IV. Виды ионизирующих излучений (ИИ) и их краткая характеристика

Один учебный вопрос:

Виды и свойства ионизирующих излучений (ИИ) и их краткая характеристика.

 

Альфа-, бетта- и гамма-излучения называют ионизирующими, потому что при взаимодействии с веществом они ионизируют атомы, то есть превращают нейтральные атомы в положительно или отрицательно заряженные ионы.

В обычном состоянии атом электрически нейтрален, то есть заряд ядра равен заряду электронной оболочки.

Под воздействием из вне альфа-, бетта- и гамма-излучений атом теряет электрон и превращается в положительный ион - это есть первичная ионизация.

Выбитый из электронной оболочки свободный электрон присоединяется к другому нейтральному атому и превращает его в отрицательный ион - это есть вторичная ионизация.

Таким образом, ионизирующее излучение (ИИ) - это любое излучение, взаимодействие которого со средой приводит к ионизации атомов с образованием электрических зарядов разных знаков, так называемых пар ионов.

 

Ионизирующие излучения подразделяют на корпускулярные и фотонные.

 

Корпускулярные представляют поток частиц (корпускул), образующихся при радиоактивном распаде (это прежде всего альфа-, бетта- и другие частицы (нейтроны))

 

Ионизация бывает прямая и косвенная.

Прямую ионизация осуществляют альфа и бетта- излучения, так как они обладают зарядом и их кинетическая энергия достаточна для ионизации атомов среды (биоткани).

 

Фотонное излучение (фотон - порция-квант). К нему относятся гамма - и другие излучение (инфа-кр, световое). Они осуществляют косвенную ионизацию так как в процессе из взаимодействия со средой высвобождаются заряженные частицы (электроны (минус), позитроны (плюс) и другие), которое обладают достаточной энергией для ионизации атомов.

 

Свойства ионизирующий излучений

а) проникающая способность. Основный свойством ионизирующих излучений является способность проникать через материалы различной толщины. Минимальная толщина поглотителя полностью поглощающая энергию заряженной частицы есть линейный пробег

Расстояние, которое заряженная частица проходит от места образования до места потеря ей избыточной энергии называется длиной пробега

б) вторым свойством ионизирующий излучений является способность ионизировать воздух, воду и атомы живых клеток организма

 

Количество пар ионов образующихся на пути взаимодействия ионизирующих излучений с атомами (плотность ионизации) зависит от плотности среды, энерги и частицы, массы частицы и скорости ее движения. Чем плотнее среда и больше масса, чем чаще происходят акты ионизации, тем больше плотность ионизации. И наоборот. Чем меньше скорость движения частицы, а, значит, больше времени на взаимодействие и отдачу потраченной энергии, тем больше плотность ионизации. По мере продвижения сквозь вещество частица теряет энергию и скорость и в конце пути пробега образует большее количество пар ионов, чем в начале.

 

Число пар создаваемых ионизирующими излучениями в веществе (биокалий) на единице пути пробега (микрон, миллиметр, сантиметр) есть удельная ионизация. Число пар ионов создаваемый на всем пути пробега есть полная ионизация.

Характеристики альфа-, бетта- и гамма-излучений.

Поражающий действия альфа, бетта- и гамма-излучений при воздействии на организм человека не одинакова. Это зависит от ряда факторов:

· Альфа-излучение - поток тяжелых положительно заряженных частиц (ядро атома гелия He (2;4).Обладает большой ионизирующей способностью, что обусловлено двойным положительным зарядом, большой массой (А=4) и относительно малой скоростью перемещения в среде. Скорость в среде до 20 000 км в секунду. Пробег в воздухе до 11 см; в биоткани до 5 микрон. Удельная ионизация - от 25 000 до 60 000 пар ионов на одном см пути в среде. Полная ионизация от 120 000 до 250 000 пар ионов на всем пути в среде. Путь в среде прямолинейный, в начале пусть энергия больше, скорость больше, плотность ионизации меньше. Мало времени на контакт и передачу энергии. Максимальная ионизация в конце пути пробега. Особо опасное излучение при попадании внутрь организма с воздухом, водой и пищей через поры кожи и открытые раны, в жизненно важные биологические структуры (легкие, желудочно-кишечный тракт, кости, печень). Внешнее воздействие особой опасности не представляет. Полною защиту обеспечит альминиевая фольга толщиной 0,005 мм или лист бумаги.

