Іонізуючу дію радіоактивного випромінювання. Природний радіоактивний фон »storinka.click

При роботі на ядерних установках і з радіоактивними препаратами, що використовуються в різних областях науки і техніки (дефектоскопія в машинобудуванні, радіоактивні прилади для контролю товщини, рівня рідини, променеві датчики, пристрої для автоматизації виробничих процесів, застосування випромінювань в медицині, видобуток і переробка уранових руд і т. п.), людина піддається зовнішньому радіоактивного опромінення.

До відомих вам видам іонізуючого випромінювання (а-, | 3- і у-випромінювання, рентгенівські промені) належать потоки нейтронів, протонів і т. П. Коли випромінювання проходить через речовину, атоми і молекули, з яких воно складається, іонізуються. Внаслідок порушення молекул в живому організмі, їх функції можуть порушуватися. У разі іонізації атомів живої клітини вона пошкоджується. Електрони, що входять до складу атомів або молекул середовища, відриваються від них і можуть переміщатися по всьому речовині. Наприклад, при опроміненні збільшується ступінь дисоціації молекул води на іони Гідрогену і гідроксид-іони.

Іони і радикали, що утворюються в тканинах організму під дією випромінювання, починають взаємодіяти з іншими молекулами. Продукти вторинних реакцій, в свою чергу, реагують з новими молекулами, внаслідок чого склад речовин в тканинах змінюється. Склад сполук, що регулюють діяльність організму, змінюється, і в залежності від інтенсивності опромінення можуть виникнути так звані променева хвороба, ракові пухлини, лейкемія (білокрів'я) і т. П.

Нейтрони безпосередньо іонізації не викликають, але, вступаючи в реакцію з різними тканинами тіла людини, спричиняють виникнення вторинного іонізуючого випромінювання.

Будь-які зміни в опроміненому об'єкті, викликані іонізуючим випромінюванням, називають радіаційно індукованих ефектом.

Залежно від рівня біологічної організації живої речовини радіобіології розрізняють наступні види биоповреждений іонізуючим випромінюванням: молекулярний - пошкодження молекул ДНК, РНК, ферментів; негативний вплив на процеси обміну; субклітинний - пошкодження біомембран і складових елементів клітин; клітинний - гальмування і припинення поділу клітин і часткове перетворення їх в злоякісні; тканинний - пошкодження найбільш чутливих тканин і органів (наприклад, червоний кістковий мозок); організменний -заметное скорочення тривалості життя або швидка загибель організму; популяційний - зміна генетичних характеристик у окремих індивідів.

Для кількісної характеристики дії іонізуючого випромінювання на навколишнє середовище введені такі фізичні величини і їх одиниці.

Основну фізичну величину, що характеризує радіоактивне джерело, називають активністю А:

де N - число радіоактивних розпадів; t - час розпаду. В СІ за одиницю активності прийнято один бекерель (1 Бк). Активності 1 бекерель відповідає один розпад в секунду. Історично першою речовиною, на якому вивчали закон радіоактивного розпаду, був радій-226. В одному грамі радію відбувається 3,7 • Ю10 розпадів в секунду. Тому в практичній дозиметрії та радіаційної фізики користуються і інший одиницею активності - 1 кюрі (1 Кі):

Прийнято вважати, що зміни, що відбуваються в опроміненому речовині, визначаються поглиненої енергією радіоактивного випромінювання.

Поглиненою дозою випромінювання D називають відношення поглиненої дози енергії Е до маси т опроміненого речовини:

За одиницю поглиненої дози випромінювання прийнятий 1 рад (англ, radation absorbed dose - «поглинена доза випромінювання»).

1 рад - це доза, при якій опроміненому речовині масою 1 кг передається енергія 10-2 Дж.

В СІ поглинена доза випромінювання визначається в греях (Гр).

1 грей дорівнює поглиненої дози випромінювання, при якій опроміненому речовині масою 1 кг передається енергія іонізуючого випромінювання 1 Дж:

Однак, якщо б навіть вдалося виміряти поглинену дозу випромінювання безпосередньо в живій тканині, незважаючи на складність, цінність цих вимірів була б невелика, оскільки однакова енергія різних частинок викликає неоднаковий біологічний ефект. Тому для медичної діагностики використовують здатність рентгенівських променів, що проходять крізь тканини організму, іонізувати також тканееквівалентного речовина - повітря. Вимірювання ступеня цієї іонізації призвело до появи дозиметричної величини -експозіціонной дози D3, як заходи іонізуючого дії на повітря.

Експозиційна доза - кількісна характеристика у- і рентгенівського випромінювань, яка характеризує їх іонізуючу дію і визначається сумарним електричним зарядом іонів одного знака, утворених в одиниці маси повітря:

де q - заряд утворених іонів; т - маса повітря.

Одиницею експозиційної дози є один кулон на кілограм (1 Кл / кг). При такій експозиційної дози внаслідок іонізуючого дії випромінювання на повітря і м'які тканини в 1 кг сухого повітря при нормальних умовах утворюються іони кожного знака, що мають заряд 1 Кл.

