5 Применение источников ионизирующих излучений в науке и производстве.
Ионизир излуч позвол повысить кач продукции хим производства (облуч автомоб шин увелич их пробег на 20-30%)
С помощью атомной энергии можно получить вещества и материалы с заранее заданными свойствами
Меченные атомы, введенные в хим соед дают возможн изучать и совершенств технологич процессы
Разработаны новые методы: метод изотопного разделен, радиометрич титрование и др.
Созданы радиационные приборы для контр и автоматиз производств процессов
Радиоактивн изотопы использ Е установках для снятия зарядов статического электрич
Рентгенодефектоскопия для обнаруж дефектов в отливах, сварных швах деталей и металлургии, судостроении, при строительстве газо- и нефтепроводов. Применение ядерной энергии для опреснения воды.
Стерилизациянасеком посредством облучения с целью предотвращения их размнож.
облучение повышает сроки его хранения, уничтож насеком-вредителей, позволяет получать более продуктивные и устойчивые виды мутантов.
Путоем стерилиз и пастериз продуктов продлев сроки хранения рыбы, птицы, мяса, овощей.
В ряде стран облуч картоф с целью предупрежд его прорастания. Облуч тропич фруктов и овощей задержив их созрев, уничтож грибы и насекомых.
Облуч уничтож трихинеллы в свинине и ленточн паразитов в друг мясе.
Применен источн ионизир излуч в медицине с диагностич и лечебн целями
6 Виды радиоактивных превращений (альфа- и электронный, позитронный бета-распады).
Альфа-распад естеств радиоакт элем с большими порядков номерами приводит уменьш порядков номера на две и массового числа на четыре еден. При распаде могут возник прод распада с возбужд ядрами, которые испускают гамма-кванты.
Электронный Бета-распад естеств и искусств радионуклидов, при этом ядро испускает электрон и возник ядро нового элем при неизменн массовом числе. Вылет электр сопровожд выбросом нейтрино. При испуск бета-частиц ядра атомов могут находится в воздужд состоянии. Переход их в невозбужд сост сопровожд испусканием гамма-квантов.
Позитронный бета-распад искуств радиоакт изотопов (изотопы фосфора), при этом порядков номер атома уменьш на ед, а масса практич не меняется.
7 Виды радиоактивных превращений (к-захват, деление ядер, термоядерные реакции).
К-захват(захв орбит электрона ядром) – ядро захват электрон с К-оболочки. Позитронный распад и К-захват явл конкурирующ процессами. При К-захвате из ядра вылетает нейтрино и возник характеристическое рентгеновское излучение.
Деление ядер радиоакт элем с большим атомным номеров (235 U) при захвате их ядрами медленн нейтронов. Вероятн деления ядер по сравнению с вероятн их Альфа-распаданезначительна.
Термоядерные реакции протек при нескольк миллионах градусов, при этом ядра легк элементов, двигаясь большими кинетич энергиями, сближ и объедин в ядра более тяж элем.
8 Самопроизвольное деление тяжелых ядер, краткая характеристика радиоактивных рядов или семейств.
