II. Основные понятия, используемые в радиационной гигиене

1. Радиационный фон планеты – это суммарное ионизирующее излучение, создаваемое естественными и искусственными источниками.

Классификация:

1.1. Естественный радиоактивный фон - доза излучения, создаваемая космическим излучением и излучением природных радионуклидов, естественно распределенных в земле, воде, воздухе, других элементах биосферы, пищевых продуктах и организме человека.

Составляющие:

- внешние источники внеземного происхождения (космическое излучение (планеты, метеориты, звезды и др.);

- внутренние источники – излучение от радиоактивных элементов, находящихся в земной коре, воздухе, воде, в продуктах, биологических объектах, растениях).

1.2. Искусственный радиоактивный фон – результат применения радиоактивных веществ в народном хозяйстве;

1.3. Технологически измененный естественный радиоактивный фон – представляет собой ионизирующее излучение от природных источников, претерпевших определенные изменения в результате деятельности человека. Например, излучение от естественных радионуклидов, поступающих в биосферу вместе с извлеченными на поверхность Земли из ее недр полезных ископаемых.

Составляющие:

естественные радионуклиды, содержащиеся в стройматериалах, на горных выработках и в воздухе помещений, минеральные удобрения.

2. Ионизирующее излучение – излучение, которое создается при радиоактивном распаде, ядерных превращениях, торможении заряженных частиц в веществе и образует при взаимодействии со средой ионы разных знаков (т.е. вызывается ионизация).

Классификация:

2.1. Корпускулярное (альфа-частицы, бета-частицы и нейтроны и др.)

2.1.1. Альфа-частицы

Альфа-распад характерен для естественных радиоактивных элементов с большими порядковыми номерами (т.е. для элементов с малыми энергиями связи).

Взаимодействие α-частиц с веществом

При взаимодействии α-частиц с веществом их энергия расходуется на возбуждение и ионизацию атомов среды. Эти процессы происходят в результате неупругих столкновений частиц с орбитальными электронами атомов. В отдельных случаях α-частица может проникать в ядро, вызывая реакцию (α, n).

Обладая относительно большой массой и зарядом, α-частица (ядра гелия – 2 протона и 2 нейтрона) имеет высокую способность к ионизации и незначительную проникающую способность (длина пробега в воздухе составляет 3-11 см, а в жидких и твердых средах – сотые доли миллиметра).

Для защиты организма от альфа-частиц можно использовать лист плотной бумаги. Не менее надежной защитой от альфа-частиц является одежда человека.

2.1.2. Бета-частица (β-частица)

Электронный β-распад характерен как для естественных, так и для искусственных радиоактивных элементов.

Взаимодействие β-частиц с веществом

При прохождении β-частиц через вещество возможны упругие и неупругие взаимодействия с атомами поглощающей среды. Упругие взаимодействия заключаются в том, что сумма кинетических энергий частиц остаётся неизмененной.

Отрицательно заряженные бета-частицы являются электронами (β−), положительно заряженные – позитронами (β+). Заряд бета-частиц меньше, а скорость больше, чем у альфа-частиц, поэтому они имеют меньшую ионизирующую, но большую проникающую способность.

Длина пробега бета-частиц с высокой энергией составляет в воздухе до 20 м, воде и живых тканях – до 3 см, металле – до 1 см.

При расчете защиты от β-частиц необходимо, чтобы толщина защитного экрана была равна или была больше максимального пробега частицы в данном материале. При этом следует использовать материалы с малым порядковым номером (органическое стекло, пластмасса, алюминий). При значительных, мощных потоках следует применять дополнительные экраны для защиты от тормозного рентгеновского излучения, от которого потребуется дополнительная защита.

Бета-частицы почти полностью поглощают оконные или автомобильные стекла и металлические экраны толщиной в несколько миллиметров. Одежда поглощает до 50 % бета-частиц.

2.1.3. Нейтрон – нейтральная (не обладающая электрическим зарядом) элементарная частица со спином 1/2 (в единицах постоянной Планка) и массой, незначительно превышающей массу протона.

