Физические характеристики ионизирующего излучения

Виды ионизирующих излучений

К ним относятся: корпускулярные потоки (α-частицы, β-частицы, нейтроны) и фотонные излучения (тормозное, рентгено­вское и γ-излучение).

Альфа-излучение представляет собой поток ядер гелия, испускаемых главным образом естественными радионуклидами при радиоактивном рас­паде. Энергия альфа-частиц составляет 4-7 МэВ. Вследствие большой массы эти частицы быстро теряют свою энергию, поэтому имеют невысокую проникающую способность. Пробег альфа-частиц в воздухе достигает 8-10 см, в биологи­ческой ткани - несколько десятков микрометров. Вследствие большой энергии они имеют очень высокую плотность ионизации на единицу длины пробега (на 1 см до де­сятка тысяч пар-ионов).

Бета-излучение - поток электронов или позитронов, возникающих при радиоактив­ном распаде. Бета-частицы имеют массу, равную 1/1838 массы атома во­дорода, единичный отрицательный (бета-частица) или положительный (позитрон) заряды. Энергия бета-излучения не превышает нескольких МэВ. Пробег а воздухе составляет от 0,5 до 2 м, в живых тканях - 2-3 см. Их ионизирующая способность ниже альфа-частиц (несколько де­сятков пар-ионов на 1 см пути).

Испускаемые при радиоактивном распаде альфа-частицы обла­дают скоростью примерно 20 тыс. км/с, ско­рость бета-частиц близка к скорости света, составляет 200-270 тыс. км/с. Очевидно, что чем меньше скорость части­цы, тем больше вероятность ее взаимодействия с атомами сре­ды, а следовательно, больше и потери энергии на единице пути в среде - значит, меньше пробег.

Нейтроны - нейтральные частицы, имеющие массу атома водорода. Они при взаимодействии с веществом теряют свою энергию в упругих (по типу взаимодействия биллиардных шаров) и неупругих столкновени­ях (удар шарика в подушку). При неупругих взаимодействиях возможно возникновение вторичных излучений, которые могут иметь как заряженные частицы, так и γ-излучения. При упругих столкновениях возможна ионизация вещества.

Гамма-излучение - фотонное излучение, возникающее при измене­нии энергетического состояния атомных ядер, при ядерных превращени­ях или при аннигиляции частиц. Источники гамма-излучения, используемые в промышленности, имеют энергию от 0,01 до 3 МэВ. Гамма-излуче­ние обладает высокой проникающей способностью и малым ионизирую­щим действием (низкая плотность ионизации на единицу длины).

Рентгеновское излучение - фотонное излучение, состоящее из тор­мозного и (или) характеристического излучения. Оно возникает при воздействии β-частиц на окружающую среду или при бомбардировке электронами анодов рентгеновских трубок, ускорителей электронов. Имеет энергию фотонов не более 1 МэВ. Тормозное излучение - фотонное излучение с непрерывным энергетическим спектром, возникающее при уменьшении кинетической энергии заряженных частиц. Характеристическое излучение - это фо­тонное излучение с дискретным энергетическим спектром, возникающее при изменении энергетического состояния электронов атома. Рентгено­вское излучение, так же, как и гамма-излучение, имеет высокую проника­ющую способность и малую плотность ионизации среды.

Физические характеристики ионизирующего излучения

Активность. Количество радионуклида называют активно­стью. Активность - число самопроизвольных распадов радионуклида за единицу времени, измеряется в системе СИ в беккерелях (Бк). Внесистемной единицей является Кюри (Ки). 1Бк = 1распад/с, 1Ки = 3,7 ^. 10¹⁰Бк.

Дозы излучения. Когда ионизирующее излучение проходит через ве­щество, то на него оказывает воздействие только та часть энергии излуче­ния, которая передается веществу, поглощается им. Порция энергии, пе­реданная излучением веществу, называется дозой.

Количественной характеристикой взаимодействия ИИ с веществом является поглощенная доза.

Поглощенная доза D_n - это отношение средней энергии ΔЕ, передан­ной ИИ веществу в элементарном объеме, к еди­нице массы Δm вещества в этом объеме

 

D_n= ΔЕ/ Δm, Дж/кг.

 

В системе СИ поглощенная доза измеряется в греях (Гр), внесистемной единицей является рад (1 рад=100 эрг/г=0,01 Гр). 1 Гр соответствует поглощению в среднем 1 Дж энергии ионизирующего из­лучения в массе вещества, равной 1 кг ^. 1 Гр = 1 Дж/кг.

Для оценки действий, производимых на живые организмы одинаковой поглощенной дозой различных видов излучения, используют понятие относительной биологической эффектив­ности излучения (ОБЭ). Под ОБЭ излучения понимают отно­шение поглощенной дозы образцового рентгеновского излуче­ния, вызывающего определенный биологический эффект, к поглощенной дозе данного рассматриваемого вида излучения, вызывающего тот же биологический эффект. Для сравнения биологических эффектов вводится эквивалентная доза.