В результ деления тяж ядер образ осколки с избыточн колич нейтронов
Если образующ нейтр вновь используются для послед деления друг ядер, реакция будет цепной
Возник при самопроизв делении тяж ядер ЯДРА ЛЕГКИХ ЭЛЕМЕНТОВ имеют большую энергию связи,приходящ на одну частицу. При этом выделяется энергия,соотв разнице энергий связи частиц в ядрах тяж и легк элементов. Это ЯВЛЕНИЕ СЛУЖИТ ДЛЯ ПОЛУЧ ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГИИ
Когда цепная реакция нарастает лавинообразно в результате выделения энергии в течении короткого промежутка времени, ПРОИСХОДИТ ВЗРЫВ. Это явл возможно тогда, когда масса способного к делению материала достигает критическ величины
Ряд урана: прарод- уран с массой 238,возглавл рад сем-во урана
Ряд ТОРИЯ: прарод- атом тория с масс 232
Ряд АКТИНОУРАНА: прарод- атом урана с м=235, назыв раньше актиноураном
Конечн род-ми многоступенчат превращ в этих сем-вах явл ядра изотопов свинца, соотв с м= 206,207 и 208
Физические основы радиационной медицины. Закон радиоактивного распада
Физические основы рад медиц
- неустойч(радиоакт) элем подраздел на природн и искусственные
Природн радионукл около 100, число искусств приближ к 1500
- все элем следующ за висмунтом радиоакт
-среди практич устойчив элементов есть ряд элем, отдельн природн атомы которых радиоакт. К этим жлемен относ Калий
-природн радиоакт нуклиды связаны генетическим родством. Они образ так называем ряды и семейства. В каждом из таких сем проц распада, начавшись с какого-то ядра-прародителя и пройдя через серию промеж дочерних,также неуст ядер,заканчив, в конце концов, на устойчивом, нерадиоакт ядре-потомке
Закон радиоактивного распада
- не все ядра радиоактивного изотопа распадаются одновременно: в кажд един времени распадается всего лишь некоторая доля общего числа радиоактивно элемента.
- эта неизменчив для кажд радиоактивн вещества величина была вызвана ПОСТОЯННОЙ РАСПАДА.
В настоящее время закон рад распада гласит:
= в разные промежутки времени имеет место ядерное превращение равных долей активн атомов изотопа.
Лямбда = 0,693
----------------------
Т- период полураспада
Период полураспада- время, в течение которого распадается полов всех атомов данного радиоактивного изотопа
Классификация и свойства ионизирующих излучений.
Взаимодействие ионизирующих излучений с веществом (взаимодействие альфа- и бета- частиц с веществом).
- взаимод Альфа-част с вещ-вом:
Энерг альфа-част расход на возбужд и иониз атомов в результ неупругих столкнов частиц с орбит электронами атомов. Иногда Альфа-частица может проникать в ядро, вызыв ядерн реакцию.
Длина пробега Альфа-ч в вещ зависит от их начальн энергии, а также от порядков номера,атомн массы и плотности материала. Облад относительно большой массой и зарядом, альфа-ч имеют незначит проникающую способность. Так, для альфа-ч с энергие 4 МэВ длинв пробега в возд состовл 2,5 см, в биолог ткани- 31 мкм. Для них хар-ны высокие показатели линейной передачи энергии( ЛПЭ)
- взаимод бета-ч с вещ: возможн упругие и неупругие взаимод с атомами. Упругие взаимод заключаются в том, что сумма кинетич энергий взаимодействующих частиц после взаимод остается неизменной. При неупругом взаимод часть энергии передается образовавшимся свободным частицам или квантам.при взаимод с вещ-вом ЛПЭ бета-ч пропорцион плотности атомов вещ-ва и порядков номеру вещ-ва
Взаимодействие ионизирующих излучений с веществом (взаимодействие рентгеновского и гамма-излучений с веществом).
Взаимодействие ионизирующих излучений с веществом (взаимодействие нейтронов с веществом).
В зависимости от энергии нейтр преобладают те или иные виды их взаимод с вещ.:
Быстрые нейтроны наиболее эффект замедл веществами с малым порядковым номером и водородосодержащ веществами(парафин, вода, пластмассы)
Тепловые нейтр эффект поглощ материалами, обладающ большим сечением захвата( материалы с бором и кадмием)
Гамма-излучение наиболее эффект ослабляется материалами с высокой плотностью
Понятие радиоактивности. Единицы измерения радиоактивности.
– число ядерн превращ в ед времени.
Ед акт- БЕККЕЛЬ (Бк) одно превращ в сек. Внесист ед акт – Кюри (Ки) – акт изотопа, в котор в 1 с происх 3,7Х10 ядерн превращений.
