Корпускулярные ионизирующие излучения

К корпускулярным ИИ относят нейтроны (частицы с атомарной массой 1 и не имеющие заряда).

Большинство нейтронов, образующихся при взрывах атомных боеприпасов, относится к быстрым нейтронам, а при взрывах водородных боеприпасов - к нейтронам очень больших энергий.

Так как нейтроны не имеют заряда, они взаимодействуют только с ядрами. Сталкиваясь с ядрами, нейтроны либо отталкиваются от них (рассеяние), либо поглощаются ими.

Процессы взаимодействия нейтронов с атомами вещества:

1) Упругое рассеяние. При столкновении с ядрами углерода, азота, кислорода, фосфора нейтроны теряют 10-15%, а при столкновении с ядрами водорода - до 2/3 своей энергии. Потерянная нейтронами энергия передается положительно заряженным частицам, имеющим высокую ионизирующую способность. Упругое рассеяние - основной путь потери энергии нейтронами, возникающими при атомных и водородных взрывах.

2) Неупругое рассеяние. В этом случае часть энергии расходуется нейтронами на возбуждение ядер. В исходное состояние ядра возвращаются испуская фотоны g-излучения.

3) Ядерные перестройки. При поглощении ядрами нейтронов происходит выброс протонов, a-частиц, g-квантов, возникают радиоактивные изотопы (это явление называется наведенной активностью).

Образующиеся при взаимодействии нейтронов с веществом ускоренные заряженные частицы вносят основной вклад в ионизацию и возбуждение атомов вещества. Поэтому нейтроны, так же как рентгеновы и g-лучи, называют косвенно ионизирующим излучением.

Проникающая способность нейтронов несколько меньше, чем у g-излучения, но существенно больше, чем у ускоренных заряженных частиц. При ядерных и водородных взрывах нейтронный поток распространяется на сотни метров, легко проникая сквозь стальную броню и железобетон. Энергия нейтронов наиболее эффективно передается ядрам легких атомов. Поэтому вещества, богатые атомами водорода, бериллия, углерода, находят применение в экранировании от нейтронного излучения.

Ускоренные заряженные частицы - это перемещающиеся в пространстве источники электрического поля (поток электронов - b-частиц, протонов, ядер атома гелия - a-частиц).

При прохождении через вещество заряженные частицы могут взаимодействовать с его атомами. Формы этого взаимодействия:

1) Упругое рассеяние — изменение траектории заряженной частицы в результате отталкивания от атомных ядер без потери энергии. Чем меньше масса частицы, тем больше ее отклонение от прямого направления. Поэтому траектории b-частиц в веществе изломаны, а протонов и α-частиц -практически прямые.

2) Неупругое торможение - электрон при прохождении вблизи атомного ядра теряет скорость и энергию. При этом может испускаться фотон тормозного излучения, летящий в том же направлении, что и электрон.

3) Ионизация и возбуждение атомов в результате взаимодействия частицы с их электронными оболочками - основной путь потери энергии ускоренных заряженных частиц в веществе. Под действием их электрического поля происходит возмущение электронных оболочек атомов с переходом последних в возбужденное или ионизированное состояние. Способность ускоренных заряженных частиц непосредственно взаимодействовать с электронными оболочками атомов позволила определить их как первично ионизирующие излучения.

Проникающая способность ускоренных заряженных частиц, как правило, невелика. Пробег b-частиц в воздухе составляет десятки сантиметров, а a-частиц - миллиметры. Одежда надежно защищает человека от воздействия этих излучений извне. Однако поступление их источников внутрь организма является опасным.

 

Количественная оценка ионизирующих излучений

Основы дозиметрии

Выявление ИИ и количественная оценка уровня радиационных воздействий называется дозиметрией. Для количественной характеристики уровня лучевого воздействия введено понятие дозы излучения. Применяются три основных вида дозы - экспозиционная, поглощенная и эквивалентная.

Экспозиционная доза (X) - мера количества ИИ, определяющая суммарный заряд ионов одного знака, образующихся при облучении воздуха в его единичной массе:

X=DQ/Dm,

где DQ - суммарный заряд всех ионов одного знака, возникающих в воздухе при полном торможении всех вторичных электронов, образовавшихся в малом объеме пространства, Dm - масса воздуха в этом объеме.

В системе СИ единицей экспозиционной дозы является кулон, деленный на килограмм (Кл/кг). Более часто, однако, применяется внесистемная единица экспозиционной дозы - рентген (Р), соответствующая образованию 2,1 • 10⁹ пар ионов в 1 см³ сухого воздуха при нормальных условиях. 1 Кл/кг = 3876 Р; 1 P = 2,58 • 10^-4 Кл/кг.

Изменения, вызываемые излучением в воздухе и в других средах, количественно различны. Это связано с разным количеством энергии, передаваемой излучением одинаковым по массе количествам разных веществ. Учесть этот фактор можно выражая количество ИИ в единицах поглощенной дозы (D). Поглощенная доза - количество энергии, передаваемой излучением единичной массе вещества:

D = DЕ/Dm,

где DЕ - энергия излучения, поглощенная малой массой вещества Dm.

В системе СИ поглощенную дозу выражают в греях (Гр). 1 Гр = 1 Дж/кг. Часто пользуются внесистемной единицей поглощенной дозы рад. Рад равен сантигрею (1 рад = 10^-2 Гр).

Эквивалентная доза. Различные ИИ вызывают в биосистемах количественно различные эффекты даже при одинаковой поглощенной дозе. Данное различие выражается величиной ОБЭ (относительная биологическая эффективность). Для рентгеновского и g-излучения ее принимают равной 1, а для каждого из остальных ИИ значение ОБЭ рассчитывают как отношение равноэффективных поглощенных доз рентгеновского и рассматриваемого ИИ. Значения ОБЭ для некоторых видов ИИ представлены в таблице 6:

 

Таблица 6