Ionizirajoče sevanje (v nadaljevanju IR) je sevanje, katerega interakcija s snovjo povzroči ionizacijo atomov in molekul, tj. ta interakcija vodi do vzbujanja atoma in ločitve posameznih elektronov (negativno nabitih delcev) od atomskih lupin. Kot rezultat, prikrajšan za enega ali več elektronov, se atom spremeni v pozitivno nabit ion - pride do primarne ionizacije. AI vključuje elektromagnetno sevanje(gama sevanje) in tokovi nabitih in nevtralnih delcev - korpuskularno sevanje (alfa sevanje, beta sevanje in nevtronsko sevanje).

Alfa sevanje se nanaša na korpuskularno sevanje. To je tok težkih pozitivno nabitih delcev alfa (jedra atomov helija), ki nastanejo pri razpadu atomov težkih elementov, kot so uran, radij in torij. Ker so delci težki, se razpon alfa delcev v snovi (to je pot, po kateri povzročijo ionizacijo) izkaže za zelo kratek: stotinke milimetra v biološkem mediju, 2,5-8 cm v zraku. Tako lahko navaden list papirja ali zunanja odmrla plast kože ujame te delce.

Snovi, ki oddajajo delce alfa, pa so dolgožive. Zaradi vnosa takšnih snovi v telo s hrano, zrakom ali skozi rane se s krvnim obtokom prenašajo po telesu, odlagajo v organih, odgovornih za presnovo in zaščito telesa (na primer vranica oz. Bezgavke), kar povzroči notranje obsevanje telesa. Nevarnost takšnega notranjega obsevanja telesa je velika, saj ti alfa delci ustvarjajo zelo velika številka ionov (do več tisoč parov ionov na 1 mikronsko pot v tkivih). Ionizacija pa določa številne značilnosti tistih kemičnih reakcij, ki se pojavljajo v snovi, zlasti v živem tkivu (tvorba močnih oksidantov, prostega vodika in kisika itd.).

Beta sevanje(beta žarki ali tok beta delcev) se nanaša tudi na korpuskularni tip sevanja. To je tok elektronov (β-sevanje ali največkrat samo β-sevanje) ali pozitronov (β+ sevanje), ki se oddajajo med radioaktivnim beta razpadom jeder določenih atomov. Elektroni ali pozitroni nastanejo v jedru, ko se nevtron pretvori v proton oziroma proton v nevtron.

Elektroni so bistveno manjši od alfa delcev in lahko prodrejo 10-15 centimetrov globoko v snov (telo) (prim. stotinke milimetra za alfa delce). Pri prehodu skozi snov beta sevanje interagira z elektroni in jedri svojih atomov, pri čemer porabi svojo energijo za to in upočasnjuje gibanje, dokler se popolnoma ne ustavi. Zaradi teh lastnosti je za zaščito pred beta sevanjem dovolj, da imamo zaslon iz organskega stekla ustrezne debeline. Na teh lastnostih temelji uporaba beta sevanja v medicini za površinsko, intersticijsko in intrakavitarno obsevanje.

Nevtronsko sevanje- druga vrsta korpuskularnega tipa sevanja. Nevtronsko sevanje je tok nevtronov (elementarnih delcev, ki nimajo električnega naboja). Nevtroni nimajo ionizirajočega učinka, zelo pomemben ionizirajoči učinek pa nastane zaradi elastičnega in neelastičnega sipanja na jedrih snovi.

Snovi, obsevane z nevtroni, lahko pridobijo radioaktivne lastnosti, torej prejmejo tako imenovano inducirano radioaktivnost. Nevtronsko sevanje nastaja med delovanjem pospeševalnikov delcev, v jedrskih reaktorjih, industrijskih in laboratorijskih napravah, med jedrskimi eksplozijami itd. Nevtronsko sevanje ima največjo prodorno sposobnost. Najboljši materiali za zaščito pred nevtronskim sevanjem so materiali, ki vsebujejo vodik.

Gama žarki in rentgenski žarki spadajo med elektromagnetna sevanja.

Temeljna razlika med tema dvema vrstama sevanja je v mehanizmu njihovega nastanka. Rentgensko sevanje je ekstranuklearnega izvora, sevanje gama je produkt jedrskega razpada.

Rentgensko sevanje je leta 1895 odkril fizik Roentgen. To je nevidno sevanje, ki lahko prodre, čeprav različne stopnje, v vseh snoveh. Je elektromagnetno sevanje z valovno dolžino reda - od 10 -12 do 10 -7. Vir rentgenskih žarkov so rentgenska cev, nekateri radionuklidi (na primer sevalci beta), pospeševalci in naprave za shranjevanje elektronov (sinhrotronsko sevanje).

Rentgenska cev ima dve elektrodi - katodo in anodo (negativno in pozitivno elektrodo). Ko se katoda segreje, pride do emisije elektronov (pojav emisije elektronov s površine trdna ali tekočina). Elektroni, ki uhajajo iz katode, se pospešijo električno polje in zadenejo površino anode, kjer se močno upočasnijo, kar povzroči nastanek rentgenskega sevanja. Všeč mi je vidna svetloba, rentgensko sevanje povzroči črnjenje fotografskega filma. To je ena od njegovih lastnosti, temeljnih za medicino - da je prodorno sevanje in je zato mogoče z njegovo pomočjo osvetliti bolnika, in ker tkiva različne gostote različno absorbirajo rentgenske žarke – to lahko ugotovimo sami v zgodnji fazištevilne vrste bolezni notranjih organov.

