Альфа частицы (ядра гелия), представляют собой часть атома, состоящую из 2-ух протонов и 2-ух нейтронов, имеющую положительный заряд и обладающую большой энергией (и разрушительной силой), но довольно громоздки и потому легко уловимы (даже плотная одежда или лист бумаги является для них преградой, при попадании на кожу частицы застревают в ней). Опасно лишь попадание альфа-частиц с пищей, чего и стоит остерегаться.
Бета-излучение – это поток заряженных частиц (электронов), имеет большую проникающую способность, для защиты от этого вида радиации, понадобится более толстая защита: лист алюминия толщиной в несколько мм, дерево в несколько см и т.д.
Гамма-излучение и близкое к нему по свойствам рентгеновское излучение, обладает наибольшей проникающей способностью – это высокоэнергетическое коротковолновое электромагнитное излучение, представляющее собой поток фотонов, имеет нулевой заряд и поэтому не отклоняется при воздействии магнитным полем. Для защиты от такого вида излучения понадобится толстый слой материала с тяжёлыми ядрами (свинец, обеднённый уран, вольфрам). Есть ряд веществ (бор, графит, кадмий), которые способны улавливать гамма-излучение.
Нейтронное излучение – поток электрически нейтральных частиц с достаточно большой массой и высокой энергией. Для защиты от такого вида излучения понадобится толстый слой бетона или парафина.
Единицы измерения радиации
Для количественной характеристики радиации введено большое количество единиц, основные из которых рассмотрим в лекции:
Поскольку радиоактивные элементы все время распадаются, их концентрация в объекте среды (образце) все время уменьшается. Важнейшей характеристикой для определения времени существования радиоактивного элемента является Пери о д полурасп а да (Т 1/2), промежуток времени, в течение которого количество радиоактивных ядер в среднем уменьшается вдвое. Период полураспада позволяет оценить очень важный для нормирования защиты окружающей среды период, а именно – через какое время распадется такое количество конкретного радиационного материала, после которого радиация не будет представлять угрозы для объектов окружающей среды и человека. Расчетами и эмпирическим путем доказано что это время равно 10 Т 1/2. Рассмотрим этот критерий в применении к катастрофе на Чернобыльской АЭС (26.04.1986 года), где наибольший экологический вред наносят изотопы цезий – 137 и стронций – 90, для которых Т 1/2 составляет около 30 лет, т.е 10 Т 1/2 составит 300 лет, что обезопасит загрязненную зону к 2286 году!!!!
Другой важнейшей количественной характеристикой радиации является Активность радиоактивного источника в Международной системе единиц (СИ). имеет единицу измерения Беккере́ль (русское обозначение: Бк; международное: Bq) — Один беккерель определяется как активность источника, в котором за одну секунду происходит в среднем один радиоактивный распад.
Беккерель — производная единица, имеющая специальные наименование и обозначение, через основные единицы СИ выражается следующим образом:
Бк = с−1.
Беккерель — очень маленькая единица измерения, на практике, как правило, используются кратные единицы, образованные с помощью десятичных приставок. Однако в исследованиях крайне редких радиоактивных процессов используются и дольные единицы (милли- и микробеккерели).
Для измерения активности используется также внесистемные единицы измерения кюри:
1 Ки = 3,7·1010 Бк (точно).
1 Бк ≈ 2,703·10−11 Ки.
1 Рд = 1·106 Бк (точно) = 1 МБк.
Для измерения удельной (массовой), объёмной и поверхностной активности используются соответственно единицы беккерель на килограмм (Бк/кг), беккерель на кубический метр (Бк/м3), беккерель на квадратный метр (Бк/м2), а также их различные производные (Бк/г, Бк/т; Бк/л, Бк/см3; Бк/м2 и т. д.).
Для понимания степени опасности радиации на живые организмы и нормирования порога допустимого воздействия воздействие на живые организмы радиация измеряется в единицах энергии, которая поглощается веществом (выделяется в веществе) при прохождении через него ионизирующего излучения. Поглощённая доза измеряется в грэях (Гр), считается, что вещество получило дозу облучения в 1 грэй (Гр), если в результате облучения 1 кг вещества (организма) получил 1 Дж энергии. До перехода к международным единицам использовалась единица Рад, 1 Гр = 100 Рад. Для понимания насколько мала эта доза энергии можно, условно, перевести ее в температуру. Оценка показывает, что мгновенно поглощенная смертельная доза нагреет тело человека всего на 0,01 градуса. Это доказывает, насколько уязвима жизнь для энергии, преобразованной в радиацию.
Практические примеры для усвоения материала:
Лампочка 100 Ватт за 1 час совершает работу = 100 * 3600 = 360 кДж.
Взрослому человеку в среднем требуется 2500 калорий в день. Одна калория = 4,1868 Дж. Следовательно один человек потребляет 10467 Джоулей в день.
Для того, чтобы подняться человеку массой 80 кг на высоту 3 метра (один этаж) нужно потратить минимум 2400 Джоулей.
…………………………
Применяется, также такое понятие, как экспозиционная доза излучения – величина, показывающая, какой заряд создаёт гамма- или рентгеновское излучение в единице объёма воздуха (степень ионизации). В международной системе СИ, единицей измерения является "кулон на кг" (Кл/кг),
…………………………..
(1 Кл равен Заряду 6,24151·1018 электронов
Простой пересчет показывает:
1 г/моль нейтрального вещества содержит 6*1023 молекул
Для того чтобы облучение привело к заряду 1 Кл должно получить отрицательный заряд 6*1018 молекул, т.е. 10-5 часть 1 моля, или 1 молекула из 100 тысяч!
…………………….
Внесистемной единицей измерения является "рентген", или равная ей ещё одна внесистемная единица "бэр". 1 Кл/кг = 3880 рентген (Р).
Эквивалентная доза – доза, рассчитывается с учётом коэффициентов и зависит от вида излучения, например, рентгеновское, гамма, бета-излучения, имеют коэффициент 1, а альфа-частицы 20. Э.д. измеряется в Зивертах,
1 Зв = 1 Гр, или бэрах.
В Международной системе единиц (СИ) поглощенная доза измеряется в джоулях, деленных на килограмм (Дж/кг), и имеет специальное название — грэй (Гр). Для измерения эффективной и эквивалентной доз ионизирующего излучения в СИ используется зиверт (Зв). 1 зиверт — это количество энергии, поглощённое килограммом биологической ткани, равное по воздействию поглощённой дозе гамма-излучения в 1 Гр. Через другие единицы измерения СИ зиверт выражается следующим образом: 1 Зв = 1 Дж / кг = 1 м² / с².
Итого: 1 Гр = 1 Зв = 100 Бэр = 100 Рентген.
Эффективная доза – коэффициент, рассчитываемый индивидуально для каждого органа в зависимости от риска возникновения отдаленных последствий облучения. Э.д. кожи и щитовидной железы – 0.01, для половых органов – 0.2, для лёгких, желудка, кишечника – 0.12, для головного мозга – 0.025, для остальных тканей – 0.05.
Эффективная (эквивалентная) доза годовая – сумма эффективной (эквивалентной) дозы внешнего излучения, полученной за календарный год, и ожидаемой эффективной (эквивалентной) дозы внутреннего облучения, обусловленной поступлением в организм радионуклидов за этот же год.
……
Для лучшего усвоения единиц:
Активность. Мерой активности радионуклида в соответствии с системой измерений СИ, является его активность, которая измеряется в Беккерелях (Бк). Один Бк равен 1 ядерному распаду в секунду. Кроме того, в качестве меры радиоактивности широко используется несистемная величина Кюри (Ки) – (это активность 1 г радия) и ее производные (милли кюри, микро кюри и т.д.). Численно 1 Кюри = 3.7*1010 Бк, а 1 Бк = 0.027нКи (нано Кюри).
Поглощенная доза – это количество энергии ионизирующего излучения, которое поглощено в элементарном объеме, отнесенной к массе вещества в этом объеме. Системной единицей является грей (Гр) - поглощенная доза излучения, соответствующая энергии 1 Дж ионизирующего излучения любого вида, переданной облученному веществу массой 1 кг. Внесистемная единица – рад. Рад - соответствует поглощенной энергии 100 эрг (эрг – единица энергии в системе СГСЕ, 1 эрг=107Дж) на 1 г вещества, 1 рад=10-2 Гр.
Эквивалентная доза. Системная единица – зиверт (Зв). Зиверт – эквивалентная доза любого вида излучения, поглощенная в 1 кг биологической ткани и создающая такой же биологический эффект, что и поглощенная доза в 1 Гр фотонного излучения; несистемная - бэр, энергия любого вида излучения, поглощенная в 1 г ткани, при которой наблюдается тот же биологический эффект, что и при поглощенной дозе в 1рад фотонного излучения, 1 бэр=1рад=10-2Зв.
Мощность поглощенной дозы. Под мощностью поглощенной дозы следует понимать приращение дозы в единицу времени: Гр/с; Рад/с.
Период полураспада – время, в течение которого распадается половина ядер радионуклида. Эта величина, обозначаемая T1/2, является константой для данного радиоактивного ядра (изотопа). Величина T1/2 наглядно характеризует скорость распада радиоактивных ядер и эквивалентна двум другим константам, характеризующим эту скорость: среднему времени жизни радиоактивного ядра (t) и вероятности распада радиоактивного ядра в единицу времени (λ).
Период полураспада может изменяться от миллиардных долей секунды до миллиона и миллиарда лет. Понятие периода полураспада можно применять и к элементарным частицам, испытывающим распад.
……………………………..