Регламентированные значения ОБЭ, установленные для контроля степени радиационной опасности при хроническом облучении, называют коэффициентом качества излучения - W_R(таблица 22).

Доза эквивалентная Н - поглощенная доза в органе или ткани, умно­женная на соответствующий взвешивающий коэффициент для данного излучения W_R:

 

H_T,R= W_R ^. D_T,R,

 

где D_T,R - средняя поглощенная доза в органе или ткани, W_R - взвешива­ющий коэффициент для излучения R. Если поле излучения состоит из не­скольких излучений с различными величинами W_R, то эквивалентная доза определяется в виде

Н_m =∑W_R ^. D_T,R.

 

Таблица 22 - Значения коэффициента W_R для излучений различных видов

Вид излучения	Коэффициент качества WR
Рентгеновское, γ-излучение
Электроны, позитроны, β- излучение
Протоны с энергией меньше 10 MэB
Нейтроны с энергией меньше 20 МэВ
Нейтроны с энергией 0,1-10 МэВ
α-Излучение с энергией меньше 10 МэВ
Тяжелые ядра отдачи

Единицей измерения эквивалентной дозы является Дж ^. кг^-1, зиверт (Зв). Внесистемной единицей эквивалентной дозы является бэр (биологический эквивалент рада).

Эквивалентные дозы используются только при решении за­дач радиационной защиты. В этом случае они ограничиваются значением 0,6 Зв (60 бэр) к 30 годам жизни человека (12 лет работы). Как правило, с их помощью характеризуют хроническое облуче­ние.

Для лиц, работающих с ионизирующим излучением, вводят­ся величины нормирования:

ПДД - предельно допустимая доза, наибольшее значение ин­дивидуальной эквивалентной дозы за год, которое при равно­мерном воздействии в течение 50 лет не вызовет в состоянии здоровья персонала неблагоприятных изменений, обнаружи­ваемых современными методами;

ПД - предел дозы, предельная эквивалентная доза за год для ограниченной части населения устанавливается меньше ПДД для предотвращения необоснованного облучения этого контингента.

ПДП - предельно допустимое годовое поступление радиоак­тивных веществ через органы дыхания и пищеварения.

Части тела (органы, ткани) имеют разную чувствительность к ИИ. Например, при одина­ковой эквивалентной дозе облучения возникновение рака лег­ких более вероятно, чем рака щитовидной железы, а облучение половых желез особенно опасно из-за риска генетических по­вреждений. Поэтому при оценке дозы облучения органов и тканей применяют различные коэффициенты. Умножив эквивалентные дозы на соответствующие коэффициенты и просуммировав результат по всем органам и тканям, получают эффективную эквивалентную дозу, отражающую сум­марный эффект облучения для организма.

Доза эффективная Е - величина, используемая как мера возникнове­ния отдаленных последствий облучения всего тела человека и отдельных его органов с учетом их радиочувствительности. Она представляет сумму произведений эквивалентной дозы в органе H_t,T на соответствующий ко­эффициент для данного органа или ткани

 

E=∑W_T ^. H_t,T,

 

где H_t,T - эквивалентная доза в ткани за время τ, W_T - взвешивающий коэффициент для ткани Т. Единицей измерения эффективной дозы является Дж ^. кг^-1, зиверт (Зв).

Значения W_Tдля отдельных видов ткани и органов: гонады - 0,2; костный мозг (красный) - 0,12; легкие, желудок, щитовидная железа - 0,05; кожа - 0,01.

Доза эффективная коллективная S - величина, определяющая пол­ное воздействие излучения на группу людей, измеряется в человеко-зивертах (чел-Зв), определяется в виде

S=∑E_i ^. N_i,

 

где E_i - средняя эффективная доза i-й подгруппы группы людей, N_i- число людей в подгруппе.

Экспозиционная доза Д_Э - определяет ионизационную спо­собность рентгеновского и γ-излучений в веществе, в воздухе.

Экспозиционная доза фотонного излучения - это отношение сум­марного заряда ΔQ всех ионов одного знака в воздухе при полном тормо­жении электронов и позитронов, которые были образованы фотонами в элементарном объеме воздуха и массе Δm воздуха в этом объеме

 

Д_Э= ΔQ/ Δm, Кл/кг.

 

Единицей экспозиционной дозы в системе СИ является кулон на 1 кг воздуха, внесистемной единицей является рентген (Р) (суммарный заряд ΔQ, образующийся в воздухе, равен одной электростатической единице количества электричества в 0,001293 г - атмосферного воздуха при температуре 0°С и давлении 760 мм рт.ст.). 1P = 2,58 ^. 10⁴ Кл/кг.

При переходе к СИ экспозиционная доза стала не совсем удобной единицей дозы и поэтому изъята из арсенала дозиметрических величин.

Соотношения между единицами СИ и внесистемными единицами в области радиационной безопасности приведены в таблице 23.

12Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: