4. Характеристика квантового ии

электромагнитные, например: гамма и рентгеновское, называемые квантовыми или фотонными.

Основой характеристикой ионизирующих излучений являются:

• для электромагнитных излучений - энергия.

Эти параметры определяют особенности взаимодействия ионизирующих излучений с веществом и, соответственно, степень и вероятность их повреждающего действия.

Рентгеновское излучение

Рентгеновское излучение представляет собой совокупность характеристического и тормозного излучений, диапазон энергии фотонов которых составляет 1 кэВ - 1 МэВ. Характеристическое излучение - фотонное излучение с дискретным спектром, которое возникает при изменении энергетического состояния электрона в атоме с переходом его на энергетически более выгодную орбиту. Тормозное излучение – фотонное излучение с непрерывным спектром, испускаемое при изменении кинетической энергии заряженных частиц. Этот принцип возникновения рентгеновского излучения при торможении электронов на аноде используется в рентгеновских трубках. Тормозное излучение возникает любой среде, окружающей источник β -излучения, включая ускоритель электронов.

Рентгеновское излучение имеет длину волны 10^-14-10^-9м. Чем меньше длина волны, тем выше энергия излучения и больше проникающая способность. При прохождении через ткани рентгеновское излучение быстро поглощается, и доза, полученная тканями и органам зависит от расстояния до источника. Повреждающее действие рентгеновского излучения на ткани сходно с описанным ниже действием гамма-излучения. К защитным материалам относятся тяжелые металл (свинец), бетон, грунт.

Гамма-излучение

Источники гамма-излучения разные. Гамма-излучение образуете при ядерных превращениях, имеет длину волны 10^-14-10^-10м. Гамма излучение сопровождает бета-излучение (β +γ). Отдельные альфа излучатели также могут быть источниками гамма-излучения (α+γ) Гамма-излучение может сопровождать и цепные ядерные реакции нейтронным излучением. Гамма-фон за счет космического и земной излучения существует с момента зарождения планеты и уменьшается во временем. Гамма-излучение обладает повреждающим действием, которое особенно биологически значимо для хромосомного аппарата. Человек в определенной степени адаптирован к гамма-фону. Более того, в которые считают, что, повышая изменчивость, гамма-фон способствовал возникновению жизни и ускорению эволюции.

На земле гамма-фон находится в пределах от 5 до 50 мкР/час. Уровень гамма-фона местности зависит от высоты над уровнем моря, присутствия горных пород. В Бразилии, Индии есть территории, где наблюдается еще более высокий гамма-фон, но там живет мало людей. Важно знать гамма-фон своей местности. В Беларуси гамма-фон составляет 10-15 мкР/час и считается нормальным до 20 мкР/час. В горах гамма-фон выше, так как поверхность земли ближе к солнцу и разреженная атмосфера меньше поглощает космическое гамма-излучение. Там, есть гранитные породы, гамма-фон также выше.

Гамма-излучение, как и рентгеновское, обладает малой линейной передачей энергии и высокой проникающей способностью. Дли пробега в воздухе составляет сотни метров. При прохождении через тело человека γ-излучение теряет часть энергии.

Проникающая способность разных видов ионизирующих излучений

В области энергии квантов от 1 кэВ до 50 МэВ ослабление излучения осуществляется путем фотоэлектрического эффекта, рассеян атомными электронами (эффект Комптона) и путем образования электрон-позитрон. Указанные процессы могут происходить независимо друг от друга, поэтому коэффициент ослабления состоит из трех частей.

При фотоэлектрическом эффекте энергия фотона полностью поглощается и расходуется на отрыв связанного электрона от атома и придание ему кинетической энергии. Электрон, вырванный из поля атома, производит ионизацию других атомов. Чем ближе электрон к ядру, тем больше энергия его связи с ядром. Место выбитого электрона занимает электрон с более высокой орбитали. Фотоэффект характерен для мягкого гамма-излучения с энергией от 1 до 500 кэВ и уменьшается с увеличением энергии (Е).

Рассеяние атомными электронами заключается в отклонении фотона от своего первоначального направления с потерей или без потери энергии. При энергии от 0,5 до 1 МэВ фотон выбивает электрон с передачей ему только части своей энергии и меняет направление своего движения, что получило название комптоновского рассеяния. Выбитые электроны, получив кинетическую энергию, продолжают в свою очередь ионизировать другие атомы.

Фотон с энергией более 1 МэВ, взаимодействуя с ядром, исчезает и происходит образование пары электрон и позитрон, которые производят ионизацию других атомов. Позитрон может соединиться электроном с образованием двух фотонов (аннигиляция) с энергией 0,51 МэВ каждый.

Биологические эффекты. Характерно повреждение кроветворных органов, репродуктивных органов и эпителиальной ткани. Другие органы и ткани менее чувствительны.

Защита. Существует 3 принципа защиты от всех видов внешнего ионизирующего излучения, включая гамма-излучение.

Защита расстоянием. По мере удаления от источника доза уменьшается пропорционально квадрату расстояния. Надо отойти на максимально возможное расстояние от источника излучения. Иногда в сохранении жизни решающим оказывается один шаг.

Защита временем. Доза облучения пропорциональна времени контакта. Чтобы уменьшить дозу вдвое, надо сократить время контакта вдвое. При аварии на ЧАЭС так и не было аварийного сигнала. Люди находились на рабочих местах и облучались с 1²⁴ до 6⁰⁰, до конца рабочей смены.

Защита экраном. Используются свинцовые, железные, бетонные, грунтовые экраны. При проектировании защиты конечной целью является определение толщины защитного экрана. Для быстроты расчета используют таблицы и номограммы, где входным параметром является кратность ослабления - К_γ показывающая во сколько раз уменьшается мощность дозы (Р) от источника различной геометрии с определенной энергией γ -излучения (Е) за защитным экраном из определенного материала толщиной d.