Что такое ионизированное излучение
Ионизирующее излучение
Содержание
Природа ионизирующего излучения
Наиболее значимы следующие типы ионизирующего излучения: [1] [2] [6] [7]
Источники ионизирующего излучения
Природные источники ионизирующего излучения: [8] [6] [7]
Искусственные источники ионизирующего излучения:
Наведённая радиоактивность
Многие стабильные атомы в результате облучения и соответствующей индуцированной ядерной реакции превращаются в нестабильные изотопы. В результате такого облучения стабильное вещество становится радиоактивным, причем тип вторичного ионизирующего излучения будет отличаться от первоначального облучения. Наиболее ярко такой эффект проявляется после нейтронного облучения.
Цепочка ядерных превращений
В процессе ядерного распада или синтеза возникают новые нуклиды, которые также могут быть нестабильны. В результате возникает цепочка ядерных превращений. Каждое превращение имеет свою вероятность и свой набор ионизирующих излучений. В результате интенсивность и характер излучений радиоактивного источника может значительно меняться со временем.
Измерение ионизирующих излучений
Методы измерения
Широкое применение в науке получили сцинтилляторы. Эти приборы преобразуют энергию излучения в видимый свет за счет поглощения излучения в специальном веществе. Вспышка света регистрируется фотоэлектронным умножителем. Сцинтилляторы хорошо разделяют излучение по энергиям.
Для исследования элементарных частиц применяют множество других методов, позволяющих полнее исследовать их свойства, например пузырьковая камера, камера Вильсона.
Единицы измерения
Эффективность взаимодействия ионизирующего излучения с веществом зависит от типа излучения, энергии частиц и сечения взаимодействия облучаемого вещества. Важные показатели взаимодействия ионизирующего излучения с веществом:
Корпускулярное ионизирующее излучение также характеризуется кинетической энергией частиц. Для измерения этого параметра наиболее распространена внесистемная единица электронвольт (эВ). Как правило радиоактивный источник генерирует частицы с определенным спектром энергий. Датчики излучений также имеют неравномерную чувствительность по энергии частиц.
Физические свойства ионизирующих излучений
По механизму взаимодействия с веществом выделяют непосредственно потоки заряженных частиц и косвенно ионизирующее излучение (потоки нейтральных элементарных частиц — фотонов и нейтронов). По механизму образования — первичное (рождённое в источнике) и вторичное (образованное в результате взаимодействия излучения другого типа с веществом) ионизирующее излучение.
Энергия частиц ионизирующего излучения лежит в диапазоне от нескольких сотен электронвольт (рентгеновское излучение, бета-излучение некоторых радионуклидов) до 10 15 — 10 20 и выше электронвольт (протоны космического излучения, для которых не обнаружено верхнего предела по энергии).
Длина пробега и проникающая способность сильно различаются — от микрометров в конденсированной среде (альфа-излучение радионуклидов, осколки деления) до многих километров (высокоэнергетические мюоны космических лучей).
Биологическое действие ионизирующих излучений
Единицы измерения
Разные типы ионизирующего излучения обладают разным разрушительным эффектом и разным способом воздействия на биологические ткани. Соответственно, одной и той же поглощённой дозе соответствует разная биологическая эффективность излучения. Поэтому для описания воздействия излучения на живые организмы вводят понятие относительной биологической эффективности излучения, которая измеряется с помощью коэффициента качества. Для рентгеновского, гамма- и бета-излучений коэффициент качества принят за 1. Альфа-излучение и осколки ядер имеют коэффициент качества составляет 10…20. Нейтроны — 3…20 в зависимости от энергии. Для заряженных частиц биологическая эффективность прямо связана с линейной передачей энергии данного типа частиц (средняя потеря энергии частицей на единицу длины пробега частицы в ткани).
Для учёта биологического эффекта поглощённой дозы была введена эквивалентная поглощённая доза ионизирующего излучения, численно равная произведению поглощённой дозы на коэффициент биологической эффективности. В системе СИ эффективная и эквивалентная поглощенная доза измеряется в зивертах (Зв, англ. sievert, Sv ).
