Тема 1: физические основы радиационной гигиены

ГОУ ВПО «РЯЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. АКАД. И.П.ПАВЛОВА

ФЕДЕРАЛЬНОГО АГЕНТСТВА ПО ЗДРАВООХРАНЕНИЮ И СОЦИАЛЬНОМУ РАЗВИТИЮ»

КАФЕДРА ОБЩЕЙ ГИГИЕНЫ С КУРСОМ ЭКОЛОГИИ

МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ ПО РАДИАЦИОННОЙ ГИГИЕНЕ

ДЛЯ СТУДЕНТОВ ЛЕЧЕБНОГО ФАКУЛЬТЕТА

Рязань 2010

Тема 1: ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАДИАЦИОННОЙ ГИГИЕНЫ

Радиоактивность - самопроизвольное превращение ядер атомов, сопровождающееся испусканием ионизирующих излучений.

Различают следующие виды радиоактивных превращений:

1. Альфа-распад. Характерен для естественных радиоактивных элементов с большими порядковыми номерами (стоящих после свинца в ПСЭ Менделеева) и, соответственно, с малыми энергиями связи частиц ядра. Альфа-распад приводит к уменьшению порядкового номера радионуклида на 2 единицы и массового числа на 4. При распаде могут возникать возбужденные ядра, которые, переходя в основное состояние, испускают гамма-кванты.

2. Электронный бета-распад. Характерен как для естественных, так и для искусственных радиоактивных элементов. При этом виде распада ядро испускает электрон, в результате заряд его увеличивается на единицу при неизменном массовом числе. Ядра возникших атомов могут находиться в возбужденном состоянии, переход их в невозбужденное состояние сопровождается испусканием гамма-квантов.

3. Позитронный бета-распад. Наблюдается у некоторых искусственных радиоизотопов. При этом порядковый номер атома уменьшается на единицу, а масса не изменяется.

4. К-захват (захват орбитального электрона ядром) - ядро захватывает электрон с К-оболочки и имеет место такое же превращение ядра, как и при позитронном бета-распаде. Из ядра при К-захвате выбрасывается нейтрино и имеет место характеристическое рентгеновское излучение.

5. Самопроизвольное деление ядер. Наблюдается у радиоактивных элементов с большим атомным номером (уран-235, плутоний) при захвате их ядрами медленных нейтронов. При делении образуется пара осколков с выбросом нейтронов. Осколки, как правило, ядра элементов средних массовых чисел, которые претерпевают несколько последовательных бета-распадов.

Количественной характеристикой радиоактивности является АКТИВНОСТЬ, единицей измерения которой принят беккерель (Бк). Беккерель соответствует активности, равной одному ядерному превращению в секунду. Специальной (внесистемной) единицей является кюри (Ки). 1 Ки соответствует такое количество препарата, в котором за 1 сек происходит 3,7×1010ядерных превращений, т.е. 1 Ки = 3,7×1010Бк. Кюри — очень большая величина. В практической работе используют производные единицы: милликюри (мКи), микрокюри (мкКи). Таким образом, можно записать:

1 Kи = 3,7×1010 расп./с = 2,22×1012расп./мин:

1 мКи = 10-3Ки = 3,7×107pacп./c = 2,22×109расп./мин:

1 мкКи = 10-6Ки = 3,7×104расп./с = 2,22×106расп./мин:

В качестве единицы активности веществ-гамма-излучателей нередко используют миллиграмм-эквивалент радия (мг/экв), представляющий собой количество препарата, создающего такую же мощность дозы, как и 1 мг радия в тождественных условиях измерения.

Закономерностью радиоактивного распада является то, что в единицу времени распадается определенная, строго постоянная доля атомов каждого радионуклида (независимо от их количества), которая и определяет его период полураспада (Т1/2) - промежуток времени, в течение которого распадается половина всех атомов данного радионуклида.

Период полураспада указывает на степень устойчивости ядра атома. Единицы измерения: с, ч, день и т. д.

Период полураспада и постоянная распада связаны между собой соотношением:

T1/2=0,693/λ,

Отсюда видно, что чем меньше значение постоянной распада, тем больше значение периода полураспада (распад идет медленнее) и, наоборот, чем больше значение постоянной распада, тем меньше значение периода полураспада. Следует отметить, что значения периода полураспада и постоянной распада не зависят от внешних условий и определяются лишь свойствами самого радиоактивного ядра. Естественно, каждый радиоактивный изотоп имеет свое значение периода полураспада и постоянной распада. Численные значения этих величин определяются экспериментально.

Т1/2 у различных элементов колеблется в значительных пределах - от долей секунды до нескольких миллионов лет. Например:

³H - 12,46 года ²⁴Na - 15,1 часа ³⁵S - 87 дней ⁶⁰Со - 5,3 года^{1 31}I - 8,05 дня

¹⁴С - 5568 лет ³²P - 14,3 дня ⁴⁵Са - 152 дня ⁹⁰Sr - 28 лет ²³⁸U - 4,510⁹ лет

Число ядер радиоактивного изотопа уменьшается со временем по экспоненциальному закону. Графически закон радиоактивного распада выражается экспоненциальной кривой (рис.1).

Видно, что с увеличением числа периодов полураспада количество нераспавшихся атомов убывает, приближаясь к нулю. Распад любого радиоактивного элемента подчиняется статистическим закономерностям и носит вероятностный характер.

Рис. 1. Экспоненциальная кривая радиоактивного распада