Общие сведения о радиоактивности

Радиоактивность есть свойство некоторых нуклидов к самопроизвольному (спонтанному) распаду, получившему название радиоактивный распад. Радиоактивный распад по своей природе является ядерным процессом, в результате которого ядро радиоактивного нуклида (далее радионуклид) преобразуется в ядро нуклида другого химического элемента, находящегося в основном состоянии или на определённом возбуждённом уровне. Обычно исходное ядро называется материнским, а ядро, образовавшееся в результате радиоактивного распада- дочерним.

К основным типам ядерных превращений радиоактивный относятся: альфа – распад, бета- распад, деление тяжёлых ядер, синтез легких ядер, радиационный (нейтронный) захват.

При альфа – распаде (α) из ядра радионуклида выделяется α-частица, представляющая собой ядро атома гелия, состоящее из двух протонов и двух нейтронов, (т.е., имеющее массу 4 и заряд +2) с образованием нового стабильного или радиоактивного нуклида.

Бета - распад (β) является наиболее распространенным типом распада (он характерен для 57 % всех известных радионуклидов) и может протекать в трех разновидностях:

- электронный или отрицательный β - распад (46 %);

- позитронный или положительный β- распад (11%);

- Электронный захват при котором ядро радионуклида поглощает электрон с внутренней электронной К-оболочки собственного атома. К-захват (захват орбитального электрона ядром) встречается у 25 % радионуклидов.

Радиоактивный распад весьма разнообразен по типу и степени сложности, а также по типу и характеристикам сопутствующего излучения.

Один акт распада приводит не только к испусканию к частице определённого сорта, но и к возникновению вторичных явлений. Связанных как с ядерными переходами на электронных уровнях, так и с перестройкой электронной структуры атома.

Эти процессы в свою очередь сопровождаются вылетом одного или нескольких фотонов, электронов конверсий, пары электронов-позитронов, нейтронов, характеристического рентгеновского излучения и т. д.

Непосредственно ионизирующее излучение состоит из заряженных частиц, энергия которых достаточна для ионизации при столкновении атомом вещества. Примером этому могут быть альфа - и – бета излучения радионуклидов, протонное излучение ускорителей и т. п. А косвенно ионизирующее излучение состоит из незаряженных (нейтральных) частиц. Взаимодействие, которых со средой приводят к возникновению заряженных частиц, способных непосредственно вызывать ионизацию. Примером косвенного ионизирующего излучения могут служит нейтронное излучение, представляющее собой поток нейтронов, и фотонное излучение, представляющее собой электромагнитное ионизирующее излучение.

Основная физическая величина, которая характеризует радиоактивный источник, это число происходящих в нём распадов в единицу времени. Такая величина называется активностью. Единица активности – беккерель (Бк), внесистемная единица – кюри (Ки).

1 Ки- 3,7 *10¹⁰ Бк

Активность 1 Бк соответствует одному распаду в секунду.

Разные виды излучений сопровождаются высвобождением разного количества энергии и обладают разной проникающей способностью, поэтому они оказывают неодинаковое воздействие на ткани живого организма.

. Альфа – излучение, которое представляет собой поток тяжёлых части, состоящих из нейтронов и протонов, задерживается, например листом бумаги и практически не способно проникнуть через наружный слой кожи, образованный отмершими клетками. Поэтому оно не представляет опасности до тех пор, пока радиоактивные вещества, испускающие альфа – частицы, не попадут внутрь организма через открытую рану, с пищей или вдыхаемым воздухом; тогда они становятся чрезвычайно опасными.

Бета – излучение обладает большей проникающей способностью: оно проходит в ткани организма на глубину один – два сантиметра.

Проникающая способность гамма-излучения, которое распространяется со скоростью света, очень велика: его может задержать лишь толстая свинцовая или бетонная плита.

