Не обладая зарядом, нейтронное излучение сталкиваясь с веществом, слабо взаимодействует с элементами атомов на атомном уровне, поэтому обладает высокой проникающей способностью. Остановить нейтронное излучение можно с помощью материалов с высоким содержанием водорода, например, емкостью с водой. Нейтронное излучение при прохождении через биологические ткани, причиняет клеткам серьезный ущерб, так как обладает значительной массой и более высокой скоростью чем альфа излучение. Ионизация от 40 до 150 пар ионов на 1 см пробега.
— коротковолновое электромагнитное излучение с чрезвычайно малой длиной волны (кванты с длиной волны м. Гамма-лучи могут проникать глубже, чем альфа- и бета-частицы. Фотон гамма-лучей с высокой энергией может проходить сквозь человека. Понятие рентгеновские лучи также часто используется для обозначения гамма-лучей, испускаемых в процессе радиоактивного распада, которые приходятся на нижнюю часть энергетического спектра электромагнитного излучения, испускаемого в результате радиоактивного распада. Длина пробега в воздухе 800–900 м. Ионизация от 3 до 5 пар ионов на 1 см пробега. Проникающая способность в биологические ткани — дом, те. пронизывает все тело человека насквозь.
Весь процесс самопроизвольного распада нестабильного нуклида называется радиоактивным распадом, асам такой нуклид
.
Установлено, что радиоактивные вещества распадаются со строго определенной скоростью, измеряемой периодом полураспада (Т) — временем, за которое исходное число активных ядер в среднем уменьшается вдвое.
В зависимости от длительности периода полураспада все радиоактивные вещества делятся на короткоживущие — от долей секунды до нескольких дней долгоживущие — от месяцев до миллиардов лет.
для каждого радиоактивного вещества величина постоянная.
Важной характеристикой радиоактивных веществ является их активность — число распадов в секунду Единица измерения активности —
С увеличением периода полураспада масса радиоактивного вещества при одной и той же активности возрастает. Так, одинаковой активностью обладают 0,008 мг
= 4,5 млрд. лет
Другими словами, масса радиоактивного вещества не является мерой его радиоактивности.
Изотоп Период полураспада Максимальная энергия, МэВ 90
Y (иттрий)
2,67 суток
2,26 198
Au (золото)
2,69 суток
0,96 Р (фосфор)
14,3 суток
1,71 144
Ce (церий)
284 суток
0,3 106
Ru (рутений)
366 суток
0,039 147
Pm (прометий)
2,62 года
0,223 204
Tl (таллий)
3,78 года
0,765 90
Sr (стронций)
29,1 года
0,61 Таблица 2. Радиоактивные элементы, используемые в качестве γ-источников
Изотоп Период полураспада Энергия, МэВ 192
Ir (иридий)
74 суток
0,137–0,651 182
Ta (тантал)
115 суток
0,462–1,23 75
Se (селен суток
0,07–0,4 170
Tm (тулий)
129 суток
0,08 109
Cd (кадмий)
1,27 года
0,086; 0,336 127
Te (теллур)
2,06 года
0,0885 134
Cs (цезий года
0,0566 60
Co (кобальт)
5,27 года
1,7; 1,33 154
Eu (европий)
8,8 года
0,399–1,4 137
Cs (цезий)
30 лет
0,202–1,367 Уменьшение концентрации радионуклидов в организме в два раза называется периодом полувыведения. К примеру, на территории Украины в результате аварии на ЧАЭС выпали следующие радионуклиды с периодами полураспада и полувыведения: углерод — 5730 лети дней соответственно цезий, 30 лети дней соответственно стронций — 29 и 20 лет соответственно йод — 8 и 138 дней соответственно. Безопасной Таблица 1. Радиоактивные элементы, применяемые как излучатели
для проживания и использования территория становится по истечении примерно 10 периодов полураспада.
Мощность дозы это доза излучения, отнесенная к единице времени. Мощность экспозиционной дозы ИИ в воздухе является радиационным фоном, уровень его для Украины составляет 12–30 мкР/ч.
