64 Класифікація іонізуючого випромінювання.

Характеристика α-, β-, γ- та рентгенівського випромінювання

До іонізуючих відносяться корпускулярні випромінювання, що складаються з

частинок з масою спокою, яка відрізняється від нуля (альфа-бета-частинки, нейтрони) та

електромагнітні випромінювання (рентгенівське та гамма-випромінювання), які при

взаємодії з речовинами можуть утворювати в них іони.

Альфа-випромінювання — це потік ядер гелію, що випромінюється речовиною при

радіоактивному розпаді ядер з енергією, що не перевищує кількох мегаелектровольт (МеВ).

Ці частинки мають високу іонізуючу та низьку проникну здатність.

Бета-частинки — це потік електронів та протонів. Проникна здатність (2,5 см у живих

тканинах і у повітрі — до 18 м) бета-частинок вища, а іонізуюча — нижча, ніж у альфа-

частинок.

Нейтрони викликають іонізацію речовини та вторинне випромінювання яке

складається із заряджених частинок і гамма-квантів. Проникна здатність залежить від енергії

та від складу речовин, що взаємодіють.

Гамма-випромінювання — це електромагнітне (фотонне) випромінювання з великою

проникною і малою іонізуючою здатністю з енергією 0,001-3 МеВ.

Рентгенівське випромінювання — випромінювання яке виникає в середовищі, яке

оточує джерело бета-випромінювання у прискорювачах електронів і є сукупністю

гальмівного та характеристичного випромінювань, енергія фотонів яких не перевищує 1

МеВ. Характеристичним називають фотонне випромінювання з дискретним спектром, що

виникає при зміні енергетичного стану атома.

Гальмівне випромінювання — це фотонне випромінювання з неперервним спектром,

яке виникає при зміні кінетичної енергії заряджених частинок.68

Ступінь біологічного впливу іонізуючого випромінювання залежить від поглинання

живою тканиною енергії та іонізації молекул, що виникає при цьому.

Під час іонізації в організмі виникає збудження молекул клітин. Це зумовлює розрив

молекулярних зв’язків та утворення нових хімічних зв’язків, не властивих здоровій тканині.

Під впливом іонізуючого випромінювання в організмі порушуються функції

кровотворних органів, зростає крихкість та проникність судин, порушується діяльність

шлунково-кишкового тракту, знижується опірність організму, він виснажується. Нормальні

клітини перероджуються в злоякісні, виникають лейкози, променева хвороба.

Одноразове опромінення дозою 25-50 бер зумовлює зворотні зміни крові. При 80-120

бер з’являються початкові ознаки променевої хвороби. Гостра променева хвороба виникає

при дозі опромінення 270-300 бер.

Опромінення може бути внутрішнім, проникненні радіоактивного ізотопа всередину

організму,та зовнішнім; загальним (опромінення всього організму) та місцевим; хронічним (

при дії протягом тривалого часу) та короткочасний вплив).

65 Дози іонізуючого випромінювання, одиниці вимірювання

Дози іонізуючого випромінювання. Всі види радіоактивного випромінювання

супроводжуються звільненням різної кількості енергії і високою проникною здатністю,

відтак вони мають різний вплив на живі організми і екосистеми взагалі.

Альфа-випромінювання, яке являє собою потік важких частинок, затримується навіть

аркушем паперу і практично не здатне проникнути через шкіру людини (рис. 1). Воно не є

небезпечним, якщо радіоактивні речовини не потрапляють всередину організму людини

через відкриту рану, з їжею або повітрям – тоді їхня дія надзвичайно шкідлива.

Бета-випромінювання має значно більшу проникність і здатне проходити в тканини

організму на глибину до двох сантиметрів. Проникна здатність гамма-випромінювання, яке

поширюється зі швидкістю світла, дуже велика. Частково воно затримується лише товстою

металевою (свинцевою) або бетонною плитою.

Пошкодження, викликані в живих організмах опроміненням, є тим більшими, чим

більше енергії передано їхнім тканинам. Кількість такої енергії називається дозою. Дозу

іонізуючого випромінювання людина може зазнати від будь-якого радіонукліда або їхньої

суміші незалежно від того, містяться вони поза організмом або всередині його. Кількісний

вираз енергії випромінювання, отриманої одиницею маси опроміненого тіла (складової

екосистеми, тканини організму тощо), називають поглиненою дозою, яка в системі СІ

вимірюється в греях (1 Гр = 1 Дж енергії, поглиненому масою в 1 кг). До 50-х років ХХ ст.

для вимірювання обсягу радіації широко використовували інші позасистемні одиниці

поглиненої дози – рентген (Р) і рад. Один рентген відповідає ефекту дії граму радію

протягом години на відстані одного метра, що визначається за ступенем почервоніння шкіри.

Один рад дорівнює 0,01 Гр.

Якщо кількість поглиненої енергії гамма- або рентгенівського випромінювання

розглядати не для речовини, а для повітря, то слід ввести поняття його іонізації. Причому,

для атмосфери існує спеціальна одиниця, яка співвідносить заряд іонів кожного знаку в 1 см3

сухого повітря, що виникло у процесі його іонізації з дозою цього випромінювання.

Загальний обсяг випромінювання, що викликає іонізацію називають експозиційною дозою,

яка в системі СІ вимірюється в кулонах на кілограм (Кл/кг). Поряд існує позасистемна

одиниця вимірювання – рентген (1Р = 2,58 × 10–4 Кл/кг).

