Какие из излучений имеют наибольшую ионизирующую способность. Ядерный ликбез: ионизирующие излучения. Вопрос. Что такое активность

Так уж получилось, что с самого начала ядерная энергетика создалась в глубокой тайне и в секрете, в том числе от собственного народа. В подобном состоянии она пребывала долгие годы. Что же касается просвещения населения по основам ядерной экологии и охраны здоровья от ионизирующих излучений, то этими вопросами атомщики практически не занимались. Ведь чем меньше люди понимают в этих делах, тем проще их "отшить" или обмануть.

И не случайно население нашего региона, проживающее рядом с крупным атомным исследовательским центром НИИАР, очень плохо или совсем не разбирается даже в элементарных вопросах, связанных с ионизирующим излучением.

Для того, чтобы поправить положение, мы решили в данном номере информационного бюллетеня "Гражданская инициатива", открыть ядерный ликбез и опубликовать сведения хотя бы по основным понятиям, связанным с ионизирующими излучениями или, как говорят в обиходе, с радиацией. Нам пришлось перебрать много соответствующих материалов, чтобы отобрать четкие и наиболее простые объяснения. В конце концов мы остановили свой выбор на информации из журнала "Физика", взяв ее за основу и дополнив из других источников, в том числе из приложения к книге члена-корреспондента Российской Академии наук А.В.Яблокова "Атомная мифология".

Ниже даются ответы на вопросы, которые встречаются и в письмах наших читателей, и в разговорах с жителями региона.

Вопрос. Что такое нуклид, радионуклид, изотоп?

Ответ. Нуклидом называется атомное ядро, характеризующееся, во-первых, некоторым нуклонным составом (количеством протонов и нейтронов) и, во-вторых, определенным энергетическим состоянием. Ядра, имеющие одинаковый нуклонный состав, но разные энергетические состояния, называются ядерными изомерами . Ядра, сохраняющие нуклонный состав и энергетическое состояние в течение неограниченно долгого времени, называются стабильными; в противном случае речь идет о радиоактивных нуклидах, о радионуклидах . Ядерных изомеров может быть два или более, но лишь один из них является стабильным нуклидом.

Радионуклиды часто называют изотопами. Это неверно: понятием изотопы определяется совокупность нуклидов (как стабильных, так и радиоактивных), обладающих одинаковым числом протонов (и вследствие этого тождественных химически, поскольку эти нуклиды имеют, естественно, одинаковый атомный номер и являются видами одного и того же элемента из таблицы Менделеева).

Вопрос. Что такое радиоактивность и радиация?

Ответ. Радиоактивность есть свойство некоторых радионуклидов изменять со временем свой нуклонный состав и (или) энергетическое состояние с образованием новых нуклидов (стабильных или опять-таки радиоактивных) и испусканием ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ с большей или меньшей ПРОНИКАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТЬЮ. Эти излучения и называются в обиходе радиацией .

Вопрос. Что такое активность?

Ответ. Активность радионуклидного источника или препарата есть количество радиоактивных превращений в нем в единицу времени. Единицей активности является беккерель (Бк) - активность источника, в котором происходит (в среднем, в статистическом смысле) 1 радиоактивное превращение за 1 секунду. В практических радиационных измерениях часто используют:
килобеккерель (1 кБк = 10 3 Бк);
мегабеккерель (1 МБк = 10 6 Бк);
гигабеккерель (1ГБк = 10 9 Бк).

До сих пор часто используется внесистемная единица активности - кюри (Ки). 1 Ки соответствует активности 1 г радия-226 в равновесии с дочерними продуктами распада. Название и смысловое содержание - отголоски истории ядерной физики, одной из страниц которой было выделение Марией и Пьером Кюри радия из урановой руды и исследование его свойств.

1 Ки = 3,7*10 10 Бк (37 ГБк) - весьма большая (в житейских масштабах) активность, поэтому на практике часто используют:
милликюри (1 мКи = 10 -3 Ки);
микрокюри (1 мкКи = 10 -6 Ки);
нанокюри (1 нКи = 10 -9 Ки).

Вопрос. Все ли излучения являются ионизирующими? Какие именно являются ионизирующими?

Ответ. Нет не все, а лишь такие, энергия которых способна вызвать ионизацию. Например, электромагнитное излучение в диапазоне радиоволн или видимого света ионизирующим излучением не является. Иное дело ядерные излучения, характеризующиеся значительной энергией каждой из отдельных частиц.

