tema4_1a (Лекции ЗчС и ГО)

Курс «БЖД: Защита в ЧС и ГО» - 2006 год11. «АВАРИИ НА РОО». Часть 1: Радиоактивность и связанные с нейопасности.1.1. Активность радионуклидов.Атомы одного и того же химического элемента отличающиеся массой (т.е.количеством нейтронов в ядре при равном количестве протонов) называются изотопами этого элемента.

Среди изотопов большинства химических элементов одинявляется стабильным, устойчивым изотопом, тогда как остальные способны самопроизвольно распадаться, превращаясь в другие изотопы. Поскольку этот самопроизвольный распад сопровождается излучением различной природы, то неустойчивыеизотопы были названы радиоизотопами (от лат Radio – излучать), их ядра - радионуклидами, а процесс самопроизвольных превращений - радиоактивностью (иногда более кратко – активностью). Процесс радиоактивности в любом конкретномобразце вещества характеризуется числом распадов радионуклидов, измеренным навременном интервале, причем интенсивность процесса со временем уменьшается.Поскольку каждый радиоизотоп распадается со строго определенной скоростью,которая может характеризоваться либо периодом полураспада (Т1/2), т.е.

временем,в течение которого распадается половина всех радионуклидов в образце, либо постоянной распада , т.е. долей распадающихся в единицу времени радионуклидовот их общего числа, то изменение радиоактивности образца любого радиоизотопаописывается законом радиоактивного распада:A(t) = Ao  e-t = Ao  2-t/T ,гдеАо – активность образца радиоизотопа в начальный момент времени;Т1/2 - период полураспада данного радиоизотопа; - постоянная распада данного радиоизотопа.Период полураспада и постоянная распада связаны зависимостью:ln 2)/ Т1/2 = 0,693/ Т1/2Периоды полураспада для различных изотопов изменяются в пределах отдолей секунды до миллиардов лет.Мерой активности является число радиоактивных превращений в единицувремени.

Единицей активности в системе СИ является беккерель (Бк), равный одному распаду в секунду1Бк = 1 расп/сВнесистемной единицей активности является кюри (Ки), которой соответствует активность 1г радия:1Ки = 3,71010 Бк .1.2. Виды ионизирующих излученийИзучение радиоизотопов показало, что активность образца вещества являетсянеобходимой, но не достаточной характеристикой для оценки его взаимодействия сФакультет военного обучнияАВАРИИ НА РОО. Радиоактивность и связанные с ней опасности.2окружающей средой, поскольку характеризует процесс только в самом образце. Вто же время, как указывалось выше, радиоактивность сопровождается различнымиизлучениями, воздействие которых на среду приводит к ионизации атомов и молекул, за что они были названы ионизирующими излучениями. Таким образом,другими характеристиками радиоизотопов являются характеристики ионизирующихизлучений, присущих этим веществам.Поместив препарат радия между полюсами магнита, ученые обнаружили, чтопоток частиц, уносящих энергию возбужденного радионуклида, неоднороден и разделяется на 3 разновидности:  - и  - частицы и  – излучение.

Энергия ионизирующих излучений измеряется во внесистемных единицах - электрон-вольтах (эВ)1. - частицы соответствуют ядрам гелия, лишенным электронных оболочек. – частицы (He++) обладают массой, определяемой массовым числом А, равным 4(т.к. состоят из двух протонов и двух нейтронов), и электрическим зарядом +2е.Начальная скорость  - частиц составляет 10 -:- 20 тыс.км/с, энергия в момент вылета 4 -:- 9 МэВ.  - частица обладает очень высокой ионизирующей способностью.В приземном воздухе она может создать до 300 000 пар ионов на 1 см пути.

Растратив свою энергию, она превращается в атом гелия, преодолев при этом расстояние в несколько сантиметров (до 10 см), а в более плотных средах еще меньше(в воде 0,1 мм). Лист бумаги полностью задерживает  - частицы любых энергий,поэтому считается, что  - частицы обладают очень низкой проникающей способностью и не играют какой-либо роли во внешнем облучении, однако, изотопы, испускающие  - частицы очень опасны при попадании внутрь организма.- частицы - это электроны (иногда и позитроны) со скоростями от нескольких тысяч км/час до близких к световой и энергиями от нескольких тысячкэВ до 3 МэВ. Ионизирующая способность  -частиц умеренная, на 2-3 порядкаменьше, чем у  - частиц, а проникающая способность несколько выше и в воздухеможет достигать нескольких метров.

Обычная летняя одежда ослабляет поток частиц в два раза, однако они вносят определенный вклад во внешнее облучениеи представляют опасность при попадании - излучающих изотопов на открытыеучастки тела и внутрь организма.Электрически нейтральное - излучение представляет собой поток энергетичных квантов электромагнитной энергии (фотонов) с длинами волн =10-5-:-10-7 мкм( =10-1-:-10-3Ао) и энергиями от нескольких десятков кэВ до нескольких МэВ инулевой массой покоя.