Велику роль в опроміненні всього живого в екосистемі відіграє не лише кількість

іонізуючого випромінювання, поглиненого тілом, а й якість цього випромінювання. Якісна 69

характеристика випромінювання визначається показником лінійної щільності іонізуючого

потоку. Вважається, що щільність бета-, гамма- і рентгенівського випромінювання є

однаковою, умовно вона приймається за одиницю. Тоді показник щільності повільних

нейтронів дорівнює 5, звичайних нейтронів – 10, а α-частинок та надшвидких нейтронів – 20.

Перераховану в такий спосіб дозу опромінення називають еквівалентною дозою. Її у системі

СІ вимірюють у зівертах (Зв). Відома й позасистемна одиниця еквівалентної дози – бер (1 бер

= 0,01 Зв).

Водночас важливо врахувати й те, що не всі частини тіла людини (органи, тканини)

чи інших організмів екосистем мають однакову чутливість. Наприклад, при однаковій

еквівалентній дозі опромінення виникнення раку в легенях людини більш вірогідне, ніж у її

щитовидній залозі. Саме тому дози опромінення для різних органів і тканин необхідно

перераховувати за різними коефіцієнтами. Підсумувавши ці коефіцієнти по всіх тканинах

людини, отримують ефективну еквівалентну дозу. Найменш чутливою до опромінення є

шкіра і поверхня кісток людини, а найбільш – яєчники і сім'яники.

Усе це характеризує лише індивідуальні дози іонізуючого випромінювання.

Підсумувавши індивідуальні ефективні еквівалентні дози, здобуті певною групою людей, ми

виявляємо колективну ефективну еквівалентну дозу, вимірювану в людино-зівертах (люд-

Зв). Більшість відомих радіонуклідів розпадаються надзвичайно повільно, відтак вони

залишаться радіоактивними й у далекому майбутньому. Колективну ефективну еквівалентну

дозу, яка припаде на кілька поколінь від певного джерела іонізуючого випромінювання за

весь час його існування, називають повною (очікуваною) колективною ефективною

еквівалентною дозою.

З метою прогнозування інтенсивності радіоактивного впливу на довкілля і людину

введене поняття потужності дози. Відповідні потужності поглиненої, експозиційної чи

еквівалентної доз дорівнюють кількості енергії, що отримана будь-якою речовиною за

одиницю часу від джерела радіації. Наприклад, дозиметр показує потужність еквівалентної

дози гранітних сходів – 0,8 мкЗв/год. За умов, якщо людина просидить на цих сходах 5

годин, вона отримає таку дозу радіаційного опромінення: 0,8 мкЗв/год × 5 год = 4 мкЗв (400

мкбер), що в 25-50 разів вище дози отриманої нею від сонячної радіації за аналогічний

період часу.

Розглянуті величини доз іонізуючого випромінювання використовують не лише для

нормування дозових навантажень людини, але й для всієї екосистеми чи будь-якого її

компонента.

Серед різноманітних видів іонізуючих випромінювань, як уже зазначалося вище,

надзвичайно важливими при вивченні питання небезпеки для здоров'я і життя людини є

випромінювання, що виникають в результаті розпаду ядер радіоактивних елементів, тобто

радіоактивне випромінювання. Щоб уникнути плутанини в термінах, варто пам'ятати, що

радіоактивні випромінювання, незважаючи на їхнє величезне значення, є одним з видів

іонізуючих випромінювань. Радіонукліди утворюють випромінювання в момент

перетворення одних атомних ядер в інші. Вони характеризуються періодом напіврозпаду (від

секунд до млн. років), активністю (числом радіоактивних перетворень за одиницю часу), що

характеризує їх іонізуючу спроможність. Активність у міжнародній системі (СВ) вимі-

рюється в бекерелях (Бк), а позасистемною одиницею є кюрі (Кі). Один Кі = 37 х 109Бк. Міра

дії іонізуючого випромінювання в будь-якому середовищі залежить від енергії

випромінювання й оцінюється дозою іонізуючого випромінювання. Останнє визначається

для повітря, речовини і біологічної тканини. Відповідно розрізняють è експозиційну, è

поглинену та è еквівалентну дози іонізуючого випромінювання. Експозиційна доза 70

характеризує іонізуючу спроможність випромінювання в повітрі, вимірюється в кулонах на І

кг (Кл/кг); позасистемна одиниця — рентген (Р); 1 Кл/кг = 3,88 х 103Р. За експозиційною

дозою можна визначити потенційні можливості іонізуючого випромінювання. Поглинута

доза характеризує енергію іонізуючого випромінювання, що* поглинається одиницею маси

опроміненої речовини. Вона вимірюється в греях Гр (1 Гр=1 Дж/кг). Застосовується і

позасистемна одиниця рад (1 рад = 0,01 Гр= 0,01 Дж/кг). Доза, яку одержує людина,

залежить від виду випромінювання, енергії, щільності потоку і тривалості впливу. Проте

поглинута доза іонізуючого випромінювання не враховує того, що вплив на біологічний

об'єкт однієї і тієї ж дози різних видів випромінювань неоднаковий. Щоб врахувати цей

ефект, введено поняття еквівалентної дози. Еквівалентна доза є мірою біологічного впливу

випромінювання на конкретну людину, тобто індивідуальним критерієм небезпеки, зумовле-

ним іонізуючим випромінюванням. За одиницю вимірювання еквівалентної дози прийнятий

зіверт (Зв). Зіверт дорівнює поглинутій дозі в 1 Дж/кг (для рентгенівського та а, -

випромінювань). Позасистемною одиницею служить бер (біологічний еквівалент рада). 1 бер

= 0,01 Зв.