Помимо биологической эффективности, необходимо учитывать проникающую способность излучений. Например, тяжёлые ядра атомов и альфа-частицы имеют крайне малую длину пробега в сколько-нибудь плотном веществе, поэтому радиоактивные альфа-источники опасны при попадании внутрь организма. Наоборот, гамма-излучение обладает значительной проникающей способностью.
Некоторые радиоактивные изотопы способны встраиваться в процесс обмена веществ живого организма, замещая неактивные элементы. Это приводит к удержанию и накоплению радиоактивного вещества непосредственно в живых тканях, что существенно увеличивает опасность контакта. Например, широко известны йод-131, изотопы стронция, плутония и т.п.. Для характеристики этого явления используется понятие период полувыведения изотопа из организма.
Механизмы биологического воздействия
Ионизация, создаваемая излучением в клетках, приводит к образованию свободных радикалов. Свободные радикалы вызывают разрушения целостности цепочек макромолекул (белков и нуклеиновых кислот), что может привести как к массовой гибели клеток, так и канцерогенезу и мутагенезу. Наиболее подвержены воздействию ионизирующего излучения активно делящиеся (эпителиальные, стволовые, также эмбриональные) клетки.
После действия излучения на организм в зависимости от дозы могут возникнуть детерминированные и стохастические радиобиологические эффекты. Например, порог появления симптомов острой лучевой болезни у человека составляет 1—2 Зв на всё тело.
Гигиеническое нормирование ионизирующих излучений
Нормирование осуществляется по санитарным правилам и нормативам СанПин 2.6.1.2523-09 «Нормы радиационной безопасности (НРБ-99/2009)». Устанавливаются дозовые пределы эффективной дозы для следующих категорий лиц:
Основные пределы доз и допустимые уровни облучения персонала группы Б равны четверти значений для персонала группы А.
Применение ионизирующих излучений
Ионизирующие излучения применяются в различных отраслях:
В медицине
Для лечения опухолей и других патологических очагов используют облучение гамма-квантами, рентгеном, электронами, тяжёлыми ядерными частицами, такими как протоны, тяжёлые ионы, отрицательные π-мезоны и нейтроны разных энергий. Используется также введение в организм радиофармацевтических препаратов, как с лечебными, так и с диагностическими целями.
Знак радиационной опасности
Международный условный знак радиационной опасности («трилистник», «вентилятор») имеет форму трёх секторов шириной 60°, расставленных на 120° друг относительно друга, с небольшим кругом в центре. Выполняется чёрным цветом на жёлтом фоне.
В таблице символов Юникод есть символ знака радиационной опасности — ☢ (U+2622).
В 2007 году был принят новый знак радиационной опасности, в котором «трилистник» дополнен знаками «смертельно» («череп с костями») и «уходи!» (силуэт бегущего человечка и указывающая стрелка). Новый знак призван стать более понятным для тех, кто не знаком со значением традиционного «трилистника».
Ионизирующее излучение
Ионизирующее излучение представляет собой поток частиц, способных вызывать ионизацию вещества. При ионизации происходит отрыв электрона или нескольких электронов от атома, или молекулы, которые при этом превращаются в положительно заряженные ионы. Оторванные от атомов или молекул электроны могут присоединяться другими атомами, или молекулами, образуя отрицательно заряженные ионы.
Разряд заряженного электрометра, находящегося в воздухе, происходящий независимо от качества электрической изоляции прибора, заметил еще Шарль Кулон в 1785 г., но только в XX веке удалось объяснить обнаруженные им закономерности действием космических лучей, представляющих собой одну из составляющих естественного ионизирующего излучения.
Результат действия ионизирующего излучения называют облучением. Несмотря на многообразие явлений, которые возникают в веществе под действием ионизирующего излучения, оказалось, что облучение может быть охарактеризовано единой величиной, называемой дозой облучения.
Действие ионизирующего излучения в широком диапазоне доз скрыто от непосредственных ощущений человека и поэтому оно кажется ему одним из наиболее опасных факторов воздействия.