Ця одиниця дала можливість зв'язати поглинену енергію з іонізуючим і біологічним ефектами. У практичній дозиметрії використовують експозиційну дозу випромінювання - один рентген (1 Р).

Один рентген - це така експозиційна доза рентгенівського або у-випромінювання, при якій в 1 см3 сухого повітря (1,29 '10-6 кг) при Про ° С і тиску 760 мм рт. ст. утворюються іони, що мають заряд кожного знака, рівний 3,34 'Ю-10 Кл.

Експозиційна доза практично зручна, оскільки іонізацію повітря легко виміряти за допомогою дозиметра. Можна використовувати зв'язок між позасистемної (1 Р) і системної (Кл / кг) одиницями:

При дозі 1 Р утворюється приблизно 2,08 • 109 пар іонів.

Відзначимо, що в повітрі і м'яких тканинах організму людини однакові експозиційні дози рентгенівського або у-випромінювань створюють приблизно однакову кількість іонів в 1 см3. Тому можна оцінювати поглинання енергії м'якими тканинами не по поглиненої дози випромінювання (D), а по еквівалентній дозі Пекв.

Еквівалентна доза (Пекв) - це поглинена доза, помножена на коефіцієнт К, що відображає здатність випромінювання певного типу впливати на тканини організму:

Коефіцієнт К називають відносною біологічною ефективністю (ОБЕ), або коефіцієнтом якості. Для рентгенівського, у- і Р-з-лучанин К - 1, для теплових нейтронів К - 5, для швидких нейтронів і протонів К - 10, для а-частинок К - 20.

Одиницею еквівалентної дози в системі СІ є один зіверт (1 Зв), в

честь шведського радіобіології Рольфа Зіверт.

для рентген

ського, а- і Р-випромінювань.

Треба врахувати і те, що різні частини тіла мають різну чутливість до опромінення. Через це дози опромінення органів і тканин необхідно розраховувати з різними коефіцієнтами радіаційного ризику (рис. 252).

Помноживши еквівалентні дози на відповідні коефіцієнти радіаційного ризику для всіх органів і тканин і склавши їх, одержимо значення ефективної еквівалентної дози, що відображає сумарний ефект опромінювання організму. Ефективна еквівалентна доза введена Міжнародною комісією з радіаційного захисту (МКРЗ). Її одиницею в системі СІ є також один зіверт (1 Зв).

Склавши індивідуальні ефективні еквівалентні дози, отримані групою людей, визначимо колективну ефективну еквівалентну дозу. Її одиницею в системі СІ є один людино-зіверт.

Однак виникає необхідність ще в одному визначенні, оскільки багато радіоактивні нукліди (атоми з певними характеристиками) розпадаються досить повільно і надовго залишаються радіоактивними.

Колективну ефективну дозу, яку отримають багато поколінь людей від радіоактивного джерела протягом усього часу його подальшого існування, називають очікуваною (повною) колективної ефективної еквівалентної дозою.

Проблеми біологічного впливу іонізуючих випромінювань на живі організми і встановлення значень безпечних доз опромінення тісно пов'язані з існуванням природного радіаційного фону на поверхні Землі. Справа в тому, що в будь-якому місці на поверхні Землі, під землею, у воді, в атмосферному повітрі і в космічному просторі є іонізуючі випромінювання різних видів і різного походження. Ці випромінювання існували, коли ще не було життя на Землі, вони є і зараз, будуть і надалі. В умовах існування природного радіаційного фону на Землі виникло життя, яка пройшла еволюційний шлях до нинішнього стану. Тому можна з упевненістю сказати, що дози опромінення, близькі до рівня природного фону, що не становлять серйозної небезпеки для живих організмів.

Чим же зумовлено існування природного радіаційного фону і яке значення фонової дози опромінення?

У більшості місць на Землі значна частина дози природного фону обумовлена ​​зовнішнім опроміненням, створюваним у-випромінюванням природних радіоактивних ізотопів земної кори - Урана, Тория, Калію і інших елементів. Інтенсивність дози зовнішнього опромінення залежить від типу порід земної кори в даній місцевості, від материа

лов, з яких побудовані будинки. Найбільшу радіоактивність мають гранітні породи і стіни кам'яниць, найменшу - стіни дерев'яних будинків. Доза зовнішнього фонового у-випромінювання коливається в більшості місць від 0,3 до 0,6 мЗв на рік.

На Землі є місцевості, в яких ґрунти містять велику кількість Урана і Тория, тому рівень зовнішнього у-опромінення в них може досягати 8-15 мЗв на рік. Середнє значення еквівалентної дози від зовнішнього фонового у-випромінювання можна прийняти рівним 0,4 мЗв на рік.