Если учесть, что связь между длиной волны  (мкм) и энергией электромагнитного излучения Е (эВ) можно выразить как Е = 1,2 -1, то области различных излучений и их воздействия на вещество среды можно проиллюстрировать рисунком (рис.1). – излучение обладает довольно низкой ионизирующей способностью (примерно на два порядка ниже, чем у -частиц) и очень высокой проникающей способностью. В приземном воздухе  - излучение распространяется на сотни метров,11эВ = 1,610-19 ДжКафедра защиты в ЧС и гражданской обороныКурс «БЖД: Защита в ЧС и ГО» - 2006 год3слабо ослабляется различными материалами и играет основную роль во внешнемоблучении.Кроме самопроизвольного распада радиоизотопов в природе имеет место деление тяжелых ядер некоторых трансурановых элементов в результате взаимодействия последних с нейтронами. Это взаимодействие называется ядерной реакцией.Масштаб выделения энергии в этом процессе в сотни раз больше, чем при радиоактивном распаде.

Помимо  и- излучений (более высоких энергий, чем присамопроизвольном распаде) при ядерных реакциях возникают потоки нейтронов.Нейтроны – это элементарные частицы, не имеющие электрического заряда, с массовым числом А=1, с энергиями от десятков кэВ до 20 МэВ. Нейтроны являютсянейтральными нестабильными частицами, которые не взаимодействуют с электронными оболочками атомов, однако они активно взаимодействуют с ядрами, отдаваяим свою энергию и возбуждая атомы, что приводит к их ионизации. Опосредованная ионизирующая способность нейтронов высока.

Одновременно нейтроны обладают большой проникающей способностью, что представляет большую опасностьпри внешнем облучении. Однако, в составе излучений при радиоактивном распаденейтроны отсутствуют.1.3. Дозовые характеристики ионизирующих излучений.Ионизирующие излучения, воздействуя на облучаемую среду, вызываютопределенный радиационный эффект облучения. Исторически первым был обнаружен и измерен ионизационный эффект излучения в воздухе и назван экспозиционной дозой2.Экспозиционная доза (Х) - количественная характеристика поля ионизирующего излучения, характеризующая его ионизирующие возможности.

Единицей2Иногда – дозой излучения.Факультет военного обучнияАВАРИИ НА РОО. Радиоактивность и связанные с ней опасности.4экспозиционной дозы является рентген (Р), под воздействием которого в 1 см3 сухого воздуха при атмосферном давлении и температуре +18 оС возникают ионы, несущие суммарный заряд в 1 электростатическую единицу каждого знака, что соответствует 2,083109 пар ионов. Рентген является внесистемной единицей. В системеСИ ему аналогична составная единица 1 кулон/кг = 3876 Р.В практической дозиметрии применяется удобное правило: доза в 1 Рнакапливается за 1 час на расстоянии 1 м от источника радия массой 1 г, т.е. имеющего активность ~ 1 Ки.Другой характеристикой взаимодействия ионизирующего излучения с облучаемым объектом явилась поглощенная им энергия, названная поглощенной дозой3.Поглощенная доза (D) – количество энергии излучения, поглощенное единицей массы облучаемого тела.

В системе СИ единица поглощенной дозы – грей(Гр). Грей равен дозе излучения, при которой веществу массой 1 кг передаетсяэнергия, равная 1 Дж: 1Гр = 1Дж/кг.Внесистемной единицей поглощенной дозы является рад 4: 1 рад = 100эрг/гили 1 Гр = 100 рад.Для биологической ткани5 в поле рентгеновского или -излучения поглощенная доза 1 рад примерно соответствует экспозиционной дозе 1 Р: 1Р1рад ( точно: 1Р=0,93 рад), т.е.

можно принять, что для -излучения Х(Р)=D(рад)Кроме того, следует учитывать, что в поле излучения между источником иоблучаемым объектом может находиться экран, ослабляющий энергию, достигающую объект. В таком случае, связь между экспозиционной и поглощенной дозамибудет:Х(Р)=Косл D(рад)где Косл – коэффициент ослабления экранирующего тела.Между поглощенной дозой определенного вида ионизирующего излучения ивызванным ею радиационным эффектом существует прямая зависимость: чембольше поглощенная доза, тем больше радиационный эффект. Примером можетслужить почернение фотопленки в поле R- или - излучения: чем больше доза, теминтенсивнее почернение фотослоя.Однако, на биологические объекты равные поглощенные дозы различныхвидов ионизирующих излучений могут оказывать разный радиационный эффект.Для учета таких эффектов, производимых одинаковой поглощенной дозой разныхвидов (r) ионизирующих излучений, медицина ввела понятие эквивалентной дозы(Н) и взвешивающих коэффициентов (Wr), для каждого излучения:Н=Wr D,34Иногда – дозой облучения.Аббревиатура «рад» является транскрипцией с англ.

“radiation absorbed doze” , т.е. «поглощенная доза облу-чения».5Напомним, что ионизация веществ зависит от их химической структуры: для веществ с преобладанием вструктуре легких атомов (что справедливо для биологической ткани) эффект ионизации близок к эффекту, наблюдаемому при ионизации воздуха.Кафедра защиты в ЧС и гражданской обороныКурс «БЖД: Защита в ЧС и ГО» - 2006 год5где Wr – взвешивающий коэффициент, равный отношению поглощенной дозыэталонного R-излучения, вызывающей определенный радиобиологический эффект, кдозе данного излучения, вызывающей тот же эффект (см.