Радиационная безопасность

Физическая природа и источники радиационной опасности

опасные радиационные излучения в природе возникают, в основном, в результате радиоактивных превращений ядер атомов.

Атом – наименьшая часть химического элемента, являющаяся носителем его свойств. Состоит из ядра и вращающихся вокруг него электронов.

Электрон – элементарная частица, имеющаяся отрицательный заряд и массу примерно в 1836 раз меньше массы ядра атома водорода (протона).

Протон – элементарная частица с массой примерно 1836 раз превышающей массу электрона и положительным зарядом, равным заряду позитрона.

Позитрон – элементарная частица с массой равной массе электрона и положительным зарядом, равным по величине заряду электрона.

Нейтрон - электрически нейтральная элементарная частица с массой примерно 1840 раз превышающей массу электрона.

Величина положительного заряда ядра атома – количество протонов в ядре определяет атомный номер элемента и его место в таблице Менделеева Д.И.

Химические элементы, ядра которых имеют одинаковое число протонов, но разное число нейтронов называют изотопами.

Способность некоторых неустойчивых ядер химических элементов самопроизвольно превращаться в ядра других элементов с испусканием различных видов радиационных излучений называют радиоактивностью.

Радионуклиды – изотопы, ядра которых могут самопроизвольно распадаться.

Основные виды радиоактивного распада:

• бета-распад;

• альфа-распад;

• спонтанное деление атомных ядер – нейтронный распад;

• протонная радиоактивность – протонный синтез;

• двухпротонная радиоактивность;

• кластерная радиоактивность (выброс частицы массой больше альфа-частицы и осколками деления углерода-14).

Основной закон радиоактивного распада радионуклидов:

N = N₀ /2^t/T ,

где: N – число ядер радионуклида, участвующего в распаде в данный момент времени t;

N₀ – число ядер радионуклида в начале распада при t = 0;

T – период полураспада – время, в течение которого исходное число радиоактивных ядер уменьшается вдвое.

Активность – физическая величина, характеризующая число радиоактивных распадов в единицу времени:

A = N/t , а точнее - A = dN/dt ,

т.е. активность A – это производная от числа радиоактивных распадов N по времени t.

Активность измеряют в Беккерелях (Бк) и Кюри (Ku).

1 Бк = 1 распад/с;

1 Ku = 3,7 ^. 10¹⁰ Бк.

Изменение активности во времени подчиняется основному закону радиоактивного распада:

А = А₀ /2^t/T ,

где: А₀ – активность радионуклида в начале распада при t = 0.

Ионизирующие излучения -

это излучения, взаимодействия которых со средой приводит к образованию в этой среде ионов разных знаков.

Они подразделяются на корпускулярные и фотонные.

Корпускулярное излучение – это поток частиц с массой, отличной от нуля – электроны, позитроны, протоны, нейтроны и альфа-частицы.

Фотонное излучение – это электромагнитное излучение – гамма-излучение, характеристическое, тормозное, рентгеновское, аннигиляционное излучения.

Альфа-излучение – это поток альфа-частиц, ядер атомов гелия, испускаемых при радиоактивном альфа-распаде, а также при ядерных реакциях и превращениях. Альфа-частицы обладают сильной ионизирующей и незначительной проникающей способностью. Образуют от 10 до 254 тысяч пар ионов в 1 см³ воздуха. Длина пробега: в воздухе – 2 – 9 см; в биологической ткани – 0,02 – 0,06 мм. Задерживается листом бумаги, тканью одежды. Очень опасны при попадании внутрь организма с пищей или с вдыхаемым воздухом.

Бета-излучение – это поток электронов или позитронов, образующихся при бета-распаде. Проникающая способность в среднем в 100 раз больше, чем у альфа-частиц. Пробег в воздухе может достигать 3 м, в биологической ткани до 2 см. Ионизирующая способность значительно меньше, чем у альфа-частиц. Образуют в среднем 50 – 60 пар ионов в 1 см³ воздуха. Опасно для человека как при внутреннем, так и при внешнем облучении.

Протонное излучение – это поток протонов, составляющий основу космического излучение, имеет место при ядерных взрывах, занимает промежуточное положение по проникающей способности между альфа- и бета-излучением.

Нейтронное излучение – поток нейтронов, образующийся при ядерных взрывах, особенно нейтронных бомб, при работе ядерных реакторов, при спонтанном делении ядер тяжелых радиоактивных элементов. Как и протонное, занимает промежуточное положение. Действие зависит от начальной энергии нейтрона, которая может меняться в очень широких пределах (от 0,025 до 300 МэВ).

Гамма-излучение – электромагнитное излучение, возникающее в некоторых случаях альфа- и бета-распада, аннигиляции частиц, при возбуждении атомов и их ядер, торможении частиц в электрическом поле (частота – 10²⁰ – 10²² Гц). Высокая проникающая способность, пробег в воздухе составляет сотни и тысячи метров. Очень низкая ионизирующая способность – несколько пар ионов в 1 см³ воздуха. Часть излучения задерживается живой тканью и приносит вред, а часть – проходит, не принося вреда.

Тормозное излучение – фотонное излучение с непрерывным энергетическим спектром, испускаемое заряженной частицей при ее торможении электрическим полем. Воздействует аналогично гамма-излучению.

Характеристическое излучение - фотонное излучение с дискретным энергетическим спектром, испускаемое электроном возбужденного атома при его возвращении с более удаленной орбиты на свою орбиту. Действует как гамма-излучение.

Аннигиляционное излучение – фотонное излучение, возникающее при аннигиляции частицы и античастицы, например, электрона и позитрона. Действует как гамма-излучение.

Рентгенновское излучение – состоит из тормозного и характеристического излучения, генерируемого рентгеновскими аппаратами. Имеют малую энергию излучения (до 0,2 МэВ), менее опасны, чем гамма-излучение, используются для диагностики заболеваний человека.

Дозиметрические величины и единицы их измерения.

Экспозиционная доза фотонного излучения X:

X = Q/m или X = dQ/dm ,

где: Q – суммарный электрический заряд ионов одного знака, образованного излучением в некотором объеме воздуха;

m - масса этого объема воздуха.

Единицы измерения – Кл/кг (Кулон/кг) и Р ( Рентген)

1 Р = 0,285 Кл/кг.

Мощность экспозиционной зоны:

W = dX/dt, (Р/с, мкР/ч).

Величину экспозиционной дозы в данной точке пространства можно определить по формуле;

X = (A^. k_g ^. t)/R² ,

Где: А – активность источника ионизирующего излучения, мKu;

k_g – гамма-постоянная изотопа, Р ^. см² /(ч^. мKu);

t – время облучения, ч;

R – расстояние от источника излучения.

Поглощенная доза Д – количество энергии Е, поглощенное единицей массы вещества:

Д = dE/dm.

Единицы измерения – Гр (Грей) и рад.

1 Гр = 1 Дж/кг = 100 рад.

Эквивалентная доза H – поглощенная доза Д, умноженная на коэффициент качества излучения (весовой множитель) W_R , учитывающий более сильное воздействие на организм по сравнению с такой же поглощенной дозой рентгеновского излучения.

H = Д ^. W_R .

Единицы измерения – Зв (Зиверт) и бэр (биологический эквивалент рентгена).

1 Зв = 100 бэр.

Зиверт – единица эквивалентной дозы облучения любой природы, которая создает такой же биологический эффект, как и поглощенная доза в 1 Гр образцового рентгеновского излучения с энергией фотонов 200 кэВ.