Разные виды излучений сопровождаются высвобождением разного количества энергии и обладают разной проникающей способностью, поэтому они оказывают неодинаковое воздействие на ткани живого организма альфа-частицы обладают высокой ионизирующей способностью и малой проникающей способностью бета-частицы — ионизирующая способность значительно меньше (приблизительно на два порядка, а проникающая способность гораздо больше, чему альфа-частиц;
• гамма-кванты — обладают относительно слабой ионизирующей способностью и очень большой проникающей способностью.
Чем больше энергия излучения и глубина проникновения лучей, тем тяжелее лучевая травма.
При внешнем облучении человека альфа-частицы полностью задерживаются поверхностным слоем кожи бета-частицы не могут проникнуть вглубь человеческого организма больше, чем на несколько миллиметров гамма-кванты способны вызвать облучение всего тела.
Рассмотрев различные виды радиоактивного излучения, видно, что понятие радиация включает в себя совершенно различные виды излучения, которые оказывают разное воздействие на вещество и живые ткани, от прямой бомбардировки элементарными частицами (альфа, бета и нейтронное излучение) до энергетического воздействия в виде гамма и рентгеновского излечения (Таблица Если альфа радиация представляет опасность только при непосредственном контакте с радиоактивным изотопом, то бета излучение в зависимости от его интенсивности, уже может нанести существенный вред живому организму на расстоянии несколько десятков метров от источника радиации.
Таким образом, альфа-частицы обладая слабой проникающей способностью практически не представляют опасности для организма человека до тех пор, пока не попадут внутрь организма через открытую рану, с пищей или вдыхаемым воздухом тогда они становятся чрезвычайно опасными, обладая большой ионизирующей способностью.
Таблица 3
. Сравнительная таблица с характеристиками различных видов ионизирующего излучения характеристика Вид радиации
Альфа
излучение
Нейтронное излучение
Бета излучение
Гамма
излучение
излучаю тся два протона и два нейтрона нейтроны электроны или позитроны энергия в виде фотонов проникающая способность низкая высокая средняя высокая облучение от источника до 10 см километры дом сотни метров скорость излучения 000 км/с
40 000 км/с
300 000 км/с
300 000 км/с ионизация, пар на 1 см пробега от 3000 до от 40 до 150 от 3 до биологическое действие радиации высокое высокое среднее низкое Факторы, определяющие тяжесть поражений
Для оценки физических свойств радиоактивных материалов применяются такие величины как активность радиоактивного источника (Ки или Бк);
• плотность потока энергии (Вт/м
2
).
Для оценки влияния радиации на вещество (неживые ткани, применяются поглощенная доза (Грей или Рад экспозиционная доза (Кл/кг или Рентген).
Для оценки влияния радиации на живые ткани, применяются эквивалентная доза (Зв или бэр эффективная эквивалентная доза (Зв или бэр мощность эквивалентной дозы (Зв/час).
Воздействие радиации на человека зависит от количества энергии ионизирующего излучения, которая поглощается тканями человека. Энергия излучения, поглощенная веществом, затрачивается на его ионизацию. Количественным эквивалентом энергии является доза. Доза — это энергия, переданная излучением определенному объёму или массе облученного вещества. Следовательно, доза облучения, характеризует степень ионизации вещества чем больше доза, тем больше степень этой ионизации. Поэтому именно доза облучения является мерой поражающего действия радиоактивных излучений на организм человека, животного или растения. Одна и та же доза может накапливаться заразное время, причем биологический эффект облучения зависит не только от величины дозы, но и от времени ее накопления. Чем быстрее получена данная доза, тем больше ее поражающее действие, и наоборот.
Различают следующие виды доз:
Экспозиционная доза — характеризует способность ионизирующего излучения ионизировать атомы и молекулы воздуха она характеризует источники поле, которое он создает.
Единица измерения экспозиционной дозы в системе СИ — кулон на килограмм (Кл/кг), внесистемная единица измерения — рентген (Р. 1 Р
Кл/кг. Именно эту дозу измеряют дозиметрическими приборами.
