Радіаційна та ядерна безпека

1. Радіоактивність, види іонізуючих випромінювань їх характеристики.

Явище радіоактивності було відкрито в 1896 році французьким фізиком Антуаном Анрі Беккерелем, який помітив, що солі урану виділяють випромінювання, здатне про ходити крізь метали і діяти на фотографічну пластинку.  Ще більш сильним властивістю радіоактивності має радій.  Радіоактивні речовини мають наступні властивості: вони світяться в темряві і викликають світіння різних речовин (на домішки радіоактивних речовин раніше було засновано виготовлення світних фарб), виділяють тепло, радіоактивні промені діють на фотографічну пластинку, проходять крізь непрозорі предмети і діють на заряджений електроскоп, розряджаючи його. Останнє може служити чутливим способом знаходження надзвичайно малих слідів радіоактивних речовин (наприклад при дослідженні радіоактивності атмосфери, води, джерел і тому подібне).

Отже, радіоактивність - явище спонтанного перетворення нестійкого ізотопа хімічного елементу в інший ізотоп (зазвичай іншого елемента) (радіоактивний розпад) шляхом випромінювання гамма-квантів, елементарних частинок або ядерних фрагментів.

Іонізуюче випромінювання — потік часток або квантів електромагнітного випромінювання, проходження яких крізь речовину призводить до його іонізації (перетворення нейтральних атомів в іони) з утворенням електричних зарядів різних знаків.

Одиниця вимірювання радіоактивності —  Беккерель (Бк, Вq). Встановлено, що всі хімічні елементи з порядковим номером, більшим за 83 — радіоактивні. Природна радіоактивність — спонтанний розпад ядер елементів, що зустрічаються в природі. Штучна радіоактивність — спонтанний розпад ядер елементів, отриманих штучним шляхом, через відповідні ядерні реакції.

Ернест Резерфорд експериментально встановив (1899), що солі урану випромінюють 3 типи променів, які по-різному відхиляються в магнітному полі:

• промені першого типу відхиляються так само, як потік додатно заряджених частинок. Їх назвали альфа-променями;

• промені другого типу відхиляються в магнітному полі так само, як потік негативно заряджених частинок (в протилежну сторону), їх назвали бета-променями;

• і промені третього типу, які не відхиляються магнітним полем, назвали гамма-променями.

Спектри α- і γ-випромінювань переривисті («дискретні»), а спектр β-випромінювання — неперервний.

β-розпад

Беккерель довів, що β-промені є потоком електронів. β-розпад — прояв слабкої взаємодії. β-розпад — внутрішньонуклонний процес, тобто відбувається перетворення нейтрона в протон із вильотом електрона й антинейтрино з ядра.

α-розпад

α-розпадом називають мимовільний розпад атомного ядра на ядро-продукт і α-частинку (ядро атома  ). α-розпад є властивістю важких ядер з масовим числом А≥200. Всередині таких ядер за рахунок властивості насичення ядерних сил утворюються відособлення α-частинки, що складаються з двох протонів і двох нейтронів. Утворена таким чином α-частинка сильніше відчуває кулонівське відштовхування від інших протонів ядра, ніж окремі протони. Одночасно на α-частинку менше впливає ядерне міжнуклонне притягання за рахунок сильної взаємодії, ніж на решту нуклонів.

γ-розпад

Гамма промені - це електромагнітні хвилі із довжиною хвилі, меншою за розміри атома. Вони утворюються зазвичай при переході ядра атома із збудженого стану в основний стан. При цьому кількість нейтронів чи протонів у ядрі не змінюється, а отже ядро залишається тим самим елементом. Однак випромінювання гамма-променів може супроводжувати й інші ядерні реакції.

Якісні характеристики іонізуючого випромінювання

— енергія випромінювання (Дж, еВ);

— проникаюча здатність (м, см, мм);

— іонізуюча здатність.

Кількісні характеристики іонізуючого випромінювання.

— поглинута доза

— еквівалентна доза

— експозиційна доза (характеризує іонізуючий ефект, рентген — та g— випромінювання)

— густина потоку частинок ( для корпускулярних випромінювань).

Кількість енергії, яке передається тканинам при дії іонізуючого опромінення називається дозою. Дози можуть бути наступні.

Поглинута доза — енергія іонізуючого опромінення, поглинута опроміненим тілом (тканинами організму),  в перерахунку на одиницю маси. Одиниця поглинутої дози — грей (Гр,Gу). 1 гр = 100 рад.

Еквівалентна доза — поглинута доза помножена на коєфіцієнт якості випромінювання, що враховує здатність даного вида випромінювання пошкоджувати тканини організму. Коефіцієнт якості опромінення найбільший у l — випромінення = 20, для b та g — випромінювання — 1. Одиниця еквівалентної дози — Зиверт (Зв). 1 зиверт = 100 бер (біологічний еквівалент рада).

Ефективна доза — еквівалентна доза, помножена на коефіцієнт, що враховує різку чутливість різних тканин до опромінення.