Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
БЖД лекция 12
1.5.1. Ионизирующие излучения. Виды, характеристики, происхождение излучений.
Ионизирующим излучением называется излучение, взаимодействие которого с веществом приводит к образованию в этом веществе ионов разного знака. Ионизирующее излучение состоит из заряженных и незаряженных частиц, к которым относятся также фотоны.
Различают корпускулярное и фотонное ионизирующее излучение.
Корпускулярное ионизирующее излучение – поток элементарных частиц, образующихся при радиоактивном распаде, ядерных превращениях, либо генерируемых на ускорителях. К нему относятся - и -частицы, нейтроны (n), протоны (p) и др.
-излучение – это поток частиц, являющихся ядрами гелия и обладающие двумя единицами заряда. Энергия -частиц, испускаемых различными радионуклидами, лежит в пределах 2 – 8 Мэв (1 эв = 1,6 10-19 Дж). При этом все ядра данного радионуклида испускают -частицы, обладающие одной и той же энергией.
-излучение – это поток электронов или позитронов. При распаде ядер -активного радионуклида, в отличие от -распада, различные ядра данного радионуклида испускают -частицы различной энергии, поэтому энергетический спектр -частиц непрерывен. Максимальная энергия -частиц достигает 3 – 3,5 Мэв.
Нейтроны (нейтронное излучение) – нейтральные элементарные частицы. Так как они не имеют электрического заряда, при прохождении через вещество они взаимодействуют только с ядрами атомов. В результате образуются либо заряженные частицы (ядра отдачи, протоны, дейтроны) либо -излучение, вызывающее ионизацию.
Фотонное излучение – поток электромагнитных колебаний, которые распространяются в вакууме с околосветовой скоростью. К нему относятся -излучение, характеристическое, тормозное и рентгеновское излучение.
-излучение испускается при ядерных превращениях или при аннигиляции частиц. Характеристическое излучение – фотонное излучение с дискретным спектром, испускаемое при изменении энергетического состояния атома, обусловленное перестройкой внутренних электронных оболочек. Тормозное излучение связано с изменением кинетической энергии заряженных частиц, имеет непрерывный спектр и возникает в среде, окружающей источник -излучения, в рентгеновских трубках. Рентгеновское излучение – это совокупность характеристического и тормозного излучений, диапазон энергии фотонов которых составляет 1 Кэв – 1 Мэв.
Излучения характеризуются по их ионизирующей и проникающей способности.
Ионизирующая способность излучения определяется удельной ионизацией, т. е. числом пар ионов, создаваемых частицей в единице объёма, массы среды или на единице длины пути. Проникающая способность излучений определяется величиной пробега – это путём, пройденным частицей в веществе до её полной остановки.
-частицы обладают наибольшей ионизирующей способностью (25 – 60 тыс. пар ионов на 1 см пути в воздухе) и наименьшей проникающей способностью (несколько сантиметров в воздухе, несколько микронов в биологической ткани). Для -излучения удельная ионизация в воздухе – 100 пар ионов на 1 см пути в воздухе, максимальный пробег – несколько метров. Фотонные излучения обладают наименьшей ионизирующей и наибольшей проникающей способностью. Прохождение фотонного излучения через вещество вообще не может быть охарактеризовано понятием пробега. Во всех процессах взаимодействия электромагнитных излучения со средой часть энергии преобразуется в кинетическую энергию вторичных электронов, которые, проходя через вещество, производят ионизацию. Ослабление потока электромагнитного излучения в веществе подчиняется экспоненциальному закону и характеризуется коэффициентом ослабления, зависящим от свойств вещества. Особенность экспоненциальных кривых состоит в том, что они не пересекаются с осью абцисс. То есть фотонное излучение можно лишь ослабить в любое количество раз.
Согласно планетарной модели атома (Резерфорд, 1911 г.), ядро атомов состоит из положительно заряженных протонов и нейтральных нейтронов, число которых одинаково. Вокруг ядра вращаются по своим орбитам отрицательно заряженные электроны. Заряд ядра равен суммарному заряду электронов. Атомы, имеющие ядра с одинаковым числом протонов, но различающиеся по числу нейтронов, относятся к разновидностям одного и того же химического элемента и называются изотопами. Ядра всех изотопов образуют группу "нуклидов", большинство которых нестабильны и превращаются в другие нуклиды. Электроны располагаются на орбитах в строгой последовательности: на ближайшей к ядру орбите может находиться не более 2 электронов, на следующей – не более 8, на третьей – 18, далее 32 и т. д. Электроны могут переходить с орбиты на орбиту и покидать атом. При этом происходит высвобождение энергии в виде излучений.