Классификация нейтронов

1. Медленные нейроны:

а) холодные – с энергией менее 0,025 эВ;

б) тепловые – с энергией от 0,025 до 0,5 эВ;

в) надтепловые – с энергией выше 0,5 эВ.

2. Резонансные нейтроны – наблюдаются в области энергий нескольких электровольт поглощения до 500 эВ.

3. Промежуточные нейтроны с энергией от 0,5 кэВ до 0,5 МэВ.

4. Быстрые нейтроны с энергией от 0,5 до 20 МэВ.

5. Очень быстрые нейтроны с энергией 20 – 300 МэВ.

Взаимодействие нейтронов с веществом

При прохождении пучка нейтронов через вещество возможны два вида их взаимодействия с ядрами вещества. Во-первых, в результате соударения нейтронов с ядрами бывает упругое и неупругое рассеивание нейтронов; во-вторых, происходят ядерные реакции типа (n, α), (n, р), (n, 2p) и деление тяжелых ядер.

Защита от нейтронного излучения основывается на закономерностях взаимодействия нейтронов с веществом. Наиболее эффективно происходит поглощение тепловых, медленных и резонансных нейтронов. Тепловые нейтроны хорошо поглощаются кадмием и бором. Быстрые нейтроны должны быть предварительно замедлены, для чего применяются элементы с малыми атомными номерами (вода, парафин, бетон и материалы, содержащие большое количество атомов водорода).

Процесс поглощения нейтронов может сопровождаться испусканием гамма-квантов, поэтому необходимо предусматривать дополнительную защиту тяжелыми материалами (железо, свинец, вольфрам и др.).

2.2. Электромагнитные волны (рентгеновские и гамма-лучи)

2.2.1. Га́мма-излуче́ние (гамма-лучи, γ-лучи) – вид электромагнитного излучения с чрезвычайно малой длиной волны — < 5×10⁻³ нм. На шкале электромагнитных волн гамма-излучение граничит с рентгеновским излучением, занимая диапазон более высоких частот и энергий. Гамма-лучи, в отличие от α-лучей и β-лучей, не отклоняются электрическими и магнитными полями, характеризуются большей проникающей способностью при равных энергиях и прочих равных условиях. Гамма-излучение вызывает минимальную ионизацию атомов вещества при высокой проникающей способности.

Эффективность защиты (то есть вероятность поглощения гамма-излучения при прохождении через неё) увеличивается при увеличении толщины слоя, плотности вещества и содержания в нём тяжёлых ядер (свинца, вольфрама, обеднённого урана и пр.). Для ослабления энергии в два раза необходим слой вещества (слой половинного ослабления) толщиной: воды – 23 см; стали – около 3 см; бетона – 10 см; дерева – 30 см. Хорошей защитой от гамма-излучений являются тяжелые металлы, например свинец.

2.2.2. Рентгеновское излучение – электромагнитные волны, энергия фотонов которых лежит на шкале электромагнитных волн между ультрафиолетовым излучением и гамма-излучением.

Рентгеновские излучения были открыты первыми из всех ионизирующих излучений и наиболее хорошо изучены. У них та же физическая природа (электромагнитное поле) и те же свойства, что и у гамма-излучений. Их различают, прежде всего, по способу получения, и в отличие от гамма-лучей они имеют внеядерное происхождение. Излучение получают в специальных вакуумных рентгеновских трубках при торможении (ударе о специальную мишень) быстролетящих электронов. Энергия квантов рентгеновских лучей несколько меньше, чем гамма-излучение большинства радиоактивных изотопов, соответственно, несколько ниже их проникающая способность. Поэтому рентгеновские лучи широко используют вместо гамма-излучения, в частности для экспериментального облучения животных, семян растений и т. п. С этой целью применяют рентгеновские установки для облучения (просвечивания) людей.

Лучшими защитными материалами от рентгеновских лучей так же являются тяжелые металлы и, в частности, свинец.

3. Облучение – воздействие ионизирующей радиации на биологические объекты.

Классификация:

1) внешнее облучение – создают природные или искусственные излучатели от источников, находящихся вне организма;

2) внутреннее облучение – от радиоактивных веществ, попадающих внутрь организма человека с вдыхаемым воздухом, продуктами питания и с водой.