Общая и индивидуальная дозиметрия
ДОЗИМЕТРИЯ, совокупность методов измерения и (или) расчета дозы ионизирующего излучения, основанных на количественном определении изменений, произведенных в в-ве излучением. Различают прямой (абсолютный) калориметрич. метод Д., основанный на непосредственном измерении поглощенной в-вом энергии излучения в виде тепла, выделенного в рабочем теле калориметра, и косвенные (относительные) методы, при к-рых измеряют радиац. эффекты, пропорциональные поглощенной дозе. К косвенным относят ионизационные, радиолюминесцентные, химические и нек-рые спец. методы. Калориметрический метод (диапазон поглощенных доз от 1 до 106 Гр) основан на измерении приращения т-ры Т, вызванного поглощением в-вом порции E энергии излучения в калориметре. Индивидуальная дозиметрия проводится с целью контроля индивидуального облучения всех лиц, работающих в сфере действия ионизирующих излучений. Она должна осуществляться постоянно с помощью индивидуальных дозиметров, обеспечивающих регистрацию излучения с эффективной энергией 10-20кэВ. В настоящее время применяются следующие типы индивидуальных дозиметров: ИФК, КИД; дозиметрический комплект. Результаты дозиметрических измерений фиксируют в журнале учета индивидуальных доз облучения.
Понятие экспозиционной дозы излучения.
Экспозиционная доза – количественная характеристика поля источника ионизирующего излучения, характеризующая величину ионизации сухого воздуха при нормальных условиях. Традиционная (внесистемная) единица экспозиционной дозы – рентген (Р). Системная единица – кулон на килограмм. Соотношение единиц:1Р=2,58*10в-4ст.Кл\кг. Экспозиционную дозу использовали в рентгенодиагностике благодаря тому, что ионизирующая способность рентгеновского излучения для воздуха и биологической ткани приблизительно одинакова. Однако при переходе к высокоэнергетическим типам излучения выяснилась ограниченность использования этой характеристики при оценке поглощенной дозы, особенно в живых организмах.
Понятие поглощенной дозы излучения.
Для определения взаимодействия ионизирующих излучений со средой используется понятие поглощенная доза, представляющая количество энергии, поглощаемое единицей массы облучаемого вещества. Единицей поглощенной дозы является Джоуль на килограмм, в системе СИ – грей. 1Дж\кг=1Гр. Внесистемная единица – рад. 1 рад=1*10в-2Гр Поглощенная доза не зависит от вида и энергии ионизирующего излучения и определяет степень радиационного воздействия, т.е. является мерой ожидаемых последствий облучения. Учитывая существенные различия в механизме взаимодействия разных типов излучения с веществом, одна и та же поглощенная доза может дать разный биологический эффект.
Понятие эквивалентной дозы излучения.
Эквивалентная доза внешнего облучения – поглощенная доза в органе или ткани, умноженная на соответствующий коэффициент для данного излучения. Единицей измерения является зиверт. Эквивалентная доза внутреннего облучения – доза за время, прошедшее после поступления радионуклидов в организм. Она определяется по формуле с учетом длительности воздействия. Когда длительность действия не определена, ее следует принять равной 50 годам для взрослых и 70 годам для детей. Единица СИ – зиверт, внесистемная единица – бэр. 1бэр=0,01Зв. В практика радиационной медицины используется понятие мощность дозы – отношение приращенной дозы (поглощенной, эквивалентной, эффективной) за интервал времени.
Эффективная доза.
Эффективная доза – величина, используемая как мера риска возникновения отдаленных последствий облучения всего тела человека и отдельных его органов с учетом их радиочуствительности. Она представляет сумму произведений эквивалентной дозы в органе на соответствующий коэффициент для данного органа или ткани. Единица измерения СИ – зиверт., внесистемная единица – бэр. 1Зв=100бэр.Эффективная коллективная доза – величина, характеризующая полное воздействие излучения на группу людей. В практика радиационной медицины используется понятие мощность дозы – отношение приращенной дозы (поглощенной, эквивалентной, эффективной) за интервал времени.
Этапы развития представлений о радиационной безопасности.
Профессор Д.Ф. Решетило в 1906 году писал о том, что непременным условием работы с рентгеновскими лучами является защита глаз очками из свинцового стекла, а всего тела – защитными фартуками и экранами. Кроме того, автор указывал на значимость времени и расстояния от источника для снижения получаемых доз облучения.
