Bevezetés

Ionizáló sugárzás, ha már beszélünk róla Általános nézet, különböző típusú mikrorészecskék és fizikai mezők, amelyek képesek ionizálni az anyagot. Az ionizáló sugárzás fő típusai az elektromágneses sugárzás (röntgen- és gamma-sugárzás), valamint a nukleáris robbanás során keletkező töltött részecskék - alfa- és béta-részecskék -áramok. A káros tényezők elleni védelem az alap polgári védelem országok. Tekintsük az ionizáló sugárzás fő típusait.

A sugárzás típusai

Alfa sugárzás

Az alfa-sugárzás pozitív töltésű részecskék áramlása, amelyet 2 proton és 2 neutron alkot. A részecske azonos a hélium-4 atom magjával (4He2+). Az atommagok alfa-bomlása során keletkezik. Az alfa-sugárzást először E. Rutherford fedezte fel. A radioaktív elemek tanulmányozása során, különösen az olyan radioaktív elemek tanulmányozása során, mint az urán, a rádium és az aktínium, E. Rutherford arra a következtetésre jutott, hogy minden radioaktív elem alfa- és béta-sugarakat bocsát ki. És ami még fontosabb, bármely radioaktív elem radioaktivitása egy bizonyos idő elteltével csökken. Az alfa-sugárzás forrása a radioaktív elemek. Más típusú ionizáló sugárzásoktól eltérően az alfa sugárzás a legártalmatlanabb. Csak akkor veszélyes, ha ilyen anyag kerül a szervezetbe (belélegzés, evés, ivás, dörzsölés stb.), mivel egy például 5 MeV energiájú alfa-részecske hatótávolsága a levegőben 3,7 cm, ill. biológiai szövet 0. 05 mm. A szervezetbe jutó radionuklid alfa-sugárzása valóban szörnyű pusztítást okoz, mert a 10 MeV-nál kisebb energiájú alfa-sugárzás minőségi tényezője 20 mm. és az energiaveszteség a biológiai szövet nagyon vékony rétegében jelentkezik. Gyakorlatilag megégeti. Amikor az alfa részecskéket felszívják az élő szervezetek, mutagén (mutációt okozó tényezők), rákkeltő (rosszindulatú daganatok kialakulását előidéző ​​anyagok vagy fizikai ágens (sugárzás)) és egyéb negatív hatások léphetnek fel. Áthatoló képessége A.-i. kicsi, mert feltartott egy papírlap.

Béta sugárzás

Béta részecske (béta részecske), béta-bomlás által kibocsátott töltött részecske. A béta-részecskék áramát béta-sugárzásnak vagy béta-sugárzásnak nevezik.

A negatív töltésű béta részecskék elektronok (b-), a pozitív töltésű béta részecskék pozitronok (b+).

A béta-részecskék energiái a bomló izotóptól függően folyamatosan oszlanak el nullától valamilyen maximális energiáig; ez a maximális energia 2,5 keV-tól (rénium-187 esetén) több tíz MeV-ig (a béta-stabilitási vonaltól távol eső, rövid életű magok esetében) terjed.

A béta sugarak elektromos és mágneses mezők hatására eltérnek az egyenes iránytól. A részecskék sebessége a béta-sugarakban közel áll a fény sebességéhez.

A béta sugarak ionizálhatják a gázokat, ami kémiai reakciók, lumineszcencia, hat a fényképészeti lemezekre.

Jelentős dózisú külső béta-sugárzás sugárégést okozhat a bőrön, és sugárbetegséghez vezethet. Még veszélyesebb a szervezetbe jutó béta-aktív radionuklidok belső sugárzása. A béta-sugárzás lényegesen kisebb áthatolóerővel rendelkezik, mint a gamma-sugárzás (azonban egy nagyságrenddel nagyobb, mint az alfa-sugárzás). Bármilyen, körülbelül 1 g/cm2 felületi sűrűségű anyagréteg (például néhány milliméter alumínium vagy több méter levegő) szinte teljesen elnyeli a béta részecskéket körülbelül 1 MeV energiával.

Gamma sugárzás

Gamma sugárzás típusa elektromágneses sugárzás rendkívül rövid hullámhosszal -< 5Ч10-3 нм и вследствие этого ярко выраженными корпускулярными и слабо выраженными волновыми свойствами. Гамма-квантами являются фотоны высокой энергии. Обычно считается, что энергии квантов гамма-излучения превышают 105 эВ, хотя резкая граница между гамма- и рентгеновским излучением не определена. На шкале электромагнитных волн гамма-излучение граничит с рентгеновским излучением, занимая диапазон более magas frekvenciákés energiák. Az 1-100 keV tartományban a gamma- és a röntgensugárzás csak forrásban különbözik: ha egy kvantum magátmenetben bocsát ki, akkor általában gamma-sugárzásnak minősül, ha elektronok kölcsönhatása vagy átmenetek során atomi elektronhéj, röntgensugárzásnak nevezik. Nyilvánvaló, hogy az azonos energiájú elektromágneses sugárzás fizikai kvantumai nem térnek el egymástól, így ez a felosztás feltételes.

A gerjesztett állapotok közötti átmenet során gamma-sugárzás bocsát ki atommagok(az ilyen gamma-sugarak energiája ~1 keV és több tíz MeV között van), nukleáris reakciók(például egy elektron és egy pozitron megsemmisülése, a semleges pion bomlása stb. során), valamint az energetikailag töltött részecskék mágneses és elektromos térben történő eltérülése során (lásd Szinkrotron sugárzás).

A gamma-sugarakat, ellentétben a b-sugaraktól és a b-sugaraktól, nem térítik el elektromos és mágneses mezők, és egyenlő energiák és más azonos feltételek mellett nagyobb áthatolóerő jellemzi őket. A gamma sugarak az anyag atomjainak ionizációját okozzák. A fő folyamatok, amelyek akkor mennek végbe, amikor a gamma-sugárzás áthalad az anyagon:

Fotoelektromos hatás (a gamma-kvantumot az atomhéj elektronja nyeli el, az összes energiát átadja neki, és ionizálja az atomot).