Нормальный уровень радиоактивности (по экспозиционной дозе не представляющий опасности для человека, составляет до 15–18 микрорентген в час
• относительно безопасный — до 60 мкР/ч.;
20
• если равен 60–120 мкР/ч, местность объявляется зоной повышенного внимания выше 120 мкР/ч — опасные зоны.
Поглощенная доза — это количество энергии ионизирующего излучения, поглощенное облучаемым телом (тканями организма, в перерасчете на единицу массы.
Измеряется индивидуальными дозиметрами. Единицей измерения в системе СИ поглощенной дозы является джоуль на килограмм
(Дж/кг) со специальным наименованием Грэй (Гр, Gy): 1 Гр = 1 Дж/кг, а внесистемной единицей является рад. 1 Гр = 100 рад.
Если живые ткани облучить разными видами радиации, имеющими одинаковую энергию, то последствия для живой ткани будут сильно отличаться в зависимости от вида радиоактивного излучения. Например, последствия от воздействия альфа излучения с энергией в 1 Дж на 1 кг вещества будут сильно отличаться от последствий воздействия энергии в 1 Дж на 1 кг вещества, но только гамма излучения. То есть при одинаковой поглощенной дозе радиации, но только от разных видов радиоактивного излучения, последствия будут разными. То есть для оценки влияния радиации наживой организм недостаточно просто понятия поглощенной или экспозиционной дозы радиации. Поэтому для живых тканей было введено понятие эквивалентной дозы. Эквивалентная доза радиации — это количество энергии поглощённое живой тканью (поглощенная доза в Грей, рад или Дж/кг) от радиоактивного излучения с учетом степени воздействия (наносимого вреда) этой энергии на живые ткани коэффициент КВ системе СИ для измерения эквивалентной дозы используется — Зиверт (Зв). Используемая внесистемная единица эквивалентной дозы — Бэр (бэр 1 Зв = 100 бэр.
Эффективная доза доза, отражающая суммарный эффект облучения для организма, которая получается приумножении эквивалентной дозы на соответствующие коэффициенты радиационного риска с последующим суммированием по всем органами тканям. В биологическом отношении важно знать не только дозу излучения, которую получил облучаемый объекта дозу, полученную в единицу времени. Суммарная доза, значительно превышающая летальную, но полученная в течение длительного периода времени, не приводит к гибели животного, а доза, меньше смертельной, но полученная в короткий период времени, может вызвать лучевую болезнь различной степени тяжести.
Мощность дозы (P) — это доза излучения (D) отнесенная к единице времени (t): P = D / t.
Под радиационным фоном понимают именно мощность экспозиционной дозы ионизирующих излучений в воздухе, уровень его для Украины составляет 12–30 мкР/ч (микрорентген в час) до 1996 г.
Следует учитывать, что одни органы и ткани более чувствительны, чем другие.
Необходимо учитывать и время облучения при одной и той же дозе, но накопленной заразное время, эффект различен при одной и той же дозе, но полученной постоянно или дробно, эффект различен.
Немаловажно и общее состояние организма (болен — здоров, молод — стар).
Таким образом, подводя итоги физики ионизирующих излучений, необходимо сделать следующие выводы любая поглощенная доза является вредной существует линейная связь между дозой облучения и регистрируемым эффектом действие ионизирующего излучения является кумуля- тивным.
Для измерения уровня радиации (ионизирующего излучения) применяют измерительные приборы, называемые дозиметрами. Однако, при радиационных авариях возможности физической дозиметрии ограничены вследствие неравномерного облучения. В этих случаях используется биологическая дозиметрия, которая основывается на радиационных эффектах. Биологические маркеры радиационного поражения являются количественно измеряемыми изменениями, которые происходят в биологических системах вследствие воздействия ионизирующего излучения.
В отличие от методов физической дозиметрии, методы биологической дозиметрии, как правило, неприменимы для оценки доз меньше 0,1 Гр.
