Глава 14. Защита от ионизирующих излучений

 

Основные понятия. Виды ионизирующих излучений

Радиоактивность – самопроизвольный распад атомных ядер некоторых химических элементов (урана, тория, радия, калифорния и других) сопровождается ионизирующим излучением, которое является вредным фактором при добыче, переработке и использовании радиоактивных материалов, а также в результате радиоактивного загрязнения окружающей среды.

Изотоп − химический элемент, ядро атома которого содержит одинаковое число протонов, но различное число нейтронов. Нуклид − вид атомов с данным числом протонов и нейтронов в ядре, характеризующийся массовым числом А (атомной массой) и атомным номером Z.Процесс самопроизвольного распада нестабильного нуклида называется радиоактивным распадом (радиоактивность), а сам такой нуклид – радионуклидом. Активность радиоактивного вещества – число спонтанных (произвольных) ядерных превращений в этом веществе за малый промежуток времени, деленное на этот промежуток.Единица измерения активности в единицах СИ – беккерель, Бк; внесистемная – Кюри, Ки. Один беккерель равен одному распаду в секунду. Ионизирующее излучение - любое излучение, взаимодействие которого со средой приводит к образованию электрических зарядов разных знаков.

Различают корпускулярное ионизирующее излучение, то есть потоки a-, b-частиц, нейтронов, протонов, пи-мезонов и фотонноеионизирующее излучение, представляющее собой электромагнитные волны высокой частоты и энергии (рентгеновское и g-излучения). Энергия излучения при прохождении через вещество расходуется в основном на ионизацию среды.

a-излучение является потоком положительно заряженных частиц - ядер гелия (Не⁺). Они обладают весьма большой ионизирующей и очень малой проникающей способностью. Вследствие большой ионизирующей способности пробег α- частиц очень мал. В воздухе он составляет не более 10 см и до 0.1мм в биоткани (живой клетке). a- частицыполностью поглощаются листом бумаги, поэтому с точки зрения внешнего облучения α-частицы не представляют опасности для человека, за исключением случаев непосредственного контактного воздействия их на кожные покровы тела и слизистую оболочку глаз. Однако при попадании их внутрь организма с воздухом, пищей и водой они могут оказать существенное поражающее действие на слизистую оболочку желудка и другие органы. b-излучение состоит из b-частиц (электронов и позитронов), которые обладают в сотни раз меньшей ионизирующей способностью, чем α-частица. Вследствие этого они распространяются в воздухе до 10 - 20 м, в биоткани − на глубину 5− 7 мм, в дереве − до 2.5 мм, в алюминии − до 1 мм. Скорость их распространения различна и зависит от величины энергии β-частиц. Одежда человека почти наполовину ослабляет действие β-излучения. Оно практически полностью поглощается оконными или автомобильными стеклами, бортом автомашины и любым металлическим экраном толщиной в несколько миллиметров. Но при контакте с кожными покровами и попадании внутрь организма они также опасны, как и α-излучение. Рентгеновское и g-излучения – электромагнитное излучение, обладающее относительно небольшой ионизирующей способностью (в тысячи раз меньшей α-излучения), но большой проникающей способностью. γ− квант электромагнитной энергии распространяется в воздухе на расстояние в несколько сот метров. Оно свободно проникает сквозь одежду, тело человека и через значительные толщи материалов. Для оценки проникающей способности гамма − излучения введено понятие «слой половинного ослабления», т.е. слой материала, ослабляющий излучение в два раза. Так для свинца он ориентировочно оставляет 2, бетона − 10, грунта − 14, воды − 23, полиэтилена − 24, древесины − 33 см. Гамма-излучение представляет основную опасность для человека, как источник внешнего облучения. Рентгеновское излучение отличается от g-излучения тем, что имеет не ядерную природу происхождения.

Нейтронное излучение является потоком нейтронов – элементарных частиц, не имеющих электрического заряда с массой 1,00897 атомной единицы массы (АЕМ-1/16 массы атома изотопа кислорода), которые преобразуют свою энергию в упругих и неупругих взаимодействиях с ядрами атомов. Свободный нейтрон нестабилен, при прохождении через вещество распадается, образуя протон, электрон и нейтрино с периодом полураспада 12,4±1,5 минуты. При неупругих взаимодействиях возникает вторичное излучение, которое может состоять как из заряженных частиц, так и из гамма-квантов (g-излучения). При упругих взаимодействиях возможна обычная ионизация вещества (a, b- излучение). Проникающая способность нейтронов сравнима с g-излучением. Лучшими для защиты от нейтронного излучения являются водородосодержащие материалы, то есть имеющие в своей химической формуле атомы водорода. Обычно применяют воду, парафин, полиэтилен. Поскольку нейтронные излучения сопровождаются гамма-излучениями, необходимо применять многослойные экраны из различных материалов: свинец-полиэтилен, сталь – вода и т.д.

Протонное излучение представляет собой поток элементарных частиц (протонов) несущих единичный положительный заряд (Н⁺) и обладающих массой, близкой к массе нейтронов. Протон образуется в результате ионизации атома водорода, при которой он теряет электрон. Протон – элементарная частица с массой, равной 1,00758 атомных единиц массы, с положительным зарядом, равным по величине заряду позитрона. Отличие протонного излучения от нейтронного заключается в том, что в конце пробега в тканях они образуют максимум ионизации, именуемых пиком Брегга-Грея. При этом доза в пике превосходит таковую в окружающих тканях в 2,5-3,5 раза. Генерируется протонное излучение в линейных ускорителях или бетатронах. Основным свойством их является способность проникать в плотные среды и вызывать процессы ионизации. При достаточно высокой энергии протоны могут проникать внутрь ядер атомов и вызывать ядерные реакции, в результате которых появляются вторичные частицы (нейтроны, альфа- частицы, фотоны), а также искусственные радиоактивные нуклиды.

Пи-мезонное излучение - поток элементарных частиц, имеющих промежуточную массу между электроном и протоном. Пи-мезоны могут быть положительно заряженными частицами, отрицательно и нейтральные. Заряд положительных и отрицательных пи-мезонов равен заряду электрона, а масса составляет 273 массы электрона. Как и у протона плотность ионизации у пи-мезонов растет к концу пробега. Однако в отличие от протонов, отрицательные пи-мезоны захватываются ядрами атомов кислорода, углерода, азота, водорода, а затем расщепляются с высвобождением громадного количества энергии, образуя при этом максимум ионизации. При этом соотношение дозы в пике к дозе окружающих тканей достигает 10:1. Основным источником пи-мезонов являются ядерные реакторы.

 

14.2. Воздействие ионизирующего излучения на организм человека.
Лучевая болезнь.