Compton-szórás (a gamma-kvantumot egy elektron szórja, energiájának egy részét átadja neki).

Elektron-pozitron párok születése (az atommag területén egy legalább 2mec2 = 1,022 MeV energiájú gamma-kvantum elektronná és pozitronná alakul).

Fotonukleáris folyamatok (több tíz MeV feletti energiánál egy gamma-kvantum képes nukleonokat kiütni a magból).

A gamma sugarak, mint minden más foton, polarizálhatók.

A gamma kvantumokkal történő besugárzás a dózistól és időtartamtól függően krónikus és akut sugárbetegséget okozhat. A sugárzás sztochasztikus hatásai közé tartoznak a különböző típusú rák. Ugyanakkor a gamma-besugárzás elnyomja a rák és más gyorsan osztódó sejtek növekedését. A gamma-sugárzás mutagén és teratogén faktor.

Egy anyagréteg védelemként szolgálhat a gamma-sugárzás ellen. A védelem hatékonysága (vagyis a gamma-kvantum abszorpciójának valószínűsége, amikor áthalad rajta) növekszik a réteg vastagságának, az anyag sűrűségének és a benne lévő nehéz atommagok (ólom, volfrám, szegényített urán stb.) növekedésével. .).

A "sugárzás" kifejezés a latin radius szóból származik, és sugarat jelent. A szó legtágabb értelmében a sugárzás a természetben létező összes sugárzástípust – a rádióhullámokat, infravörös sugárzás, látható fény, ultraibolya és végül ionizáló sugárzás. Az elektromágneses természetű sugárzások mindegyike hullámhosszban, frekvenciában és energiában különbözik.

Vannak olyan sugárzások is, amelyek eltérő természetűek, és különféle részecskék áramai, például alfa-részecskék, béta-részecskék, neutronok stb.

Minden alkalommal, amikor egy gát megjelenik a sugárzás útján, energiájának egy részét vagy egészét átadja annak a gátnak. A sugárzás végső hatása pedig attól függ, hogy mennyi energia került átadásra és elnyelődésre a szervezetben. Mindenki ismeri a bronz barnaság örömét és a súlyos leégés okozta frusztrációt. Nyilvánvaló, hogy bármilyen típusú sugárzásnak való túlzott kitettség kellemetlen következményekkel jár.

Az ionizáló sugárzások a legfontosabbak az emberi egészség szempontjából. Ahogy az ionizáló sugárzás áthalad a szöveteken, energiát ad át és ionizálja az atomokat a fontos szerepet játszó molekulákban biológiai szerepe. Ezért bármilyen ionizáló sugárzásnak való kitettség ilyen vagy olyan módon befolyásolhatja az egészséget. Ezek tartalmazzák:

Alfa sugárzás ezek nehéz, pozitív töltésű részecskék, amelyek két protonból és két neutronból állnak, szorosan összekapcsolva. A természetben az alfa-részecskék nehéz elemek, például urán, rádium és tórium atomjainak bomlásából származnak. A levegőben az alfa-sugárzás nem haladja meg az öt centimétert, és általában teljesen blokkolja egy papírlap vagy a bőr külső elhalt rétege. Ha azonban egy alfa-részecskéket kibocsátó anyag étellel vagy belélegzett levegővel kerül a szervezetbe, az besugározza a belső szerveket, és potenciálisan veszélyessé válik.

Béta sugárzás ezek olyan elektronok, amelyek sokkal kisebbek, mint az alfa részecskék, és több centiméter mélyre is behatolhatnak a testbe. Megvédheti magát tőle vékony lap fém, ablaküveg és akár közönséges ruházat is. Amikor a béta-sugárzás eléri a test nem védett területeit, általában a bőr felső rétegeit érinti. Egy baleset során a Csernobili atomerőmű 1986-ban a tűzoltók bőrégési sérüléseket szenvedtek a béta-részecskéknek való nagyon magas expozíció következtében. Ha egy béta-részecskéket kibocsátó anyag bejut a szervezetbe, az besugározza a belső szöveteket.

Gamma sugárzás ezek fotonok, azaz. energiát hordozó elektromágneses hullám. A levegőben nagy távolságokat képes megtenni, fokozatosan elveszítve energiáját a közeg atomjaival való ütközés következtében. Az intenzív gammasugárzás, ha nem védjük meg tőle, nemcsak a bőrt, hanem a belső szöveteket is károsíthatja. A sűrű és nehéz anyagok, mint például a vas és az ólom, kiváló akadályt jelentenek a gammasugárzás ellen.

Röntgensugárzás hasonló az atommagok által kibocsátott gamma-sugárzáshoz, de mesterségesen, röntgencsőben állítják elő, amely önmagában nem radioaktív. Mivel a röntgencső árammal működik, a röntgensugárzás ki- és bekapcsolható egy kapcsoló segítségével.

Neutronsugárzás az atommag hasadása során keletkezik, és nagy áthatoló képességgel rendelkezik. A neutronokat vastag beton-, víz- vagy paraffingátakkal lehet megállítani. Szerencsére a békés életben gyakorlatilag sehol nincs neutronsugárzás, kivéve az atomreaktorok közvetlen közelében.

A röntgen- és gamma-sugárzással kapcsolatban a gyakran használt meghatározások a következők: "kemény"És "puha". Ez az energiájának és a hozzá kapcsolódó sugárzás áthatoló erejének relatív jellemzője ("kemény" nagyobb energia és áthatolóerő, "lágy" kisebb). Az ionizáló sugárzás és áthatoló képessége

Az atommagban lévő neutronok száma határozza meg, hogy az adott atommag radioaktív-e. Annak érdekében, hogy az atommag stabil állapotban legyen, a neutronok számának általában valamivel magasabbnak kell lennie, mint a protonok száma. Egy stabil atommagban a protonokat és a neutronokat olyan szorosan kötik egymáshoz a nukleáris erők, hogy egyetlen részecske sem tud kiszabadulni. Egy ilyen mag mindig kiegyensúlyozott és nyugodt állapotban marad. Teljesen más azonban a helyzet, ha a neutronok száma felborítja az egyensúlyt. Ebben az esetben a magnak többletenergiája van, és egyszerűen nem lehet érintetlenül tartani. Előbb-utóbb felszabadítja felesleges energiáit.