Sevanje gama je znotrajjedrnega izvora. Nastane pri razpadu radioaktivnih jeder, prehodu jeder iz vzbujenega stanja v osnovno stanje, pri interakciji hitrih nabitih delcev s snovjo, anihilaciji parov elektron-pozitron itd.

Visoka prodorna moč sevanja gama je razložena z njegovo kratko valovno dolžino. Za oslabitev toka sevanja gama se uporabljajo snovi z velikim masnim številom (svinec, volfram, uran itd.) In različne sestave. visoka gostota(različni betoni s kovinskimi polnili).

Vrste ionizirajoče sevanje

Ionizirajoče sevanje (IR) - tokovi osnovnih delcev (elektronov, pozitronov, protonov, nevtronov) in kvantov elektromagnetna energija, katerega prehod skozi snov povzroči ionizacijo (nastanek nasprotno polarnih ionov) in vzbujanje njenih atomov in molekul. Ionizacija - preoblikovanje nevtralnih atomov ali molekul v električno nabite delce – ione.bII dosežejo Zemljo v obliki kozmičnih žarkov, nastanejo kot posledica radioaktivnega razpada atomskih jeder (απ β-delci, γ- in rentgenski žarki), nastajajo umetno pri pospeševalnikih nabitih delcev. Praktično zanimive so najpogostejše vrste IR - tokovi a- in β-delcev, γ-sevanje, rentgenski žarki in nevtronski tokovi.

Alfa sevanje(a) – tok pozitivno nabitih delcev – helijeva jedra. Trenutno je znanih več kot 120 umetnih in naravnih alfa radioaktivnih jeder, ki ob oddaji alfa delca izgubijo 2 protona in 2 nevtrona. Hitrost delcev med razpadom je 20 tisoč km/s. Hkrati imajo α-delci najmanjšo prodorno sposobnost, njihova dolžina poti (razdalja od vira do absorpcije) v telesu je 0,05 mm, v zraku - 8–10 cm, ne morejo niti skozi list papirja , vendar je gostota ionizacije na enoto Razpon zelo velik (za 1 cm do več deset tisoč parov), zato imajo ti delci največjo ionizacijsko sposobnost in so nevarni znotraj telesa.

Beta sevanje(β) – tok negativno nabitih delcev. Trenutno je znanih približno 900 beta radioaktivnih izotopov. Masa β-delcev je nekaj desettisočkrat manjša od mase α-delcev, vendar imajo večjo prodorno moč. Njihova hitrost je 200–300 tisoč km/s. Dolžina poti toka od vira v zraku je 1800 cm, v človeškem tkivu - 2,5 cm, β-delci se popolnoma zadržijo trdi materiali(3,5 mm aluminijasta plošča, organsko steklo); njihova ionizacijska sposobnost je 1000-krat manjša kot pri delcih α.

Gama sevanje(γ) – elektromagnetno sevanje z valovno dolžino od 1 · 10 -7 m do 1 · 10 -14 m; ki se oddaja, ko se hitri elektroni v snovi upočasnijo. Nastane pri razpadu večine radioaktivnih snovi in ​​ima veliko prodorno moč; potuje s svetlobno hitrostjo. V električnih in magnetna poljaγ-žarki se ne odklanjajo. To sevanje ima manjšo ionizacijsko sposobnost kot a- in beta-sevanje, saj je gostota ionizacije na dolžinsko enoto zelo nizka.

Rentgensko sevanje lahko dobimo v posebnih rentgenskih ceveh, v pospeševalnikih elektronov, pri upočasnjevanju hitrih elektronov v snovi in ​​pri prehodu elektronov iz zunanjih elektronskih lupin atoma v notranje, ko nastajajo ioni. rentgenski žarki imajo, tako kot γ-sevanje, nizko ionizirajočo sposobnost, vendar veliko globino prodiranja.

Nevtroni - elementarni delci atomskega jedra je njihova masa 4-krat manjša od mase α-delcev. Njihova življenjska doba je približno 16 minut. Nevtroni nimajo električnega naboja. Dolžina poti počasnih nevtronov v zraku je približno 15 m biološko okolje– 3 cm; za hitre nevtrone - 120 m in 10 cm, slednji imajo visoko prodorno sposobnost in predstavljajo največ velika nevarnost.

Obstajata dve vrsti ionizirajočega sevanja:

Korpuskularna, sestavljena iz delcev z maso mirovanja, različno od nič (α-, β– in nevtronsko sevanje);

Elektromagnetno (γ- in rentgensko sevanje) – z zelo kratko valovno dolžino.

Za oceno vpliva ionizirajočega sevanja na katere koli snovi in ​​žive organizme se uporabljajo posebne količine - doze sevanja. Glavna značilnost interakcije ionizirajočega sevanja in okolja je ionizacijski učinek. V začetnem obdobju razvoja dozimetrije sevanja je bilo najpogosteje treba obravnavati rentgensko sevanje, ki se širi v zraku. Zato je bila za kvantitativno merilo sevalnega polja uporabljena stopnja ionizacije zraka v rentgenskih ceveh ali napravah. Kvantitativno merilo, ki temelji na količini ionizacije suhega zraka pri normalnem stanju zračni tlak, ki jo je dokaj enostavno izmeriti, imenujemo doza izpostavljenosti.

