенной всегда. Радиоактивные материалы входят в состав Земли и даже человек слегка радиоактивен, т.к. в любой живой ткани присутствуют в малейших количествах радиоактивные вещества.
Самое неприятное свойство радиоактивного (ионизирующего) излучения - его воздействие на ткани живого организма, поэтому необходимы соответствующие измерительные приборы, которые предоставляли бы оперативную информацию для принятия полезных решений до того, когда пройдет продолжительное время и проявятся нежелательные или даже губительные последствия.что его воздействие человек начнет ощущать не сразу, а лишь по прошествии некоторого времени. Поэтому информацию о наличии излучения и его мощности необходимо получить как можно раньше.
Однако, хватит загадок. Поговорим о том, что же такое радиация и ионизирующее (т. е. радиоактивное) излучение.
Ионизирующее излучение
Любая среда состоит из мельчайших нейтральных частиц-атомов
, которые состоят из положительно заряженных ядер и окружающих их отрицательно заряженных электронов. Каждый атом похож на солнечную систему в миниатюре: вокруг крошечного ядра движутся по орбитам «планеты» - электроны
.
Ядро атома
состоит из нескольких элементарных частиц-протонов и нейтронов, удерживаемых ядерными силами.
Протоны частицы имеющие положительный заряд, равный по абсолютной величине заряду электронов.
Нейтроны нейтральные, не обладающие зарядом, частицы. Число электронов в атоме в точности равно числу протонов в ядре, поэтому каждый атом в целом нейтрален. Масса протона почти в 2000 раз больше массы электрона.
Число присутствующих в ядре нейтральных частиц (нейтронов) может быть разным при одинаковом числе протонов. Такие атомы, имеющие ядра с одинаковым числом протонов, но различающиеся по числу нейтронов, относятся к разновидностям одного и того же химического элемента, называемым «изотопами» данного элемента. 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 146 нейтронов; в уране 235 тоже 92 протона, но 143 нейтрона. Все изотопы химического элемента образуют группу «нуклидов». Некоторые нуклиды стабильны, т.е. не претерпевают никаких превращений, другие же, испускающие частицы нестабильны и превращаются в другие нуклиды. В качестве примера возьмем атом урана - 238. Время от времени из него вырывается компактная группа из четырех частиц: двух протонов и двух нейтронов -«альфа-частица (альфа)». Уран-238 превращается, таким образом, в элемент, в ядре которого содержится 90 протонов и 144 нейтрона - торий-234. Но торий-234 тоже нестабилен: один из его нейтронов превращается в протон, и торий-234 превращается в элемент, в ядре которого содержится 91 протон и 143 нейтрона. Это превращение сказывается и на движущихся по своим орбитам электронах (бета): один из них становится как бы лишним, не имеющим пары (протона), поэтому он покидает атом. Цепочка многочисленных превращений, сопровождающаяся альфа- или бета- излучениями, завершается стабильным нуклидом свинца. Разумеется, существует много подобных цепочек самопроизвольных превращений (распадов) разных нуклидов. Период полураспада, есть отрезок времени, за который исходное число радиоактивных ядер в среднем уменьшается в два раза.
При каждом акте распада высвобождается энергия, которая и передается в виде излучения. Часто нестабильный нуклид оказывается в возбужденном состоянии и при этом испускание частицы не приводит к полному снятию возбуждения; тогда он выбрасывает порцию энергии в виде гамма-излучения (гамма-кванта). Как и в случае рентгеновских лучей (отличающихся от гамма-излучения только частотой) при этом не происходит испускания каких-либо частиц. Весь процесс самопроизвольного распада нестабильного нуклида называется радиоактивным распадом, а сам нуклид радионуклидом.
Различные виды излучений сопровождаются высвобождением разного количества энергии и обладают различной проникающей способностью; поэтому они оказывают неодинаковое воздействие на ткани живого организма. Альфа-излучение, задерживается, например, листом бумаги и практически не способно проникнуть через наружный слой кожи. Поэтому оно не представляет опасности до тех пор, пока радиоактивные вещества, испускающие альфа - частицы, не попадут внутрь организма через открытую рану, с пищей, водой или с вдыхаемым воздухом или паром, например, в бане; тогда они становятся чрезвычайно опасными. Бета - частица обладает большей проникающей способностью: она проходит в ткани организма на глубину один-два сантиметра и более, в зависимости от величины энергии. Проникающая способность гамма-излучения, которое распространяется со скоростью света, очень велика: его может задержать лишь толстая свинцовая или бетонная плита. Ионизирующее излучение характеризуется рядом измеряемых физических величин. К ним следует отнести энергетические величины. На первый взгляд может показаться, что их бывает достаточно для регистрации и оценки воздействия ионизирующего излучения на живые организмы и человека. Однако, эти энергетические величины не отражают физиологического воздействия ионизирующего излучения на человеческий организм и другие живые ткани, субъективны, и для разных людей различны. Поэтому используются усредненные величины.