Különböző atommagok bocsátják ki energiájukat különböző utak: elektromágneses hullámok vagy részecskeáramok formájában. Ezt az energiát sugárzásnak nevezik. Radioaktív bomlás

Azt a folyamatot, amely során az instabil atomok leadják felesleges energiájukat, radioaktív bomlásnak, magukat az ilyen atomokat pedig radionuklidoknak nevezik. A kis számú protont és neutront tartalmazó könnyű atommagok egy bomlás után stabilizálódnak. Amikor a nehéz atommagok, például az urán bomlanak, a keletkező mag még mindig instabil, és viszont tovább bomlik, új atommagot képezve stb. A nukleáris átalakulások láncolata egy stabil mag kialakulásával zárul. Az ilyen láncok radioaktív családokat alkothatnak. Az urán és a tórium radioaktív családja ismert a természetben.

A bomlás intenzitásának fogalmát a felezési idő fogalma adja - az az időszak, amely alatt a radioaktív anyag instabil magjainak fele lebomlik. Mindegyik radionuklid felezési ideje egyedi és változatlan. Egy radionuklid, például a kripton-94, egy atomreaktorban születik, és nagyon gyorsan lebomlik. Felezési ideje kevesebb, mint egy másodperc. Egy másik, például a kálium-40 az Univerzum születésekor keletkezett, és még mindig megmarad a bolygón. Felezési idejét évmilliárdokban mérik.

Az ionizáló sugárzás kombinációja különféle típusok mikrorészecskék és fizikai mezők, amelyek képesek ionizálni egy anyagot, azaz elektromosan töltött részecskéket képeznek benne - ionok.

SZAKASZ III. ÉLETBIZTONSÁGI IRÁNYÍTÁS ÉS GAZDASÁGI MECHANIZMUSOK A BIZTOSÍTÁSÁHOZ

Az ionizáló sugárzásnak többféle típusa létezik: alfa-, béta-, gamma- és neutronsugárzás.

Alfa sugárzás

A pozitív töltésű alfa-részecskék képződése 2 protonból és 2 neutronból áll, amelyek a héliummag részei. Az alfa-részecskék az atommag bomlása során keletkeznek, és lehetnek kezdőpontjuk kinetikus energia 1,8-tól 15 MeV-ig. Az alfa-sugárzás jellemző tulajdonságai a magas ionizációs és alacsony áthatolási képességek. Mozgás közben az alfa-részecskék nagyon gyorsan veszítenek energiájukból, ami azt a tényt okozza, hogy a vékony műanyag felületek leküzdése sem elegendő. Általánosságban elmondható, hogy az alfa-részecskéknek való külső expozíció, ha nem vesszük figyelembe a gyorsítóval nyert nagy energiájú alfa-részecskéket, nem okoz kárt az emberben, de a részecskék szervezetbe jutása káros lehet az egészségre, mivel az alfa radionuklidok Hosszú felezési idővel és erős ionizációval rendelkeznek. Lenyelés esetén az alfa-részecskék gyakran még veszélyesebbek is lehetnek, mint a béta- és gamma-sugárzás.

Béta sugárzás

A béta-bomlás eredményeként képződnek töltött béta részecskék, amelyek sebessége megközelíti a fénysebességet. A béta sugarak áthatoló ereje nagyobb, mint az alfa sugaraknak – kémiai reakciókat, lumineszcenciát válthatnak ki, gázokat ionizálhatnak, és hatást gyakorolhatnak a fényképészeti lemezekre. A (legfeljebb 1 MeV energiájú) töltött béta részecskék áramlása elleni védelemként elegendő egy közönséges, 3-5 mm vastag alumíniumlemezt használni.

Fotonsugárzás: gamma- és röntgensugárzás

A fotonsugárzás kétféle sugárzást foglal magában: a röntgensugárzást (lehet bremsstrahlung és karakterisztikus) és a gamma-sugárzást.

A leggyakoribb típus fotonsugárzás ultrarövid hullámhosszon nagyon nagy energiájú gamma részecskék, amelyek nagy energiájú, töltés nélküli fotonok áramlása. Az alfa- és béta-sugarakkal ellentétben a gamma-részecskéket nem térítik el mágneses és elektromos mezők, és lényegesen nagyobb áthatolóerővel rendelkeznek. A gamma-sugárzás bizonyos mennyiségekben és meghatározott ideig tartó expozíció sugárbetegséget okozhat, és különféle rákos megbetegedésekhez vezethet. Csak az ilyen nehéz részecskék akadályozhatják meg a gamma-részecskék áramlásának terjedését. kémiai elemekólom, szegényített urán és volfrám.

Neutronsugárzás

A neutronsugárzás forrása lehet nukleáris robbanások, atomreaktorok, laboratóriumi és ipari létesítmények.

Maguk a neutronok elektromosan semleges, instabil (a szabad neutron felezési ideje kb. 10 perc) részecskék, amelyek töltés nélküliségük miatt nagy áthatolóképességgel és az anyaggal való gyenge kölcsönhatás mértékével jellemezhetők. A neutronsugárzás nagyon veszélyes, ezért számos speciális, főleg hidrogéntartalmú anyagot használnak az ellene való védekezésre. A neutronsugárzás abszorbeálódik legjobban tiszta víz, polietilén, paraffin, valamint nehézfém-hidroxidok oldatai.

Hogyan hat az ionizáló sugárzás az anyagokra?