Повреждений, вызванных в живом организме излучением, будет тем больше, чем больше энергии оно передаст тканям; количество такой переданной организму энергии называется дозой. Понятие о дозе излучения является «краеугольным камнем» радиобиологических основ нормирования облучения людей и разработки мероприятий по радиационной безопасности. Главный физический эффект в облучаемой среде – ионизация и возбуждение атомов и молекул. По сути, доза есть не что иное, как единица «работы» излучения, результат взаимодействия с веществом. Взаимодействия излучения с живыми организмами сопровождается теми или иными радиобиологическим эффектами.

Различают экспозиционную, поглощенную, эквивалентную, эффективную, дозы и ряд других.

Экспозиционная доза (Х) характеризует ионизационную способность только фотонного излучения при его взаимодействии исключительно с сухим, холодным, чистым, при нормальном давлении воздухом и определяется суммарным зарядом ионов одного знака, возникающих в единице массы воздуха при полном торможении всех вторичных электронов, образованных фотонным излучением.

Единицей измерения экспозиционной дозы в системе СИ является кулон на 1 кг воздуха (Кл/кг). В качестве специальной единицы до настоящего времени широко используется рентген (Р).

Для соотношения уровня воздействия любого вида ионизирующего излучения (ИИ) на любое вещество применяется поглощенная доза (D), которая измеряется отношением энергии, переданной ионизирующим излучением веществу, к единице массы вещества. Единица поглощенной дозы – джоуль на 1 кг (Дж/кг), или специальная единица грей (Гр). Кроме того используется внесистемная единица рад. 1 рад в воздухе соответствует 1,13 Р, а 1 Гр=100 рад.

Поглощенная доза характеризует как само излучение, так и его воздействие на облучаемое вещество, поэтому ее всегда следует относить к конкретной среде: воздуху, воде, биологической ткани и т. д.

Передача и поглощение энергии непосредственно ионизирующего излучения происходи в одном и том же элементарном объеме облучаемой среды. Образованные же в процессе взаимодействия косвенно ионизирующего излучения с веществом заряженные частицы (ядра отдачи, электроны) могут производить ионизацию не только в том элементарном объеме, где они образовались, но и за его пределами.

В этом случае переданная излучением энергия не равна поглощенной энергии в элементарном объеме. Поэтому в качестве меры энергии, переданной косвенно ионизирующим излучением (нейтронным или фотонным) заряженным частицам в пределах рассматриваемого объема, введено специальное понятие «керма».

Керма - это суммарная первоначальная кинетическая энергия всех заряженных частиц, освобожденных в единице массы вещества косвенно ионизирующим излучением. Применительно к гамма – излучению в условиях электронного равновесия керма совпадает с дозой излучения, если можно пренебречь потерей энергии заряженных частиц (электронов и позитронов) на тормозное излучение. При этих условиях керма становится энергетическим эквивалентом экспозиционной дозы. Единицей кермы, как и поглощенной, является, грей и рад.

Эквивалентная доза - поглощенная доза в органе или ткани, умноженная на соответствующий взвешивающий коэффициент для данного вида излучения, отражающий способность вида излучения повреждать ткани организма. Единицей эквивалентной дозы является зиверт (Зв), внесистемная единица – бэр.

1 Зв=100 бэр

Эффективная эквивалентная доза (Е) – эквивалентная доза, умноженная на коэффициент, учитывающий разную чувствительность различных тканей к облучению. Единица измерения – зиверт (Зв) или бэр.

Коллективная эффективная эквивалентная доза – эффективная эквивалентная доза, полученная группой людей, от какого – либо источника радиации. Единица измерения чел.-Зв (чел.-бэр).

Амбиентный эквивалент дозы Н*(d) –доза, которую получил бы человек, если бы он находился на месте, где проводится измерение. Единица измерения - зиверт (Зв).

Мощность дозы – доза излучения за единицу времени (секунду, минуту, час). Единица мощности дозы – зиверт/час (Зв/час).

Дата добавления: 2015-07-20