2020.04.22 Лекция № 10 Ионизирующие излучения (Лекции - Ванаев)

Уважаемые студенты

сегодня 22 апреля 2020 года время с 12.00 до 13.35

мы с Вами должны посвятить себя изучению очередного раздела БЖД. Для этого Вы должны познакомиться с Лекцией № 10 Вашего лектора по теме «Ионизирующие излучения » (текст ниже).

После детального и тщательного освоения материала этой очень короткой, но достаточно сложной лекции на тему «Ионизирующие излучения» в этот же день

ОБЯЗАТЕЛЬНО

отправьте на электронную почту лектора

vvanaev@mail.ru

следующую информацию

Получение лектором этой информации будет являться достаточно убедительным основанием считать, что Вы «присутствовали» на лекции, проведенной дистанционно, освоили её и отсканировали (как бы законспектировали) 22.04.2020 с 12.00 до 13.35.

С уважением, Ваш лектор по БЖД Ванаев В.С.

22 апреля 2020 года 12.00-13.35

Лекция № 10

ИОНИЗИРУЮЩЕЕ ИЗЛУЧЕНИЕ

Как обычно, начнем лекцию с основных понятий, определяющих тематику изучаемого предмета. Что такое ионизирующее излучение, и что такое ионизация?

Ионизирующее излучение — поток фотонов, элементарных частиц или атомных ядер, способный ионизировать вещество.

Ионизация — процесс образования ионов из нейтральных атомов или молекул. Положительно заряженный ион образуется, если электрон в молекуле получает достаточную энергию для преодоления потенциального барьера. Отрицательно заряженный ион, наоборот, образуется при захвате дополнительного электрона атомом с высвобождением энергии.

Виды ионизирующих излучений, их физическая природа и особенности распространения

К ионизирующим относятся

а) корпускулярные излучения:

1. альфа-частицы,

2. бета-частицы,

3. нейтроны; (альфа-, бета-, нейтронные) и

б) электромагнитные излучения:

1. гамма-излучения,

2 рентгеновское излучение.

Ионизирующие излучения (ИИ) это излучения, способные при взаимодействии с веществом создавать заряженные атомы и молекулы, т.е. ионы.

Альфа-излучение представляет собой поток ядер гелия, испускаемых веществом при радиоактивном распаде ядер или при ядерных реакциях. Чем больше энергия частиц, тем больше полная ионизация, вызванная ею в веществе. Пробег альфа-частиц, испускаемых радиоактивным веществом, достигает 8-9 см в воздухе, а в живой ткани - нескольких десятков микрон. Обладая сравнительно большой массой, альфа-частицы быстро теряют свою энергию при взаимодействии с веществом, что обуславливает их низкую проникающую способность и высокую удельную ионизацию, составляющую в воздухе на 1 см пути несколько десятков тысяч пар ионов.

Бета-излучение - поток электронов или позитронов, возникающих при радиоактивном распаде. Максимальный пробег в воздухе составляет 1800 см, в живых тканях 2,5 (нескольких десятков пар на 1 см пробега), а проникающая способность выше, чем альфа-частиц.

Нейтроны, поток которых образует нейтронное излучение, преобразуют свою энергию в упругих и неупругих взаимодействиях с ядрами атомов. При неупругих взаимодействиях возникает вторичное излучение, которое может состоять как из заряженных частиц, так и из гамма квантов (гамма-излучение). При упругих взаимодействиях возможна обычная ионизация вещества. Проникающая способность нейтронов существенно зависит от их энергии и состава вещества атомов, с которыми они взаимодействуют.

Гамма-излучение - электромагнитное (фотонное) излучение, испускаемое при ядерных превращениях или взаимодействии частиц. Гамма излучение обладает большой проникающей способностью и малым ионизирующим действием.

Рентгеновское излучение возникает в среде, окружающей источник бета излучения (в рентгеновских трубках, в ускорителях электронов) и представляет собой совокупность тормозного и характеристического излучения.

Тормозное излучение - фотонное излучение с непрерывным спектром, испускаемое при изменении кинетической энергии заряженных частиц.

Характеристическое излучение - это фотонное излучение с дискретным спектром, испускаемое при изменении энергетического состояния атомов.

Как и гамма-излучение, рентгеновское излучение обладает малой ионизирующей способностью и большой глубиной проникновения.

Воздействие ионизирующих излучений на человека

Ионизация живой ткани приводит к разрыву молекулярных связей и изменению химической структуры различных соединений. Изменение химического состава значительного числа молекул приводит к гибели клеток.

Под влиянием излучений в живой ткани происходит расщепление воды на атомарный водород Н и гидроксильную группу ОН, которые, обладая высокой активностью, вступают в соединение с другими молекулами ткани и образуют новые химические соединения, не свойственные здоровой ткани. В результате происходящих изменений нормальное течение биохимических процессов и обмен веществ нарушается.

Под влиянием ионизирующих излучений в организме происходит торможение функций кроветворных органов, нарушение нормальной свертываемости крови и увеличение хрупкости кровеносных сосудов, расстройство деятельности желудочно-кишечного тракта, истощение организма, снижение сопротивляемости организма инфекционным заболеваниям, увеличение числа белых кровяных телец (лейкоцитоз).

