При авариях на АЭС, ядерном взрыве и других ядерных превращениях образуется большое количество радиоактивных веществ. Радиоактивными называются вещества, ядра атомов которых способны самопроизвольно распадаться и превращаться в ядра атомов других элементов и испускать при этом ионизирующие излучения (ИИ). По природе ионизирующее излучение может быть электромагнитным, например, гамма-излучение, или представлять поток быстродвижущихся элементарных частиц - нейтронов, протонов, бета и альфа-частиц. Любые ядерные излучения, взаимодействуя с различными материалами, ионизируют их атомы и молекулы. Действие ионизирующих излучений на людей и животных заключается в разрушении живых клеток организма, которое может привести к заболеванию лучевой болезнью различной степени, а в некоторых случаях и к летальному исходу. Чтобы оценить влияние ионизирующих излучений на человека (животного), надо учитывать две основные характеристики: ионизирующую и проникающую способности.
Альфа-излучение представляет собой поток ядер атомов гелия, называемых альфа-частицами и обладающих высокой ионизирующей способностью. Однако проникающая способность их очень низка. Длина пробега альфа-частицы в воздухе составляет всего несколько сантиметров (не более 10 см), а в твердых и жидких веществах еще меньше. Обыкновенная одежда и средства индивидуальной защиты полностью задерживают альфа-частицы и обеспечивают защиту человека. Альфа-частицы крайне опасны при попадании в организм, что может привести к внутреннему облучению.
Бета-излучение - это поток быстрых электронов, называемых бета-частицами, возникающими при бета-распаде радиоактивных веществ. Бета-излучение имеет меньшую ионизирующую способность, чем альфа-излучение, но большую проникающую способность. Одежда не может полностью защитить человека, необходимо использовать любое укрытие.
Гамма-излучение имеет внутриядерное происхождение и представляет собой электромагнитное излучение, распространяющееся со скоростью света. Оно обладает очень высокой проникающей способностью и может проникать через толщу различных материалов. Гамма-излучение представляет основную опасность для жизни людей, ионизируя клетки организма. Защиту от него могут обеспечить только убежища, противорадиационные укрытия.
Нейтроны образуются в зоне ядерного взрыва в результате цепной реакции деления тяжелых ядер урана-235 или плутония-239 и являются электрически нейтральными частицами. Под воздействием нейтронов находящиеся в почве атомы кремния, натрия, магния и др. становятся радиоактивными (наведенная радиация) и начинают излучать бета и гамма-лучи.
Принцип обнаружения ионизирующих (радиоактивных) излучений (нейтронов, гамма-лучей, бета- и альфа-частиц) основан на способности этих излучений ионизировать вещество среды, в которой они распространяются. Ионизация, в свою очередь, является причиной физических и химических изменений в веществе, которые могут быть обнаружены и измерены. К таким изменениям среды относятся: изменения электропроводности веществ (газов, жидкостей, твердых материалов); люминесценция (свечение) некоторых веществ; засвечивание фотопленок; изменение цвета, окраски, прозрачности, сопротивления электрическому току некоторых химических растворов и др.
Для обнаружения и измерения ионизирующих излучений используют следующие методы: фотографический, сцинтилляционный, химический и ионизационный.
Ионизационный метод. Под воздействием излучений в изолированном объеме происходит ионизация газа. Электрически нейтральные атомы (молекулы) газа разделяются на положительные и отрицательные ионы. Если в этом объеме поместить два электрода, к которым подать постоянное напряжение, то между электродами создается электрическое поле. При этом в ионизированном газе возникает ток, называемый ионизационным. Измерив его, можно судить об интенсивности ионизирующего излучения (ИИ). Устройство, в котором возникает такой ток, называют ионизационным. Измерив его можно судить об интенсивности ИИ. Устройство, в котором возникает такой ток, называют детектором излучений.