В 1914 г. на 1-ом Всероссийском съезде по борьбе с онкологическими заболеваниями обсуждались не только вопросы лечения злокачественных новообразований, но и задачи по усилению мероприятий по охране труда медицинского персонала. В принятой резолюции съезда было указано на необходимость разработки специальных правил по защите лиц, работающих с источниками ионизирующих излучений. Это было одно из первых требований в области обеспечения радиационной безопасности человека.
В 1928 на 2-ом Международном конгрессе радиологов в Стокгольме была создана Международная комиссия по защите от рентгеновских лучей и лучей радия, переименованная в 1950 в Международную комиссию по радиационной защите.
В 1935 под редакцией В.А.Левицкого была издана первая книга, посвященная защите работающих от лучевого поражения. Были разработаны оздоровительные мероприятия, направленные на защиту работающих от лучевого поражения.
В 1959 в опубликованной «Книге почета» были напечатаны фамилии 360 человек, умерших от радиационного поражения при работе с источниками ионизирующего излучения.
Оценка путей миграции искусственных радиоактивных веществ в окружающей среде, количественная и качественная характеристика процессов и явлений, происходящих при этом в природе, полученные в результате глубоких исследований, способствовали тому, что СССР выступил с предложением о запрещении испытаний ядерного оружия в трех средах. В 1963 договор был подписан большинством стран. К решению задач в области радиационной безопасности в этот период в СССР были привлечены более 30 научно-исследовательских учреждений различного профиля. В эти годы разрабатываются и издаются первые санитарные правила по радиационной безопасности, инструктивно-методические указания по безопасной работе с радиоактивными материалами.
Принципы проведения радиометрических исследований. Контроль доз внутреннего облучения.
Воздействие радиоактивных веществ на организм человека может быть внешним и внутренним. Внутреннее облучение делится, в свою очередь, на пероральное (при попадании радиоактивных веществ (РВ) внутрь с пищей или водой) и ингаляционной (при вдыхании с воздухом). Основное воздействие на человека оказывают альфа- и бета – радионуклиды, обладающие высокой ионизационной способностью, поражающие внутренние органы человека, ускоряя появление первичных реакций радиационного поражения (головокружение, рвота и т.п.). внутреннее облучение определяется поглощенной дозой излучения и могут приводить к повреждениям тканей организма человека, возникновению различной степени лучевой болезни, а при высоких дозах – к летальному исходу. С целью наблюдения за уровнем естественной радиоактивности или с целью выяснения опасности загрязнения внешней среды радиоактивными отходами в санитарной практике производится определение радиоактивности воздуха, воды, почвы, пищевых продуктов, и т. п. При исследовании радиоактивности воды в водоеме производится санитарное обследование водоема с дозиметрическими замерами на месте и отбором проб воды, а также радиометрические исследования проб воды в лабораторных условиях. Так как в настоящее время установлено, что радиоактивные вещества способны накапливаться в донных отложениях и особенно в тканях растительных и животных организмов, то обязательно следует определять радиоактивность и в перечисленных выше объектах. Контроль внутреннего облучения проводится с помощью счетчиков излучения человека. Основной причиной повышенного содержания цезия-137 в организме является употребление населением дикорастущих грибов и ягод, мяса диких животных, молоко из личных подсобных хозяйств, загрязненных радионуклидами выше установленных допустимых уровней.
Первичное и вторичное космическое излучение.