Для рассмотрения процессов и явлений, связанных с атомной техникой и энергетикой, а также радиационной безопасностью и радиоэкологией, существенны следующие типы ядерных ионизирующих излучений:

1. Альфа (a )-излучение. Это - испускание ядерных частиц, каждая из которых состоит из 2 протонов и 2 нейтронов (ядро гелия). Оно возникает при распаде атомных ядер тяжелей свинца (например, урана, тория, радия, плутония), а также во многих ядерных реакциях. Поступление альфа-излучателя внутрь организма может вызвать биологические поражения его клеток, т.к. альфа-частица несет большое количество энергии и ее ионизирующая способность очень велика.

2. Бета (b )-излучение. Это - испускание электронов и позитронов, движущихся с очень высокими скоростями. Оно возникает в основном в результате радиоактивного распада. Ионизирующая способность существенно ниже, чем у a -излучения. Однако бета-частицы опасны при попадании и на поверхность тела, и внутрь организма.

3. Гамма (g )-излучение - самое коротковолновое электромагнитное излучение высокой энергии и обладает наибольшей проникающей способностью. Соответственно, защита от внешнего гамма-излучения представляет наибольшие проблемы.

Вопрос. Что такое проникающая способность излучения?

Ответ. Проникающая способность излучения определяет состав и толщину эффективно поглощающего его материала.

a -излучение - наименее проникающее. Оно эффективно поглощается слоем воздуха толщиной несколько сантиметров, слоем воды толщиной около 0,1 мм или, например, листом бумаги. b -излучение обладает существенно большей проникающей способностью; чтобы его задержать, нужен, например, слой алюминия толщиной в несколько миллиметров, а пробег b -частиц в биологической ткани достигает нескольких сантиметров. Для g -излучения все эти преграды почти прозрачны. Чтобы его задержать, нужен очень толстый (десятки сантиметров и даже метры) слой вещества, при этом обладающего как можно большим атомным номером (например, свинца).

Сказанное иллюстрируется рисунком. Нетрудно видеть, что для a -, b - и g -излучений наблюдается простая закономерность: чем выше ионизирующая способность излучения, тем ниже способность проникающая. Это вовсе не случайно - при взаимодействии этих излучений с веществом основная часть энергии расходуется именно на ионизацию.

Вопрос. Что такое "экспозиционная доза", "поглощенная доза", "эквивалентная доза", "эффективная эквивалентная доза" и какие у них единицы измерения?

Ответ. Экспозиционная доза - мера энергии гамма-излучения, определяемая по ионизации воздуха. Выражается Рентгенами (Р) в единицу времени: Рентген в час (Р/ч) или микроРентген в час (мкР/ч) и т.п.

1 Рентген равен 1000 миллиРентгенам или 1 000 000 микроРентгенам.

Поглощенная доза - количество энергии любого вида ионизирующего излучения, поглощенной единицей массы облучаемого вещества (основная дозиметрическая величина). Единица поглощенной дозы 1 Грей (Гр).

Эквивалентная доза - поглощенная доза для разных видов излучения (т.е. умноженная на коэффициент для разных видов ионизирующего излучения), вызывающая тот же биологический эффект (основная дозиметрическая величина для оценки ущерба здоровью человека от хронического воздействия излучения произвольного состава). Коэффициент для бета-, гамма-, и рентгеновского излучения равен 1, для альфа-излучения - 20.

По системе СИ эквивалентная доза измеряется в Зивертах (сокращенно - Зв). Название этой единице измерения дано в память о Зиверте, шведском радиологе. Прежде у нас чаще использовалась другая единица измерения - бэр (биологический эквивалент рентгена). 1 Зв равен 100 бэрам.

Производной от эквивалентной дозы является эффективная эквивалентная доза - Зиверт в единицу времени. Например, миллиЗиверт/год (сокращенно - мЗв/год), микроЗиверт/год (сокращенно мкЗв/год).

Вопрос. В каких единицах измеряется радиационное загрязнение?

Ответ. Радиационное загрязнение территории выражается в Кюри на квадратный километр или в Беккерелях на квадратный километр. Радиоактивное загрязнение жидкости, продуктов и других веществ выражается в Беккерелях на литр или килограмм (Бк/л, Бк/кг).