Испускание ядром двух протонов и двух нейтронов – -излучение, испускание электронов – -излучение. Если нестабильный нуклид оказался перевозбуждённым, он выбрасывает порцию чистой энергии – -излучение, при этом не происходит испускания каких-либо частиц.
Процесс самопроизвольного распада нуклида называется радиоактивным распадом, а сам такой нуклид называется радионуклидом.
1.5.2. Биологическое действие ионизирующих излучений.
В результате ионизации живой ткани происходит разрыв молекулярных связей и изменение химической структуры различных соединений, что в свою очередь приводит к гибели клеток. Существенную роль в формировании биологических последствий играют продукты радиолиза воды, которая составляет 60 – 70 % массы биологической ткани. Под действием ионизирующего излучения на воду образуются свободные радикалы Н и ОН, а в присутствии кислорода также свободный радикал гипероксида (НО2) и пероксида водорода (Н2О2), являющиеся сильными окислителями. Продукты радиолиза вступают в химические реакции с молекулами, тканей не затронутых облучением, образуя соединения, не свойственные здоровому организму. Это приводит к нарушению отдельных функций или систем, а также жизнедеятельности организма в целом.
Нарушения биологических процессов могут быть обратимыми, когда нормальная работа клеток облучённой ткани полностью восстанавливается, и необратимыми, ведущими к поражению отдельных органов и возникновению лучевой болезни. Различают две формы лучевой болезни – острую и хроническую.
Острая форма возникает в результате облучения большими дозами в короткий промежуток времени. Хроническое поражение развивается в результате систематического облучения дозами, превышающими предельно допустимые. Изменения в состоянии здоровья называются соматическими эффектами, если они проявляются непосредственно у облучённого лица, и наследственными, если они проявляются у потомства.
1.5.3. Единицы измерения ионизирующих излучений. Нормирование.
Действие ионизирующего излучения на вещество проявляется в ионизации и возбуждении атомов и молекул. Количественной мерой этого воздействия служит поглощённая доза Дп – средняя энергия, переданная излучением единице массы вещества (Гр). 1 Гр = 1 Дж / кг. Внесистемная единица 1рад = 100 эрг / г = 0,01 Гр.
Поглощённая доза излучения зависит от свойств излучения и поглощающей среды. Поглощённая доза служит однозначной характеристикой воздействия на среду - и -излучений небольших энергий, быстрых нейтронов.
Для рентгеновского и -излучения эффект ионизации оценивается экспозиционной дозой. Она выражает энергию фотонного излучения, преобразованного в кинетическую энергию вторичных электронов, производящих ионизацию в единице массы атмосферного воздуха. За единицу экспозиционной дозы принимают Кл / кг. Это такая доза рентгеновского или -излучения, при воздействии которого на 1 кг сухого атмосферного воздуха при нормальных атмосферных условиях образуются ионы, несущие 1 Кл электричества каждого знака.
На практике до сих пор широко применяется внесистемная единица экспозиционной дозы рентген (Р) - экспозиционная доза рентгеновского или -излучения, при которой в 0,001293 г (см3) воздуха образуются ионы, несущие заряд в одну электростатическую единицу количества электричества каждого знака. 1 Р = 2,58 10-4 Кл / кг.
Исследования биологических эффектов, вызываемых различными ионизирующими излучениями, показали, что повреждения тканей связано не только с количеством поглощённой энергии, но и с её пространственным распределением, характеризуемым линейной плотностью ионизации - линейная передача энергии (ЛПЭ) частиц в среде на единицу длины пути. Чем она выше, тем больше степень биологического повреждения. Чтобы учесть этот эффект введено понятие эквивалентной дозы Дэкв = Дп Q. Q – безразмерный коэффициент качества, характеризующий зависимость биологических последствий облучения человека в малых дозах от полной ЛПЭ облучения. Например, для рентгеновского и -излучения Q = 1, для -излучения – Q = 20 и т. д.
Эквивалентная доза представляет собой меру биологического действия на конкретного человека и является индивидуальным критерием опасности излучения. За единицу измерения эквивалентной дозы принят зиверт (Зв). 1 Зв = 1 Гр / Q = 1 Дж / кг. Зиверт равен эквивалентной дозе излучения, при которой поглощённая доза равна 1 Гр при коэффициенте качества, равном единице.
Также применяется специальная единица эквивалентной дозы бэр – биологический эквивалент рада. 1 бэр = 0,01 Зв. Бэр – это количество энергии, поглощённое 1 г биологической ткани, при котором наблюдается тот же биологический эффект, что и при поглощённой дозе излучения 1рад и Q = 1.
PAGE 41