Естественные и искусственные источники ионизирующих излучений

ИОНИЗИРУЮЩИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ

Феномен радиоактивности

В настоящее время известно много процессов самопроизвольного превращения ядер. Эти процессы называются радиоактивными, т.к. они протекают по законам радиоактивного распада. Свойства атомов испускать излучение впервые обнаружил французский физик А.Беккерель, а его соотечественники Пьер и Мария Кюри назвали это явление радиоактивностью. Впервые радиоактивное излучение было проанализировано при помощи опытов по отклонению его в электрическом и магнитном полях и по поглощению в веществе.

В результате этих опытов было установлено, что естественные радиоактивные вещества испускают три вида лучей:

ü a-лучи - тяжелые, положительно заряженные частицы, движущиеся со скоростью около 10⁷ м/с и поглощающиеся алюминиевой фольгой толщиной несколько микрон. Впоследствии методом спектрального анализа было показано, что этими частицами являются ядра гелия (⁴₂He);

ü b-лучи - легкие, отрицательно заряженные частицы, движущиеся со скоростью, близкой к скорости света, и поглощаемые слоем алюминия в среднем 1мм. Этими частицами оказались электроны;

ü g-лучи - сильно проникающее излучение, не отклоняющееся ни в электрическом, ни в магнитном полях. Природа этих лучей - жесткое электромагнитное излучение, имеющее еще более короткую волну, чем рентгеновское излучение.

Единицами измерения количества радиоактивных веществ является кюри (Ки) и беккерель (Бк). Численному значению активности 1 Ки приблизительно соответствует активность 1г радия с продуктами его распада. За единицу 1 Бк принят 1 распад в 1 секунду.

1 Ки» 37 млрд. расп. в 1с» 3.7×10¹⁰ Бк

1Бк = 1 расп./с = 0.27×10^-11Ки.

Ядра, имеющие избыток нейтронов, испускают b-частицы. Этот тип радиоактивности относится к b-распаду. В процессе b-распада нейтрон, испуская электрон е^- и антинейтрино n, превращается в протон: n® p+b+n.

Порядковый номер изотопа увеличивается на единицу, а отношение N/Z ядра уменьшается.

a-распад характерен для тяжелых ядер с Z ³83. Порядковый номер изотопа уменьшается сразу на две единицы, а массовое число - на четыре.

В результате всех видов радиоактивных превращений количество ядер данного изотопа постепенно уменьшается. Радионуклиды, имеющие малый период полураспада называются короткоживущими, а радионуклиды с большим периодом полураспада - долгоживущими (уран, торий, полоний). Искусственные могут быть как короткоживущими (T_1/2 - от нескольких секунд до нескольких дней), так и долгоживущими (несколько десятков лет).

 

Взаимодействие g-излучений с веществом

Большинство естественных и искусственных изотопов испускают g-кванты, энергия которых лежит в интервале 0.01-10 МэВ. Взаимодействие g-излучения с веществом характеризуется тем, что каждый фотон выбывает из падающего пучка в результате одиночного акта. Число выбывших из пучка фотонов пропорционально пройденной толщине вещества и числу падающих фотонов.

НОРМИРОВАНИЕ РАДИАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

Дозы:

экспозиционная;

поглощённая;

эквивалентная (взвешивающие коэффициенты для разных типов излучений);

эффективная (взвешивающие коэффициенты для разных тканей органов).

1) СП 2.6.1.758-99 Нормы радиационной безопасности (НРБ-99) (взамен НРБ-96).

2) СП 2.1.6.799-99 Основные санитарные правила обеспечения радиационной безопасности (ОСПОРБ-99) (взамен ОСП-72/87).

Основные пределы доз

Нормируемые величины	Пределы доз
Персонал (группа А)	Население
Эффективная доза	20 мЗв в год в среднем за любые последовательные 5 лет, но не более 50 мЗв в год	1 мЗв в год в среднем за любые последовательные 5 лет, но не более 5 мЗв в год
Эквивалентная доза за год: в хрусталике глаза коже кистях и стопах	150 мЗв 500 мЗв 500 мЗв	15 мЗв 50 мЗв 50 мЗв

Пищевые продукты

С 1996 года требования по содержанию радионуклидов ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr в пищевых продуктах включены в единые медико-биологические требования к пищевым продуктам, которые содержатся в Санитарных правилах.

При разработке допустимых уровней удельной активности пищевых продуктов учтены предел годовой эффективной дозы для населения от техногенных источников, равной 1м3в/год, и типичная структура пищевого рациона (по данным Госкомстата РФ)

СанПиН 2.3.2.560-96 гигиенические требования к качеству и безопасности продовольственного сырья и пищевых продуктов.

Строительные материалы

Наряду с проверкой удельной активности продуктов питания важно обеспечить радиационную безопасность строительных изделий и материалов. Требования к данному виду материалов содержит межгосударственный стандарт ГОСТ 30108-94 Материалы и здания строительные. Определение естественной активности естественной радиоактивности, действующий в ряде стран СНГ.

Данный стандарт введен в действие на территории РФ с 1.01.95 г и распространяется на неорганические сыпучие строительные материалы (щебень, гравий, песок, цемент), строительные изделия (плиты, изделия из природного камня, кирпич и т.д.), а также на отходы строительного производства.

В стандарте принятые следующие обозначения:

а) ЕРН (естественные радионуклиды) - основные радионуклиды естественного происхождения, содержащиеся в строительных материалах ²²⁶Rn, ²³²Th, ⁴⁰K;

б) удельная активность А - отношение активности образца к его массе, Бк/кг;

в) удельная эффективная активность А_эфф - удельная активность ЕРН, определяемая с учетом их биологического действия на организм человека:

А_эфф=А_Rn+1,31A_Th+0,085A_K

Стандарт допускает следующие методы определения А_эфф:

 

ИОНИЗИРУЮЩИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ

Феномен радиоактивности

В настоящее время известно много процессов самопроизвольного превращения ядер. Эти процессы называются радиоактивными, т.к. они протекают по законам радиоактивного распада. Свойства атомов испускать излучение впервые обнаружил французский физик А.Беккерель, а его соотечественники Пьер и Мария Кюри назвали это явление радиоактивностью. Впервые радиоактивное излучение было проанализировано при помощи опытов по отклонению его в электрическом и магнитном полях и по поглощению в веществе.

В результате этих опытов было установлено, что естественные радиоактивные вещества испускают три вида лучей:

ü a-лучи - тяжелые, положительно заряженные частицы, движущиеся со скоростью около 10⁷ м/с и поглощающиеся алюминиевой фольгой толщиной несколько микрон. Впоследствии методом спектрального анализа было показано, что этими частицами являются ядра гелия (⁴₂He);

ü b-лучи - легкие, отрицательно заряженные частицы, движущиеся со скоростью, близкой к скорости света, и поглощаемые слоем алюминия в среднем 1мм. Этими частицами оказались электроны;

ü g-лучи - сильно проникающее излучение, не отклоняющееся ни в электрическом, ни в магнитном полях. Природа этих лучей - жесткое электромагнитное излучение, имеющее еще более короткую волну, чем рентгеновское излучение.

Единицами измерения количества радиоактивных веществ является кюри (Ки) и беккерель (Бк). Численному значению активности 1 Ки приблизительно соответствует активность 1г радия с продуктами его распада. За единицу 1 Бк принят 1 распад в 1 секунду.

1 Ки» 37 млрд. расп. в 1с» 3.7×10¹⁰ Бк

1Бк = 1 расп./с = 0.27×10^-11Ки.

Ядра, имеющие избыток нейтронов, испускают b-частицы. Этот тип радиоактивности относится к b-распаду. В процессе b-распада нейтрон, испуская электрон е^- и антинейтрино n, превращается в протон: n® p+b+n.

