Взаимодействие радиоактивного излучения с веществом

При облучении вещества альфа-, бета- и гамма-излучениями происходит возбуждение или ионизация атомов вещества. При этом частицы самого излучения могут тормозиться, что сопровождается рентгеновским излучением. Кроме того, частицы излучения могут упруго и неупруго соударяться с атомами вещества. Все это может привести к изменению свойств облучаемого вещества и отрицательно воздействовать на живые организмы, поскольку ионизация атомов и молекул приводит к изменению их химической активности. Наиболее чувствительны к излучениям ядра клеток, особенно клеток, которые быстро делятся. Поэтому в первую очередь радиоизлучения поражают костный мозг, из-за чего нарушается процесс образования крови. Далее наступает поражение клеток пищеварительного тракта и других органов.

Значительное влияние облучение оказывает на наследственность, поражая гены в хромосомах. В большинстве случаев это влияние оказывается неблагоприятным.

Чем выше ионизирующая способность частиц радиоактивного излучения, тем меньше их проникающая способность, и наоборот. Проникающая способность характеризуется пробегом в воздухе, т.е. наибольшим расстоянием, на которое частицы проникают в воздухе. Ионизирующая способность частиц радиоактивного излучения пропорциональна их кинетической энергии и второй степени заряда. Последнее связано с тем, что взаимодействие заряженных частиц происходит преимущественно через их электрические поля при сближении на достаточно малое расстояние. Наибольшей проникающей способностью обладают нейтроны и гамма-кванты. Они нейтральны, поэтому легко проникают к ядрам атомов, представляя наибольшую опасность.

В дозиметрии различают поглощенную и эквивалентную дозы.

Поглощенная доза D равна энергии радиоактивного излучения, поглощенного единицей массы вещества:

,

 

где E - энергия излучения, а m - масса вещества. Единицей поглощенной дозы в СИ является грей (Гр): .

Для характеристики биологического воздействия на организм используется коэффициент качества излучения или коэффициент относительной биологической эффективности (ОБЭ) k. Для гамма-квантов , для тепловых нейтронов , для нейтронов с энергией порядка 0,5 МэВ .

Эквивалентная доза H равна произведению коэффициента качества излучения и поглощенной дозы:

.

 

Единица эквивалентной дозы в СИ - зиверт (Зв).

Естественный фон составляет 2 мЗв в год. Предельно допустимая доза равна 5 мЗв в год. При дозе 0,5-1 Зв развивается острое лучевое поражение организма, при 3-5 Зв возможен смертельный исход. Допустимая доза облучения за среднее время жизни человека (70 лет) составляет 0,35 Зв.

На практике широко используется внесистемная единица экспозиционной дозы излучения - рентген (Р), которая является мерой ионизирующей способности рентгеновского и гамма-излучений. Доза излучения равна 1 Р, если в  сухого воздуха при температуре  и давлении 760 мм рт. ст. образуется столько ионов, что их суммарный заряд каждого знака в отдельности равен . При этом получается примерно  пар ионов. Число образующихся ионов связано с поглощаемой веществом энергией. В практической дозиметрии можно считать 1 Р приблизительно эквивалентным поглощенной дозе излучения 0,01 Гр.