Космические лучи представляют собой поток ядерных частиц, приходящих на земную поверхность из различн6ых областей мирового пространства. Первичное космическое излучение состоит из протонов, альфа-частиц, ядер атомов лития, углерода, азота, кислорода. При падении космических частиц на поверхность Земли они взаимодействуют с атомами и молекулами атмосферы. Возникает вторичное космическое излучение. При этом происходят электронно-фотонные и электронно-ядерные процессы взаимодействия. При электронно-фотонном процессе заряженные частицы, взаимодействуя с полем ядра атома, порождают фотоны, которые образуют пары электронов и позитронов. Эти частицы в свою очередь вызывают возникновение новых фотонов. Электронно-ядерный процесс обусловлен взаимодействием первичных космических частиц с ядрами атомов воздушной среды. При этом одновременно возникает ряд новых частиц – протоны, нейтроны и мезоны трех типов: отрицательно заряженные, несущие положительный заряд и не имеющие заряда. Радионуклиды под воздействием космического излучения появляются благодаря вторичному космическому излучению, имеющему в своем составе нейтроны различных энергий. Большая часть нейтронов, взаимодействуя с ядрами азота воздуха, дает начало радиоактивному углероду. Другим радиоактивным изотопом, возникающим под воздействием космического излучения, является тритий.
Естественный радиационный фон. Основные компоненты.
Естественный радиационный фон представляет собой ионизирующее излучение, действующее на человека на поверхности земли от природных источников космического и земного происхождения. Глобальная подушная эффективная эквивалентная доза облучения для человека от природных источников составляет 2,4 мЗв/год. Природные источники ионизирующего излучения, формирующие естественный радиационный фон, подразделяются на: внешние источники внеземного происхождения (космическое излучение), внешние источники земного происхождения (присутствующие в воздухе, воде и земной коре радионуклиды), внутренние источники (содержащиеся в организме человека естественные радионуклиды, основным поставщиком которых являются продукты растительного происхождения).Основные компоненты естественного радиационного фона: строительные материалы, пища, космические лучи, земная кора.
Техногенно измененный естественный радиационный фон.
Создается в последние десятилетия в результате человеческой деятельности по перераспределению естественных радионуклидов в окружающей среде при добыче и переработке полезных ископаемых, сжигании органического топлива, применении удобрений, производстве и использовании строительных материалов. Он создается в результате человеческой деятельности при неправильном обращении с технологическими отходами, использовании природного газа и открытых угольных жаровень для приготовлении пищи, герметизации и плохой вентиляции помещений, при полетах на самолетах. Все это увеличивает в наше время уровень облучения человека за счет природных источников радиации.
Радиоактивные источники Земного происхождения.
Природная радиоактивность обусловлена радионуклидами естественного происхождения, присутствующими во всех оболочках Земли: литосфере, гидросфере, атмосфере и биосфере. Радиоактивные элементы условно могут быть разделены на три группы:
Радионуклиды, входящие в состав радиоактивных семейств, родоначальниками которых являются уран, торий и актиноуран.
Радиоактивные элементы, не входящие в семейства: калий, кальций, рубидий.
Радиоактивные изотопы, непрерывно возникающие на Земле в результате ядерных реакций под воздействием космических лучей. Наиболее важные из них – углерод и тритий.
В формировании естественного фона участвуют продукты распада радиоактивных семейств и прежде всего радон, торон и актинон. Главным источником поступления в окружающую среду естественных радионуклидов являются горные породы, происхождение которых неразрывно связано с включением в их состав всех радиоактивных элементов. Многие элементы можно обнаружить в виде следов – в ничтожно малом количестве. В воздухе, например, имеется самый редкий газ – ксенон. В воде мирового океана в растворенном виде насчитывают до 50 различных элементов. Важное значение имеет то, что для ряда элементов нахождение их в природе в рассеянном виде является характерным состоянием. К числу таких элементов относятся все радионуклиды.