Az ionizáló sugárzás minden fajtája valamilyen mértékben befolyásolja különféle anyagok, de leginkább a gamma-részecskékben és a neutronokban jelentkezik. Így hosszan tartó expozícióval jelentősen megváltoztathatják a tulajdonságokat különféle anyagok, változás kémiai összetétel anyagok, ionizálják a dielektrikumokat, és pusztító hatással vannak a biológiai szövetekre. A természetes háttérsugárzás nem okoz nagy kárt az emberben, azonban a mesterséges ionizáló sugárzásforrások kezelésekor nagyon óvatosnak kell lennie, és minden szükséges intézkedést meg kell tennie a test sugárzási kitettségének minimalizálása érdekében.

Az ionizáló sugárzás fajtái és tulajdonságaik

Ionizáló sugárzásnak nevezik a részecskék és elektromágneses kvantumok áramlását, amelyek hatására a közegen eltérő töltésű ionok képződnek.

A különböző típusú sugárzások bizonyos mennyiségű energia felszabadulásával járnak, és eltérő áthatolóképességűek, így eltérő hatással vannak a szervezetre. Az emberre a legnagyobb veszélyt a radioaktív sugárzás jelenti, mint például az y-, röntgen-, neutron-, a- és b-sugárzás.

A röntgen- és y-sugarak kvantumenergia-folyamok. A gamma-sugárzás hullámhossza rövidebb, mint a röntgensugárzásé. Ezek a sugárzások természetüknél és tulajdonságaiknál ​​fogva alig különböznek egymástól, nagy áthatoló képességgel, egyenes terjedéssel rendelkeznek, és képesek másodlagos és szórt sugárzást létrehozni a közegben, amelyen áthaladnak. Míg azonban a röntgensugarakat általában elektronikus eszközzel állítják elő, az y-sugarakat instabil vagy radioaktív izotópok bocsátják ki.

Az ionizáló sugárzás többi típusa gyorsan mozgó anyagrészecskék (atomok), amelyek egy része elektromos töltést hordoz, mások nem.

A neutronok az egyetlen töltés nélküli részecskék, amelyek bármilyen radioaktív átalakulás során keletkeznek, tömegük megegyezik a proton tömegével. Mivel ezek a részecskék elektromosan semlegesek, mélyen behatolnak minden anyagba, beleértve az élő szöveteket is. A neutronok az atommagokat alkotó alapvető részecskék.

Az anyagon áthaladva csak az atommagokkal lépnek kölcsönhatásba, energiájuk egy részét átadják nekik, és maguk változtatják mozgásuk irányát. Az atommagok "kipattannak" onnan elektronhéjés az anyagon áthaladva ionizációt váltanak ki.

Az elektronok könnyű, negatív töltésű részecskék, amelyek minden stabil atomban megtalálhatók. Az elektronokat nagyon gyakran használják az anyag radioaktív bomlása során, majd béta-részecskéknek nevezik. Laboratóriumi körülmények között is beszerezhetők. Az anyagon való áthaladáskor az elektronok által elvesztett energiát gerjesztésre és ionizációra, valamint bremsstrahlung kialakulására fordítják.

Az alfa-részecskék a hélium atommagjai, amelyek mentesek az orbitális elektronoktól, és két protonból és két neutronból állnak, amelyek összekapcsolódnak. Pozitív töltésűek, viszonylag nehézek, és amikor áthaladnak egy anyagon, nagy sűrűségű anyag ionizációját idézik elő.

Az alfa-részecskéket általában akkor bocsátják ki radioaktív bomlás természetes nehéz elemek (rádium, tórium, urán, polónium stb.).

Az anyagon áthaladó töltött részecskék (elektronok és hélium atommagok) kölcsönhatásba lépnek az atomok elektronjaival, 35, illetve 34 eV-ot veszítve. Ebben az esetben az energia egyik felét ionizációra fordítják (az elektron elválasztása az atomtól), a másik felét pedig a közeg atomjainak és molekuláinak gerjesztésére (egy elektron átvitelére az atommagtól távolabbi héjra). .

Az alfa-részecskék által alkotott ionizált és gerjesztett atomok száma egységnyi úthosszra vonatkoztatva egy közegben több százszor nagyobb, mint egy p-részecskeé (5.1. táblázat).

5.1. táblázat. Különféle energiájú a- és b-részecskék tartománya az izomszövetben

Ennek oka az a tény, hogy az a-részecske tömege megközelítőleg 7000-szer nagyobb, mint a b-részecske tömege, ezért sebessége azonos energia mellett lényegesen kisebb, mint a b-részecskeé.

A radioaktív bomlás során kibocsátott alfa-részecskék sebessége megközelítőleg 20 ezer km/s, míg a béta részecskék sebessége megközelíti a fénysebességet, és 200...270 ezer km/s. Nyilvánvaló, hogy minél kisebb egy részecske sebessége, annál nagyobb a valószínűsége annak, hogy kölcsönhatásba lép a közeg atomjaival, és ezért annál nagyobb az energiaveszteség egységnyi útra jutva a közegben - ami kevesebb futásteljesítményt jelent. Az asztalról 5.1 ebből az következik, hogy az a-részecskék tartománya az izomszövetben 1000-szer kisebb, mint az azonos energiájú béta-részecskék tartománya.

Amikor az ionizáló sugárzás áthalad az élő szervezeteken, energiáját egyenlőtlenül adja át a biológiai szöveteknek és sejteknek. Ennek eredményeként annak ellenére, hogy nem nagyszámú a szövetek által elnyelt energia, az élő anyag egyes sejtjei jelentősen károsodnak. A sejtekben és szövetekben lokalizált ionizáló sugárzás összhatását a táblázat mutatja be. 5.2.

5.2. táblázat. Az ionizáló sugárzás biológiai hatásai

A molekulák primer sugárzás-kémiai változásai két mechanizmuson alapulhatnak: 1) közvetlen hatás, amikor egy adott molekula közvetlenül a sugárzással való kölcsönhatás során változásokat (ionizációt, gerjesztést) tapasztal; 2) közvetett hatás, amikor egy molekula nem közvetlenül nyeli el az ionizáló sugárzás energiáját, hanem egy másik molekulától való átvitel útján kapja azt.