Odmerek izpostavljenosti določa ionizacijsko sposobnost rentgenskih in γ-žarkov ter izraža energijo sevanja, pretvorjeno v kinetično energijo nabitih delcev na enoto mase atmosferski zrak. Doza izpostavljenosti je razmerje med skupnim nabojem vseh ionov istega predznaka v elementarni prostornini zraka in maso zraka v tej prostornini. Enota SI za dozo izpostavljenosti je kulon, deljen s kilogrami (C/kg). Nesistemska enota je rentgen (R). 1 C/kg = 3880 R. Pri razširitvi kroga znane vrste ionizirajočega sevanja in področij njegove uporabe, se je izkazalo, da mere vpliva ionizirajočega sevanja na snov ni mogoče zlahka določiti zaradi kompleksnosti in raznolikosti procesov, ki pri tem potekajo. Najpomembnejši med njimi, ki povzroča fizikalne in kemične spremembe v obsevani snovi in ​​vodi do določenega sevalnega učinka, je absorpcija energije ionizirajočega sevanja s snovjo. Posledično se je pojavil koncept absorbirane doze.

Absorbirana doza prikazuje, koliko energije sevanja se absorbira na enoto mase katere koli obsevane snovi, in je določeno z razmerjem med absorbirano energijo ionizirajočega sevanja in maso snovi. Merska enota absorbirane doze v sistemu SI je gray (Gy). 1 Gy je doza, pri kateri se 1 J energije ionizirajočega sevanja prenese na maso 1 kg Zunajsistemska enota absorbirane doze je rad. 1 Gy = 100 rad. Študija posameznih posledic obsevanja živih tkiv je pokazala, da pri enakih absorbiranih dozah različne vrste Sevanje povzroča različne biološke učinke na telo. To je posledica dejstva, da težji delec (na primer proton) proizvede več ionov na enoto poti v tkivu kot lažji delec (na primer elektron). Pri enaki absorbirani dozi, višji kot je radiobiološki destruktivni učinek, gostejša je ionizacija, ki jo ustvari sevanje. Da bi upoštevali ta učinek, je bil uveden koncept ekvivalentne doze.

Enakovreden odmerek se izračuna tako, da se vrednost absorbirane doze pomnoži s posebnim koeficientom – koeficientom relativne biološke učinkovitosti (RBE) ali koeficientom kakovosti. Vrednosti koeficientov za različne vrste sevanja so podane v tabeli. 7.

Tabela 7

Koeficient relativne biološke učinkovitosti za različne vrste sevanja

Enota SI za ekvivalent doze je sievert (Sv). Vrednost 1 Sv je enaka ekvivalentni dozi katere koli vrste sevanja, ki se absorbira v 1 kg biološkega tkiva in ustvari enak biološki učinek kot absorbirana doza 1 Gy fotonskega sevanja. Nesistemska merska enota ekvivalentne doze je rem (biološki ekvivalent rad). 1 Sv = 100 rem. Nekateri človeški organi in tkiva so bolj občutljivi na učinke sevanja kot drugi: pri enakem ekvivalentnem odmerku je na primer večja verjetnost, da se bo rak pojavil v pljučih kot v Ščitnica, še posebej nevarno pa je obsevanje spolnih žlez zaradi nevarnosti genetske okvare. Zato doze sevanja različne organe in tkiva je treba upoštevati z različnimi koeficienti, ki se imenujejo koeficient tveganja sevanja. Če vrednost ekvivalentne doze pomnožimo z ustreznim koeficientom tveganja sevanja in seštejemo po vseh tkivih in organih, dobimo učinkovit odmerek, odraža celoten učinek na telo. Ponderirane koeficiente določimo empirično in izračunamo tako, da je njihova vsota za celoten organizem enota. Enote učinkovit odmerek sovpadajo z merskimi enotami ekvivalentne doze. Meri se tudi v sivertih ali remih.

Uvod…………………………………………………………………………………..3

1. Vrste sevanja………………………………………………………………….5

2. Predpisi o varstvu pred sevanji…………………………………10

3. Glavne meje odmerka ............................................. .................................................................13

4. Dovoljene in nadzorovane ravni izpostavljenosti……………………………18

Zaključek…………………………………………………………………………………….26

Seznam uporabljenih virov…………………………………………….28

UVOD

Med vprašanji znanstvenega interesa le redka pritegnejo tako nenehno pozornost javnosti in povzročajo toliko polemik kot vprašanje učinkov sevanja na človeka in okolju.

Na žalost zanesljive znanstvene informacije o tem vprašanju zelo pogosto ne dosežejo prebivalstva, ki zato uporablja vse vrste govoric. Argumenti nasprotnikov jedrske energije prepogosto temeljijo zgolj na občutkih in čustvih, prav tako se pogosto govori zagovornikov njenega razvoja spustijo na slabo utemeljena pomirjujoča zagotovila.

