2. Взаимодействие ядерного излучения с веществом. Дозы и дозиметрия ядерных излучения.

Разные виды ядерных излучений () сопровождаются освобождением разного количества энергии и обладают разной проникающей способностью в различных веществах. В силу данных различий они оказывают неодинаковое воздействие на биологические ткани живого организма (человека).

Альфа-излучение представляет собой поток положительно заряженных ионов гелия , и задерживается, например, тонким листом бумаги. Альфа - излучение практически не способно проникнуть извне в организм человека через наружный слой кожи, образованный отмирающими клетками. Поэтому излучение не представляет для живого организма опасности, пока активные радионуклиды не попадут внутрь организма через открытую рану, с пищей или при дыхании.

Бета-излучение представляет собой легких ядерных частиц - электронов с отрицательным зарядом е^ и позитронов с положительным зарядом е^. Бета-излучение обладает достаточной энергией для проникновения в живой организм через внешнюю поверхность. Бета-излучение проходит в биологические ткани организма на глубину один-два сантиметра.

Наибольшая защита от внешнего ядерного излучения для живых организмов необходима при наличии излучения.^ Гамма-излучение встречается наиболее часто и для природных и для искусственных радионуклидов. Оно может быть самостоятельным, но может сопровождать  и  излучение и представляет собой жесткое электромагнитное излучение, распространяющееся со скоростью света. Значительно ослабить до безопасного уровня или задержать излучение могут лишь достаточно толстые свинцовые или бетонные плиты.

Все виды ядерного излучения обладают довольно большой энергией и при попадании в вещество вызывают деформацию равновесной электронной, атомной и молекулярной структуры вещества и нарушают механизм движения и взаимодействия электронов, атомов и молекул вещества. Для живого организма это приводит к нарушению энерго- и массообмена клеток на молекулярном уровне и вызывает серьезные нарушения равновесия химических и биологических процессов, определяющих нормальную жизнедеятельность организма. Чем больше интенсивность потока ядерного облучения живого организма, тем более неблагоприятными могут оказаться последствия для его нормальной жизнедеятельности.

Степень воздействия ядерного излучения на вещество или живой организм определяют, исходя из дозы ядерного излучения, попадающего в вещество или живой организм от различных радиоактивных источников с помощью различного типа дозиметров. Для количественной дозиметрии ядерного излучения радиоактивных источников используют в основном наличие у  и излучения электрического заряда и ионизацию вещества дозиметра под действием жесткого излучения. Ионизация рабочего вещества дозиметра осуществляется за счет процессов фотоэффекта, комптоновского рассеяния и рождения электрон-позитронных пар при взаимодействии излучения с электронами атомов и молекул или с кулоновским полем нуклонов ядра.

В начальный период развития количественной радиационной дозиметрии чаще всего имели дело с рентгеновским и излучением, распространяющимся в воздухе. Поэтому в качестве единицы измерения экспозиционной дозы рентгеновского или излучений условились считать излучение, которое образует в 1см³ сухого воздуха, находящегося при атмосферном давлении и при обычной комнатной температуре (+18⁰ С), 2,08  10⁹ пар ионов к поглощению 1 см³ сухого воздуха 0,11 эрг энергии излучения.

Единицу экспозиционной дозы назвали рентгеном (Р) и определили как:

1Р=2  10⁹ пар ионов/см³ воздуха=0,11 эрг/см³ воздуха

Экспозиционная доза в 1 рентген накапливается в ве- ществе при облучении за время экспозиции в 1 час от радиоактивного источника в 1г, находящегося на расстоянии 1м от вещества, т.е. с активностью радиоактивного источника в 1 Ки.

Регистрация заряженных  или частиц, или пары ионов, возникающих в рабочем веществе детектора под действием излучения, за счет их движения к обкладкам конденсатора (электродам) под действием соответствующей разности потенциалов, создаваемой на обкладках конденсатора (электродах) и последующего замыкания электрической цепи лежит в основе устройства различного типа бытовых дозиметров.

При определенных условиях, регистрация импульсов тока, возникающих в электрической цепи, пропорциональна интенсивности потока  или  , или  квантов, попадающих в рабочий объем дозиметра. Простейшая схема регистрации  и  излучения подобного типа осуществляется в счетчиках Гейгера-Мюллера, используемых в бытовых дозиметрах “Сосна”, “Мастер” и другого типа, выпускаемых промышленными предприятиями Белоруссии.

Английские физики Брэгг и Грэй в дальнейшем предложили использовать для оценки ионизирующего излучения не экспозиционную дозу облучения 1см³ рабочего вещества дозиметра по количеству возникающего в этом объеме ионов, а поглощающую дозу ионизирующего ядерного излучения определяют энергией ядерного излучения, поглощенной единицей массы вещества.

В качестве единицы измерения поглощенной дозы ядерного излучения был предложен 1рад, определяемый энергией в 100 эрг, поглощенной при облучении ядерным излучением 1г рабочего вещества дозиметра:

1рад=100эрг/г (11)

В настоящее время в системе СИ перешли к новой единице поглощенной дозы ядерного излучения 1Гр:

1Гр=100 рад= 1Дж/кг (12)

Дозиметрия ядерных излучений по энергии, поглощенной в единице массы облучаемого вещества, однако, не учитывает того факта, что излучение, при одной и той же поглощенной дозе, намного опаснее по своему воздействию на живой организм, чем и излучения. Чтобы учесть различную степень воздействия разных ядерных излучений на живой организм, необходимо соответствующие установленные поглощенные дозы умножить на коэффициенты, учитывающие различную способность разных ядерных излучений повреждать ткани живого организма.

Дозу, поглощенную веществом, облученным ядерным излучением и умноженную на коэффициент, учитывающий неодинаковую радиационную опасность для живого организма разных видов ядерного облучения, называют эквивалентной дозой ядерного излучения для данного вещества.

В качестве единицы измерения эквивалентной дозы ядерного излучения для биологического объекта в начальный период был выбран биологический эквивалент рада - бэр

1бэр=1рад ОБЭ (13)

ОБЭ для разных видов ядерных излучений является численным коэффициентом, учитывающим различие в дозах разных ядерных излучений, вызывающих один и тот же биологический эффект. ОБЭ равен 1 для  и излучений и равен 20 для излучения.

В международной системе единиц СИ в качестве единицы эквивалентной дозы ядерного излучения при воздействии на биологические объекты принят 1 Зиверт (Зв).

Один Зиверт соответствует единице поглощенной дозы в один Грэй для  и излучений с учетом того , что для  и излучений коэффициент ОБЭ равен единице.

1 Зв=ОБЭ 1 Гр (14)

Единица эквивалентной дозы ядерного излучения названа в честь известного шведского радиолога Рольфа Зиверта. Существует взаимосвязь 1 Зв с единицей 1 бэр:

1 Зв=100 бэр (15)