Источники радиации бывают естественными, присутствующими в природе, и не зависящими от человека.
Установлено, что из всех естественных источников радиации наибольшую опасность представляет радон -тяжелый газ без вкуса, запаха и при этом невидимый; со своими дочерними продуктами.
Радон высвобождается из земной коры повсеместно, но его концентрация в наружном воздухе существенно различается для различных точек земного шара. Как ни парадоксально это может показаться на первый взгляд, но основное излучение от радона человек получает, находясь в закрытом, непроветриваемом помещении. Радон концентрируется в воздухе внутри помещений лишь тогда, когда они в достаточной мере изолированы от внешней среды. Просачиваясь через фундамент и пол из грунта или, реже, высвобождаясь из стройматериалов, радон накапливается в помещении. Герметизация помещений с целью утепления только усугубляет дело, поскольку при этом еще более затрудняется выход радиоактивного газа из помещения. Проблема радона особенно важна для малоэтажных домов с тщательной герметизацией помещений (с целью сохранения тепла) и использованием глинозема в качестве добавки к строительным материалам (т.н. «шведская проблема»). Самые распространенные стройматериалы - дерево, кирпич и бетон - выделяют относительно немного радона. Гораздо большей удельной радиоактивностью обладают гранит, пемза, изделия из глиноземного сырья, фосфогипса.
Еще один, как правило менее важный, источник поступления радона в помещения представляет собой вода и природный газ, используемый для приготовления пищи и обогрева жилья.
Концентрация радона в обычно используемой воде чрезвычайно мала, но вода из глубоких колодцев или артезианских скважин содержит очень много радона. Однако основная опасность исходит вовсе не от питья воды, даже при высоком содержании в ней радона. Обычно люди потребляют большую часть воды в составе пищи и в виде горячих напитков, а при кипячении воды или приготовлении горячих блюд радон практически полностью улетучивается. Гораздо большую опасность представляет попадание паров воды с высоким содержанием радона в легкие вместе с вдыхаемым воздухом, что чаще всего происходит в ванной комнате или парилке (парной).
В природный газ радон проникает под землей. В результате предварительной переработки и в процессе хранения газа перед поступлением его к потребителю большая часть радона улетучивается, но концентрация радона в помещении может заметно возрасти, если кухонные плиты и другие нагревательные газовые приборы не снабжены вытяжкой. При наличии же приточно - вытяжной вентиляции, которая сообщается с наружным воздухом, концентрации радона в этих случаях не происходит. Это относится и к дому в целом -ориентируясь на показания детекторов радона можно установить режим вентиляции помещений, полностью исключающий угрозу здоровью. Однако, учитывая, что выделение радона из грунта имеет сезонный характер, нужно контролировать эффективность вентиляции три-четыре раза в год, не допуская превышения норм концентрации радона.
Другие источники радиации, к сожалению обладающие потенциальной опасностью, созданы самим человеком. Источники искусственной радиации - это созданные с помощью ядерных реакторов и ускорителей искусственные радионуклиды, пучки нейтронов и заряженных частиц. Они получили название техногенных источников ионизирующего излучения. Оказалось, что наряду с опасным для человека характером, радиацию можно поставить на службу человеку. Вот далеко не полный перечень областей применения радиации: медицина, промышленность, сельское хозяйство, химия, наука и т.д. Успокаивающим фактором является контролируемый характер всех мероприятий, связанных с получением и применением искусственной радиации.
Особняком по своему воздействию на человека стоят испытания ядерного оружия в атмосфере, аварии на АЭС и ядерных реакторах и результаты их работы, проявляющиеся в радиоактивных осадках и радиоактивных отходах. Однако только чрезвычайные ситуации, типа Чернобыльской аварии, могут оказать неконтролируемое воздействие на человека.
Остальные работы легко контролируются на профессиональном уровне.