Znanstveni odbor ZN za vplive atomskega sevanja zbira in analizira vse razpoložljive podatke o virih sevanja in njegovih učinkih na ljudi in okolje. Proučuje široko paleto naravnih in umetnih virov sevanja, njegove ugotovitve pa utegnejo presenetiti tudi tiste, ki pozorno spremljajo javni diskurz o tej temi.

Sevanje je res smrtonosno. pri velikih odmerkih povzroča hude poškodbe tkiva, v manjših primerih pa lahko povzroči raka in genetske okvare, ki se lahko pojavijo pri otrocih in vnukih izpostavljenega sevanju ali pri njegovih daljnih potomcih.

Toda za večino prebivalstva najnevarnejši viri sevanja niso tisti, o katerih se največ govori. Največji odmerek, ki ga oseba prejme od naravni viri sevanje. Sevanje, povezano z razvojem jedrske energije, je le majhen del sevanja, ki ga ustvarja človekova dejavnost; Bistveno večje doze prejmemo od drugih oblik te dejavnosti, ki povzročajo veliko manj kritike, na primer od uporabe rentgenskih žarkov v medicini. Poleg tega lahko oblike dnevne dejavnosti, kot sta kurjenje premoga in uporaba zračnega prevoza, zlasti stalna izpostavljenost dobro zaprtim prostorom, vodijo do znatnega povečanja ravni izpostavljenosti zaradi naravnega sevanja. Največje rezerve za zmanjševanje sevalne obremenjenosti prebivalstva so prav v takih »nespornih« oblikah človekovega delovanja.

To delo zajema različne vrste sevanja, tako iz naravnih kot umetnih virov, ki vplivajo na ljudi in okolje, zagotavlja regulativne vire informacij o sevalni varnosti, mejne doze izpostavljenosti ter njihove dopustne in nadzorovane ravni.

VRSTE SEVANJA

Prodorno sevanje predstavlja veliko nevarnost za zdravje in življenje ljudi. V velikih odmerkih povzroča resne poškodbe telesnih tkiv, razvije se akutna radiacijska bolezen, v majhnih odmerkih povzroča raka in izzove genetske okvare. V naravi obstaja vrsta elementov, katerih atomska jedra se spreminjajo v jedra drugih elementov. Te transformacije spremlja sevanje – radioaktivnost. Ionizirajoče sevanje je tok elementarnih delcev in kvantov elektromagnetnega sevanja, ki lahko povzročijo ionizacijo atomov in molekul medija, v katerem se širijo.

Različne vrste sevanja spremljajo sproščanje različnih količin energije in imajo različne prodorne sposobnosti, zato imajo različne učinke na tkiva živega organizma (slika 1). Alfa sevanje, ki je tok težkih delcev, sestavljenih iz nevtronov in protonov, blokira na primer list papirja in praktično ne more prodreti skozi zunanjo plast kože, ki jo tvorijo odmrle celice. Zato ne predstavlja nevarnosti, dokler radioaktivne snovi, ki oddajajo α-delce, ne pridejo v telo skozi odprto rano, s hrano ali z vdihanim zrakom; takrat postanejo izjemno nevarni. Beta sevanje ima večjo prodorno moč: prodre v telesno tkivo do globine enega do dveh centimetrov. Prodorna moč sevanja gama, ki potuje s svetlobno hitrostjo, je zelo velika: zaustavi ga lahko le debela svinčena ali betonska plošča. Zaradi zelo velike prodorne moči predstavlja sevanje gama veliko nevarnost za človeka. Posebnost ionizirajočega sevanja je, da človek začne čutiti njegove učinke šele po preteku določenega časa.

riž. 1. Tri vrste sevanja in njihova prodorna sposobnost

Viri sevanja so lahko naravni, prisotni v naravi in ​​neodvisni od človeka.

Prebivalci sveta so večinoma izpostavljeni naravnim virom sevanja (slika 2).

riž. 2. Povprečne letne efektivne ekvivalentne doze sevanja iz naravnih in umetnih virov sevanja (številke označujejo dozo v milisivertih)

Večina jih je takih, da se je absolutno nemogoče izogniti izpostavljenosti sevanju zaradi njih. Skozi zgodovino Zemlje različni tipi sevanje pade na površje Zemlje iz vesolja in izvira iz radioaktivnih snovi, ki se nahajajo v zemeljska skorja. Človek je izpostavljen sevanju na dva načina. Radioaktivne snovi so lahko zunaj telesa in ga obsevajo od zunaj; v tem primeru govorimo o zunanjem obsevanju. Lahko pa končajo v zraku, ki ga človek diha, v hrani ali vodi in vstopijo v telo. Ta metoda obsevanja se imenuje interna.

Vsak prebivalec Zemlje je izpostavljen sevanju iz naravnih virov sevanja, vendar nekateri prejmejo večje doze kot drugi. To je deloma odvisno od tega, kje živijo. Raven sevanja ponekod na zemeljski obli, kjer se pojavljajo predvsem radioaktivne kamnine, se izkaže za bistveno višjo od povprečja, drugje pa je ustrezno nižja. Doza sevanja je odvisna tudi od življenjskega sloga ljudi. Uporaba določenih gradbenih materialov, uporaba plina za kuhanje, odprti žari na oglje, tesnjenje prostorov in celo letenje z letali povečujejo izpostavljenost zaradi naravnih virov sevanja.

