2.10.1. Загальні положення

Радіоактивність та супутнє їй іонізуюче випромінювання (ІВ) існували на Землі завжди. У біосфері існують понад 60 природних джерел іонізуючого випромінювання. В основному, сучасна людина опромінюється джерелами природного походження (космічного та земного). На частку земного припадає 5/6 природного опромінюван­ня, в основному внаслідок дії радіонуклідів, що попадають в організм з їжею, водою та повітрям. Радіоактивні ізотопи (калій-40, уран-238, торій-232 та ін.) містяться у гірських породах, які широко використо­вуються в будівництві та інших галузях господарства. В золі, яка утво­рюється при спалюванні вугілля, знаходяться низка радіоактивних речовин: уран, радій, торій, полоній, калій, з питомою активністю 130-1700 Бк/кг. Викиді у атмосферу теплових електростанцій, що спалюють вугілля значно збільшують дозу іонізуючого опромінюван­ня для населення, яке мешкає в цьому районі.

Дослідження показали, що значна частина природного опроміню­вання припадає на газ радон, який утворюється у результаті розпаду урану та торію і виділяється з породи (граніт, пемза), будівельних матеріалів, у результаті розпилювання води, спалюванні газу. В зак­ритих приміщеннях активність радону може досягати кількох тисяч Бк/м³. Крім зазначеного, проблема іонізуючого опромінювання пов'я­зана з рядом технологій, які використовуються в сучасному суспіль­стві. Швидкий розвиток ядерної енергетики і широке впровадження джерел іонізуючих випромінювань у різних галузях науки, техніки, суспільного виробництва створили потенційну загрозу радіаційної небезпеки для людини і забруднення навколишнього середовища радіоактивними речовинами. Так, в Україні більше 40% електроенер­гії виробляється на атомних електростанціях (АЕС). У той же час, усі компоненти ядерного паливного циклу створюють значну радіаційну проблему (добування та збагачення урану, його транспортування, спа­лювання уранового палива та зберігання відходів). Особливо ката­строфічні наслідки аварій на таких об'єктах як для окремого регіону чи країни, так і усієї біосфери Землі. Прикладом такої катастрофи є аварія на Чорнобильській АЕС в 1986 р.

Серед штучних джерел ІВ важливим для сучасної людини є медич­ні дослідження та радіотерапія. Так, при рентгенографії зубів доза опромінювання у черепі може досягати 60-130 мкЗв. У середньому світовий рівень додаткової дози від медичних процедур дорівнює 0,4 мЗв на рік, що складає 20% від фонового опромінювання. В проми­словості та науці джерелами ІВ є установки рентгеноструктурного аналізу, радіаційні дефектоскопи, товщиноміри, високовольтні елек­тровакуумні прилади та ін. Таким чином, людина підпадає під вплив ІВ різноманітних джерел і тому питання захисту від них (чи радіацій­на безпека) перетворюються в одну з найважливіших проблем су­часності.

2.10.2. Основні поняття і характеристики іонізуючих випромінювань

Іонізуюче випромінювання - випромінювання, взаємодія якого з середовищем призводить до утворення в останньому електричних зарядів різних знаків, тобто до іонізації цього середовища. Основними характеристиками для джерел ІВ є: радіоактивність, час напіврозпаду, енергія випромінювань, глибина проникнення, іонізуюча здібність. Для оцінки дії ІВ використовують поняття доз , потужність доз, тка­нинний зважуючий фактор, час напіввиведення з організму тощо.

Радіоактивність (А) - самовільне перетворення (розпад) атомних ядер деяких хімічних елементів (урану, торію, радію та ін.), що приво­дить до зміни їхнього атомного номера і масового числа. Такі елемен­ти називаються радіоактивними. У результаті їх розпаду утворюють­ся різні частки або електромагнітне випромінювання яке здатне іоні­зувати середовище.

Радіоактивні речовини розпадаються з визначеною для кожної речовини, швидкістю. Число ядер даного елемента, яке розпадається за одиницю часу ( А), пропорційне повному числу ядер N тобто

, (2.79)

де X - постійна радіоактивного розпаду, яка характеризує вірогі­дність розпаду на одне ядро за одиницю часу. Чим більша X, тим більша швидкість розпаду.

Цей процес також може бути описаний формулою:

, (2.80)

де N і N - число радіоактивних ядер в початковий момент та через період часу Ь відповідно.

Тобто швидкість розпаду А є активність радіонуклідів. У системі одиниць СИ за одиницю активності прийняте одне ядерне перетво­рення в секунду. Ця одиниця одержала назву бекерель (Бк). Позаси­стемною одиницею виміру активності є Кюрі (Ки). Це активність радіонукліда в джерелі, в якому відбувається 3,7 ■ 10¹⁰ актів розпаду в одну секунду. Одиниця активності кюрі відповідає активності 1 г Ra.

Частки, що випускаються радіоактивним джерелом утворюють потік, якій вимірюється числом часток у 1 с. Число часток, що прихо­диться на одиницю поверхні (квадратний сантиметр), є густина пото­ку часток (часток/ (хв ■ см²), часток./(с ■ см²).

У дозиметрії застосовуються питома активність А_т (Бк/кг), об'єм­на Ау (Бк/м³) і поверхнева Аз (Бк/м²) активності джерел.

Постійна розпаду X зв'язана з періодом напіврозпаду Т^₂, тобто періо­дом за який кількість активних ядер зменшується удвічі співвідношенням

. (2.81)

Кожний ізотоп має свої значення Т₁/₂. Наприклад, для калію-40 Т₁/₂=1,28^10⁹ років, цезію-137 Т₁/₂=30 років, стронцію-90 Т₁/₂=28 ро­ків, йоду-131Т₁/₂=8 діб.

У результаті радіоактивних перетворень виникають різні частки - а (альфа), в (бета), п (нейтрони ), фотони - у (гама), И (рентгенівські) та ін., які мають різні енергетичні параметри і здатність іонізувати середовище.

а-випромінювання - потік позитивно заряджених часток (ядер ато­мів гелію), що утворюються при розпаді ядер або при ядерних реакці­ях. Вони мають велику іонізуючу дію, але малу проникаючу здатність.

р-випромінювання - потік негативно заряджених часток (електронів) або позитивних (позитронів), що утворюються при розпаді ядер або нестійких часток. Питомий пробіг в-часток у повітрі складає приблизно 3,8 м/МеВ. Іонізуюча здатність р-часток на два порядки нижче а-часток.

у-випромінювання є короткохвильове електромагнітне випромі­нювання (фотонне випромінювання). Воно має місце при змінах енер­гетичного стану атомних ядер, а також при ядерних перетвореннях.

Рентгенівське випромінювання це також електромагнітне (фотонне) випромінювання, яке утворюється при змінах енергетичного стану електронних оболонок атома (зупинці або гальмуванні електронів великих швидкостей). Гамма та рентгенівські випромінювання мають невелику іонізуючу дію, але дуже велику проникаючу здатність. Основ­ні характеристики іонізуючих випромінювань подані у таблиці 2.29.