Характеристика іонізуючих випромінювань

Методичні вказівки

З курсу ЦО

«Прогнозування радiацiйної обстановки при аварiях на АЕС та захист населення вiд радiацiї»

(для архiтектурних та економiчних спецiальностей)

Дніпропетровськ – 2008р.

Методичні вказівки мають мету допомогти студентам у заглибленому вивченнi питань з радiацiйної безпеки, прогнозування радiацiйного забруднення територiй при аварiях на АЕС та захисту населення вiд небезпечного випромiнювання при проживаннi на забрудненiй територiї./ Укладачі: Бєлiков А.С., Білоусов О.П., Пилипенко О.В., Фоменко В.І./ – Дніпропетровськ: ПДАБА, 2008.

Укладачі: Бєлiков А.С., доктор технiчних наук, професор

Білоусов О.П., кандидат педагогічних наук, доцент

Пилипенко О.В., кандидат технічних наук, доцент

Фоменко В.І., кандидат технічних наук, професор

Відповідальний за випуск – Бєлiков А.С., доктор технічних наук, професор

Рецензент: Карандашев В.І., кандидат військових наук, доцент, завідувач кафедри Цивільної оборони НметАУ

Затверджено

на засіданні кафедри БЖД

Протокол №5 від 24.11.08р.

Зав. кафедрою БЖД

Бєлiков А.С.

Затверджено

на засіданні методичної

ради ПДАБА

Протокол № 3(56) вiд 28.01.09р

Зміст

1. Вступ……………………………………………………………… …4

2. Характеристка іонізуючих випромінювань……………………….4

3. Оцінка вимірювання іонізуючого випромінювання………………8

4. Дія іонізуючого випромінювання на живий організм……………13

5. Основні вимоги нормативних документів по забезпеченню

радіаційної безпеки населення України……………………………..18

6. Розрахунок величин поражаючих факторів та розмірів

зон забруднення при аваріях на АЕС………………………………..22

В С Т У П

Ми добре і чітко розуміємо те, що можемо побачити і пощупати руками. Ми не бачимо атомів і молекул, але ще зі шкільної парти знаємо, що вони є.

Ми, напевно, ніколи не побачимо більш фундаментальних часток, таких як протон або електрон, але завжди будемо впевненими, що вони існують і є невід’ємною частиною нашого життя. Інколи цей невидимий, невідчутний світ лякає і викликає у людей необґрунтований страх. Тривожне слово „радіація”. Що стоїть за цим словом? Які невидимі процеси її породжують? Чому в наш просвітницький вік це слово часто асоціюється з будь яким практичним застосуванням атомної енергії як з неминучим злом і небезпекою?

На ці та інші питання робиться спроба дати відповіді.

Характеристика іонізуючих випромінювань

Іонізуюче випромінювання (ІВ) – специфічний вражаючий фактор. Специфіка його полягає, по-перше, в тому, що людина своїми чуттєвими органами не сприймає дії цього випромінювання. Не знаючи і не відчуваючи дії такого опромінення, людина веде себе безпечно і не приймає ніяких заходів захисту від нього.

По-друге, люди, не знаючи або не розуміючи реальної небезпеки від іонізуючих випромінювань дуже схильні до радіофобії (страху перед радіацією). Чорнобильський досвід доказав, що радіофобія приносить значно більше шкоди здоров'ю людей ніж фактичне опромінення в малих дозах.

Крім того, щоб ефективно захищатись від дії іонізуючих випромінювань потрібно грамотно оцінити небезпеку від них, а також чітко уявляти властивості іонізуючих випромінювань (ІВ).

Частіше ІВ називають радіацією. Що ж таке радіація?

Радіація – це іонізуючі випромінювання, які виникають в процесі спонтанного (самого по собі) розпаду ядер атомів нестабільних хімічних елементів.

Термін „Радіоактивність” створений із латинських слів radio – „випускаю промені” і activus – „діяльний”.

Цей термін введений Марією Складовською-Кюрі.

Іонізуючі випромінювання існували на Землі ще задовго до появи на ній людини. Проте вплив іонізуючого випромінювання на організм юдини був виявлений лише наприкінці ХІХ ст. з відкриттям французького вченого А.Беккереля, а потім дослідженнями П’єра і Марії Кюрі явища радіоактивності.

Поняття „іонізуюче випромінювання” об'єднує різноманітні види, різні за своєю природою, випромінювання. Подібність їх полягає в тому, що всі вони відрізняються високою енергією і мають властивість іонізувати і руйнувати біологічні об'єкти.

Випромінювання називаються іонізуючими тому, що вони викликають іонізацію середовища, речовини. А іонізація – це явище, при якому із стабільних атомів вибиваються електрони, при цьому з’являються позитивно і негативно заряджені іони і вільні електрони.