Zemeljski viri sevanja so skupno odgovorni za večino izpostavljenosti, ki so ji ljudje izpostavljeni zaradi naravnega sevanja. V povprečju zagotavljajo več kot 5/6 letne efektivne ekvivalentne doze, ki jo prejme prebivalstvo, predvsem zaradi notranje izpostavljenosti. Ostalo prispevajo kozmični žarki, predvsem z zunanjim obsevanjem (slika 3).

riž. 3. Povprečne letne efektivne ekvivalentne doze sevanja iz naravnih virov sevanja (številke označujejo dozo v milisivertih)

Po nekaterih podatkih znaša povprečna efektivna ekvivalentna doza zunanjega sevanja, ki ga človek letno prejme od zemeljskih virov naravnega sevanja, približno 350 mikrosivertov, tj. nekoliko več od povprečne individualne doze sevanja zaradi sevanja ozadja, ki ga ustvarjajo kozmični žarki na morski gladini.

V povprečju približno 2/3 efektivne ekvivalentne doze sevanja, ki jo človek prejme iz naravnih virov sevanja, izvira iz radioaktivnih snovi, ki pridejo v telo s hrano, vodo in zrakom.

Ugotovljeno je, da je od vseh naravnih virov sevanja največja nevarnost radon, težak plin brez barve in vonja. Iz zemeljske skorje se sprošča povsod, vendar se njegova koncentracija v zunanjem zraku na različnih točkah močno razlikuje Globus. Človek prejme glavno sevanje iz radona, ko je v v zaprtih prostorih. Radon se koncentrira v zraku notranjih prostorov le, če so dovolj izolirani od zunanjega okolja. Radon, ki pronica skozi temelje in tla iz tal ali, redkeje, iz gradbenih materialov, se kopiči v zaprtih prostorih. Najpogostejši gradbeni materiali – les, opeka in beton – oddajajo relativno malo radona. Veliko večjo specifično radioaktivnost imajo granit, plovec, izdelki iz surovin iz aluminijevega oksida in fosfogips.

Drug vir vstopa radona v stanovanjske prostore sta voda in zemeljski plin. Koncentracija radona v običajno uporabljeni vodi je izjemno nizka, vendar voda iz globokih ali arteških vodnjakov vsebuje zelo visoke ravni radona. Vendar glavna nevarnost ne izvira iz pitja, tudi pri visoki ravni radona. Ponavadi ljudje uporabljajo kuhana voda ali v obliki toplih napitkov, pri kuhanju pa radon skoraj popolnoma izhlapi. Največjo nevarnost predstavlja vdor vodne pare iz visoka vsebnost radon v pljuča skupaj z vdihanim zrakom, kar se najpogosteje zgodi v kopalnici ali parni sobi. Radon vstopa v zemeljski plin pod zemljo. Zaradi predobdelave in med skladiščenjem plina, preden pride do potrošnika, večina radona izhlapi, vendar se koncentracija radona lahko poveča, če štedilniki nimajo nape. Posledično je radon še posebej nevaren pri nizkih stavbah s skrbno zaprtimi prostori (za zadrževanje toplote) in pri uporabi glinice kot dodatka gradbenim materialom.

Druge vire sevanja, ki predstavljajo nevarnost, na žalost ustvarja človek sam. Sevanje se trenutno zelo uporablja na različnih področjih: v medicini, industriji, kmetijstvu, kemiji, znanosti itd. Viri umetnega sevanja so umetni radionuklidi, ustvarjeni s pomočjo jedrskih reaktorjev in pospeševalnikov, žarek nevtronov in nabiti delci. Imenujejo se umetni viri ionizirajočega sevanja. Vse dejavnosti v zvezi s proizvodnjo in uporabo umetnih sevanj so strogo nadzorovane. Po vplivu na človeško telo še posebej izstopajo preizkusi jedrskega orožja v atmosferi, nesreče v jedrskih elektrarnah in jedrskih reaktorjih ter rezultati njihovega dela, ki se kažejo v radioaktivnih padavinah in radioaktivnih odpadkih. Ko pride do radioaktivnih padavin na nekaterih območjih Zemlje, lahko sevanje pride v človeško telo neposredno s kmetijskimi proizvodi in hrano.

Pomembna lastnost radioaktivnosti je ionizirajoče sevanje. Nevarnost tega pojava za živi organizem so raziskovalci odkrili že od samega začetka odkritja radioaktivnosti. Tako sta A. Becquerel in M. Curie-Sklodowska, ki sta proučevala lastnosti radioaktivnih elementov, prejela hude kožne opekline zaradi sevanja radija.

Ionizirajoče sevanje je vsako sevanje, katerega interakcija z medijem povzroči nastanek električnih nabojev različnih predznakov. Ločimo naslednje vrste ionizirajočega sevanja: α-, β-sevanje, fotonsko in nevtronsko sevanje. Ultravijolično sevanje in vidni del svetlobnega spektra ne uvrščamo med ionizirajoče sevanje. Zgornje vrste sevanja imajo različne prodorne moči (slika 3.6), odvisno od nosilca in energije sevanja.