Для сведения: Более подробную информацию вы можете получить в нашем "Центре содействия гражданским инициативам", где по данным вопросам имеется соответствующая литература.

Содержание

Радиоактивное излучение (или ионизирующее) – это энергия, которая высвобождается атомами в форме частиц или волн электромагнитной природы. Человек подвергается такому воздействию как через природные, так и через антропогенные источники.

Полезные свойства излучения позволили успешно использовать его в промышленности, медицине, научных экспериментах и исследованиях, сельском хозяйстве и других областях. Однако с распространением применения этого явления возникла угроза здоровью людей. Малая доза радиоактивного облучения способна повысить риск приобретения серьёзных заболеваний.

Отличие радиации от радиоактивности

Радиация, в широком смысле, означает излучение, то есть распространение энергии в виде волн или частиц. Радиоактивные излучения делят на три вида:

альфа-излучение – поток ядер гелия-4;
бета-излучение – поток электронов;
гамма-излучение – поток высокоэнергетических фотонов.

Характеристика радиоактивных излучений основана на их энергии, пропускных свойствах и виде испускаемых частиц.

Альфа-излучение, которое представляет собой поток корпускул с положительным зарядом, может быть задержано толщей воздуха или одеждой. Этот вид практически не проникает через кожный покров, но при попадании в организм, например, через порезы, очень опасен и пагубно действует на внутренние органы.

Бета-излучение обладает большей энергией – электроны движутся с высокой скоростью, а их размеры малы. Поэтому данный вид радиации проникает через тонкую одежду и кожу глубоко в ткани. Экранировать бета-излучение можно при помощи алюминиевого листа в несколько миллиметров или толстой деревянной доски.

Гамма-излучение – это высокоэнергетическое излучение электромагнитной природы, которое обладает сильной проникающей способностью. Для защиты от него нужно использовать толстый слой бетона или пластину из тяжёлых металлов таких, как платина и свинец.

Феномен радиоактивности был обнаружен в 1896 году. Открытие сделал французский физик Беккерель. Радиоактивность – способность предметов, соединений, элементов испускать ионизирующее изучение, то есть радиацию. Причина явления заключается в нестабильности атомного ядра, которое при распаде выделяет энергию. Существует три вида радиоактивности:

естественная – характерна для тяжёлых элементов, порядковый номер которых больше 82;
искусственная – инициируется специально с помощью ядерных реакций;
наведённая – свойственна объектам, которые сами становятся источником радиации, если их сильно облучить.

Элементы, обладающие радиоактивностью, называют радионуклидами. Каждый из них характеризуется:

периодом полураспада;
видом испускаемой радиации;
энергией радиации;
и другими свойствами.

Источники радиации

Человеческий организм регулярно подвергается действию радиоактивного излучения. Приблизительно 80% ежегодно получаемого количества приходится на космические лучи. В воздухе, воде и почве содержатся 60 радиоактивных элементов, являющихся источниками естественной радиации. Основным природным источником излучения считается инертный газ радон, высвобождающийся из земли и горных пород. Радионуклиды также проникают в организм человека с пищей. Часть ионизирующего облучения, которому подвергаются люди, исходит от антропогенных источников, начиная от атомных генераторов электричества и ядерных реакторов до используемой для лечения и диагностики радиации. На сегодняшний день распространёнными искусственными источниками излучения являются:

медицинское оборудование (основной антропогенный источник радиации);
радиохимическая промышленность (добыча, обогащение ядерного топлива, переработка ядерных отходов и их восстановление);
радионуклиды, применяющиеся в сельском хозяйстве, лёгкой промышленности;
аварии на радиохимических предприятиях, ядерные взрывы, радиационные выбросы
строительные материалы.

Радиационное облучение по способу проникновения в организм делится на два типа: внутреннее и внешнее. Последнее характерно для распылённых в воздухе радионуклидов (аэрозоль, пыль). Они попадают на кожу или одежду. В таком случае источники радиации можно удалить, смыв их. Внешнее же облучение вызывает ожоги слизистых оболочек и кожных покровов. При внутреннем типе радионуклид попадает в кровоток, например, введением в вену или через раны, и удаляется путём экскреции или с помощью терапии. Такое облучение провоцирует злокачественные опухоли.

