Единицы измерения ионизирующих излучений

Содержание

Введение

Введение

  Ионизирующее  излучение (проникающая радиация) — поток гамма лучей и нейтронов из зоны ядерного взрыва. За единицу измерения излучения (экспозиционной дозы) принят кулон на 1 кг (Кл/кг) в единицах СИ. В практике в качестве единицы экспозиционной дозы излучения часто пользуются внесистемной единицей рентген (Р) . Поглощенная доза, т. е. доза ионизирующих излучении, поглощенная тканями организма, измеряется в радах или Греях (Гр)² в единицах СИ. 1 рад приблизительно ранен 1 Р.

   При облучении ионизирующим излучением возникает лучевая болезнь.     

   Лучевая болезнь I (легкой) степени развивается  при общей дозе. однократного облучения 1—2 Гр (100—200 Р). Скрытый период ее длительный, достигает 4 недели и более. Нерезко выражены симптомы периода разгара болезни.

  Лучевая болезнь II степени (средней тяжести) возникает при общей дозе облучения 2—4 Гр (200—400 Р). Реакция на облучение обычно выражена и продолжается 1—2 суток. Скрытый период достигает 2— 3 нед. Период выраженных клинических проявлений развивается нерезко. Восстановление нарушенных функций организма затягивается на 2—2'/2 мес.

  Лучевая болезнь III (тяжелой) степени возникает  при общей дозе облучения 4—6 Гр (400—600 Р)! Начальный период обычно характеризуется  выраженной симптоматикой. Резко нарушена деятельность центральной нервной системы, рвота возникает повторно и иногда приобретает характер неукротимой. Скрытый период чаще всего продолжается 7—10 дней. Течение заболевания в период разгара (длится 2—3 нед) отличается значительной тяжестью. Резко нарушен гемопоэз. Выражен геморрагический синдром. Более отчетливо выявляются симптомы, свидетельствующие о поражении центральной нервной системы. В случае благоприятного исхода исчезновение симптомов болезни происходит постепенно, выздоровление весьма замедленно (3—5 мес).

  Лучевая болезнь IV (крайне тяжелой) степени  возникает при облучении 6 Гр (600 Р) и более. Она характеризуется ранним бурным появлением в первые минуты и часы тяжелой первичной реакции, сопровождающейся неукротимой рвотой, адинамией, коллапсом. Начальный период болезни без четкой границы переходит в период разгара, отличающийся чертами септического характера, быстрым угнетением кроветворения (аплазия костного мозга, панцитопения), ранним возникновением геморрагий и инфекционных осложнений (в первые дни).

  Главной целью радиационной безопасности является охрана здоровья населения, включая  персонал, от вредного воздействия  ионизирующего излучения путем  соблюдения основных принципов и  норм радиационной безопасности без  необоснованных ограничений полезной деятельности при использовании излучения в различных областях хозяйства, в науке и медицине.

     Нормы радиационной безопасности (НРБ-2000) применяются для обеспечения  безопасности человека в условиях  воздействия на него ионизирующего излучения искусственного или природного происхождения.

1. Основные характеристики ионизирующих излучений

     Ионизирующим излучением называют  излучения, взаимодействие которых  со средой приводит к образованию  электрических зарядов различных знаков. Источники этих излучений широко используются в технике, химии, медицине, сельском хозяйстве и других областях, например при измерении плотности почв, обнаружении течей в газопроводах, измерении толщины листов, труб и стержней, антистатистической обработке тканей, полимеризации пластмасс, радиационной терапии злокачественных опухолей и др. Однако следует помнить, что источники ионизирующего излучения представляют существенную угрозу здоровью и жизни использующих их людей.

     Существует 2 вида ионизирующих излучений:

1. корпускулярное, состоящее из частиц с массой покоя, отличной от нуля (альфа- и бета-излучение и нейтронное излучение);
2. электромагнитное (гамма-излучение и рентгеновское) с очень малой длиной волны.

     Альфа-излучение представляет собой поток ядер гелия, обладающих большой скоростью. Эти ядра имеют массу 4 и заряд +2. Они образуются при радиоактивном распаде ядер или при ядерных реакциях. В настоящее время известно более 120 искусственных и естественных альфа-радиоактивных ядер, которые, испуская альфа-частицу, теряют 2 протона и 2 нейрона.