Друге джерело опромінення - космічне випромінювання. Космічним випромінюванням у поверхні Землі (вторинне космічне випромінювання) називають потік у-випромінювання і швидких заряджених частинок, що виникають в атмосфері під дією первинного космічного випромінювання, яке складається в основному з протонів, що приходять з космосу. Земна атмосфера еквівалентна десятиметрової шару води, поглинає більшу частину космічного випромінювання і надійно захищає все живе на Землі від його дії. На рівні моря доза опромінення дорівнює 0,3 мЗв на рік. При підйомі в верхні шари атмосфери інтенсивність потоку космічного випромінювання зростає. На висоті 3000 м над рівнем моря вона збільшується майже в три рази.

Крім зовнішнього опромінення, кожен живий організм піддається внутрішньому опроміненню. Вона зумовлена ​​тим, що з їжею, водою і повітрям в організм потрапляють різні хімічні елементи, які мають природну радіоактивність: Карбон, Калій, Уран, Торій, Радій, Радон. Кількість цих елементів в організмі людини залежить від споживаної їжі. В цілому середнє значення еквівалентної дози опромінення, обумовленого природними радіоактивними ізотопами, що потрапляють в організм людини з їжею і водою, так само приблизно 0,3 мЗв на рік.

Значну частку дози внутрішнього опромінення в більшості місць на Землі становить радіоактивний Радон і продукти його розпаду, що потрапляють в організм людини при диханні. Радон постійно утворюється в грунті всюди на Землі. Це інертний газ, тому в грунті він не утримується і поступово виходить в атмосферу. Концентрація Радону підвищується в закритих непровітрюваних приміщеннях, особливо вона висока в підвальних приміщеннях, в нижніх поверхах будинків, близьких до грунту. У більшості будинків питома активність Радону і продуктів його

про

розпаду близька до 50 Бк / м, це приблизно в 25 разів вище середнього рівня питомої активності атмосферного повітря поза будинків.

Середнє значення річної еквівалентної дози опромінення, зумовленої радону і продуктами його розпаду, дорівнює 1 мЗв. Це приблизно половина середньої річної дози опромінення, яку отримує людина від природних джерел радіації. Отже, середнє значення еквівалентної дози опромінення, зумовленої природним радіаційним фоном, дорівнює приблизно 2 мЗв на рік.

У наш час все люди на Землі піддаються дії іонізуючого випромінювання не тільки природного, але і штучного походження. Штучними джерелами радіації, створеними людиною, є рентгенівські діагностичні та терапевтичні установки, засоби автоматичного контролю та управління, що використовують радіоактивні

ізотопи, ядерні енергетичні та дослідницькі реактори, прискорювачі заряджених частинок і різні високовольтні електровакуумні прилади, відходи теплових і атомних електростанцій, продукти ядерних вибухів.

З усіх штучних джерел іонізуючого випромінювання найбільше впливають на людину джерела рентгенівського випромінювання, що використовуються в медицині. Середня еквівалентна доза, одержувана людиною за рік в промислово розвинених країнах, дорівнює приблизно 1 мЗв, тобто близько половини дози природного фону.

При роботі з радіоактивними джерелами існує радіаційна небезпека, і вона дуже підступна, оскільки важкі, часто невиправні патологічні зміни в організмі наступають під впливом випромінювання без найменших суб'єктивних ознак, що сигналізують про небезпеку. Ці зміни накопичуються в організмі і можуть проявитися через дуже великий час (десятиліття) після опромінення, коли лікування виявляється запізнілим. Тому легковажне ставлення до радіації абсолютно неприпустимо.

Зменшити поглинену дозу випромінювання (захист від випромінювання) при роботі з джерелами радіації можна наступними заходами та вимогами.

«Захист відстанню» - зі збільшенням відстані від точкового джерела радіації інтенсивність випромінювання і поглинена доза зменшуються обернено пропорційно квадрату відстані.

«Захист часом» - чим менше час перебування в зоні дії випромінювання, тим менше поглинена доза.

Встановлення захисних екранів, поглинаючих випромінювання. Ступінь екранування залежить від проникаючої здатності різних типів випромінювання.

Обов'язкове знання і виконання персоналом правил безпеки під час роботи в зоні дії випромінювання, а також інформування персоналу і населення про наявність небезпеки радіоактивного опромінення або забруднення.

На малюнку 253, а показаний основний знак радіаційної небезпеки, а на малюнку 253, б - введений в 2007 р додатковий знак радіаційної небезпеки. Зазвичай такими знаками позначають транспортні засоби для перевезення радіоактивних речовин, тару для їх зберігання і транспортування, місця зберігання радіоактивних речовин, робочі зони, в яких є радіація, забруднені ділянки території і т. П.

ПИТАННЯ ДО ВИВЧЕННЯ

1. Дайте визначення дози випромінювання. Які її одиниці в СІ?

2. Що таке поглинена доза?

3. Дайте визначення одного гріючи.

4. Як пов'язана експозиційна доза з зарядом тіла?

5. Дайте визначення одного зіверт.

6. Чим відрізняється ефективна еквівалентна доза від колективної ефективної еквівалентної дози?

7. Що таке природний радіаційний фон? Як від нього захищаються?

Це матеріал підручника Фізика 9 клас Сиротюк