Этот метод является основным при определении радиационного излучения, на нем основана работа дозиметрических приборов. В дозиметрических приборах в качестве детекторов ИИ используют:
- ионизационные камеры (ИК);
- газоразрядные счетчики (ГС).
Ионизационные камеры используют в приборах, предназначенных для измерения мощности дозы излучений (ДП-ЗБ) и дозы излучения (ДКП-50А и др.). Газоразрядные счетчики используют в приборах, предназначенных для обнаружения радиоактивного заражения местности и объектов (ДП-5В и др.).
Химический метод. Некоторые химические вещества под воздействием ИИ меняют свою структуру. Так хлороформ в воде при облучении разлагается с образованием соляной кислоты, которая дает цветную реакцию с красителем, добавленным в хлороформ.
Сцинтилляционный метод. Некоторые вещества (сернистый цинк, йодистый натрий) под воздействием ионизирующих излучений светятся.
Фотографический метод основан на способности фотоэмульсии чернеть под воздействием ИИ. По степени ее почернения судят о степени излучения.
Задачей дозиметрии является измерение физических величин для предсказания или оценки радиационного эффекта, в частности радиобиологического, а сами величины называются дозиметрическими.
Дозиметрическими величинами являются доза излучения (поглощенная доза), мощность дозы (мощность поглощенной дозы), экспозиционная доза, мощность экспозиционной дозы, коэффициент количества излучения, эквивалентная доза, мощность эквивалентной дозы.
Доза излучения (поглощенная доза) Дп - энергия излучения, поглощенная в единице массы облучаемого вещества. С увеличением времени облучения доза всегда растет. Внесистемной (специальной) единицей измерения является рад. В системе СИ единицей поглощенной дозы является - грей (Гр). 1 Гр = 1Дж/ кг = 100 рад.
Мощность дозы (мощность поглощенной дозы) Рп - приращение дозы в единицу времени. Она характеризует скорость накопления дозы и может увеличиваться и уменьшаться во времени. 1 Гр/с = 100 рад/с.
Экспозиционная доза Дэ - мера ионизационного действия фотонного излучения, определяемая по ионизации воздуха в условиях электронного равновесия, т. е. если поглощенная энергия излучения в некотором объеме среды равна суммарной кинетической энергии ионизирующих частиц (электронов и позитронов), образованных фотонным излучением в том же объеме среды.
В системе СИ единицей экспозиционной дозы является 1 кулон на килограмм (Кл/кг). Внесистемной (специальной) единицей экспозиционной дозы является рентген (Р), 1 Р = 2,58-10-4 Кл/кг.
Мощность экспозиционной дозы Рэ - приращение экспозиционной дозы в единицу времени. В несистемной (специальной) единицей является р/час. В системе СИ единицей измерения является ампер/кг.
Коэффициент количества излучения Q позволяет в одной и той же мере выразить степень опасности облучения людей независимо от вида излучения.
Эквивалентная доза - произведение поглощенной дозы Дп данного вида излучения на соответствующий коэффициент количества Q. Внесистемной (специальной) единицей эквивалентной дозы является - бэр.
Бэр - биологический эквивалент рада, служит для сравнения биологического действия различных видов излучения, ибо биологическое действие определяется не только поглощенной энергией, но и природой излучения. Принято, что при эквивалентной дозе 1 бэр данного вида излучения возникает такой же биологический эффект, как при дозе 1 рад образцового излучения. В системе СИ единицей измерения является зиверт (Зв). 1 Зв =100 бэр.
Принято, что при эквивалентной дозе 1 Зв данного вида излучения возникает такой же биологический эффект, как и при дозе 1 Гр образцового излучения. В качестве образцового принято рентгеновское излучение с граничной энергией 200 кэв.
Мощность эквивалентной дозы - приращение эквивалентной дозы в единицу времени. В несистемной (специальной) единицей является бэр/с. В системе СИ единицей измерения является Зв/с; 1бэр/с = 1×10-2 Зв/с.