Различают внешнее и внутреннее излучение.

Естественный фон излучения состоит из космического излучения и излучения естественно - распределенных радиоактивных веществ. Кроме естественного облучения, человек облучается и другими источниками, например, при производстве рентгеновских снимков.

Однократное облучение приводит к незначительным скоропроходящим изменениям в крови, при больших дозах облучения появляются печальные признаки лучевой болезни, но смертельный исход отсутствует. С увеличением дозы облучения возникает острая лучевая болезнь со смертельным исходом.

Онкологические заболевания могут быть острыми и хроническими.

Характеристики ионизирующих излучений

Одним из основных понятий при характеристике ионизирующего излучения является ДОЗА ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ. Без него невозможно количественное описание каких-либо биологических эффектов, происходящих от ионизирующих излучений. Слово ДОЗА (от греч. dósis — порция, приём) означает определенное, точно отмеренное количество чего-либо: вещества, лекарства, излучения и т.п.

Различают четыре основных вида дозы ионизирующего излучения:

1. Экспозиционная доза.

2. Поглощенная доха.

3. Эквивалентная доза.

4. Эффективная доза.

Экспозиционная доза

Для количественной оценки ионизирующего действия используется понятие экспозиционной дозы.

ЭКСПОЗИЦИОННАЯ ДОЗА (X) ионизирующего излучения это количественная характеристика поля излучения, основанная на ионизирующем действии его (излучения) в воздухе. Она представляет собой отношение суммарного заряда ионов одного знака dQ, образующихся под действием электромагнитного ионизирующего излучения в элементарном (однородном) объеме воздуха, к массе воздуха dm в этом объеме:

За единицу экспозиционной дозы принимают кулон на килограмм (Кл/кг). Применяется также внесистемная единица - рентген (Р), единица введена в 1928 г.

1 Р = 2,58·10^-4 Кл/кг

При дозиметрическом контроле используется также мощность экспозиционной дозы (Р·ч^-1).

Экспозиционная доза на рабочем месте при работе с радиоактивными веществами:

где:

- активность радиоактивного источника, мКи (милликюри);

– гамма постоянная изотопа, Р·см²/ч·мКи (из справочника);

- время облучения;

- расстояние от источника до рабочего места, см.

- активность радиоактивного источника это число спонтанных превращений в веществе источника за промежуток времени , деленное на этот промежуток:

Единицей измерения активности радиоактивного вещества является Бк (Беккерель). 1 Бк (1/с) равен одному ядерному превращению в секунду. Кроме этого, активность может измеряться в Кюри (Ки) - специальная единица активности.

1Ки = 3,7·10¹⁰ Бк

Официальное использование понятия «экспозиционной дозы» прекращено с 1 января 1990 года. Тем не менее, внесистемная единица «рентген» да и само понятие «экспозиционная доза» до сих пор продолжают довольно часто использоваться и в СМИ, и в научно-популярной, и в научной литературе, а иногда и в нормативных документах (например, в методических указаниях).

В настоящее время основной дозиметрической величиной, определяющей степень ионизирующего излучения, является поглощенная доза.

Поглощенная доза

ПОГЛОЩЕННАЯ ДОЗА (D) ионизирующего излучения это величина энергии ИИ, переданная веществу, и равная отношению средней энергии , переданной ионизирующим излучением (любого вида) веществу, находящемуся в элементарном (однородном) объеме, к массе вещества в этом объеме:

где:

- средняя энергия, переданная ионизирующим излучением

веществу, находящемуся в элементарном объёме;

- масса вещества в этом объёме.

Энергия может быть усреднена по любому определенному объему, и в этом случае средняя доза будет равна полной энергии, переданной объему, деленной на массу этого объема. В единицах СИ поглощенная доза измеряется в джоулях, деленных на килограмм (Дж·кг^-1), и имеет специальное название – грей (Гр). Использовавшаяся ранее внесистемная единица рад равна 0,01 Гр.

1 Гр = 100 рад

Бэр – поглощенная доза любого вида излучения, которая вызывает равный биологический эффект с дозой в 1 рад рентгеновского излучения.

Поглощенная доза не учитывает, какой вид излучения воздействовал на организм человека. Если принять во внимание этот факт, то дозу следует умножить на коэффициент, отражающий способность излучения данного вида повреждать ткани организма. Пересчитанную таким образом дозу называют эквивалентной дозой.

Эквивалентная доза

В связи с тем, что разные виды ионизирующих излучений могут проявлять существенно различающуюся биологическую эффективность, было введено понятие «эквивалентная доза». Понятие эквивалентной дозы было введено в целях оценки радиационной безопасности для человека.

ЭКВИВАЛЕНТНАЯ ДОЗА (H_T,R) для любого вида ионизирующего излучения R определяется как произведение средней поглощенной дозы данного вида излучения в органе или ткани T на соответствующий этому виду излучения взвешивающий коэффициент :

где:

- средняя поглощенная доза в органе или ткани Т;