 

· Бетта-излучение возникает при электронном или позитронном распаде и представляет собой поток легких частиц электронов (минус) или позитронов (плюс). Скорость бетта-излучений близка к скорости света, заряд по абсолютной величине в два раза меньше заряда альфа-частицы. Бетта-частица - это электрон. Пробег в воздухе, биотканей и в твердых телах завит от энергии бетта-частицы. Для радионуклидов чернобыльской зоны пробег бетта-частицы в воздухе до 1,5 м, в биоткани до 2 см, в твердых телах - несколько мм. Полностью погложает энергию бетта-частицы альминиевый лист толщиной до 2 мм. Ионизирующая способность. Бетта-излучение примерно в 100 раз меньше, чем альфа-излучение, а проникающая способность гораздо больше за счет меньшей массы, меньшего заряда и большей скорости. Энергия батта-частиц радионуклидов - батта-излучателей чернобыльского выброса находится в пределах 514-662 килоэлектронвольт, то есть примерно одинаково. (йод, цезий (оба), стронций) А энергия альфа-излучателей (плутоний-239) около 5,16 мегаэлектронвольт.

Удельная ионизация от 40 до 150 пар ионов на 1 см пути пробега в среде

Полная ионизация от 1200 до 25 000 пар ионов на всем пути в среде.

Путь бетта-частиц в среде представляет собой ломанную линию и истинная длина пути элетрона в веществе может в 1, 5 - 4 раза превосходить его линейный пробег.

 

Наибольшую опасность батта-излучение представляет при попадании внутрь организма. При высокой концентрации в воздухе. Бетта-излучателей обладающих большой энергией и большой из плотности на поверхности батта-частицы могут поражать кожный покров (ожог кожи) и хрустали глаза (катаракта). Это частицы с энергией от 1000 до 2000 килоэлектронвольт, Частицы с энергией менее 1000 килоэлетронвольт полностью поглощаются одеждой, обувью и их внешнее воздествие на организм не учитывается

 

· Третий вид ионизурующих излучений - гамма-излучение возникает в результате альфа- и бетта- распада таких радионуклидовов как цзий - и очень слабое у плутония-239. При переходе возбужденного ядра в стабильное состоянии испускается избыток энергии в виде гамма-излучение

Гамма-излучение - это электромагнитностное, коротковолновое излучение с очень короткой длиной волны. Скорость распространения равно скорости света 300 000 км/с. Гамма-квант заряда не имеет, что обуславливает Большую скорость, большую проникающую способность и меньшую скорость ионизации, чем у альфа и бетта-излучение. Защитным материалом полностью не поглощается. Интенсивность потока может быть ослаблена в любое заданное число раз, что зависит от структуры и толщины поглотителя. Ослабление гамма-квантов в 2 раза обеспечивает слой бетона 10 см, грунта 114 см, свинца 2 см и т д. Понятие "пробега" для гамма-излучения не существует, а лишь ослабляется при внутреннем облучении (то есть изнутри) гамма-квант не представляет особой опасности. Так как обладает большой скоростью и следовательно малой плотностью ионизации и выходит за пределы организма человека практически не причиняя ему существенного вреда. Поэтому при определении доз внутреннего облучения результаты воздействия гамма-квантами практически не учитывается, гамма- излучение представляет особую опасность при внешнем облучении.

 

Поражающее действие альфа, бетта, гамма- и других излучений на организм человека связано с ионизаций атомов биотканей. При этом в клетках происходит нарушение обычных (нормальных и привычных нам) биохимических процессов. В результате чего в организме возникают вещества (продукты нарушения биохимических процессов) токсичные для клеток, запускающих цепную реакцию. Биологических разрушений в организме, что может вызвать его полную интоксикаю.

 

Следующий фактор особой опасности ионизирующих излучений для организма заключается том, что из воздействие на организм происходит незаметно для человека. Природа в ходе своей эволюции не предусмотрела никаких органов чувств, которые реагировали бы на ионизирующие излучения, так как до открытия человеком ядерной энергии естественный радиационный фонд (ЕРФ) на земле был и остается незначительным и не может причинить существенного вреда живым организмам.