Происхождение радиоактивного излучения

Примером таких ситуаций является применение ядерного оружия при бомбардировках японских городов Хиросима и Нагасаки в 1945 г.; авария на Чернобыльской АЭС 26 апреля 1986 г.

Знание сущности радиации и радиологии – необходимый элемент современной цивилизации и культуры.

Радиация – это все виды электромагнитного излучения: свет, радиоволны, энергия солнца и множество иных излучений вокруг нас.

Источниками проникающей радиации, создающими природный фон облучения, являются галактическое и солнечное излучение, наличие радиоактивных элементов в почве, воздухе и материалах, используемых в хозяйственной деятельности, а также изотопов, г.о. калия, в тканях живого организма. Одним из наиболее весомых естественных источников радиации является радон – газ, не имеющий вкуса и запаха.

Интерес представляет не любая радиация, а ионизирующая, которая проходя сквозь ткани и клетки живых организмов, способна передавать им свою энергию, разрывая химические связи внутри молекул и вызывая серьезные изменения в их структуре. Ионизирующее излучение возникает при радиоактивном распаде, ядерных превращениях, торможении заряженных частиц в веществе и образует при взаимодействии со средой ионы разных знаков.

Все ионизирующие излучения делятся на фотонные и корпускулярные (табл. 4).

Таблица 4

Происхождение радиоактивного излучения

К фотонному ионизирующему излучению относятся:

а) γ-излучение, испускаемое при распаде радиоактивных изотопов или аннигиляции частиц. Гамма-излучение по своей природе является коротковолновым электромагнитным излучением, т.е. потоком высокоэнергетических квантов электромагнитной энергии, длина волны которых значительно меньше межатомных расстояний, т.е. λ< 10^-8 см. Не имея массы, γ -кванты двигаются со скоростью света, не теряя ее в окружающей среде. Они могут лишь поглощаться ею или отклоняться в сторону, порождая пары ионов: частица–античастица, причем последнее наиболее значительно при поглощении γ -квантов в среде. Таким образом, γ -кванты при прохождении через вещество передают энергию электронам и, следовательно, вызывают ионизацию среды. Благодаря отсутствию массы, r-кванты обладают большой проникающей способностью (до 4–5 км в воздушной среде) (табл.3);

б) рентгеновское излучение, возникающее при уменьшении кинетической энергии заряженных частиц и (или) при изменении энергетического состояния электронов атома.

Корпускулярное ионизирующее излучение состоит из потока заряженных частиц (альфа-, бета-частиц, протонов, электронов), кинетическая энергия которых достаточна для ионизации атомов при столкновении. Нейтроны и другие элементарные частицы непосредственно не производят ионизацию, но в процессе взаимодействия со средой высвобождают заряженные частицы (электроны, протоны), способные ионизировать атомы и молекулы среды, через которую проходят:

а ) Нейтроны – единственные незаряженные частицы, образующиеся при некоторых реакциях деления ядер атомов урана или плутония. Поскольку эти частицы электронейтральны, они глубоко проникают во всякое вещество, включая живые ткани. Отличительной особенностью нейтронного излучения является его способность превращать атомы стабильных элементов в их радиоактивные изотопы, т.е. создавать наведенную радиацию, что резко повышает опасность нейтронного излучения. Проникающая способность нейтронов сравнима с γ-излучением. В зависимости от уровня носимой энергии условно различают нейтроны быстрые (обладающие энергией от 0,2 до 20 МэВ) и тепловые (от 0,25 до 0,5 МэВ). Это различие учитывается при проведении защитных мероприятий. Быстрые нейтроны замедляются, теряя энергию ионизации, веществами с атомным весом (так называемыми водородсодержащими: парафин, вода, пластмассы и др.). Тепловые нейтроны поглощаются материалами, содержащими бор и кадмий (борная сталь, бораль, борный графит, сплав кадмия со свинцом) (табл.3).

α-, β-частицы и γ-кванты обладают энергией всего в несколько мегаэлектронвольт и создавать наведенную радиацию не могут.

б) β-частицы – электроны, испускаемые во время радиоактивного распада ядерных элементов с промежуточной ионизирующий и проникающей способностью (пробег в воздухе – до 10–20 м);

в) α-частицы – положительно заряженные ядра атомов гелия, а в космическом пространстве и атомов других элементов, испускаемые при радиоактивном распаде изотопов тяжелых элементов – урана или радия. Они обладают малой проникающей способностью (пробег в воздухе – не более 10 см), даже человеческая кожа является для них непреодолимым препятствием. Опасны они лишь при попадании внутрь организма, так как способны выбивать электроны из оболочки нейтрального атома любого вещества, в том числе и тела человека, и превращать его в положительно заряженный ион со всеми вытекающими последствиями, о которых будет сказано далее. Так, α-частица с энергией 5 МэВ образует 150 000 пар ионов (табл.3).

Количественное содержание радиоактивного материала в организме человека или веществе определяется термином «активность радиоактивного источника» (радиоактивность). За единицу радиоактивности в системе СИ принят беккерель (Бк), соответствующий одному распаду в 1 с. Иногда на практике применяется старая единица активности – кюри (Ки). Это активность такого количества вещества, в котором за 1 с происходит распад 37 млрд атомов. Для перевода пользуются зависимостью: 1 Бк = 2,7*10^-11 Ки или 1 Ки = 3,7 *10¹⁰ Бк (см. тему 3).

Каждый радионуклид имеет неизменный, присущий только ему период полураспада (время, необходимое для потери веществом половины активности). Например, у урана-235 он составляет 4470 лет, тогда как у иода-131 – всего лишь 8 суток.