В быту и в некоторых отраслях науки, техники и медицины ионизирующее излучение принято называть просто радиацией. Строго говоря, это не совсем верно, т.к. сам по себе термин «радиация» охватывает все виды излучения, включая самые длинные радиоволны и потоки частиц любой сколь угодно малой энергии, а также волны деформации в веществе, например, звуковые волны. Тем не менее, употребление слова «радиация» применительно к ионизирующему излучению настолько вошло в привычку, что в науке прижились термины, сформированные на его основе, такие, как, например, радиология (наука о медицинских применениях ионизирующего излучения), радиационная защита (наука о методах снижения доз облучения до приемлемых уровней), естественный радиационный фон, и т.п.
Виды ионизирующих излучений
Это, по сути, поток элементарных частиц, ионов и электромагнитных волн, не видимых и не ощущаемых человеком. Однако, их действие может быть коварно. При определенном уровне облучения нарушаются биохимические и физические процессы в живых организмах. Это воздействие может привести к лучевой болезни и даже к смерти. Различные виды ионизирующего излучения различают по их ионизирующей и проникающей способности.
Чаще всего ионизирующие излучения делят на:
Корпускулярное ИИ состоит из частиц вещества – элементарных частиц и ионов, в т.ч. ядер атомов. Корпускулярное ИИ делят на:
Альфа-излучение (поток ядер гелия, возникающий в результате альфа распада ядер элементов) обладает высокой ионизирующей, но слабой проникающей способностью: пробег альфа-частиц в сухом воздухе при нормальных условиях не превышает 20 см, а в биологической ткани – 260 мкм. То есть слой воздуха 9-10 см, верхняя одежда, резиновые перчатки, марлевые повязки, даже бумага полностью защищают организм от внешних потоков альфа-частиц.
*Попадание источников альфа-частиц внутрь организма с воздухом, водой и пищей уже очень опасно.
 |  |
Бета-излучение (поток электронов или позитронов, возникающий в результате бета-распада ядер) имеет меньшую ионизирующую способность, чем альфа-излучение, но большую проникающую способность. Поскольку максимальные энергии бета-частиц не превышают 3 МэВ, то от них гарантированно защитит оргстекло толщиной 1,2 см, либо слой алюминия в 5,2 мм. А вот на ускорителе с максимальной энергией электронов 7 МэВ от электронов защитит слой алюминия в 1,5 см, либо слой бетона шириной в 2 см.
*Интенсивность гамма лучей (Cs-137) уменьшают в два раза сталь толщиной 2,8 см., бетон – 10 см., грунт – 14 см., дерево – 30 см.
 |  |
По подсчетам научного комитета по действию атомной радиации ООН, средняя эффективная эквивалентная доза внешнего облучения, которую человек получает за год от земных источников естественной радиации, составляет приблизительно 350 мкЗв, то есть немного больше средней дозы облучения через радиационный фон, который образуется космическими лучами.
Для улучшенной консервативной оценки эквивалентной дозы, в целях индивидуальной дозиметрии профессионально облучаемых работников и мониторинга рабочих мест вводят модельную, т.н. рабочую величину, именуемую амбиентным эквивалентом дозы.
«Отношение людей к той или иной опасности определяется тем, насколько хорошо она им знакома».
Настоящий материал – обобщённый ответ на многочисленные вопросы, возникающие пользователей приборов для обнаружения и измерения радиации в бытовых условиях.
Минимальное использование специфической терминологии ядерной физики при изложении материала поможет вам свободно ориентироваться этой в экологической проблеме, не поддаваясь радиофобии, но и без излишнего благодушия.
Опасность РАДИАЦИИ реальная и мнимая
«Один из первых открытых природных радиоактивных элементов был назван «радием»
— в переводе с латинского-испускающий лучи, излучающий».
Каждого человека в окружающей среде подстерегают различные явления, оказывающие на него влияние. К ним можно отнести жару, холод, магнитные и обычные бури, проливные дожди, обильные снегопады, сильные ветры, звуки, взрывы и др.
Благодаря наличию органов чувств, отведенных ему природой, он может оперативно реагировать на эти явления с помощью, например, навеса от солнца, одежды, жилья, лекарств, экранов, убежищ и т.д.
Ионизирующее излучение
Протоны частицы имеющие положительный заряд, равный по абсолютной величине заряду электронов.
Нейтроны нейтральные, не обладающие зарядом, частицы. Число электронов в атоме в точности равно числу протонов в ядре, поэтому каждый атом в целом нейтрален. Масса протона почти в 2000 раз больше массы электрона.