При выпадении радиоактивных осадков в некоторых местностях Земли радиация может попадать внутрь организма человека непосредственно через с/х продукцию и питание. Обезопасить себя и своих близких от этой опасности очень просто. При покупке молока, овощей, фруктов, зелени, да и любых других продуктов совсем не лишним будет включить дозиметр и поднести его к покупаемой продукции. Радиации не видно - но прибор мгновенно определит наличие радиоактивного загрязнения. Такова наша жизнь в третьем тысячелетии - дозиметр становится атрибутом повседневной жизни, как носовой платок, зубная щетка, мыло.
ВОЗДЕЙСТВИЕ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ТКАНИ ОРГАНИЗМА
Повреждений, вызванных в живом организме ионизирующим излучением, будет тем больше, чем больше энергии оно передаст тканям; количество этой энергии называется дозой, по аналогии с любым веществом поступающим в организм и полностью им усвоенным. Дозу излучения организм может получить независимо от того, находится ли радионуклид вне организма или внутри него.
Количество энергии излучения, поглощенное облучаемыми тканями организма, в пересчете на единицу массы называется поглощенной дозой и измеряется в Греях. Но эта величина не учитывает того, что при одинаковой поглощенной дозе альфа-излучение гораздо опаснее (в двадцать раз) бета или гамма-излучений. Пересчитанную таким образом дозу называют эквивалентной дозой; ее измеряют в единицах называемых Зивертами.
Следует учитывать также, что одни части тела более чувствительны, чем другие: например, при одинаковой эквивалентной дозе облучения, возникновение рака в легких более вероятно, чем в щитовидной железе, а облучение половых желез особенно опасно из-за риска генетических повреждений. Поэтому дозы облучения человека следует учитывать с различными коэффициентами. Умножив эквивалентные дозы на соответствующие коэффициенты и просуммировав по всем органам и тканям, получим эффективную эквивалентную дозу, отражающую суммарный эффект облучения для организма; она также измеряется в Зивертах.
Заряженные частицы.
Проникающие в ткани организма альфа- и бета-частицы теряют энергию вследствие электрических взаимодействий с электронами тех атомов, близ которых они проходят. (Гамма-излучение и рентгеновские лучи передают свою энергию веществу несколькими способами, которые в конечном счете также приводят к электрическим взаимодействиям).
Электрические взаимодействия.
За время порядка десяти триллионных секунды после того, как проникающее излучение достигнет соответствующего атома в ткани организма, от этого атома отрывается электрон. Последний заряжен отрицательно, поэтому остальная часть исходно нейтрального атома становится положительно заряженной. Этот процесс называется ионизацией. Оторвавшийся электрон может далее ионизировать другие атомы.
Физико-химические изменения.
И свободный электрон, и ионизированный атом обычно не могут долго пребывать в таком состоянии и в течение следующих десяти миллиардных долей секунды участвуют в сложной цепи реакций, в результате которых образуются новые молекулы, включая и такие чрезвычайно реакционно способные, как "свободные радикалы".
Химические изменения.
В течение следующих миллионных долей секунды образовавшиеся свободные радикалы реагируют как друг с другом, так и с другими молекулами и через цепочку реакций, еще не изученных до конца, могут вызвать химическую модификацию важных в биологическом отношении молекул, необходимых для нормального функционирования клетки.
Биологические эффекты.
Биохимические изменения могут произойти как через несколько секунд, так и через десятилетия после облучения и явиться причиной немедленной гибели клеток или изменений в них.
ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ РАДИОАКТИВНОСТИ |
||
|
Беккерель (Бк, Вq); |
1 Бк = 1 распад в сек. |
Единицы активности радионуклида. Представляют собой число распадов в единицу времени. |
|
Грей (Гр, Gу); |
1 Гр = 1 Дж/кг |
Единицы поглощённой дозы. Представляют собой количество энергии ионизирующего излучения, поглощенное единицей массы какого-либо физического тела, например тканями организма. |
|
Зиверт (Зв, Sv) |
1 Зв = 1 Гр = 1 Дж/кг (для бета и гамма) 1 мкЗв = 1/1000000 Зв 1 бер = 0.01 Зв = 10 мЗв Единицы эквивалентной дозы. |
Единицы эквивалентной дозы. Представляют собой единицу поглощенной дозы, умноженную на коэффициент, учитывающий неодинаковую опасность разных видов ионизирующего излучения. |
|
Грей в час (Гр/ч); Зиверт в час (Зв/ч); Рентген в час (Р/ч) |
1 Гр/ч = 1 Зв/ч = 100 Р/ч (для бета и гамма) 1 мк Зв/ч = 1 мкГр/ч = 100 мкР/ч 1 мкР/ч = 1/1000000 Р/ч |
Единицы мощности дозы. Представляют собой дозу полученную организмом за единицу времени. |
Для информации, а не для запугивания, особенно людей, решивших посвятить себя работе с ионизирующим излучением, следует знать предельно допустимые дозы. Единицы измерения радиоактивности приведены в таблице 1. По заключению Международной комиссии по радиационной защите на 1990 г. вредные эффекты могут наступать при эквивалентных дозах не менее 1,5 Зв (150 бэр) полученных в течение года, а в случаях кратковременного облучения - при дозах выше 0,5 Зв (50 бэр). Когда облучение превышает некоторый порог, возникает лучевая болезнь. Различают хроническую и острую (при однократном массивном воздействии) формы этой болезни. Острую лучевую болезнь по тяжести подразделяют на четыре степени, начиная от дозы 1-2 Зв (100-200 бэр, 1-я степень) до дозы более 6 Зв (600 бэр, 4-я степень). Четвертая степень может закончиться летальным исходом.
Дозы, получаемые в обычных условиях, ничтожны по сравнению с указанными. Мощность эквивалентной дозы, создаваемой естественным излучением, колеблется от 0,05 до 0,2 мкЗв/ч, т.е. от 0,44 до 1,75 мЗв/год (44-175 мбэр/год).
При медицинских диагностических процедурах - рентгеновских снимках и т.п. - человек получает еще примерно 1,4 мЗв/год.
Поскольку в кирпиче и бетоне в небольших дозах присутствуют радиоактивные элементы, доза возрастает еще на 1,5 мЗв/год. Наконец, из-за выбросов современных тепловых электростанций, работающих на угле, и при полетах на самолете человек получает до 4 мЗв/год. Итого существующий фон может достигать 10 мЗв/год, но в среднем не превышает 5 мЗв/год (0,5 бэр/год).
Такие дозы совершенно безвредны для человека. Предел дозы в добавление к существующему фону для ограниченной части населения в зонах повышенной радиации установлен 5 мЗв/год (0,5 бэр/год), т.е. с 300-кратным запасом. Для персонала, работающего с источниками ионизирующих излучений, установлена предельно допустимая доза 50 мЗв/ год (5 бэр/год), т.е. 28 мкЗв/ч при 36-часовой рабочей неделе.
Согласно гигиеническим нормативам НРБ-96 (1996 г.) допустимые уровни мощности дозы при внешнем облучении всего тела от техногенных источников для помещения постоянного пребывания лиц из персонала - 10 мкГр/ч, для жилых помещений и территории, где постоянно находятся лица из населения - 0,1 мкГр/ч (0,1 мкЗв/ч, 10 мкР/ч).
ЧЕМ ИЗМЕРЯЮТ РАДИАЦИЮ
Несколько слов о регистрации и дозиметрии ионизирующего излучения. Существуют различные методы регистрации и дозиметрии: ионизационный (связанный с прохождением ионизирующего излучения в газах), полупроводниковый (в котором газ заменен твердым телом), сцинтиляционный, люминесцентный, фотографический. Эти методы положены в основу работы дозиметров радиации. Среди газонаполненных датчиков ионизирующего излучения можно отметить ионизационные камеры, камеры деления, пропорциональные счетчики и счетчики Гейгера-Мюллера . Последние относительно просты, наиболее дешевы, не критичны к условиям работы, что и обусловило их широкое применение в профессиональной дозиметрической аппаратуре, предназначенной для обнаружения и оценки бета- и гамма-излучения. Когда датчиком служит счетчик Гейгера-Мюллера, любая вызывающая ионизацию частица, попадающая в чувствительный объем счетчика, становится причиной самостоятельного разряда. Именно попадающая в чувствительный объем! Поэтому не регистрируются альфа -частицы, т.к. они туда не могут проникнуть. Даже при регистрации бета - частиц необходимо приблизить детектор к объекту, чтобы убедиться в отсутствии излучения, т.к. в воздухе энергия этих частиц может быть ослаблена, они могут не преодолеть корпус прибора, не попадут в чувствительный элемент и не будут обнаружены.
Доктор физико-математических наук, Профессор МИФИ Н.М. Гаврилов
статья написана для компании "Кварта-Рад"