Ismeretes, hogy a biológiai szövetben a tömeg 60...70%-a víz. Tekintsük tehát a sugárzás közvetlen és közvetett hatásai közötti különbséget a vízbesugárzás példáján.

Tegyük fel, hogy a vízmolekulát egy töltött részecske ionizálja, aminek következtében elektront veszít:

H2O -> H20+e - .

Egy ionizált vízmolekula reakcióba lép egy másik semleges vízmolekulával, és létrehozza a nagyon reaktív hidroxil-gyököt OH":

H2O+H2O -> H3O+ + OH*.

A kilökött elektron emellett nagyon gyorsan energiát ad át a környező vízmolekuláknak, ami egy erősen gerjesztett H2O* vízmolekulát eredményez, amely disszociál, és két gyököt képez, H* és OH*:

H2O+e- -> H2O*H’ + OH’.

A szabad gyökök párosítatlan elektronokat tartalmaznak, és rendkívül reaktívak. Élettartamuk vízben nem haladja meg a 10-5 másodpercet. Ezalatt vagy rekombinálódnak egymással, vagy reakcióba lépnek az oldott szubsztrátummal.

Vízben oldott oxigén jelenlétében egyéb radiolízistermékek is képződnek: szabad gyökös hidroperoxid HO2, hidrogén-peroxid H2O2 és atomi oxigén:

H*+ O2 -> HO2;
HO*2 + HO2 -> H2O2 +20.

Az élő szervezet sejtjében sokkal összetettebb a helyzet, mint a víz besugárzásakor, különösen akkor, ha az elnyelő anyag nagy és többkomponensű biológiai molekulák. Ilyenkor D* szerves gyökök képződnek, amelyekre szintén rendkívül nagy reaktivitás jellemző. Nagy mennyiségű energiával könnyen kémiai kötések felbomlásához vezethetnek. Ez a folyamat leggyakrabban az ionpárok képződése és a végtermékek keletkezése közötti időszakban játszódik le.

Ezenkívül a biológiai hatást fokozza az oxigén hatása. A szabad gyök oxigénnel való kölcsönhatásának eredményeként létrejövő nagy reakcióképességű DO2* (D* + O2 -> DO2*) termék a besugárzott rendszerben új molekulák képződéséhez vezet.

A víz radiolízise során keletkező, nagy kémiai aktivitású szabad gyökök és oxidáló molekulák kémiai reakcióba lépnek fehérje-, enzim- és egyéb molekulákkal. szerkezeti elemek biológiai szövet, ami a szervezet biológiai folyamatainak megváltozásához vezet. Ennek eredményeként anyagcsere folyamatok, az enzimrendszerek aktivitása elnyomódik, a szövetek növekedése lelassul és leáll, újak keletkeznek kémiai vegyületek, a szervezetre nem jellemző - méreganyagok. Ez az egyes rendszerek vagy a test egészének létfontosságú funkcióinak megzavarásához vezet.

A szabad gyökök által kiváltott kémiai reakciók sok száz és több ezer molekulát érintenek, amelyeket nem érint a sugárzás. Ez az ionizáló sugárzás biológiai objektumokra gyakorolt ​​hatásának sajátossága. Semmilyen más energiafajta (termikus, elektromos stb.), amelyet egy biológiai tárgy ugyanabban a mennyiségben nyel el, nem vezet olyan változásokhoz, amelyeket az ionizáló sugárzás okoz.

A sugárzás emberi szervezetre gyakorolt ​​nemkívánatos sugárzási hatásait hagyományosan szomatikus (görögül „test”) és genetikai (örökletes) csoportokra osztják.

A szomatikus hatások közvetlenül a besugárzott személyben, a genetikai hatások pedig utódaiban nyilvánulnak meg.

Az elmúlt évtizedek során az ember nagyszámú mesterséges radionuklidot hozott létre, amelyek használata további terhelést jelent a Föld természetes sugárzási hátterében, és növeli az emberek sugárdózisát. A kizárólag békés célú ionizáló sugárzás azonban jótékony hatással van az emberre, és ma már nehéz megjelölni a tudásterületet, ill. nemzetgazdaság, amely nem használ radionuklidokat vagy más ionizáló sugárforrást. A 21. század elejére a „békés atom” megtalálta alkalmazását az orvostudományban, az iparban, mezőgazdaság, mikrobiológia, energia, űrkutatás és egyéb területek.

A sugárzás típusai és az ionizáló sugárzás anyaggal való kölcsönhatása

Az atomenergia használata a létezés elengedhetetlen szükségletévé vált modern civilizációés egyben óriási felelősség, hiszen ezt az energiaforrást a lehető legracionálisabban és körültekintőbben kell felhasználni.

A radionuklidok hasznos tulajdonságai

A radioaktív bomlásnak köszönhetően a radionuklid „jelet ad”, ezáltal meghatározza a helyét. Használata speciális eszközök A tudósok megtanulták használni ezeket az anyagokat indikátorokként, amelyek segítségével számos kémiai és biológiai folyamatok, szöveteken és sejteken áthaladva.

Az ionizáló sugárzás mesterséges forrásainak típusai

Az összes mesterséges ionizáló sugárforrás két típusra osztható.

• Orvosi - mind betegségek diagnosztizálására (például röntgen- és fluorográfiai eszközök), mind sugárterápiás eljárások végrehajtására (például rák kezelésére szolgáló sugárterápiás egységek). A mesterséges intelligencia orvosi forrásai közé tartoznak a radiofarmakonok is (radioaktív izotópok vagy ezek vegyületei különféle szervetlen ill. szerves anyagok), amely betegségek diagnosztizálására és kezelésére egyaránt használható.
• Ipari - ember által előállított radionuklidok és generátorok:
  • az energetikában (atomerőművi reaktorok);
  • a mezőgazdaságban (nemesítéshez és a műtrágyák hatékonyságának kutatásához)
  • a védelmi ágazatban (nukleáris meghajtású hajók üzemanyaga);
  • az építőiparban (fémszerkezetek roncsolásmentes vizsgálata).