Energija sevanja se meri v elektronvoltih (eV). Energija, ki jo elektron pridobi pri gibanju v pospeševalnem električnem polju s potencialno razliko 1 V, se šteje za 1 eV. V praksi se pogosteje uporabljajo decimalni večkratniki: kiloelektron-volt (1 keV = 103 eV) in megaelektronvolt (1 MeV = 10 eV). Razmerje med elektronvoltom in sistemsko enoto energije J je podano z izrazom: 1 eV = 1,6 10 -19 J.

Alfa sevanje (α-sevanje) je ionizirajoče sevanje, ki je tok razmeroma težkih delcev (helijeva jedra, sestavljena iz dveh protonov in dveh nevtronov), ki se oddajajo med jedrskimi transformacijami. Energija delcev α je reda velikosti nekaj megaelektron voltov in se razlikuje za različne radionuklide. V tem primeru nekateri radionuklidi oddajajo α-delce več energij.

Za to vrsto sevanja, ki ima kratko pot delcev, je značilna šibka prodorna sposobnost, ki jo zadrži celo kos papirja. Na primer, doseg alfa delcev z energijo 4 MeV v zraku je 2,5 cm, v biološkem tkivu pa le 31 mikronov. Sevanje praktično ne more prodreti skozi zunanjo plast kože, ki jo tvorijo odmrle celice. Zato alfa sevanje ni nevarno, dokler radioaktivne snovi, ki oddajajo alfa delce, ne pridejo v telo po dihalih, prebavilih oz. odprte rane in opeklinske površine. Stopnja nevarnosti radioaktivne snovi je odvisna od energije delcev, ki jih oddaja. Ker je ionizacijska energija enega atoma nekaj do deset elektronvoltov, lahko vsak delec α ionizira do 100.000 molekul v telesu.

Beta sevanje je tok β-delcev (elektronov in pozitronov), ki imajo večjo prodorno moč v primerjavi z α-sevanjem. Emitirani delci imajo zvezen energijski spekter, porazdeljen v energiji od nič do določene največja vrednost, značilnost danega radionuklida. Največja energija β spektra različnih radionuklidov je v območju od nekaj keV do nekaj MeV.

Domet β-delcev v zraku lahko doseže več metrov, v biološkem tkivu pa več centimetrov. Tako je doseg elektronov z energijo 4 MeV v zraku 17,8 m, v biološkem tkivu pa 2,6 cm, vendar jih zlahka zadrži tanka pločevina. Tako kot viri α-sevanja so tudi β-aktivni radionuklidi nevarnejši pri zaužitju.

Fotonsko sevanje vključuje rentgenske žarke in sevanje gama (žarki γ). Po radioaktivnem razpadu se atomsko jedro končnega produkta pogosto pojavi v vzbujenem stanju. Prehod jedra iz tega stanja na nižjo energijsko raven (v normalno stanje) se zgodi z emisijo kvantov gama. Tako je γ-sevanje intranuklearnega izvora in je precej trdo elektromagnetno sevanje z valovno dolžino 10 -8 -10 -11 nm.

Energija kvanta sevanja γ E (v eV) je povezana z valovno dolžino z razmerjem

kjer je λ izražen v nanometrih (1 nm = 10 -9 m).

Žarki γ, ki se širijo s svetlobno hitrostjo, imajo visoko prodorno sposobnost, veliko večjo kot delci α in β. Ustavi jih le debela svinčena ali betonska plošča. Višja kot je energija γ-sevanja in s tem krajša njegova valovna dolžina, večja je prodorna sposobnost. Običajno je energija gama žarkov v območju od nekaj keV do nekaj MeV.

Rentgenski žarki so za razliko od žarkov γ atomskega izvora, nastajajo v vzbujenih atomih pri prehodu elektronov iz oddaljenih orbit v orbite bližje jedru ali pa nastanejo pri upočasnitvi nabitih delcev v snovi. V skladu s tem ima prvi diskretni energijski spekter in se imenuje karakteristični, drugi pa zvezni spekter in se imenuje zavorno sevanje. Razpon energije rentgenskih žarkov je od stotin elektronvoltov do deset kiloelektronvoltov. Kljub različnemu izvoru teh sevanj je njihova narava enaka, zato rentgensko in γ-sevanje imenujemo fotonsko sevanje.

Pod vplivom fotonskega sevanja je obsevano celotno telo. Je glavni škodljiv dejavnik, ko je telo izpostavljeno sevanju iz zunanjih virov.

Nevtronsko sevanje nastane med cepitvijo težkih jeder in drugimi jedrskimi reakcijami. Viri nevtronskega sevanja v jedrskih elektrarnah so jedrski reaktorji, v katerih je gostota nevtronskega toka 10 10 –10 14 nevtronov/(cm s); izotopski viri, ki vsebujejo naravne ali umetne radionuklide, pomešane s snovjo, ki oddaja nevtrone pod vplivom obstreljevanja s svojimi α-delci ali γ-kvanti. Takšni viri se uporabljajo za kalibracijo nadzorne in merilne opreme. Proizvajajo tokove reda velikosti 10 7 –10 8 nevtronov/s.