Згадаємо модель атома. Вона схожа на мініатюрну планетарну систему: кругом мініатюрного ядра рухаються по орбіті „планети” – електрони. Розміри ядра в сто тисяч разів менші розмірів самого атома, але щільність його дуже велика. Маса ядра майже дорівнює масі всього атома.

Ядро, як правило, складається з декількох більш дрібних частинок, які дуже щільно скріплені одна з однією ядерними силами. Частинки, які мають позитивний заряд, називаються протонами. Їх число в ядрі визначає до якого хімічного елементу відноситься даний атом. Наприклад, ядро атома водню тримає всього один протон, атома кисню – 8, урану – 92.

В кожному атомі число електронів в точності дорівнює числу протонів в ядрі; кожний електрон несе негативний заряд, який за абсолютною величиною рівний заряду протона, так що в цілому атом нейтральний.

В ядрі, як правило, присутні і частинки іншого типу, які називаються нейтронами, тому що вони електрично нейтральні (не мають заряду).

Ядра атомів одного і того ж елементу завжди тримають одне і теж число протонів, але число нейтронів в них може бути різним.

Атоми, які мають ядра з однаковим числом протонів, але різним числом нейтронів, називаються ізотопами даного елементу. Щоб відрізнити їх один від одного, до символу елемента приписують число, яке дорівнює сумі всіх частинок в ядрі даного ізотопу. Наприклад, U²³⁸ (уран – 238 тримає 92 протона і 146 нейтронів), U²³⁵ (в урані – 235 також 92 протона, але 143 нейтрона).

Ядра всіх ізотопів хімічних елементів утворюють групу „нуклідів”.

Деякі нукліди стабільні, тобто при відсутності зовнішньої дії ніколи не зазнають ніяких перетворень.

Більшість нуклідів нестабільні, вони час від часу перетворюються в інші нукліди. Їх в природі більше 200, та більше 1200 штучних.

Для прикладу візьмемо атом урану – 238 (природний уран), в ядрі якого протони та нейтрони утримуються силами щеплення дуже слабко.

Час від часу з нього виривається компактна група з чотирьох частинок: двох протонів і двох нейтронів (α – частинка), альфа (α).

При цьому уран – 238 перетворюється в торій – 234, в ядрі якого тримається 90 протонів і 144 нейтрона. Але торій – 234 також нестабільний, він перетворюється в протактіній – 234, при цьому з атому вилітає електрон (β – частинка). Далі наступають інші перетворення, які супроводжуються іншими випромінюваннями і весь цей ланцюг в кінці кінців закінчується стабільним нуклідом свинцю.

При кожному акті розпаду вивільнюється енергія, яка і передається далі у вигляді випромінювання.

Часто нестабільний нуклід виявляється настільки збудженим, що випускання частинок не призводить до повного зняття збудження; тоді він викидає порцію чистої енергії або так зване γ – гама-випромінювання. При цьому з атому не випускаються ніякі частинки.

Весь процес самовільного розпаду нестабільного нукліда називається радіоактивним розпадом, а сам такий нуклід – радіонуклідом.

Речовини, які в своєму складі мають радіонукліди, називають радіоактивними.

Таким чином, радіоактивність – це природне явище, коли відбувається самовільний розпад ядер атомів, при якому виникають випромінювання.

Ці випромінювання мають велику енергію.

Їх загальними властивостями є здатність іонізувати речовину, середовище, в яких вони розповсюджуються: повітря, воду, метали, людський організм тощо. Іонізація речовини завжди супроводжується зміною її основних фізико-хімічних властивостей, а для біологічних тканин – порушенням їх життєдіяльності. Тому радіоактивне випромінювання на живий організм впливає негативно.

Для іонізації речовини необхідна визначена енергія зовнішніх сил. Випромінювання, яке проникає через середовище, речовину, іонізує їх, а само поступово втрачає свою енергію. Іонізуюча здатність радіоактивного випромінювання залежить від його типу і енергії, а також властивостей того середовища, яке іонізується і оцінюється питомою іонізацією, яка вимірюється кількістю іонів на довжині в 1 см речовини. Чим більша величина питомої іонізації, тим швидше витрачається енергія випромінювання, тобто тим менший шлях пройде випромінювання в речовині до повної втрати своєї енергії. Тому чим більша іонізуюча здатність випромінювання, тим менша його здатність проникати в тканиниорганизмів, і навпаки.

Враження людини радіоактивними випромінюваннями можливе в результаті як зовнішнього, так і внутрішнього опромінення. Зовнішнє опромінення створюється радіоактивними речовинами, які знаходяться зовні організму, а внутрішнє – тими, які попадають всередину з повітрям, водою та їжею. Очевидно, що при зовнішньому опроміненні найбільш небезпечні ті випромінювання, які мають високу проникаючу здатність, а при внутрішньому – іонізуючу.