     Энергия альфа-частиц не превышает  нескольких МэВ (мега-электрон-вольт). Излучаемые альфа-частицы движутся  практически прямолинейно со  скоростью примерно 20000 км/с. 

     Под длиной пробега частицы в воздухе или других средах принято называть наибольшее расстояние от источника излучения, при котором еще можно обнаружить частицу до ее поглощения веществом. Длина пробега частицы зависит от заряда, массы, начальной энергии и среды, в которой происходит движение. С возрастанием начальной энергии частицы и уменьшением плотности среды длина пробега увеличивается. Если начальная энергия излучаемых частиц одинакова, то тяжелые частицы обладают меньшими скоростями, чем легкие. Если частицы движутся медленно, то их взаимодействие с атомами вещества среды более эффективно и частицы быстрее растрачивают имеющийся у них запас энергии.

     Длина пробега альфа-частиц в  воздухе обычно менее 10 см. За  счет своей большой массы при  взаимодействии с веществом альфа-частицы быстро теряют свою энергию. Это объясняет их низкую проникающую способность и высокую удельную ионизацию: при движении в воздушной среде альфа-частица на 1 см своего пути образует несколько десятков тысяч пар заряженных частиц – ионов.

     Бета-излучение представляет собой поток электронов или позитронов, возникающих при радиоактивном распаде. В настоящее время известно около 900 бета-радиоактивных изотопов.

     Масса бета-частиц в несколько  десятков тысяч раз меньше  массы альфа-частиц. В зависимости от природы источника бета-излучений скорость этих частиц может лежать в пределах 0,3 – 0,99 скорости света. Энергия бета-частиц не превышает нескольких МэВ, длина пробега в воздухе составляет приблизительно 1800 см., а в мягких тканях человеческого тела ~ 2,5 см. Проникающая способность бета-частиц, выше, чем альфа-частиц (из-за меньших массы и заряда).

     Нейтронное излучение представляет собой поток ядерных частиц, не имеющих электрического заряда. Масса нейтрона приблизительно в 4 раза меньше массы альфа-частиц. В зависимости от энергии различают медленные нейтроны (с энергией менее 1 КэВ (кило-электрон-Вольт) = 10³ эВ), нейтроны промежуточных энергий (от 1 до 500 КэВ) и быстрые нейтроны (от 500 КэВ до 20 МэВ). При неупругом взаимодействии нейтронов с ядрами атомов среды возникает вторичное излучение, состоящее из заряженных частиц и гамма-квантов (гамма-излучение). При упругих взаимодействиях нейтронов с ядрами может наблюдаться обычная ионизация вещества. Проникающая способность нейтронов зависит от их энергии, но она существенно выше, чем у альфа- или бета-частиц. Нейтронное излучение обладает высокой проникающей способностью и представляет для человека наибольшую опасность из всех видов корпускулярного излучения. Мощность нейтронного потока измеряется плотность потока нейтронов.

     Гамма-излучение представляет собой электромагнитное излучение с высокой энергией и с малой длиной волны. Оно испускается при ядерных превращениях или взаимодействии частиц. Высокая энергия (0,01 – 3 МэВ) и малая длина волны обусловливает большую проникающую способность гамма-излучения. Гамма-лучи не отклоняются в электрических и магнитных полях. Это излучение обладает меньшей ионизирующей способностью, чем альфа- и бета-излучение.

     Рентгеновское излучение может быть получено в специальных рентгеновских трубах, в ускорителях электронов, в среде, окружающей источник бета-излучения, и др. Рентгеновское излучение представляет собой один из видов электромагнитного излучения. Энергия его обычно не превышает 1 МэВ. Рентгеновское излучение, как и гамма-излучение, обладает малой ионизирующей способностью и большой глубиной проникновения.

     Для характеристики воздействия ионизирующего излучения на вещество введено понятие дозы излучения. Дозой излучения – называется часть энергии, переданная излучением веществу и поглощенная им. Количественной характеристикой взаимодействия ионизирующего излучения и вещества является поглощенная доза излучения (Д), равная отношению средней энергии dE, переданной ионизирующим излучением веществу в элементарном объеме, к массе облученного вещества в этом объеме dm:

D = dE / dm

     До недавнего времени за количественную  характеристику только рентгеновского  и гамма-излучения, основанную  на их ионизирующем действии, принималась экспозиционная доза Х – отношение полного электрического заряда dQ ионов одного знака, возникающих в малом объеме сухого воздуха, к массе воздуха dm в этом объеме, т.е.

