Раздел 8. Защита от ионизирующих излучений

Виды ионизирующих излучений

В природе существуют электромагнитные волны различной длины. Шкала электромагнитных волн имеет вид непрерывно заполненной градации от бесконечно длинных волн (соответствуют постоянному току) до волн с длиной 10^{-16 м}. Границы различных видов электромагнитного излучения достаточно условны, а их отдельные участки перекрываются (рис. 8.1). Характеризуются электромагнитные волны способами их возбуждения и методами наблюдения.

Рис. 8.1 – Шкала электромагнитных волн

 

Ионизирующее излучение (ИИ) – излучение, взаимодействие которого с веществом приводит к образованию электрических зарядов разных знаков. Для электромагнитного излучения характерное явление корпускулярно-волнового дуализма – оно может представлять собой как поток отдельных частиц, так и волну определенной длины. Существуют следующие виды ионизирующих излучений:

1. α-излучение – это поток α-частиц (ядер гелия), образующихся при радиоактивном распаде ядер или в ядерных реакциях. Они имеют положительный электрический заряд 2 е ⁺ (q_α = 3,2·10^-19 Кл), а их начальная скорость может достигать 20 000 км/сек. Энергия α -частиц не превышает нескольких мегаэлектронвольт (1 МэВ = 1,6·10^-13 Дж) и движутся они прямолинейно. Длина пробега α -частиц в воздухе не превышает 10 см. За счет большой массы при взаимодействии со средой α -частицы быстро теряют свою скорость, поэтому имеют большую ионизационную способность (в воздухе на 1 см пути образуют несколько тысяч пар ионов) и малую проникающую способность – поток α -частиц может задержать лист бумаги. Наиболее опасны при внутреннем облучении человека.

2. β-излучение– поток электронов или позитронов (частиц массы 9,1·10^{-31 кг и заряда} е = ± 1,6·10^-19 Кл), возникающее во время радиоактивного распада при внутриядерных процессах. Существует два вида β-распада:

- β ^––распад – имеет место при превращении нейтрона в протон и сопровождается вылетом электрона и антинейтрино

п → р + β ^– + ν^*;

- β ⁺– распад – имеет место при превращении протона в нейтрон и сопровождается вылетом позитрона и нейтрино

р → п + β ⁺ + ν.

Скорость β -частиц находится в пределах 0,3 – 0,99 скорости света, а их энергия не превышает 2 Мэв. Длина пробега в воздухе составляет 1,8 м (в мягких тканях тела – 2,5 см), β -частицы имеют значительно меньшую ионизирующую способность, чем α -излучение. На 1 см пробега в среднем образуют несколько десятков пар ионов, а для полного поглощения потока β -частиц максимальной энергии 2МэВ достаточно 3-миллиметрового листа алюминия.

3. γ-излучение – электромагнитное излучение, испускаемое ядрами атомов в процессе радиоактивных превращений отдельными порциями (квантами), распространяется в вакууме со скоростью света (3·10⁸ м/с).

Гамма-лучи из-за отсутствия электрического заряда не отклоняются электрическими и магнитными полями, имеют меньшую ионизирующую способностью, чем другие виды излучения. Однако высокая энергия (0,01 – 3 МэВ) вместе с малой длиной волны – причина высокой проникающей способности γ-лучей (проходят сквозь слой свинца толщиной 5 см). Наиболее опасны при внешнем облучении человека.

4. Рентгеновское излучение – вид электромагнитного излучения, энергия которого не превышает 1 Мэв. Оно может быть получено в специальных рентгеновских трубках или ускорителях электронов. Рентгеновское излучение, как и гамма-излучение, имеет малую ионизирующую способность и большую глубину проникновения.

5. Нейтронное излучение – это поток нейтронов (незаряжених частиц массы т_п = 1,675·10^{-27 кг). В зависимости от энергии различают} медленные нейтроны (с энергией менше 1 кэВ), нейтроны промежуточных энергий (от 1 до 500 кэВ) и быстрые нейтроны (от 500 кэВ до 20 МэВ). Разновидностью медленных нейтронов являются тепловые нейтроны (с энергией менее 0,2 эВ), находящиеся в состоянии термодинамического равновесия с атомами среды.

Проникающая способность нейтронов значительно выше, чем α - и β-частиц, так длина пробега нейтронов промежуточных энергий составляет около 15 м в воздухе и 3 см в тканях человека, а для быстрых ионов этот показатель соответственно 120 м и 10 см. Такая проникающая способность свидетельствует о большой опасности ионизации для здоровья и жизни человека.