Виробничі джерела іонізуючого випромінювання, класифікація і особливості їх використання

В народному господарстві широке застосування знаходить іонізуюча радіація, зокрема в медицині, геології, хімічній технології, в приладах для контролю та автоматизації виробничих процесів, як джерело електричної енергії.

Як фізичне явище радіоактивність властива Землі з моменту її виникнення. Відкрив її в 1845р. французький вчений А.Беккерель. Суть зазначеного явища полягає в тому, що атоми ряду елементів нестабільні (за рахунок надлишку або дефіциту нейтронів у ядрі). Перехід такого нестабільного ядра у стабільний стан супроводжується випромінюванням електронів (так званих бета-частинок) або ядер атомів гелію (альфа-частинок), що відповідно називається бета або альфа –радіоактивністю. Окрім того, ядерні перетворення здебільшого супроводжуються випромінюванням квантів електромагнітної енергії (гама-квантів). Радіоактивне випромінювання здатне іонізувати атоми і молекули опромінюваного середовища.

Термін «іонізуюче випромінювання» характеризує будь-яке випромінювання, яке прямо або посередньо викликає іонізацію оточуючого середовища (утворення позитивно та негативно заряджених іонів). Особливістю іонізуючих випромінювань є те, що всі вони відзначаються великою енергією і при опроміненні живого організму іонізовані атоми і молекули, взаємодіючи зі структурами біологічної тканини, утворюють складні, здебільшого токсичні сполуки, подальша дія яких призводить до ушкодження організму. На іонізуюче випромінювання (ІВ) не реагують органи чуття людини, що робить їх особливо небезпечними. Усі джерела іонізуючого випромінювання поділяють на природні та штучні (антропогенні). Штучними джерелами ІВ є рентгенівські апарати, прискорювачі заряджених частинок, ядерні реактори, підводні атомні човни, установки для збагачення урану, штучні радіоактивні ізотопи, прилади засобів зв’язку високої напруги, радіаційні дефектоскопи, товщиноміри, густиноміри та ін. Розрізняють дві групи іонізуючого випромінювання: корпускулярне (потоки альфа - і бета частинок, протонів, нейтронів) і хвильове або електромагнітне (фотонне) до якого відносять рентгенівське, гама-випромінювання, хвильова компонента космічного випромінювання.

Іонізуюче випромінювання характеризується такими властивостями: проникаючою та іонізаційною здатністю, дальністю пробігу. Щодо іонізаційної здатності, то альфа-частинки іонізують кожну третю молекулу повітря на шляху пробігу, бета-частинки мають іонізаційну здатність у 100, а гама-промені у 1000 раз меншу ніж альфа-частинки. Дальність пробігу найбільша у гама-променів - до 1,5 км, бета і альфа частинок відповідно до 10м і 10см. Щодо проникаючої здатності, то альфа-частинки затримуються листком паперу, одягом; бета-частинки проникають в тканини організму людини на глибину до 8мм і затримуються алюмінієвою пластинкою товщиною 0,1мм; гама-промені проникають в товщину води до 1,5м. Отже, при зовнішньому опромінені найбільш небезпечні гама-промені, а при внутрішньому – альфа - та бета частинки.

Зовнішнє опромінення – це коли джерело радіації знаходиться поза організмом, тобто при роботі із закритими джерелами випромінювання (відеотермінали, рентгенівські апарати).

Внутрішнє опромінення – це вплив випромінювань радіоактивних речовин, що потрапляють в організм людини з їжею, з повітрям при диханні, з димом тощо. Внутрішнє, або як кажуть, інкорпоративне випромінювання визначає надходження радіонуклідів до організму, де вони можуть осідати в залежності від здатності організму поглинати та накопичувати ці елементи: йод – у щитовидній залозі; стронцій – у кістках; уран і плутоній у нирках, товстому кишечнику, печінці; цезій – м’язовій тканині; натрій поширюється по всьому організму. Тобто в реальних умовах радіонукліди розподіляються в організмі нерівномірно. Ступінь небезпеки залежить від швидкості виведення радіоактивних речовин з організму людини. Однією з основних характеристик джерел радіоактивного випромінювання є його активність А, що виражається числом радіоактивних перетворень за одиницю часу. Одиниця активності – кюрі (Кі), 1Кі = 3,7*10¹⁰ ядерних перетворень за одну секунду. В системі Сі одиниця активності – беккерель. Міра дії або небезпека викликана дією радіоактивного випромінювання на організм людини залежить від величини енергії, яку передасть тканинам це випромінювання. Кількість такої енергії, переданої організму або поглинутої ним, називається дозою. Розрізняють експозиційну, поглинуту та еквівалентну дозу іонізуючого випромінювання (ІВ).

Експозиційна доза характеризує іонізуючу здатність рентгенівського або гама-випромінювання у повітрі. Одиницею вимірювання експозиційної дози є кулон на 1кг (Кл/кг). Позасистемна одиниця – рентген (Р). 1Р = 2,58 *10^-4 Кл/кг. Експозиційна доза характеризує потенційні можливості іонізуючого випромінювання. Біологічна дія іонізуючих випромінювань на організм людини, в першу чергу, залежить від поглинутої енергії випромінювання.

Поглинута доза (Д) характеризує енергію ІВ, яка поглинута одиницею маси опроміненого середовища. Одиниця вимірювання поглинутої дози – грей (Гр). 1Гр=1Дж/кг. Позасистемна одиниця – рад. 1рад=0,01Гр.

Однак поглинута доза не враховує те, що вплив на організм однієї і тої ж дози різних випромінювань не однаковий. Тому для порівняння біологічної дії різних видів випромінювання, використовують коефіцієнт якості випромінювання – К.

Еквівалентна доза (Н) визначає біологічний вплив різних видів ІВ на організм людини і служить для оцінки радіаційної небезпеки цих видів випромінювань. Вона дозволяє, використовуючи коефіцієнт якості К, приводити біологічний ефект будь-яких ІВ до впливу, який викликають гама-промені: Н=Д*К; (К=1 для рентгенівського, 10 для нейтронів, 20 для альфа-частинок).

Одиниця еквівалентної дози у системі СІ – зіверт (Зв). Часто використовують позасистемну одиницю – бер (біологічний еквівалент рентгена). 1 бер=0,01Дж/кг (для рентгенівського, гама - та бета випромінювання). 1Зв=1Гр=100 бер.

Поглинута та експозиційна дози випромінювання, віднесені до одиниці часу, визначають потужність доз (рівень радіації). Рівень радіації характеризує ступінь забруднення місцевості та вказує, яку дозу може одержати людина, знаходячись на забрудненій місцевості. Рівень радіації вимірюється у рентгенах за годину, рад за 1 годину, бер за 1 годину.

Для оцінки тривалості життя радіоактивних елементів існує показник періоду напіврозпаду, тобто час, протягом якого активність їх зменшується в середньому в два рази. Вважається, що речовина стає практично не радіоактивною після 10 періодів напіврозпаду.