Практическое занятие № 9 . Ионизирующее излучение.

Радиоактивный распад ядер приводит к образованию нескольких типов ионизирующих излучений. Такое излучение, проходя через вещества, ионизирует их атомы и молекулы, то есть превращает их в электрически заряженные частицы - ионы. Термин "ионизирующие излучения" включает не только радиоактивные излучения, но также рентгеновские лучи.

Ионизация –образование положительных и отрицательных ионов и свободных электронов из электрически нейтральных атомов и молекул под воздействием излучений.

Все виды ионизирующих излучений могут быть подразделены на два типа

Альфа, бета и нейтронное излучение - это излучения, состоящие из различных частиц атомов. (корпускулярное)

Гамма и рентгеновское излучение - это излучение энергии. (волновое)

Свойства и механизм взаимодействия м биологическими объектами.

α -частицы Ионизация атома требует приблизительно 30–35 эВ (электрон–вольт) энергии. Таким образом, α-частица, обладающая, например, 5 000 000 эВ энергии в начале ее движения, может стать источником создания более чем 100 000 ионов прежде, чем она перейдет в состояние покоя.

Масса α-частиц примерно в 7 000 раз больше массы электрона. Большая масса α-частиц определяет прямолинейность их прохождения через электронные оболочки атомов при ионизации вещества. α-частица теряет маленькую часть своей первоначальной энергии на каждом электроне, который она отрывает из атомов вещества, проходя через него. Кинетическая энергия α-частицы и ее скорость при этом непрерывно уменьшаются. Когда вся кинетическая энергия израсходована, α-частица приходит в состояние покоя. В этот момент она захватит два электрона и, преобразовавшись в атом гелия, теряет свою способность ионизировать материю.

Расстояние, на которое ионизирующее излучение может проникать в вещество, называется его проникающей способностью. Оно зависит от энергии излучения и свойств вещества, через которое излучение проникает. В воздухе пробег α-частицы равен около 4 сантиметра. Толстый лист бумаги остановит частицу полностью. В тканях тела человека пробег частицы – менее 0,7 мм. Альфа-излучение, воздействующее на незащищенную часть тела, не может проникнуть даже через внешний слой клеток кожи и не причиняет вреда организму. Поэтому альфа-излучение опасно только тогда, когда альфа-частицы попадают внутрь организма (с воздухом, питьевой водой и пищевыми продуктами) и напрямую воздействуют на клетки органов, вызывая их повреждения.

β-излучение

П роникающая способность β-частицы значительно больше, чем α-частицы, потому что электрический заряд β-частицы - вдвое меньше заряда α-частицы. Кроме того, масса β-частицы - приблизительно в 7000 раз меньше массы α-частицы. Из-за ее маленькой массы и маленького заряда ионизация, вызванная β-частицей меньше, и, как следствие, энергия β-частицы расходуется на более значительном расстоянии. Кинетическая энергия электрона значительно меньше, чем у α-частицы. Ее величина достаточна, чтобы ионизировать только несколько десятков атомов. Из-за небольшой массы,  β-частицы сильно отклоняются при каждом столкновении с электронами атомов вещества. Следовательно, электроны распространяются в веществе не по прямой линии, а произвольно.

Проникающая способность β-частицы в воздухе изменяется от 0,1 до 20 метров в зависимости от начальной энергии частицы . В большинстве случаев средства индивидуальной защиты и обувь обеспечивают достаточную защиту от внешнего облучения организма β-частицами. Большой риск облучения β-частицами связан с попаданием их внутрь организма при приеме пищи.

γ-излучение

γ -излучение не состоит из частиц, как α- и β-излучения. Оно, также как свет Солнца, представляет собой электромагнитную волну. Энергия γ-излучения может достигать больших величин, а скорость распространения γ-квантов равна скорости света. Как правило, γ-излучение сопутствует α и β-излучениям, так как в природе практически не встречаются атомы, излучающие только γ-кванты. Для защиты от  γ-лучей, в зависимости от их энергии, требуется толстый экран, сделанный из тяжелого вещества, например, свинца.

Защита от ионизирующих излучений включает в себя:

• организационные мероприятия (выполнение требований безопасности при размещении предприятий, устройстве рабочих помещений и организации рабочих мест, при работе с закрытыми и открытыми источниками, при транспортировке, хранении и захоронении радиоактивных веществ, проведение общего и индивидуального дозиметрического контроля);

• медико-профилактические мероприятия (сокращенный рабочий день, дополнительный отпуск, медицинские осмотры, лечебно-профилактическое питание и др.);

• инженерно-технические методы и средства (защита расстоянием и временем, применение средств индивидуальной защиты, защитное экранирование и др.).

1. Средства индивидуальной защиты предназначеныдля защиты от попадания радиоактивных загрязнений на кожу тела работающих и внутрь организма.