Вважають, що внутрішнє опромінення більш небезпечне, ніж зовнішнє, від якого нас захищають стіни помешкань, одяг, шкіряні покрови, спеціальні засоби захисту.

Внутрішнє опромінення діє на незахищені тканини, органи, системи тіла, причому на молекулярному, клітинному рівні. Тому внутрішнє опромінення вражає організм більше, ніж таке ж зовнішнє.

Основними типами радіоактивних випромінювань є: альфа (α), бета (β), нейтронне (n⁰), гама-випромінювання (γ) і рентгенівське (Р).

Для того, щоб чітко собі уявляти як захищатись від цих випромінювань та як їх виявляти і вимірювати, необхідно знати їх властивості.

Альфа – випромінювання (α) – це потік альфа-частинок, які розповсюджуються з початковою швидкістю біля 20.000 км/с. Їх іонізуюча здатність величезна і найбільша в порівнянні з іншими типами випромінювання. Так як майже вся енергія α – випромінювання тратиться на іонізацію, то його проникаюча здатність незначна: довжина пробігу в повітрі складає 3-11 см, а в рідких і твердих середовищах – соти долі міліметра.

Аркуш цільного паперу повністю затримує таке випромінювання.

Зовнішнє опромінення α – частинками безпечне, але при попаданні всередину організму приносить велику шкоду.

Бета – випромінювання (β) – це потік бета-частинок, який в залежності від енергії випромінювання може поширюватись зі швидкістю близькою до швидкості світла (300.000 км/с). Заряд бета-частинок менший, а швидкість більша, ніж у альфа-частинок, тому вони мають меншу іонізуючу здатність, але більшу проникаючу здатність. Довжина пробігу бета-частинок з високою енергією складає в повітрі до 20 м, у воді і живих тканинах – до 3 см, металі – до 1 см. На практиці бета-частинки майже повністю поглинаються віконним склом. Одяг поглинає до 50 % бета-частинок.

При зовнішньому опроміненні організму людини на глибину близько 1 мм проникають 20-25 % бета-частинок. Тому зовнішнє бета-опромінення є серйозною небезпекою лише при попаданні радіоактивних речовин безпосередньо на шкіру (особливо в очі) або ж всередину організму. Наприклад, після Чорнобильської аварії спостерігались бета-опіки босих ніг за 50-100 км.

Нейтронне випромінювання (n⁰) є потік нейтронів, швидкість розповсюдження яких досягає 20.000 км/с. Оскільки нейтрони не мають електричного заряду, то вони легко проникають в ядра атомів і захоплюються ними. Нейтронне опромінення спричиняє сильну вражаючу дію при зовнішньому опроміненні. Кращими захисними матеріалами від них є ті, які тримають вуглець, поліетилен, парафін, воду, бетон.

Гама-випромінювання (γ) – це електромагнітне випромінювання, яке випускається ядрами атомів при радіоактивних перетвореннях. Воно, як правило, супроводжує бета-розпад, інколи альфа-розпад. За своєю природою – випромінювання являє собою електромагнітне поле з довжиною хвилі 10^-8-10^-11 см. Воно випускається окремими порціями (квантами) і розповсюджується зі швидкістю світла. Іонізуюча здатність його значно менша, ніж у бета-частинок, і тим більше, у альфа-частинок. Зате гама-випромінювання має найбільшу проникаючу здатність і в повітрі може поширюватись на сотні метрів. Для ослаблення його енергії в два рази необхідний шар речовин (шар половинного ослаблення) товщиною: води – 23 см, сталі – біля 3 см, бетону – 10 см, дерева – 30 см. Із-за найбільшої проникаючої здатності гама-випромінювання є важливим фактором вражаючої дії радіоактивних випромінювань при зовнішньому опроміненні.

Найкращим захистом від гама-випромінювань є важкі метали, наприклад, свинець, який для цієї мети використовується найбільш часто.

Рентгенівське – випромінювання (ікс-промені) були відкриті першими із усіх іонізуючих випромінювань. В них така ж фізична природа (електромагнітне поле) і ті ж властивості, що і у гама-випромінювань. Їх розрізнюють, насамперед, за способом одержання. На відміну від гама-променів вони мають не ядерне походження. Таке випромінювання одержують в спеціальних вакуумних рентгенівських трубках при гальмуванні (ударі об спеціальну мішень) швидких електронів.

Крім того, всяке радіоактивне перетворення супроводжується виділенням тепла. Саме ця властивість радіоактивного перетворення використовується в атомних електричних чи теплових станціях. Жодна з існуючих на землі речовин не здатна створювати такої кількості тепла.

Дата добавления: 2015-07-11