Задать вопрос юристу

Ионизирующие излучения и источники их образования


Основные понятия. Для понимания физической природы ионизирующего излучения необходимо вспомнить строение ядра атома. В состав ядра атома входят положительно заряженные частицы - протоны и электрически нейтральные частицы, почти равные по массе протонам, - нейтроны.
Число протонов в ядре атома одного и того же элемента всегда постоянно, число нейтронов может быть разным. Нуклидом называется вид атома одного элемента с данным числом протонов и нейтронов в ядре. Заряд нуклида определяется количест

вом протонов в ядре, а сумма нейтронов и протонов ядра составляет массу нуклида (в атомных единицах массы). Атомы, имеющие в ядре одно и тоже число протонов, но различающиеся числом нейтронов называются изотопами одного и того же элемента.
В зависимости от соотношения числа протонов и нейтронов в ядре атома часть его нуклидов стабильна, т.е. самопроизвольно, спонтанно они не претерпевают ядерных превращений. Нейтроноизбыточные нуклиды, как правило, радиоактивны, т.е. обладают способностью к самопроизвольному превращению в другие нуклиды. Весь процесс самопроизвольного превращения называют радиоактивным распадом нуклида, а сам такой нуклид - радионуклидом. Такие превращения претерпевают только нестабильные ядра. Радиоактивность, наблюдающаяся у ядер, существующих в природных условиях, называется естественной. Радиоактивность ядер, полученных посредством ядерных реакций, называется искусственной. Ядерные превращения сопровождаются испусканием ионизирующего излучения (ИИ).
Активность радионуклида. Активность радионуклида в источнике (образце) A - отношение числа dN спонтанных (самопроизвольных) ядерных превращений, происходящих в источнике (образце) за интервал времени dt, к этому интервалу:
(2.1)
Единица активности радионуклида в СИ — беккерель (Бк). 1 Бк равен активности радионуклида в источнике (образце), в котором за время 1 с происходит одно спонтанное ядерное превращение.
Внесистемная единица активности - кюри (Ки). Кюри - активность радионуклида в источнике (образце), в котором за время 1 с происходит 3,7 • 1010 спонтанных ядерных превращений.
Таким образом, 1 Ки = 3,7 • 1010 Бк.
Отношение активности радионуклида в источнике к массе, объему (для объемных источников), площади поверхности (для поверхностных источников) источника называется удельной, объемной, поверхностной активностью и имеют обозначения Am, Av, As соответственно.
Выбор единиц этих величин определяется конкретной задачей. Например, допустимую концентрацию радионуклида (объемную активность) в воде удобнее выражать в беккерелях на литр (Бк/л), а
в воздухе в беккерелях на кубический метр (Бк/м3), так как суточное потребление человеком воды определяется обычно в литрах, а воздуха - в кубических метрах.
Активность радионуклида A(t) или число радиоактивных атомов нуклида N(t) уменьшается во времени t по экспоненциальному закону:
где A0, N0 - активность радионуклида и число радиоактивных атомов нуклида в источнике в начальный момент времени t = 0; X - постоянная распада, определяемая как X = ln2/T1/2 , где Т1/2 - период полураспада, время, по истечении которого число радиоактивных атомов вещества в среднем уменьшается в два раза. Период полураспада Т1/2 является важнейшей характеристикой любого радиоактивного вещества. У одних радиоактивных веществ этот период исчисляется тысячами и даже миллиардами лет, а у других - секундами или их долями. Например, Т\/2 урана-235 - около 700 млн лет, радона-219 - 4 с, а полония-212 - всего 0,0000003 с.
Один из источников образования ионизирующего излучения (ИИ) - радиоактивный распад. Как правило, распад радиоактивных ядер сопровождается испусканием заряженных корпускулярных частиц - электронов (бета-частицы, конверсионные электроны), позитронов и квантов электромагнитного излучения - фотонов. При этом число ядерных превращений практически всегда не совпадает с числом испускаемых корпускулярных частиц и еще реже - с числом испускаемых фотонов. Активность характеризует лишь число ядерных превращений. Связать активность радионуклида с числом испускаемых корпускулярных частиц или фотонов можно, зная индивидуальную схему распада нуклида.
Другим источником образования ИИ служат ядерные реакции. В ходе этих реакций часто появляются нейтральные корпускулярные частицы - нейтроны. Заметим, что видимый свет и ультрафиолетовое излучение общепринято не включать в понятие «ионизирующее излучение».
Ионизирующие излучения подразделяется на прямо ионизирующее и косвенно ионизирующее излучение. К первой группе относятся все заряженные частицы, ко второй - фотоны и нейтроны.
Фотонное ионизирующее излучение представляет собой поток квантов электромагнитного излучения, обладающих определенной энергией и не имеющих массы покоя. К фотонному ионизирующему излучению относятся гамма-излучение, возникающее при изменении энергетического состояния атомных ядер или при аннигиляции частиц; тормозное излучение с непрерывным энергетическим спектром, возникающее при торможении заряженных частиц в поле ядра атома вещества, через которое проходит эта частица; характеристическое излучение с дискретным энергетическим спектром, возникающее при изменении энергетического состояния электронов атома; рентгеновское излучение, состоящее из тормозного и (или) характеристического излучений.
Фотонное излучение электрически нейтрально, поэтому само по себе ионизирующими свойствами не обладает. Ионизация происходит за счет передачи части энергии фотонов электронам облучаемого вещества, разрыва их связи с ядрами атома и придания им начальной скорости движения. Поэтому удельная ионизирующая способность фотонов относительно невелика и расстояния, на которые распространяется фотонное излучение в воздухе, достигают нескольких километров.
Если мысленно представить барьер, на который падает нормально к поверхности мононаправленный поток фотонов плотностью ф(Е0, 0) с энергией Е0, то закон ослабления пучка фотонов на расстояниях будет носить экспоненциальный характер:

