Ионизирующие излучения и их измерение

1. Термины и определения

Ионизация – физическое превращение нейтральных атомов и молекул в положительно или отрицательно заряженные ионы.

Ион – электрически заряженная частица, ионы образуются при потере или приобретении электронов атомами вещества.

В стабильном атомном ядре протоны и нейтроны удерживаются ядерными силами притяжения.

Протон – стабильная элементарная частица с массой в 1836 масс электрона. Протоны с нейтронами образуют все атомные ядра.

Электрон – стабильная отрицательно заряженная частица массой 9·10^-28 грамма.

Лептоны – (греч. – легкий) элементарные частицы не участвуют в сильном взаимодействии. Масса легких лептонов в 10⁹ меньше массы электрона.

Нейтрон – нейтральная элементарная частица с массой, превышающей массу протона на 2,5 электронных масс. В свободном состоянии нейтрон не стабилен и имеет время жизни около 16 минут. Вместе с протоном нейтрон образует атомные ядра и там они стабильны.

Радиоактивность – самопроизвольное превращение неустойчивых атомных ядер в ядра других элементов, сопровождающееся испусканием частиц или g-кванта.

Известны четыре типа радиоактивности: 1. протонная; 2. a-распад; 3. b-распад; 4. спонтанное деление атомных ядер.

Впервые радиоактивность обнаружена А. Беккерелем в 1896 году.

Радиоактивные элементы – химические элементы, все изотопы которых радиоактивны (например, технеций, прометий, полоний и следующие за ними в периодической системе Д.И. Менделеева).

Изотопы – разновидности данного химического элемента, различающиеся по массе ядра.

Радионуклиды – те изотопы элементов, которые испускают радиоактивное излучение, способное выбивать электроны из атомов и присоединять их к другим атомам с образованием пар положительных и отрицательных ионов. Такое излучение называется ионизирующим. При испытании атомного оружия, аварии на АЭС выпадают осадки, содержащие радионуклиды.

Гамма излучение – коротковолновое электромагнитное излучение с длиной волны менее 10^-8 см, возникающее при распаде радиоактивных ядер и элементарных части, при взаимодействии быстрых заряженных частиц с веществом.

Альфа-распад – самопроизвольный распад атомных ядер на a-частицы. Альфа радиоактивны почти исключительно ядра тяжелых металлов с порядковым номером более 82.

Бета-частицы – вылетающие из атомных ядер со всевозможными начальными энергиями частицы, обладающие различными пробегами в веществе.

Благодаря небольшой проникающей способности a и b излучения не представляют опасности для внешнего облучения.

Плотная одежда может поглощать значительную часть b-частиц и совсем не пропускать a-частицы. Однако, при попадании внутрь организма человека с пищей, водой и воздухом эти частицы могут причинить серьезный вред здоровью.

Гамма-излучения (g-кванты) и нейтроны не обладают электрическим зарядом. Они свободно проходят через атомы. Пути их пробега – сотни сантиметров (иногда метров). Гамма-излучения, взаимодействуя с веществами, производят его ионизацию и возбуждение атомов среды.

2. Единицы измерения радиации

Активность (А) – мера радиоактивности какого-либо количества радионуклида, находящегося в данном энергетическом состоянии в данный момент времени:

А=dN/dt, Бк (1)

где dN – ожидаемое число спонтанных ядерных превращений за время dt.

Единицей измерения в системе СИ является Беккерель (Бк), равный одному распаду в секунду.

Доза поглощения (D) – величина энергии ионизирующего излучения, переданная веществу.

(Гр) (2)

где - средняя энергия, переданная ионизирующим излучением веществу, находящемуся в элементарном объеме;

- масса вещества в этом объеме. В системе СИ она измеряется в Дж/кг и имеет название – Грей (Гр).

Мощностью поглощенной дозы является доза излучения за 1 с (Гр/с).

Доза эквивалентная (H_TR) – поглощенная доза в органе или ткани, умноженная на соответствующий взвешенный коэффициент для данного вида излучения, W_R:

H_TR=W_R·D_TR, Зв, (3)

где D_TR – средняя поглощенная доза в органе или ткани Т, а W_R - взвешенный коэффициент для излучения R.

Единицей эквивалентной дозы является Зиверт (Зв). 1Зв=1Гр/ W_R.

При воздействии различных видов излучения с различными взвешенными коэффициентами эквивалентная доза определяется как сумма эквивалентных доз для этих видов излучения:

(4)

Мощность эквивалентной дозы (Н) – доза излучения за единицу времени (секунду, минуту, час).

Единицей измерения в системе СИ является Зиверт в секунду (Зв/с).

Доза эффективная (Е) – величина, используемая как мера риска возникновения отдаленных последствий облучения всего тела человека и отдельных его органов. Она представляет сумму произведений эквивалентной дозы в органах и тканях на соответствующие взвешенные коэффициенты:

(5)

где - эквивалентная доза в органах или тканях Т;

- взвешивающий коэффициент для органов или тканей Т.

Единицей эффективности дозы является Зиверт (Зв).

Соотношения между единицами СИ и внесистемными представлены в табл. 1.