Порядковый номер изотопа увеличивается на единицу, а отношение N/Z ядра уменьшается.

a-распад характерен для тяжелых ядер с Z ³83. Порядковый номер изотопа уменьшается сразу на две единицы, а массовое число - на четыре.

В результате всех видов радиоактивных превращений количество ядер данного изотопа постепенно уменьшается. Радионуклиды, имеющие малый период полураспада называются короткоживущими, а радионуклиды с большим периодом полураспада - долгоживущими (уран, торий, полоний). Искусственные могут быть как короткоживущими (T_1/2 - от нескольких секунд до нескольких дней), так и долгоживущими (несколько десятков лет).

 

Естественные и искусственные источники ионизирующих излучений

Естественными радиоактивными веществами называют радионуклиды, распространенные в природной среде. Такие естественные радиоактивные элементы, как уран и торий очень широко распространены в природе. Периоды полураспада природных изотопов столь велики, что они сохранились в земной коре с момента ее образования. Изотопы урана и тория являются родоначальниками трёх рядов (семейств) радиоактивных элементов. Все остальные естественные радиоактивные элементы встречаются в природе как продукты радиоактивного распада урана и тория.

В результате процессов разрушения горных пород, их выветривания, происходит миграция радиоактивных элементов и нарушается радиоактивное равновесие. Радиоактивные элементы, отделенные от материнского радионуклида - урана или тория, постепенно распадаются.

Долгоживущие радиоактивные элементы образуют вторичные отложения, например, черные глины и водные источники, содержащие радий.

Кроме урана, тория и продуктов их распада в природе найдены изотопы таких химических элементов как калий, кальций, рубидий, олово и др. Т.е. многие химические элементы обладают естественной радиоактивностью. Среднее содержание естественных радиоактивных элементов в земной коре составляю около 0.1% по весу. Поэтому в растениях и животных наряду с большим содержанием урана, тория, радия и продуктов их распада содержатся радиоактивные изотопы других химических элементов, например, ⁴⁰Ка.

В атмосфере Земли в больших количествах образуется радиоактивный углерод. В результате воздействия космический лучей на компоненты газовой смеси атмосферы - азот и кислород - происходит расщепление ядер атомов этих элементов и появляются быстрые нейтроны. Нейтроны действуют на ядра атомов азота, при этом происходит образование радиоактивного изотопа углерода: ¹⁴C.

Получившиеся атомы отдачи ¹⁴С взаимодействуют с кислородом, образуя диоксид углерода, содержащий радиоактивный углерод.

Интенсивность космического излучения, очевидно, не менялось в течение веков. Поэтому в атмосфере Земли непрерывно с одинаковой скоростью образуется диоксид углерода и его распад. Вследствие этого в атмосфере всегда содержится определенная доля радиоактивного диоксида углерода, который ассимилируется растениями, благодаря чему в тканях живых растений содержание радиоактивного углерода постоянно.

В организме животных он содержится также, т.к. попадает в них при употреблении растительной пищи. Взаимодействие ядер азота с нейтронами, порожденными космическим излучением, приводит также к образованию радиоактивного изотопа водорода - трития ³H.

Тритий попадая в воду, также, как и радиоактивный углерод, поглощается растениями и животными.

Помимо образования продуктов деления урана и плутония, при взрыве атомной и водородной бомб выделяется большое число нейтронов. Они действуют на окружающую среду и образуют искусственные радиоактивные изотопы. Радиоактивные продукты ядерных взрывов поднимаются в стратосферу, а затем в течение нескольких лет оседают на земную поверхность.

Затем радиоактивные продукты ядерных взрывов концентрируются в сельскохозяйственных продуктах, например, в сене, зерне и других, а попадая в воду, накапливаются в телах рыб. Из растительных продуктов они переходят в организм животных, оттуда - в тело человека.

Кроме того, радиоактивные вещества поступают в окружающую среду также при выбросах теплоэлектростанций, работающих на угле и нефти, причём эти выбросы превышаю выбросы АЭС, работающей в безаварийном режиме.