Х = dQ / dm

     Для оценки возможного ущерба  здоровья при хроническом воздействии  ионизирующего излучения произвольного состава введено понятие эквивалентной дозы (Н). Эта величина определяется как произведение поглощенной дозы Д на средний коэффициент качества излучения Q (безразмерный) в данной точке ткани человеческого тела, т.е.:

Н = Д  · Q

     Существует еще одна характеристика ионизирующего излучения – мощность дозы Х (соответственно поглощенной, экспозиционной или эквивалентной) представляющая собой приращение дозы за малый промежуток времени dx, деленное на этот промежуток dt. Так, мощность экспозиционной дозы (х или w, Кл / кг · с) составит:

Х = W = dx / dt

     Биологическое действие рассмотренных  излучений на организм человека  различно.

     Альфа-частицы, проходя через  вещество и сталкиваясь с атомами,  ионизируют (заряжают) их, выбивая электроны. В редких случаях эти частицы поглощаются ядрами атомов, переводя их в состояние с большей энергией. Эта избыточная энергия способствует протеканию различных химических реакций, которые без облучения не идут или идут очень медленно. Альфа-излучение производит сильное действие на органические вещества, из которых состоит человеческий организм (жиры, белки и углеводы). На слизистых оболочках это излучение вызывает ожоги и другие воспалительные процессы.

     Под действием бета-излучений  происходит радиолиз (разложение) воды, содержащейся в биологических тканях, с образованием водорода, кислорода, пероксида водорода H₂O₂, заряженных частиц (ионов) OH^– и HO^–₂. Продукты разложения воды обладают окислительными свойствами и вызывают разрушение многих органических веществ, из которых состоят ткани человеческого организма.

     Действие гамма- и рентгеновского  излучений на биологические ткани  обусловлено в основном образующимися  свободными электронами. Нейтроны, проходя через вещество, производят в нем наиболее сильные изменения по сравнению с другими ионизирующими излучениями.

     Таким образом, биологическое  действие ионизирующих излучений  сводится к изменению структуры  или разрушению различных органических  веществ (молекул), из которых  состоит организм человека. Это приводит к нарушению биохимических процессов, протекающих в клетках, или даже к их гибели, в результате чего происходит поражение организма в целом.

     Различают внешнее и внутреннее  облучение организма. Под внешним облучением понимают воздействие на организм ионизирующих излучений от внешних по отношению к нему источников. Внутреннее облучение осуществляется радиоактивными веществами, попавшими внутрь организма через дыхательные органы, желудочно-кишечный тракт или через кожные покровы. Источники внешнего излучения – космические лучи, естественные радиоактивные источники, находящиеся в атмосфере, воде, почве, продуктах питания и др., источники альфа-, бета-, гамма, рентгеновского и нейтронного излучений, используемые в технике и медицине, ускорители заряженных частиц, ядерные реакторы (в том числе и аварии на ядерных реакторах) и ряд других.

     Радиоактивные вещества, вызывающие  внутреннее облучение организма,  попадают в него при приеме  пищи, курении, питье загрязненной  воды. Поступление радиоактивных веществ в человеческий организм через кожу происходит в редких случаях (если кожа имеет повреждения или открытые раны). Внутреннее облучение организма длится до тех пор, пока радиоактивное вещество не распадется или не будет выведено из организма в результате процессов физиологического обмена. Внутреннее облучение опасно тем, что вызывает длительно незаживающие язвы различных органов и злокачественные опухоли.

     При работе с радиоактивными  веществами значительному облучению  подвергаются руки операторов. Под действием ионизирующих излучений развивается хроническое или острое (лучевой ожог) поражение кожи рук. Хроническое поражение характеризуется сухостью кожи, появлением на ней трещин, изъявлением и другими симптомами. При остром поражении кистей рук возникают отеки, омертвление тканей, язвы, на месте образования которых возможно развитие злокачественных опухолей.