11

Тема 4. Источники ионизирующих излучений

1. Естественные источники радиации. 1.1 Космическое излучение.

1.2.Земная радиация.

2.Искусственные источники радиации.

2.1 Антропогенные источники ионизирующих излучений

2.2 Излучение в медицине.

2.3 Ядерные взрывы.

2.4 Атомная энергетика.

2.5Применение излучений и изотопов в технике.

Вопрос 1. Естественные источники радиации.

Естественными радиоактивными веществами принято считать вещества, которые образовались и воздействуют на человека без его участия. Земная кора, вода, воздух всегда содержат радиоактивные элементы. Человек, как обитатель этой среды, также немного радиоактивен, так как основную часть обличения он получает от естественных источников радиации

Естественные источники излучения - это

1. Космическое излучение.

2. Земная радиация.

1.1 Космическое излучение

На протяжении всей истории существования Земли, излучения из космо­са облучают земную цивилизацию, которая адекватно адаптировалась к ней.

Источники космического излучения:

1. Галактическое и межгалактическое космическое излучение, которое сопровождает выброс материи при | звездных взрывах и образовании сверхновых звезд;

2. Солнечное излучение, обусловленное вспышками на Солнце, что про­исходит с характерным 11-летним циклом;

3. Излучение заряженных частиц, захваченных магнитным полем Земли.

Радиационный фон, от космических лучей, ответственен за половину всего облучения получаемого населения от естественных источников радиа­ции.

Космические лучи представлены:

1) высокоэнергетическими потоками протонов (примерно 92%);

2) α-частицами (около 7%);

3)нейтронами, фотонами, электронами и ядрами легких элементов (1%).

Средний возраст галактического излучения от 1 до 10 млн. лет. Его энергия высокая – 10¹² -10¹⁵ МэВ. Земля имеет свои защитные механизмы от радиационных воздействий, иначе жизнь на Земле была бы невозможна.

На расстоянии от одного до восьми земных радиусов космические части­цы отклоняются магнитным полем Земли. Часть высокоэнергетических частиц прорывается через магнитное поле и достигает верхних слоев атмосферы. Не многие из них проникают через всю атмосферу и достигают поверхности Земли. Большинство же, сталкиваясь с атомами азота, кислорода, углерода, атмосферы, взаимодействуют с ядрами этих атомов, разбирая их, рождая множество новых частиц - протонов, нейтронов, Пи-мезонов, М-мезонов, образующих вторичное космическое излучение.

Защититься от этого невидимого «космического душа» невозможно. Но одни участники земной поверхности более подвержены его действию, чем другие. Северный и Южный полюсы получают больше космической радиа­ции, чем экваториальные области, т.к. влияние магнитного поля земли здесь меньше. Уровень облучения существенно растет с высотой, т.к. уменьшается слой воздуха, играющего защитную роль.

По данным специалистов население планеты, живущее на уровне моря, получают от космического излучения эффективную - эквивалентную дозу около 300 микрозивертов в год, живущие выше 2000 м над уровнем моря, в несколько раз больше.

Заряженные частицы, попадая в магнитное поле Земли образуют так на­зываемые радиационные пояса Земли. Выходу заряженных частиц из радиа­ционных поясов мешает особая конфигурация направлений линий магнитной напряженности, создающих магнитную ловушку. Радиационные пояса Земли были открыты американским ученым Дж.Ван-Алленом и русскими физиками С.В.Верновым и А.Е.Чудаковым( Рисунок 1).

Радиационные пояса Земли можно подразделить на внутренний и внеш­ний.

Схема расположения радиационных поясов вокруг Земли. Числа на линиях контура соответствуют среднему числу частиц в кубическом метре. Расстояния (в земных радиусах) измерены от центра Земли.

Рис 1 – Структура радиационных поясов Земли (сечение соответствует полуденному меридиану)

Пояс протонов малых энергий находится между внутренним и внешним поясами Земли. Зона квазизахвата расположена за внешним поясом и имеет сложную конфигурацию, зависимую от плотности потока космических лучей, солнечного ветра.

Во внутреннем радиационном поясе находятся протоны высоких энергий и электроны. На нижней границе внутреннего пояса на расстоянии 200-300 км от поверхности Земли заряженные частицы испытывают столкновения с атомами и молекулами атмосферы и меняют свою энергию, поглощаясь атмо­сферой.

Во внешнем радиационном поясе находятся электроны с энергией до 100 КэВ и времени «жизни» 10⁵-10⁷с.

В годы активного солнца плотность потока энергии солнечного ветра усиливается, граница радиационных поясов отодвигается дальше и становит­ся большим препятствием для космических лучей. В результате этого, с вре­менной задержкой около года происходит возрастание интенсивности косми­ческих лучей на Земле. Радиационные пояса Земли представляют серьезную опасность для экипажей космических кораблей при длительных полетах в околоземном пространстве, если их орбита проходит через область, радиационных поясов. Длительное пребывание кораблей в радиационном поясе при­водит к облучению экипажей, выходу из строя оптических приборов .

Первичное излучение преобладает на высотах 45 км и выше, а вторичное излучение достигает максимальной величины на высотах 20-25 км. На широте г. Минска человек получает на Земле 50 мрад/год, но с ростом высоты интенсивность облучения с каждым километром увеличивается вдвое.

Космические лучи, проходя через атмосферу, вызывают появление космогенных радионуклидов, которых насчитывается около 20. Наиболее значительные из них тритий, углерод-14, бериллий-7, сера-32, натрий-22, 24. Эти радионуклиды, распадаясь, испускают бета-частицы. Наиболее опасными из. них являются тритий (период полураспада 12,3 года) и углерод-14 (Период полураспада - 5730 лет). Оба радионуклида непрерывно возникают и непрерывно распадаются. Существует определенное равновесие в природе, но всегда имеется некоторый их избыток. Смешиваясь с углеродом и водородом, три­тий и углерод-14 попадают в воду, в человека, в животных, в растения и представляют определенную угрозу для жизни и здоровья человека.

(С¹⁴)Углерод-14 поступает в организм человека через желудочно-кишечный тракт и через легкие. В организме распределяется равномерно Период биологического полувыведения из организма около 200 суток. Он вызывает трансмутационный эффект: встраиваясь в азотистые основания нуклеиновых кислот, углерод при распаде превращается в стабильный азот-14 что вызывает изменение структуры азотистых оснований, в результате чего меняется смысл генетического кода. Эти изменения не поддаются репарации и их доля от всех мутаций составляет 10%.

Справка. С помощью углерода-14 можно определить по останкам людей или животных время их смерти. Пока человек или животное живые, идёт, постоянный процесс обновления углерода. После смерти этот процесс прекращается и начинается процесс распада углерода-14. Зная начальное количеств и период полураспада можно определить время, прошедшее после смерти животного или человека.

Вклад в космическое излучение вносят и вспышки на Солнце. В этом случае происходит выброс в космическое пространство протонов с энергией до 40 МэВ, иногда энергия достигает и 100 МэВ. Однако по сравнению с галактическим излучением эта энергия незначительна.

Человек, живущий на уровне моря, получает в среднем от космического облучения 0.315 мЗв/год, в том числе за счет внешнего облучения 0.3 мЗв/год и за счет внутреннего облучения 0,015 мЗв/год.