где ц* - линейный коэффициент ослабления, его значения для многих материалов можно найти в справочниках [10 - 11].
За барьером любой толщины существует вероятность обнаружить фотоны с начальной энергией.
Вместо линейного коэффициента ослабления иногда используют понятие «слой половинного ослабления» Д1/2. Очевидно,

Величина Д1/2 определяется энергией фотонов, атомным номером вещества барьера, плотностью вещества. В качестве примера в

табл. 2.1 приведены значения Aj/2 для разных энергий и материалов.
Высокая проникающая способность фотонного излучения делает его одинаково опасным как при внешнем, так и при внутреннем расположении источника радиоактивного излучения.
Таблица 2.1

Энергия излучения, МэВ

Величина слоя половинного ослабления А1/2

воздух, м

алюминий, см

свинец, см

0,5

60

3,2

0,4

1,0

85

4,4

1,0

2,0

120

6,0

1,4

Альфа-частицы представляют собой положительно заряженные ядра гелия, содержащие два протона и два нейтрона. Это сравнительно тяжелые частицы (массой в 7360 раз больше массы электрона), излучаемые почти исключительно ядрами тяжелых элементов - урана, плутония, тория, радона и т.д. - с начальной высокой энергией (2 - 8 МэВ). Обладая значительными массой, зарядом и относительно небольшой скоростью движения (около 25000 км/с), а-частицы имеют высокую ионизирующую способность (40000 пар ионов на 1 см пути в воздухе). Вследствие большого расхода энергии на ионизацию длина пробега этих частиц незначительна и в воздухе составляет 1 - 8 см. При прохождении через вещество альфа-частицы рассеиваются в актах упругого рассеяния в основном на малые углы. Поэтому их число вдоль траекторий почти не изменяется. Существует конечное значение пробега альфа-частиц. Альфа-частицы не могут проникнуть ни через одежду человека, ни через ороговевший наружный слой кожи. Поэтому если источник излучения этих частиц находится вне организма (внешнее облучение), они не представляют сколько-нибудь серьезной опасности для здоровья людей. Однако при попадании этого источника внутрь организма, например с пищей или воздухом (внутреннее облучение), а-частицы становятся исключительно опасными для человека.