Радиоактивный фон существенно зависит от географического положения – в некоторых регионах уровень радиации может превышать средний в сотни раз.

Влияние радиации на здоровье человека

Радиоактивное излучение из-за ионизирующего действия приводит к образованию в организме человека свободных радикалов – химически активных агрессивных молекул, которые вызывают повреждение клеток и их гибель.

Особенно чувствительны к ним клетки ЖКТ, половой и кроветворной систем. Радиоактивное облучение нарушает их работу и вызывает тошноту, рвоту, нарушение стула, температуру. Воздействуя на ткани глаза, оно может привести к лучевой катаракте. К последствиям ионизирующего излучения также относят такие повреждения, как склероз сосудов, ухудшение иммунитета, нарушение генетического аппарата.

Система передачи наследственных данных имеет тонкую организацию. Свободные радикалы и их производные способны нарушать структуру ДНК – носителя генетической информации. Это приводит к возникновению мутаций, которые сказываются на здоровье последующих поколений.

Характер воздействия радиоактивного излучения на организм определяется рядом факторов:

вид излучения;
интенсивность радиации;
индивидуальные особенности организма.

Результаты радиоактивного излучения могут проявиться не сразу. Иногда его последствия становятся заметны через значительный промежуток времени. При этом большая однократная доза радиации более опасна, чем долговременное облучение малыми дозами.

Поглощённое количество радиации характеризуется величиной, называемой Зиверт (Зв).

Нормальный радиационный фон не превышает 0,2 мЗв/ч, что соответствует 20 микрорентгенам в час. При рентгенографии зуба человек получает 0,1 мЗв.

Смертельная разовая доза составляет 6-7 Зв.

Применение ионизирующих излучений

Радиоактивное излучение широко применяется в технике, медицине, науке, военной и атомной промышленности и других сферах человеческой деятельности. Явление лежит в основе таких устройств, как датчики задымления, генераторы электроэнергии, сигнализаторы обледенения, ионизаторы воздуха.

В медицине радиоактивное излучение используется в лучевой терапии для лечения онкологических заболеваний. Ионизирующая радиация позволила создать радиофармацевтические препараты. С их помощью проводят диагностические обследования. На базе ионизирующего излучения устроены приборы для анализа состава соединений, стерилизации.

Открытие радиоактивного излучения было без преувеличения революционным – применение этого явления вывело человечество на новый уровень развития. Однако это также стало причиной возникновения угрозы экологии и здоровью людей. В связи с этим поддержание радиационной безопасности является важной задачей современности.

Гамма-лучи характеризуются наименьшей ионизирующей и наибольшей проникающей способностью. Это высокочастотное электро-

Наименьшей ионизирующей и наибольшей проникающей способностью характеризуются гамма-лучи. Гамма-лучи имеют значительно большую проникающую способность, чем бета- и альфа-лучи. Прохождение гамма-лучей через вещество вообще не может быть охарактеризовано длиной пробега. Ослабление потока гамма-лучей при прохождении через вещества подчиняется экспоненциальному закону и характеризуется коэффициентом ослабления ц>

Радиоактивное заражение возникает в результате выпадения радиоактивных веществ (РВ) из облака ядерного взрыва. Основные источники радиоактивности при ядерных взрывах: продукты деления веществ, составляющих ядерное горючее (200 радиоактивных изотопов 36 химических элементов); наведенная активность, возникающая в результате воздействия потока нейтронов ядерного взрыва на некоторые химические элементы, входящие в состав грунта (натрий, кремний и др.); некоторая часть ядерного горючего, которая не участвует в реакции деления и попадает в виде мельчайших частиц в продукты взрыва. Излучение радиоактивных веществ состоит из трех видов лучей: альфа, бета и гамма. Наибольшей проникающей способностью обладают гамма-лучи (в воздухе они проходят путь в несколько сот метров), меньшей - бета-частицы (несколько метров) и незначительной - альфа-частицы (несколько сантиметров). Поэтому основную опасность для людей при радиоактивном заражении местности представляют гамма- и бета-излучения.

Кроме того, воздействие теплового потока на организм зависит от спектральной характеристики излучения. Наибольшей проникающей способностью в организме обладают инфракрасные лучи с длиной

Ионизирующей способностью обладают а-, р-частицы и -у-лучи. а-частица имеет меньшую скорость по сравнению с }