Glede na energijo so nevtroni razdeljeni na naslednje vrste: počasni ali toplotni (s povprečno energijo ~ 0,025 eV); resonančni (z energijo do 0,5 keV); vmesni (z energijo od 0,5 keV do 0,5 MeV); hitro (z energijo od 0,5 do 20 MeV); ultra hitri (z energijo nad 20 MeV).

Pri interakciji nevtronov s snovjo opazimo dve vrsti procesov: sipanje nevtronov in jedrske reakcije, vključno s prisilno cepitvijo težkih jeder. Prav s slednjim tipom interakcij je povezan pojav verižne reakcije, ki se pojavi med atomsko eksplozijo (neobvladljiva verižna reakcija) in v jedrskih reaktorjih (nadzorovana verižna reakcija) in spremlja sproščanje ogromnih količin energije.

Prodorna moč nevtronskega sevanja je primerljiva z γ sevanjem. Toplotne nevtrone učinkovito absorbirajo materiali, ki vsebujejo bor, grafit, svinec, litij, gadolinij in nekatere druge snovi; Hitre nevtrone učinkovito upočasnijo parafin, voda, beton itd.

Osnovni pojmi dozimetrije. Ima različne prodorne sposobnosti, ionizirajoče sevanje različne vrste imajo različne učinke na tkiva živega organizma. V tem primeru bo večja škoda, ki jo povzroči sevanje, večja bo energija, ki vpliva na biološki objekt. Količina energije, ki se prenese v telo med izpostavljenostjo ionizaciji, se imenuje odmerek.

Fizična osnova odmerka ionizirajočega sevanja je transformacija energije sevanja v procesu njegove interakcije z atomi ali njihovimi jedri, elektroni in molekulami obsevanega medija, zaradi česar del te energije absorbira snov. Absorbirana energija je temeljni vzrok za procese, ki vodijo do opazovanih učinkov sevanja, zato so dozimetrične količine povezane z absorbirano energijo sevanja.

Dozo sevanja lahko prejmemo iz katerega koli radionuklida ali iz njihove mešanice, ne glede na to, ali so zunaj telesa ali v njem zaradi izpostavljenosti hrani, vodi ali zraku. Doze se izračunavajo različno glede na velikost obsevanega območja in lokacijo, ali je bila izpostavljena ena oseba ali skupina ljudi in kako dolgo.

Količina absorbirane energije na enoto mase obsevanega organizma se imenuje absorbirana doza in se meri v enotah SI v greih (Gy). Enota za gray je joul, deljen s kilogramom mase (J/kg). Vendar pa vrednost absorbirane doze ne upošteva dejstva, da sta pri enaki absorbirani dozi α-sevanje in nevtronsko sevanje veliko nevarnejša od β-sevanja ali γ-sevanja. Zato je treba za natančnejšo oceno stopnje poškodbe telesa absorbirano dozo povečati za določen koeficient, ki odraža sposobnost sevanja določene vrste za škodo. bioloških predmetov. Ta faktor se imenuje utežni faktor sevanja. Njegova vrednost za sevanje β in γ je enaka 1, za sevanje α - 20, za nevtronsko sevanje se giblje v območju 5–20, odvisno od energije nevtronov.

Tako preračunana doza se imenuje ekvivalentna doza, ki se v sistemu SI meri v sivertih (Sv). Dimenzija siverta je enaka kot gray – J/kg. Prejeta doza na časovno enoto je v sistemu SI razvrščena kot hitrost doze in ima dimenzijo Gy/s ali Sv/s. V sistemu SI je dovoljena uporaba nesistemskih časovnih enot, kot so ura, dan, leto, zato se pri izračunu doz uporabljajo dimenzije Sv/h, Sv/dan, Sv/leto.

Doslej se v geofiziki, geologiji in deloma v radioekologiji uporablja nesistemska dozna enota - rentgen. Ta vrednost je bila uvedena na začetku atomske dobe (leta 1928) in je bila uporabljena za merjenje odmerka izpostavljenosti. X-žarki so enaki odmerku γ-sevanja, ki ustvari v enem kubičnem centimetru suhega zraka skupni naboj ionov, ki je enak eni enoti električnega naboja. Pri merjenju ekspozicijske doze γ-sevanja v zraku se uporablja razmerje med rentgenskimi žarki in sivino: 1 P = 8,77 mJ/kg ali 8,77 mGy. V skladu s tem je 1 Gy = 114 R.

V dozimetriji je ohranjena še ena zunajsistemska enota - rad, enak absorbirani dozi sevanja, pri kateri 1 kg obsevane snovi absorbira energijo, ki je enaka 0,01 J. V skladu s tem je I rad = 100 erg / g = 0,01 Gy. . Ta enota trenutno ni več v uporabi.

Pri izračunu doz, ki jih telo prejme, je treba upoštevati, da so nekateri deli telesa (organi, tkiva) bolj občutljivi na sevanje kot drugi. Predvsem pri enakem ekvivalentnem odmerku je večja verjetnost poškodbe pljuč kot npr. Ščitnica. Interna

Ruska komisija za varstvo pred sevanjem (ICRP) je razvila pretvorbene faktorje, ki se priporočajo za uporabo pri ocenjevanju doze sevanja na različne človeške organe in biološka tkiva (slika 3.7).