Statikus adatok szerint a radionuklid termékek világpiaci gyártási volumene 2011-ben 12 milliárd dollár volt, 2030-ra pedig ez a szám hatszorosára nő.

Azok számára, akik most ismerkednek a fizikával, vagy csak most kezdik tanulmányozni, nehéz kérdés, hogy mi a sugárzás. De ezzel fizikai jelenség szinte minden nap találkozunk. Egyszerűen fogalmazva, a sugárzás az energia elterjedésének folyamata elektromágneses hullámok és részecskék formájában, vagy más szóval: energiahullámok terjednek körül.

Sugárforrás és típusai

Az elektromágneses hullámok forrása lehet mesterséges vagy természetes. Például a mesterséges sugárzás magában foglalja a röntgensugárzást.

Érezheti a sugárzást anélkül, hogy elhagyná otthonát: csak egy égő gyertya fölé kell tartania a kezét, és azonnal érezni fogja a hősugárzást. Nevezhetjük termikusnak, de ezen kívül számos más sugárzási típus is létezik a fizikában. Itt van néhány közülük:

• Az ultraibolya sugárzás olyan sugárzás, amelyet az ember napozás közben érezhet.
• A röntgensugárzásnak van a legrövidebb hullámhossza, ezeket röntgensugárzásnak nevezik.
• Még az emberek is látják az infravörös sugarakat; erre példa egy közönséges gyermeklézer. Ez a fajta sugárzás akkor jön létre, amikor a mikrohullámú rádiósugárzás és a látható fény egybeesik. Az infravörös sugárzást gyakran használják a fizioterápiában.
• A kémiai radioaktív elemek bomlása során radioaktív sugárzás keletkezik. A cikkből többet megtudhat a sugárzásról.
• Az optikai sugárzás nem más, mint fénysugárzás, a szó tágabb értelmében vett fény.
• A gammasugárzás egy rövid hullámhosszú elektromágneses sugárzás. Használják például sugárterápiában.

A tudósok régóta tudják, hogy bizonyos sugárzás káros hatással van az emberi szervezetre. Az, hogy ez a hatás milyen erős lesz, a sugárzás időtartamától és teljesítményétől függ. Ha hosszú időn keresztül sugárzásnak teszi ki magát, az változásokhoz vezethet sejtszinten. Minden elektronikus berendezés, ami körülvesz minket, legyen az mobiltelefon, számítógép vagy mikrohullámú sütő – mindez kihat az egészségre. Ezért ügyelnie kell arra, hogy ne tegye ki magát felesleges sugárzásnak.

Az ionizáló sugárzás legkülönfélébb fajtái az úgynevezett radioaktív sugárzás, amely az elemek atommagjainak spontán radioaktív bomlása következtében jön létre, az utóbbiak fizikai és kémiai tulajdonságainak megváltozásával. Azokat az elemeket, amelyek képesek radioaktív bomlásra, radioaktívnak nevezzük; lehetnek természetesek, például urán, rádium, tórium stb. (összesen kb. 50 elem), és mesterségesek, amelyeknél mesterségesen nyernek radioaktív tulajdonságokat (több mint 700 elem).

A radioaktív bomlás során az ionizáló sugárzásnak három fő típusa van: alfa, béta és gamma.

Az alfa-részecske egy pozitív töltésű hélium ion, amely magok, általában nehéz természetes elemek (rádium, tórium stb.) bomlása során keletkezik. Ezek a sugarak nem hatolnak be mélyen sem szilárd, sem folyékony közegbe, így a külső behatások elleni védekezéshez elegendő bármilyen vékony réteggel, akár egy papírdarabbal is védekezni.

A béta-sugárzás egy elektronfolyam, amely mind a természetes, mind a mesterséges radioaktív elemek atommagjainak bomlása során keletkezik. A béta sugárzásnak nagyobb a behatoló ereje az alfa sugarakhoz képest, ezért sűrűbb és vastagabb képernyőkre van szükség az ellenük való védelemhez. A béta-sugárzás egy fajtája, amelyet egyes mesterséges radioaktív elemek bomlása okoz. pozitronok. Csak pozitív töltésükben különböznek az elektronoktól, ezért a sugarak áramlásának kitéve mágneses mező ellenkező irányba térnek el.

A gammasugárzás vagy energiakvantumok (fotonok) kemény elektromágneses rezgések, amelyek számos radioaktív elem atommagjának bomlása során keletkeznek. Ezeknek a sugaraknak sokkal nagyobb áthatoló erejük van. Ezért meg kell védeni tőlük speciális eszközök ezeket a sugarakat jól elzárni képes anyagokból (ólom, beton, víz). A gamma-sugárzás ionizáló hatását elsősorban mind a saját energia közvetlen felhasználása, mind a besugárzott anyagból kiütött elektronok ionizáló hatása okozza.

Röntgensugárzás keletkezik a röntgencsövek, valamint az összetett elektronikus berendezések (betatronok stb.) működése során. A röntgensugarak természetükben hasonlóak a gamma-sugarakhoz, de eredetükben és néha hullámhosszukban is különböznek: a röntgensugarak általában hosszabb hullámhosszúak és alacsonyabbak, mint a gamma-sugarak. Az ionizáció a röntgensugárzás hatására bekövetkezik nagyobb mértékben az elektronok miatt kiütnek és csak kis mértékben a saját energiájuk közvetlen pazarlása miatt. Ezek a sugarak (különösen a kemények) szintén jelentős áthatolóerővel rendelkeznek.

A neutronsugárzás semleges, azaz töltetlen neutronrészecskék áramlása (n), amelyek szerves része minden atommag, kivéve a hidrogénatomot. Nincsenek töltéseik, így önmagukban sincs ionizáló hatásuk, viszont igen jelentős ionizáló hatás lép fel a neutronok és a besugárzott anyagok atommagjai közötti kölcsönhatás miatt. A neutronok által besugárzott anyagok radioaktív tulajdonságokat szerezhetnek, azaz úgynevezett indukált radioaktivitást kaphatnak. A részecskegyorsítók működése során neutronsugárzás keletkezik, atomreaktorok stb. A neutronsugárzásnak van a legnagyobb áthatoló ereje. A neutronokat olyan anyagok tartják vissza, amelyek molekuláiban hidrogént tartalmaznak (víz, paraffin stb.).

