Тема 2. Типы и свойства ионизирующих излучений

Различают космическое излучение и излучение Земли.

Космическое излучение, под влиянием которых фактически возникла жизнь, бывают первичные космические лучи и вторичное космическое излучение.

Первичные космические лучи:

а) галактического происхождения, т.е. берут начало вне солнечной системы – это электрически заряженные частицы: протоны – 85%, α-частицы – 13%, тяжелые атомы 2%, ядра (C, N, O, Mg, Ca, Fe).

б) первичное излучение Солнца – это низко энергетическое излучение солнечной короны, состоящее из протонов. Интенсивность этого излучения зависит от солнечной активности.

Солнечные «взрывы» наблюдаются в период 1958-1961 гг. В магнитосфере находятся радиационные пояса (называемые так же поясами Ван Алена) – внутренние области магнитосферы, в которых собственное магнитное поле планеты удерживает заряженные частицы, обладающие большой кинетической энергией. В радиационных поясах частицы под действием магнитного поля движутся по сложным траекториям из Северного полушария в Южное и обратно. Пояса Ван Алена были открыты американским спутником Эксплорер-1 в 1958 г. Первоначально было два пояса Ван Алена – нижний, на высоте около 7 тыс. км., интенсивность движения протонов в котором составляет 20 тыс. частиц с энергией порядка 30 МэВ в секунду на квадратный сантиметр, а максимальна для электронов энергии 1МэВ – 100 млн. в секунду на квадратный сантиметр; внешний пояс находится на высоте 51,5 тыс. км, средняя энергия его частиц порядка 1 МэВ. Плотность потока частиц в поясах зависит от солнечной активности и времени суток.

Вторичное космическое излучение – результат взаимодействия первичных космических лучей с воздухом, окружающим Землю. Оно достигает поверхности Земли и состоит из 25% электронов и 75% мезонов.

Тканевые дозы от космического излучения

В Северном поясе:

30-50 мрад/год – на уровне моря;

160-250 мрад/год – на высоте 3 000 м;

2000-7000 мрад/год – на высоте 12 км (зона трансатлантических полетов).

Излучение Земли

Земля имеет свое собственное излучение – это часть естественного фона радиации, которое создается естественными радиоактивными веществами, встречающимися в земной коре (γ-излучения урана, тория, свинца и др.).

Радиационное воздействие оценивается величиной дозы γ-излучения на высоте 1 м от поверхности земли. Мощность дозы в различных областях варьирует от 20 до 200 мрад/год (среднее значение дозы – 80 мрад/год). Но имеются области монацитовые пески, где мощность дозы составляет 800-1000 мрад/год, т.е. в 10-20 раз больше средней.

Таблица 1 – Мощность дозы γ-излучения на расстоянии 1 м от уровня Земли, мрад/год

Страна и геологическая форма	Мощность дозы, мрад/год
Австрия	47-56
Франция: гранит известняк	180-350 45-90
ФРГ гранит песчаник	146 58
Япония гранит суглинок	79-119 23-37
Швеция	60-120
Великобритания глина гранит	18-61 77-155
Швейцария гранит известняк	180 (140-230) 70 (30-95)
США известняк	-
Бразилия моноциты	500-12 000
Индия моноциты	1300

Таблица 2 – Концентрация радона в воздухе на уровне Земли, пКи/л

Страна	Концентрация радона, пКи/л
Австрия	0,1-0,3
Чехословакия	0,03
Франция	0,2
Нидерланды	0,13
Швеция	0,1
Великобритания	0,1-0,3
США: в среднем в условиях смога	0,25 3
СНГ	0,005-0,5

Ионизирующим излучением называется любое излучение, взаимодействие которого с веществом приводит к образованию электрических разрядов разных знаков.

К ионизирующему излучению относятся:

1. Электромагнитное излучение – рентгеновское (х-лучи), γ-излучение.

2. Корпускулярное излучение заряженных частиц: α-частиц, электронов, протонов, дейтронов.

3. Излучение незаряженных частиц – нейтронов.

Рентгеновское излучение – это коротковолновое электромагнитное излучение (тормозное излучение), образующееся в результате взаимодействия электронов с атомами веществ, на которые они попадают. Длины волн – 10-0,001 нм в сравнении с ультрафиолетовым – 2000-3000 нм.

γ-излучение – это коротковолновое электромагнитное излучение атомных ядер, возникающим в результате изменения энергетического состояния ядер.

В процессе γ-излучения ядро переходит из возбужденного состояния в менее возбужденное, при этом избыток энергии освобождается в виде γ-квант.

γ-квант лишен заряда, поэтому не отклоняется электрическим и магнитным полем. γ-кванты сопровождают β- и α-распад и n-захват. Источники γ-лучей: ⁶⁰Co и ¹³⁷Cs.

α-лучи – α-частицы – ядро атомов гелия 2He⁴ (отклоняются электрическим и магнитным полем). При α-распаде заряд ядра уменьшается на 2 единицы положительного заряда, а массовое число – на 4 единицы. В результате вновь образуются элементы, смещенные в периодической системе на два номера влево:

₈₈Ra²²⁶ → ₂He⁴ → ₈₆Rn²²².

α-распадам повержены ядра изотопов: урана, радия, тория и др.

β -лучи – отклоняются электрическим и магнитным полем. β-частицы могут быть положительного и отрицательного заряда. В случае положительного заряда они называются позитронами.

β-распадам повергаются изотопы: углерода, калия, фосфора, бора и др. При этом дочернее ядро принадлежит элементу, относящемуся в периодической таблице на один номер вправо (электронный распад):

₁₅Р³² → ₁₆S³² + β^-,

а при позитронном распаде наоборот – на один номер влево:

₆С¹¹ → ₅В¹¹ + β⁺.