Существует большое количество биологических маркеров, характеризующихся устойчивой зависимостью, доза-эффект. Цитологические изменения в лимфоцитах периферической крови и электронная спиновая резонансная спектроскопия эмали зуба в настоящее время являются единственными методами, валиди- рованными для биодозиметрии.
В раннем периоде радиационной аварии обычно используют метод биологической дозиметрии, основанный на измерении частоты нестабильных хромосомных аберраций. Этот метод рекомендуют в документах ВОЗ и МАГАТЭ для практического применения
При ретроспективной дозиметрии, проводимой через длительное время после облучения, целесообразно применять методы, которые учитывают стабильные радиационные повреждения биомаркера (проявляются постоянно, не вовлекаются в обмен биохимического, физиологического или иммунологического характера, не восстанавливаются и не исчезают).
В этом отношении перспективным является анализ стабильных аберраций, частота которых постоянна в течение длительного времени после облучения.
По мнению экспертов Национального комитета по действию атомной радиации ООН, биологическими маркерами являются электронный парамагнитный резонанс (ESR) и радиофотолюми- несценция (РФЛ).
Эти методы применяют в ретроспективной дозиметрии для измерения радиационных повреждений, аккумулированных в костной ткани, эмали зубов, ногтях и волосах.
Природный радиоактивный фон
Известно, что человек на протяжении всей жизни подвергается воздействию ионизирующего излучения.
Источники ионизирующего излучения делятся на природные или естественные искусственные.
Природный радиоактивный фон обусловлен двумя составляющими космическое излучение излучение природных радиоактивныж веществ, которые содержатся вводе, почве, породе и т.д.
В большинстве регионов Земли природный радиоактивный фон составляет 0,0001 Гр с определенными колебаниями.
За счет природного фона человек за всю жизнь облучается в дозе, не превышающей 0,1 Зв.
Естественный фон дает примерно одну треть так называемой популяционной дозы общего фона. Еще треть человек получает при медицинских диагностических процедурах — рентгеновских снимках, флюорографии и т.д. Остальную часть популяционной дозы дают другие источники. Наиболее значимым природным источником облучения человека является радон и радон, которые являются кратко существующими газообразными продуктами распада природного
238
U и
232
To.
Радон — это газ без цвета и запахав раз тяжелее воздуха. Период полураспада — 3,82 суток. Концентрация радона в атмосферном воздухе 5–20 Бк/м
3
, в помещениях — 40–60 Бк/м
3
. Радон и дочерние продукты его распада поступают в легкие человека придыхании. Поскольку радон является альфа-излучателем, его вдыхание приводит к значительному облучению клеток и тканей органов дыхания. Доза облучения человека формируется от радона и составляет 1,3 мЗв в год. Интенсивное облучение человека радоном происходит в случае пребывания в закрытом, плохо проветриваемом помещении. Радон проникает из почвы через фундамент и пола также выделяется из строительных материалов минерального происхождения (гранит, глинозем, фосфогипс, кирпич из красной глины).
Необходимо отметить, что значительную опасность может представлять и вода, содержащая радон (вода из скважин. Это может происходить, когда вода в виде пара поступает в легкие человека в ванных комнатах. Действие искусственных источников ионизирующих излучений связано с широким использованием их во всех сферах народного хозяйства. Так в Украине действует 5 атомных электростанций с 15 энергетическими блоками, 2 исследовательских ядерных реактора и более 800 предприятий, которые используют РВ. Профессиональное облучение на АЭС залет составляет
0,25 Зв, за всю жизнь — 1 Зв.
При медицинских обследованиях человек облучается в следующих дозах при рентгеноскопии желудка (местно) — 30 бэр при флюорографии — 370 мбэр;
• при рентгенографии зубов (местно) — 3 бэра.
При просмотре телевизора (устаревшие модели на основе электронно-лучевой трубки) по 3 часа вдень в течение года —
0,5 мбэр, полет на самолете на расстояние 2400 км — 0,1 мкбэр.
За всю жизнь от всех источников облучения человек получает бэр.