Az ionizáló sugárzás minden típusa különbözik egymástól különböző töltésekben, tömegekben és energiákban. Az egyes ionizáló sugárzásfajtákon belül is vannak eltérések, amelyek kisebb-nagyobb áthatoló és ionizáló képességet és egyéb jellemzőit okozzák. Minden típusú radioaktív sugárzás intenzitása, akárcsak a többi sugárzó energia esetében, fordítottan arányos a sugárforrástól való távolság négyzetével, vagyis ha a távolság megkétszereződik vagy háromszorosára nő, a sugárzás intenzitása 4-gyel és 9-cel csökken. alkalommal, ill.

Expozíciós dózis (X). A röntgen- és -sugárzás mennyiségi mérésére a rendszeren kívüli egységekben szokás alkalmazni az expozíciós dózist, amelyet az anyagtömegben (dm) képződött másodlagos részecskék töltése (dQ) határoz meg, minden teljes gátlás mellett. töltött részecskék:

Az expozíciós dózis mértékegysége a Röntgen (R). A röntgen a röntgensugár expozíciós dózisa és
- 1 köbcm levegőben O°C hőmérsékleten és 760 Hgmm nyomáson keletkező sugárzás. az azonos előjelű ionok teljes töltése egy elektrosztatikus egységbe. Expozíciós dózis 1 R
2,08·10 9 ionpárnak felel meg (2,08·10 9 = 1/(4,8·10 -10)). Ha 1 pár ion levegőben történő képződésének átlagos energiáját vesszük 33,85 eV-nak, akkor 1 P expozíciós dózisnál az energia egy köbcentiméter levegőre adódik át:
(2,08 · 10 9) · 33,85 · (1,6 · 10 -12) = 0,113 erg,
és egy gramm levegő:
0,113/levegő = 0,113/0,001293 = 87,3 erg.

Adagolási sebesség(besugárzás intenzitása) - a megfelelő dózis növekedése egy adott sugárzás hatására időegységenként. Megvan a megfelelő dózis (felszívódott, expozíció stb.) dimenziója osztva egy időegységgel. Különféle speciális mértékegységek használata megengedett (például Sv/óra, rem/perc, sSv/év stb.).

A gammasugárzás intenzitását a sugárzás mértéke jellemzi. Ez egyenlő az adaggal

egységnyi idő alatt létrejött, i.e. a dózis felhalmozódás sebességét jellemzi. Szint

A sugárzást röntgen per óra (r/h) mértékegységben mérik.

Egyenértékű dózis (N). A sugárbiztonság területén a krónikus expozíció körülményei között bekövetkező lehetséges emberi egészségkárosodás felmérésére a H egyenértékdózis fogalma, amely megegyezik a sugárzás által létrehozott D r elnyelt dózis - r szorzatával és átlagolásával a vizsgált szervre ill. az egész testre kiterjedően a w r súlyozó tényező vezette be (más néven sugárzási minőségi együttható)
(11. táblázat).

Az egyenértékű dózis egysége Joule per kilogramm. Különleges neve Sievert (Sv).

Csupasz(a röntgen biológiai megfelelője), angol. rem( röntgen ekvivalens ember ) - az egyenértékű dózis elavult, nem szisztémás mértékegysége. 1963-ig ezt az egységet a „röntgén biológiai egyenértékeként” értelmezték, ebben az esetben 1 rem az élő szervezet ilyen típusú sugárzásnak való kitettségének felel meg, ami ugyanazt a biológiai hatást eredményezi, mint a gamma expozíciós dózisa esetén. 1 röntgen sugárzás. Az SI rendszerben a rem mérete és értéke megegyezik a radéval - mindkét mértékegység 0,01 J/kg sugárzás esetén eggyel egyenlő minőségi tényezővel.

100 rem 1 sievertnek felel meg.

Mivel a rem nagy mértékegység, az ekvivalens dózist általában milliremben (mrem, 10-3 rem) vagy mikrosievertben (μSv, 10-6 Sv) mérik. 1 mrem = 10 µSv.

36. kérdés.

Felszívódott dózis (D)- alapvető dozimetriai mennyiség. Ez egyenlő az ionizáló sugárzás által egy elemi térfogatú anyagra átvitt átlagos dE energia és az ebben a térfogatban lévő anyag tömegének dm arányával:

Az elnyelt dózis mértékegysége Gray (Gy). A Rad extraszisztémás egységet az ionizáló sugárzás elnyelt dózisaként határoztuk meg, amely 100 erg per 1 gramm besugárzott anyag.