Для защиты всего тела тприменяется спецодежда в виде халатов, шапочек, резиновых перчаток и др. При работах с изотопами большой активности применяются пленочные хлорвиниловые фартуки и нарукавники, клееночные халаты, тапочки или ботинки, для защиты рук - перчатки из просвинцованной резины, а защиты ног - специальная пластиковая обувь. Для защиты глаз применяются очки, стекло которых может быть обычным (при альфа- и мягких бета-излучениях), силикатным или органическим (при бета-излучениях высоких энергий), свинцовое - при гамма-излучениях. При содержании радиоактивных веществ в паро-, газо- или пылевидном состоянии для защиты от них применяются очки закрытого типа с резиновой полумаской. Для защиты органов дыхания применяются респираторы или противогазы. Для предотвращения или частичного ослабления воздействия радионуклидов, попавших в организм, а также для предупреждения отложения их в организме и ускорения выведения рекомендуются такие меры как промывание желудка и кишечника, использование адсорбентов, (сернокислый барий, глюканат кальция, йодная настойка или йодистый калий и др.).

2. Защитное экранирование. При проектировании и расчете защитных экранов определяют их материал и толщину, которые зависят от вида излучения.

Для защиты от альфа-частицнеобходимо, чтобы толщина экрана превышала длину пробега альфа-частиц в данном материале экрана. Для защиты от внешнего облучения альфа-частицами обычно применяют тонкую металлическую фольгу, силикатное стекло или несколько сантиметров воздушного зазора.

Для защиты от бета-излученийприменяют экраны из материалов с малым атомным весом - алюминий, оргстекло.

Для защиты от гамма-лучейприменяются экраны из металлов высокой плотности (свинец, висмут, вольфрам), средней плотности (нержавеющая сталь, чугун, медные сплавы) и некоторые строительные материалы (бетон).

3. Дозиметрический контроль

Безопасность работы с источниками излучений можно обеспечить, организуя систематический дозиметрический контроль за уровнями внешнего и внутреннего облучения персонала, а также за уровнем радиации в окружающей среде.

4. защита временем: чем меньше время облучения, тем меньше полученная доза;

5. защита расстоянием: чем дальше от источника излучения, тем меньше полученная доза;

Дозиметрия ионизирующего излучения.

Дозиметрия - раздел ядерной физики и измерительной техники, в котором изучают величины, характеризующие действие ионизирующего излучения на вещества, а также методы и приборы для их измерения.

Процессы взаимодействия излучения с тканями протекают поразному для различных типов излучений и зависят от вида ткани. Но во всех случаях происходит преобразование энергии излучения в другие виды энергии. В результате часть энергии излучения поглощается веществом. Поглощенная энергия - первопричина всех последующих процессов, которые в конечном итоге приводят к биологическим изменениям в живом организме. Количественно действие ионизирующего излучения (независимо от его природы) оценивается по энергии, переданной веществу. Для этого используется специальная величина - доза излучения (доза - порция).

Экспозиционная доза и поглощённая доза.

Экспозиционная доза – это общее количество радиоактивного излучения, достигающего вещества. Эта доза не зависит от характеристик вещества, а определяется только характеристиками излучения. Экспозиционная доза является мерой ионизации воздуха рентгеновскими и γ-лучами.

Экспозиционная доза (Х) равна заряду всех положительных ионов, образующихся под действием излучения в единице массы воздуха при нормальных условиях. В СИ единицей экспозиционной дозы является кулон на килограмм (Кл/кг). Кулон - это очень большой заряд. Поэтому на практике пользуются внесистемной единицей экспозиционной дозы, которая называется рентгеном (Р). 1 Рентген равен 2,58*10^-4 Кл/кг, что составляет приблизительно 2 миллиона пар ионов на 1 см³ воздуха.

Мощность экспозиционной дозы - величина экспозиционной дозы, приходящаяся на единицу времени. Измеряется в [Р/с], [Р/ч].

Поглощенная доза - это энергия ионизирующего излучения, поглощенная единицей массы поглощающего вещества. Поглощенная доза определяется для всех видов ионизирующего излучения. Она зависит от природы излучения и свойств вещества. Поглощенная доза измеряется в Греях (Гр). 1 Грей – доза, которая характеризует поглощение 1 килограммом вещества 1 Джоуля энергии.

Чтобы оценить эффект излучения, необходимо также определить мощность поглощенной дозы – величину, равную отношению поглощенной дозы излучения к периоду его действия. Измеряется в [гр/с].

Биологическая доза (эквивалентная). Вышеупомянутые поглощенная и экспозиционная дозы характеризуют только физический эффект излучения. Биологическая доза используется для оценки биологического эффекта излучения, который сильно зависит от вида излучения.   Чтобы охарактеризовать зависимость биологического эффекта ионизирующих излучений от вида излучения используют коэффициент относительной биологической эффективности (ОБЭ) излучения. Величина указанного коэффициента для различных видов излучения определялась экспериментально путем сравнения производимых ими эффектов с эффектами, вызываемыми действием на биологические объекты определенных стандартных доз рентгеновского излучения. Одним из тестируемых объектов был глаз животного, в котором вызывали катаракту действием различных видов излучения. Было установлено, что при ОБЭ = 1 для γ-частиц и рентгеновских лучей, значение ОБЭ составляет 2-10 для нейтронов, 10 для протонов и 20 для α-частиц.    Биологическая доза (эквивалентная) излучения рассчитывается умножением поглощенной дозы на коэффициент ОБЭ. Единицей измерения биологической дозы является Зиверт (Зв).