Po pomnožitvi vrednosti ekvivalentnega odmerka za tega telesa z ustreznim koeficientom in njegovim seštevanjem po vseh organih in tkivih dobimo efektivno ekvivalentno dozo, ki odraža skupni učinek sevanja na telo. Tudi ta odmerek se meri v sivertih. Opisani koncept odmerka označuje samo individualno prejete odmerke.

Kadar je treba proučiti vplive sevanja na skupino ljudi, se uporablja koncept kolektivne efektivne ekvivalentne doze, ki je enak vsoti individualnih efektivnih ekvivalentnih doz in se meri v man-sivertih (človek-Sv).

Ker številni radionuklidi razpadajo zelo počasi in bodo v daljni prihodnosti vplivali na prebivalstvo, bodo še mnoge generacije ljudi, ki živijo na planetu, prejemale skupno efektivno ekvivalentno dozo iz takih virov. Za oceno navedene doze je bil uveden koncept pričakovane (skupne) kolektivne efektivne ekvivalentne doze, ki omogoča napovedovanje škode za skupino ljudi zaradi delovanja stalnih virov sevanja. Zaradi jasnosti je sistem konceptov, opisan zgoraj, prikazan na sl. 3.8.

Beta, gama.

Kako nastanejo?

Vse zgoraj navedene vrste sevanja nastajajo v procesu razpada izotopov preproste snovi. Atomi vseh elementov so sestavljeni iz jedra in elektronov, ki krožijo okoli njega. Jedro je stotisočkrat manjše od celotnega atoma, vendar je zaradi izjemno velike gostote njegova masa skoraj enaka skupni masi celotnega atoma. Jedro vsebuje pozitivno nabite delce – protone in nevtrone, ki nimajo električnega naboja. Oba sta med seboj zelo tesno povezana. Število protonov v jedru določa, kateri atom pripada, na primer, 1 proton v jedru je vodik, 8 protonov je kisik, 92 protonov je uran. v atomu ustreza številu protonov v njegovem jedru. Vsak elektron ima negativen električni naboj, ki je enak naboju protona, zato je atom kot celota nevtralen.

Tisti atomi, ki imajo jedra enaka po številu protonov, a različna po številu nevtronov, so različice enega kemična snov in se imenujejo njegovi izotopi. Da bi jih nekako razlikovali, je simbolu, ki označuje element, dodeljena številka, ki je vsota vseh delcev, ki se nahajajo v jedru tega izotopa. Na primer, jedro elementa urana-238 vključuje 92 protonov in 146 nevtronov, uran-235 pa ima tudi 92 protonov, vendar je nevtronov že 143. Večina izotopov je nestabilnih. Na primer, uran-238, katerega vezi med protoni in nevtroni v jedru so zelo šibke in prej ali slej se bo od njega ločila kompaktna skupina, sestavljena iz para nevtronov in para protonov, ki bo spremenila uran-238 v drugo element - torij-234, tudi nestabilen element, katerega jedro vsebuje 144 nevtronov in 90 protonov. Njegov razpad bo nadaljeval verigo transformacij, ki se bodo končale z nastankom atoma svinca. Med vsakim od teh razpadov se sprosti energija, ki povzroči različne vrste

Če poenostavimo situacijo, lahko nastanek različnih tipov opišemo takole: jedro oddaja jedro, ki je sestavljeno iz para nevtronov in para protonov, žarki beta izvirajo iz elektrona. In obstajajo situacije, v katerih je izotop tako vzburjen, da ga izhod delca ne stabilizira popolnoma, nato pa v enem delu odloži odvečno čisto energijo, ta proces se imenuje sevanje gama. Vrste sevanja, kot so žarki gama in podobni rentgenski žarki, nastanejo brez emisije materialnih delcev. Čas, ki je potreben, da razpade polovica vseh atomov katerega koli določenega izotopa v katerem koli radioaktivnem viru, se imenuje razpolovna doba. Proces atomskih transformacij je neprekinjen, njegovo aktivnost pa ocenjujemo s številom razpadov, ki se zgodijo v eni sekundi in se meri v bekerelu (1 atom na sekundo).

Za različne vrste sevanja je značilno sproščanje različnih količin energije, različna pa je tudi njihova prodorna sposobnost, zato različno delujejo tudi na tkiva živih organizmov.

Alfa sevanje, ki je tok težkih delcev, lahko ujame celo kos papirja, ne more prodreti skozi plast odmrlih epidermalnih celic. Ni nevarno, dokler snovi, ki oddajajo alfa delce, ne pridejo v telo skozi rane ali s hrano in/ali vdihanim zrakom. Takrat bodo postali izjemno nevarni.

Beta sevanje lahko prodre 1-2 centimetra v tkiva živega organizma.

Najnevarnejši so žarki gama, ki potujejo s svetlobno hitrostjo in jih lahko zaustavi le debela svinčena ali betonska plošča.

Vse vrste sevanja lahko poškodujejo živ organizem in večja kot je škoda, več energije se je preneslo v tkiva.

V primeru različnih nesreč v jedrskih objektih in med vojaškimi operacijami z uporabo jedrskega orožja je pomembno, da škodljive dejavnike, ki vplivajo na telo, obravnavamo celovito. Različne vrste elektromagnetnega sevanja imajo poleg očitnih fizičnih učinkov tudi škodljiv učinek na človeka.