Az ionizáló sugárzás mennyiségi és minőségi értékeléséhez a sugárbiztonság biztosításához szükséges radiométereket, dozimétereket és spektrométereket használják.
A radiométerek a radioaktív anyagok (radionuklidok) vagy a sugárzási fluxus meghatározására szolgálnak (például Geimer-Muller gázkisülési számlálók).
A dózismérők lehetővé teszik az elnyelt vagy expozíciós dózis mérését.
Spektrométereket használnak az energiaspektrum rögzítésére és elemzésére, és ez alapján azonosítják a kibocsátó radionuklidokat.
Minden áthatoló sugárzás mérésére és rögzítésére szolgáló eszköz ugyanazt az elvet használja, amely lehetővé teszi a sugárzás és az anyag kölcsönhatása során fellépő hatások mérését.
Az ionizáló sugárzás rögzítésének legáltalánosabb módszere az ionizációs módszer, amely azon közeg ionizációs fokának mérésén alapul, amelyen a sugárzás áthalad. Ezt a módszert ionizációs kamrák vagy számlálók segítségével valósítják meg, amelyek érzékelőként szolgálnak. Az ionizációs kamra egy kondenzátor, amely két elektródából áll, amelyek között gáz van. Elektromos mező az elektródák között külső forrásból jön létre. Radioaktív forrás hiányában a kamrában nem történik ionizáció, és az árammérő készülék jelzi ennek hiányát. Ionizáló sugárzás hatására pozitív és negatív ionok jelennek meg a kamra gázában. Befolyása alatt elektromos mező a negatív ionok a pozitív töltésű elektród felé, a pozitív ionok pedig a negatív elektród felé mozognak. Ennek eredményeként áram keletkezik, amely rögzítésre kerül mérőeszköz.
A sugárzás rögzítésének szcintillációs módszere azon fényvillanások intenzitásának mérésén alapul, amelyek egy lumineszcens anyagban akkor lépnek fel, amikor az ionizáló sugárzás áthalad rajta. Fénysokszorozókat használnak a fényvillanások rögzítésére.
A szcintillációs számlálók a szennyezett részecskék, gamma-sugarak, gyors és lassú neutronok számának mérésére, valamint a béta-, gamma- és a dózisteljesítmény mérésére szolgálnak. neutronsugárzás. Ezenkívül az ilyen számlálókat a gamma- és neutronsugárzás spektrumának tanulmányozására használják.
A fényképészeti módszer olyan fotokémiai folyamatokon alapul, amelyek akkor mennek végbe, amikor egy fényképészeti filmet vagy lemezt sugárzásnak tesznek ki. A fényképészeti emulzió sugárzásérzékelő képessége lehetővé teszi a film sötétedésének mértéke és az elnyelt dózis közötti kapcsolat megállapítását. Leggyakrabban ezt a módszert a röntgen-, gamma-, béta- és neutronsugárzás dózisának egyéni szabályozására használják.
A nagy dózisteljesítmények mérésére olyan kevésbé érzékeny módszereket alkalmaznak, mint például a kémiai rendszerek, amelyekben sugárzás hatására az oldatok és szilárd anyagok elszíneződése, a kolloidok kiválása, a vegyületekből a gázok felszabadulása megváltozik. Ugyanebből a célból különféle üvegeket használnak, amelyek a sugárzás hatására megváltoztatják a színüket, valamint az elnyelő anyagban felszabaduló hő mérésén alapuló kalorimetriás módszereket.
BAN BEN Utóbbi időben Egyre elterjednek az ionizáló sugárzás félvezető, foto- és termolumineszcens detektorai

38-39. kérdés

A Föld természetes sugárzási háttere. Kozmikus sugárzás.

A Föld bármely lakosa ki van téve a természetes sugárforrásokból származó sugárzásnak, de egyesek nagyobb dózist kapnak, mint mások.A sugárzás dózisa az emberek életmódjától is függ. Egyes építőanyagok, főzéshez használt gáz, nyitott szénforraló, helyiségek lezárása és még a repülőgépeken való repülés is növeli a természetes sugárforrások által okozott expozíciót. A földi sugárforrások együttesen felelősek az embereket a természetes sugárzás által kitett expozíció nagy részéért. A többi a kozmikus sugarakból származik, főként azon keresztül külső expozíció. A természetes ionizáló sugárzás (NIR) az űrben fordul elő, és kozmikus sugarak formájában éri el a Földet. Magán a Földön az EIR forrásai a talaj, a levegő, a víz, az élelmiszer és a test. Az EIR-ből származó emberi sugárdózisok járulnak hozzá a legnagyobb mértékben a lakosság által kapott kollektív effektív dózishoz. A Föld mágneses tere 2 sugárzási övet hoz létre: a külsőt - a Föld 1-8 sugarának távolságára, a belsőt - 100-10 000 km távolságra. Ezeket a mágneses erővonalak mentén spirálisan mozgó töltött részecskék hozzák létre. A Föld sugárzási övei megfogják a protonokat és azok energiáját.

A kozmikus részecskék okozzák az úgynevezett primer sugárzást. 45 km feletti magasságban uralkodik. A kozmikus sugarakat a Föld légköre is elnyeli  szinte minden ismert részecskét és fotont tartalmazó másodlagos sugárzás (-kvantumok, neutronok, mezonok, - és egyéb, a protonoknál lényegesen kisebb energiájú részecskék). A másodlagos sugárzás eléri a max. értékek 20-25 km magasságban. A földfelszín felé vezető úton ez a másodlagos sugárzás is elnyelődik. Szinte soha nem éri el a Földet. De magas hegyek ahol vékony a levegő, ott nagy a kozmikus sugarak intenzitása. Ennek eredményeként nagyon inhomogén, mezonokból, elektronokból, pozitronokból és nagyenergiájú fotonokból álló sugárzás éri el a Föld felszínét. Ez a nagyon alacsony intenzitású sugárzás a természetes része háttérsugárzás Föld.

Földi sugárzás. Radionuklidok mindig megtalálhatók földkéreg. Legtöbbjük gránitban, timföldben, homokkőben és mészkőben található.

A Föld kőzeteiben, talajában és vizeiben található főbb radioaktív izotópok az urán, a tórium és az aktínium, valamint a kálium-40 és a rubídium-87 sorozatába tartoznak.

Uráncsalád (urán-238, T=4,5 milliárd év stb.).

Tórium család (tórium-232 T=10 milliárd év stb.).

Actinium család (urán-235 T=700 év).

Mindezek a radionuklidok külső sugárzás forrásai.

Az átlagos effektív ekvivalens külső sugárzás, amelyet egy személy évente kap a földi természetes sugárforrásokból, körülbelül 350 μSv, azaz. valamivel több, mint az átlagos egyéni sugárdózis a kozmikus sugarak által tengerszinten létrehozott háttérsugárzás miatt.

Természetes források teszik ki az emberi adag 85%-át a következők miatt:

radon az épületekben - 50%,

-sugárzás a talajból és az épületekből - 14%,

ételek és italok - 11,5%,

kozmikus sugarak - 10%.