Естественная радиоактивность атмосферы, гидро- и литосферы
Естественная радиоактивность воздуха обусловлена наличием радионуклидов, возникающих в атмосфере в результате воздействия космического излучения, радиоактивных газов, поступающих из верхних слоев земной коры, и их дочерних продуктов, радионуклидов в результате жизнедеятельности человека. Радионуклиды под воздействием космического излучения появляются благодаря вторичному космическому излучению, имеющему в своем составе нейтроны различных энергий. Большая часть нейтронов, взаимодействуя с ядрами азота воздуха, дает начало радиоактивному углероду. Образующийся в верхних слоях атмосферы радиоактивный углерод, соединяясь с кислородом, дает двуокись углерода, которая включается в обычный для углерода цикл обмена его между атмосферой, гидросферой, почвой и органическим миром. Другим радиоактивным изотопом, возникающим под воздействием космического излучения, является тритий. К радиоактивным газам, которые поступают из верхних слоев земной поверхности, относятся эманации, возникающие при распаде дочерних продуктов урана, тория и актиния. Скорость образования эманаций в породах зависит от содержания в них родоначальников радиоактивных рядов. Содержание эманаций в грунте увеличивается с глубиной и достигает постоянных величин на глубине 5 м. Скорость поступления радиоактивных эманаций в атмосферный воздух зависит от ряда причин: диффузии почвенных газов в сторону убывающей концентрации, конвекционных потоков воздушных масс в результате нагревания земной поверхности за счет солнечной радиации, изменения барометрического давления, глубины промерзания почвы, толщины снегового покрова. В результате непрерывного поступления радиоак5тривных газов из грунта в атмосферу наибольшие концентрации их обнаруживают в приземном слое, в высотой их содержание уменьшается. Содержание радионуклидов в природных водах зависит от условий их формирования. Все воды можно условно разделить на метеорные, подземные, воды открытых водоемов суши, а также воды морей и океанов. Радиоактивность каждой из указанных вод имеет свои особенности. Метеорные воды малоактивны и содержат следы трития, углерода, возникающих в результате взаимодействия космического излучения с атомами атмосферного воздуха. Радиоактивность подземных вод зависит от условий их нахождения. На радиохимический состав подземной воды влияет количество растворимых радионуклидов, которые содержаться в составе грунта, омываемого этой водой. Радиоактивность воды открытых водоемов суши зависит от химического состава пород и климатических условий. Степень радиоактивности речной воды обусловлена типом питания рек: поверхностным или грунтовым, проичем на тип питания в свою очередь влияют смена сезонов года и метеорологические факторы. Радиоактивность воды озер зависит от активности воды притоков и питающих озера подземных вод. Воды морей и океанов в зависимости от гидрологических и климатических условий различны по своему составу. Определенные колебания выявляются и в составе радионуклидов.
Радиоактивность растительного и животного мира.
Обусловлена практически всеми теми радиоактивными изотопами, которые встречаются в природе, причем все они условно могут быть разделены на 2 группы. К 1 группе следует отнести такие радиоактивные изотопы, которые находятся в смеси со стабильными элементами, активно участвующими в обмене в-в и обеспечивающими функционирование всех органов и систем живой материи. В связи с этим содержание изотопов этой группы в организмах зависит от степени накопления стабильных элементов. Значимость 2 группы в обменных процессах в настоящее время недостаточна изучена. Содержание в растительных и животных организмах указанной группы изотопов зависит от их концентрации в окружающей среде. Относительная эффективность накопления изотопов этой группы при резком увеличении их содержания в окружающей среде понижается. Из 1 группы изотопов главное место по величине создаваемой активности занимает изотоп калия. Основными изотопами 2 группы, содержащимися в растениях и животных, являются радий, полоний, торий, уран.
Фоновое облучение человека.
Фоновое облучение организма человека в зависимости от источников ионизирующего излучения бывает внешним и внутренним. К источникам внешнего облучения относятся космические лучи, гамма-излучение радионуклидов, содержащихся в породах, почве и строительных материалах, бета-излучение. В районах с повышенным количеством радиоактивных элементов интенсивность гамма-излучения особенно высокая. Особый интерес представляет гамма- излучения в жилых зданиях .Мощность гамма-излучения зависит от содержания радионуклидов в строительных материалах. Причины увеличения фонового облучения: в связи с истощением озонового щита Земли и за счет использования авиации. Радиационный фон, создаваемый космическими лучами, дает чуть меньше половины внешнего облучения, получаемого человеком от естественных источников радиации. Использование авиации увеличивает фоновое облучение космическими лучами экипажей и пассажиров реактивных самолетов и ведет к формированию годовой эффективной дозы, равной 0,05мЗв.