Бета-излучение (электроны или позитроны с непрерывным энергетическим спектром) подобно альфа-частицам обладают способностью к ионизации вещества. Но поскольку масса бета- частицы значительно меньше массы альфа-частицы, среднее значение удельной ионизации бета-частицы в воздухе - от 40 до нескольких сотен пар ионов на одном сантиметре пути, а длина пробега может достигать нескольких метров при скорости частиц, близкой к скорости распространения электромагнитного излучения. Будучи легкими частицами электроны испытывают многократные рассеяния на электронах среды. Поэтому поток р-частиц по мере прохождения вещества непрерывно уменьшается. Существует определенное значение толщины, зависящее от максимальной энергии р-частицы и атомного номера вещества, далее за которую Р-частица не проходит.
При облучении тела человека длина пробега бета-частицы составляет всего несколько миллиметров. Поток бета-частиц существенно ослабляется одеждой. Но при внешнем облучении открытого тела человека интенсивным потоком р-частицы могут вызвать пигментацию кожи (так называемый «ядерный загар») и радиационные ожоги кожи, образовывать плохо заживающие язвы на теле. Особую опасность для здоровья представляет попадание источника бета-излучения внутрь организма с пищей, водой и ингаляционным путем.
Нейтронное излучение - поток нейтронов, которые, как правило, являются продуктами ядерных реакций, в частности реакции деления. Для получения потоков нейтронов в промышленных целях созданы такие специальные технические устройства, как реакторы, нейтронные генераторы, нейтронные сборки или размножители. Нейтроны электрически нейтральны, и это позволяет им беспрепятственно проникать в глубь атомов облучаемого вещества. Достигая ядер, нейтроны либо поглощаются ими, либо рассеиваются на них, теряя значительную часть энергии и, следовательно, скорость. Особенно большое количество энергии (до 50 %) нейтроны теряют при столкновении с почти равными им по весу ядрами атомов водорода. Поэтому вещества, содержащие большое количество атомов водорода (вода, полиэтилен, парафин), широко используются как для защиты от нейтронного излучения, так и для замедления движения нейтронов. Например, вода служит в качестве замед-
80

лителя быстрых нейтронов в одном из самых распространенных типов реакторов. Атомные ядра при поглощении нейтронов становятся неустойчивыми и, распадаясь, испускают протоны, бета- частицы и гамма-кванты. При таких ядерных реакциях могут образовываться радиоактивные изотопы разных элементов и возникает наведенная радиоактивность, в свою очередь, создающая дополнительное ионизирующее излучение (например, при наземном ядерном взрыве происходит активация грунта).
Следовательно, ионизация среды при нейтронном воздействии определяется протонами, ядрами отдачи и частицами, продуктами ядерных реакций, и зависит от энергии нейтронов, а также от химического состава облучаемого вещества. Нейтроны по величине их энергии и характеру взаимодействия со средой могут быть представлены четырьмя группами: быстрые нейтроны с энергией более 100 кэВ, промежуточные - с энергией от 100 до 1 кэВ, медленные - с энергией менее 1 кэВ и тепловые нейтроны - со средней энергией около 0,025 зВ.
Ионизирующее излучение, состоящее из частиц различного вида или частиц и фотонов, называется смешанным ионизирующим излучением.
Различают моно- и немоноэнергетическое ионизирующее излучение. Под моноэнергетическим понимается ионизирующее излучение, состоящее из частиц с одинаковой энергией. 
<< | >>
Источник: Е.А. Крамер- Агеев, В.В. Костерев, И.К. Леденев, С.Г. Михеенко, Н.Н. Могиленец, Н.И. Морозова, С.И. Хайретдинов. Основы безопасности жизнедеятельности: учебное пособие. 2007

Еще по теме Ионизирующие излучения и источники их образования:

  1. Приложение 3. Промышленные источники ионизирующего излучения
  2. Защита от ионизирующего излучения
  3. Защита от ионизирующих излучений
  4. 16.1. Общая характеристика системы образования и источники ее финансирования
  5. Солнечное излучение как ресурс
  6. Виноградов Ю. А.. Ионизирующая радиация: обнаружение, контроль, защита, 2002
  7. Средневековье: без образования порядков нет образования сословий
  8. Структура системы образования и гомогамия образования
  9. Источники права: понятие источников (форм) и их виды
  10. Тема 2. Типы муниципальных образований. Реестр муниципальных образований
  11. 2.2. Типология муниципальных образований Способы классификации муниципальных образований
  12. Тема 2. Типы муниципальных образований, реестр муниципальных образований
  13. Крулехт М.В., Тельнюк И. В.. Экспертные оценки в образовании: Учеб. пособие для студ. фак. дошк. образования высш. пед. учеб. заведений. — М.: Издательский центр «Академия». — 112 с., 2002
  14. Тема 2. Типы муниципальных образований, реестр муниципальных образований