Предисловие

Основы курсов «Защита от ионизирующих излучений» и «Теория переноса ионизирующих излучений» были заложены на кафедре «Дозиметрии и защиты» от ионизирующих излучений» МИФИ практически с момента ее образования в 1951 году. Их становление связано с именами известных специалистов в области радиационной физики и радиационной безопасности профессорами кафедры Н.Г. Гусевым, О.И. Лейпунским, В.П. Машковичем, В.А.Климановым, доцентами Кимелем Л.Р., Панченко А.М., Болятко В.В., Ксенофонтовым А.И., Паниным М.П. и др., сотрудниками ряда НИИ. Большой вклад в разработку методики преподавания этих курсов и их обеспечение учебно-методической литературой внес проф. Машкович В.П., долгие годы читавший лекции и проводивший семинарские занятия по курсу «Физика защиты» не только студентам кафедры, но и студентам других кафедр МИФИ. При его активном участии и соавторстве были написаны и изданы 3 издания учебника «Защита от ионизирующих излучений» в двух томах, 3 издания сборника задач по дозиметрии и защите от ионизирующих излучений, уникальный справочник «Защита от ионизирующих излучений», выдержавший 4 издания. Эти учебные материалы были отмечены в 1981 г. Государственной премией СССР.

С момента последнего издания справочника и учебника прошло уже почти 20 лет. За это время произошли заметные изменения в подходах к нормированию в области радиационной безопасности, были введены новые нормы радиационной безопасности НРБ-99/2009, устанавливающие иные дозовые пределы. Прогресс вычислительной техники оказал существенное влияние на методы расчета полей ионизирующих излучений. Все это естественно находило отражение в программах читаемых в настоящее время курсов «Защита от ионизирующих излучений» и «Теория переноса ионизирующих излучений». Настоящее учебное пособие – попытка отразить эти изменения и обеспечить студентов печатным материалом, излагаемым им в лекционных курсах в настоящее время.

Введение

Примерно 100 лет назад был обнаружен новый вид излучения, без которого сегодня мы не можем представить себе современный мир.

8 ноября 1895 года 50-летний немецкий физик Вильгельм Конрад Рентген, руководитель физического института и кафедры физики Вюрцбургского университета завершил, как обычно, поздно вечером свои эксперименты в лаборатории. Погасив свет в комнате, он вдруг заметил в темноте свечение, исходившее от кристаллов платино-синеродистого бария, которые лежали на столе. Подойдя ближе, он обнаружил, что забыл выключить находившуюся рядом под высоким напряжением обернутую в черную бумагу круксову трубку. Лучи трубки не должны были проникать сквозь черную бумагу и Рентгена осенила гениальная догадка о том, что при прохождении тока через трубку в ней возникает какое-то проникающее излучение, которое воздействует на кристаллы платино-синеродистого бария, вызывая их свечение.

6 января 1896 г. известие об открытии Рентгеном всепроникающих лучей было передано Лондонским телеграфом по всему миру и все культурное человечество восприняло эту весть как величайшую сенсацию. Невидимыми проникающими лучами стало возможно просветить живого человека и получить при этом фотографию его скелета и внутренних органов. К. Рентген назвал это излучение Х-лучами, но в дальнейшем весь мир постепенно переименовал их в рентгеновские лучи. 10 декабря 1901 года Рентгену была присуждена первая Нобелевская премия по физике за выдающийся вклад в науку.

Вскоре Анри Беккерель, Пьер и Мари Кюри, другие физики обнаружили излучение, исходящее от некоторых химических элементов, подобное рентгеновскому — оно было невидимым, неосязаемым и проникающим, хотя и в различной степени. Но главное, что их объединило - это особое свойство ионизировать атомы, за что оно и получило общее название ионизирующего. Название открытого и изученного супругами Кюри химического элемента радия («излучающий») было использовано в дальнейшем в качестве объединительного термина для всех открываемых нуклидов, испускающих ионизирующее излучение. Такие нуклиды стали называться радиоактивными, сокращенно - радионуклидами.

Первая половина XX века, названного ядерным веком, охарактеризовалась разработкой условий получения искусственных радионуклидов, а главное, разработкой условий полезного применения радиоактивных веществ и ионизирующего излучения. Открытие рентгеновских лучей и радиоактивных веществ вызвало невиданный энтузиазм и уверенность в возможном весьма полезном и благотворном их использовании в медицине, энергетике, сельском хозяйстве, науке и в других отраслях повседневной и разносторонней жизни человека. Воодушевление первых рентгенологов и радиологов было безграничным. И, действительно, рентгеновские лучи предопределили настоящую революцию в медицине. Мощным толчком в развитии ядерных технологий послужило открытие цепной ядерной реакции деления урана, создание ядерного оружия и создание основ ядерной энергетики.

Ионизирующее излучение является одним из многих видов излучений и естественных факторов окружающей среды. Оно существовало на Земле задолго до зарождения на ней жизни и присутствовало в космосе еще до возникновения самой Земли. Все живое на Земле возникло и развивалось в условиях воздействия ионизирующего излучения, которое стало постоянным спутником человека. Радиоактивные материалы вошли в состав Земли с самого ее зарождения. Каждый человек радиоактивен, так как в любой живой ткани присутствуют радиоактивные вещества природного происхождения. За 100 лет изучения ученые накопили большой материал и опыт работы с ионизирующими излучениями.

Ионизирующие излучения и радионуклиды естественного и искусственного происхождения в биосфере неизбежно вызывают облучение живых организмов, поэтому, естественно, возникает вопрос об оценке последствий этого облучения, особенно искусственными источниками и, в частности, в связи с использованием ядерной энергии.

Появление мощных источников ионизирующего излучения поставило вопрос о создании безопасных для человека и окружающей среды условий обращения с ними, которые невозможно порой обеспечить без использования противорадиационной защиты. Особенно актуальными проблемы радиационной безопасности становятся в настоящее время в связи с перспективами развития ядерной энергетики и широким использованием источников ионизирующих излучений в медицине и народном хозяйстве. Это неизбежно ведет к необходимости создания оптимальных защитных конструкций, не только с точки зрения выполнения требований радиационной безопасности обслуживающего персонала и населения, но и экономически обоснованных. Доля затрат на обеспечение радиационной безопасности АЭС составляет почти 50% общих капитальных вложений, а стоимость защит современных ядерно-технических установок может достигать 20-30% стоимости всего сооружения.

Для решения этих задач требуются знания характеристик источников излучений, процессов взаимодействия излучений с веществом, современных подходов к нормированию в области ионизирующих излучений, действующих норм радиационной безопасности и т.д.