Источники радиации
Источники радиации бывают естественными, присутствующими в природе, и не зависящими от человека.
Еще один, как правило менее важный, источник поступления радона в помещения представляет собой вода и природный газ, используемый для приготовления пищи и обогрева жилья.
Концентрация радона в обычно используемой воде чрезвычайно мала, но вода из глубоких колодцев или артезианских скважин содержит очень много радона. Однако основная опасность исходит вовсе не от питья воды, даже при высоком содержании в ней радона. Обычно люди потребляют большую часть воды в составе пищи и в виде горячих напитков, а при кипячении воды или приготовлении горячих блюд радон практически полностью улетучивается. Гораздо большую опасность представляет попадание паров воды с высоким содержанием радона в легкие вместе с вдыхаемым воздухом, что чаще всего происходит в ванной комнате или парилке (парной).
ВОЗДЕЙСТВИЕ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ТКАНИ ОРГАНИЗМА
Повреждений, вызванных в живом организме ионизирующим излучением, будет тем больше, чем больше энергии оно передаст тканям; количество этой энергии называется дозой, по аналогии с любым веществом поступающим в организм и полностью им усвоенным. Дозу излучения организм может получить независимо от того, находится ли радионуклид вне организма или внутри него.
Количество энергии излучения, поглощенное облучаемыми тканями организма, в пересчете на единицу массы называется поглощенной дозой и измеряется в Греях. Но эта величина не учитывает того, что при одинаковой поглощенной дозе альфа-излучение гораздо опаснее (в двадцать раз) бета или гамма-излучений. Пересчитанную таким образом дозу называют эквивалентной дозой; ее измеряют в единицах называемых Зивертами.
Следует учитывать также, что одни части тела более чувствительны, чем другие: например, при одинаковой эквивалентной дозе облучения, возникновение рака в легких более вероятно, чем в щитовидной железе, а облучение половых желез особенно опасно из-за риска генетических повреждений. Поэтому дозы облучения человека следует учитывать с различными коэффициентами. Умножив эквивалентные дозы на соответствующие коэффициенты и просуммировав по всем органам и тканям, получим эффективную эквивалентную дозу, отражающую суммарный эффект облучения для организма; она также измеряется в Зивертах.
Заряженные частицы.
Проникающие в ткани организма альфа- и бета-частицы теряют энергию вследствие электрических взаимодействий с электронами тех атомов, близ которых они проходят. (Гамма-излучение и рентгеновские лучи передают свою энергию веществу несколькими способами, которые в конечном счете также приводят к электрическим взаимодействиям).
Электрические взаимодействия.
За время порядка десяти триллионных секунды после того, как проникающее излучение достигнет соответствующего атома в ткани организма, от этого атома отрывается электрон. Последний заряжен отрицательно, поэтому остальная часть исходно нейтрального атома становится положительно заряженной. Этот процесс называется ионизацией. Оторвавшийся электрон может далее ионизировать другие атомы.
Физико-химические изменения.
И свободный электрон, и ионизированный атом обычно не могут долго пребывать в таком состоянии и в течение следующих десяти миллиардных долей секунды участвуют в сложной цепи реакций, в результате которых образуются новые молекулы, включая и такие чрезвычайно реакционно способные, как «свободные радикалы».
Химические изменения.
В течение следующих миллионных долей секунды образовавшиеся свободные радикалы реагируют как друг с другом, так и с другими молекулами и через цепочку реакций, еще не изученных до конца, могут вызвать химическую модификацию важных в биологическом отношении молекул, необходимых для нормального функционирования клетки.
Биологические эффекты.
Биохимические изменения могут произойти как через несколько секунд, так и через десятилетия после облучения и явиться причиной немедленной гибели клеток или изменений в них.
ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ РАДИОАКТИВНОСТИ
Представляют собой число распадов в единицу времени.
Представляют собой количество энергии ионизирующего излучения, поглощенное единицей массы какого-либо физического тела, например тканями организма.
1 мкЗв = 1/1000000 Зв
1 бер = 0.01 Зв = 10 мЗв Единицы эквивалентной дозы.
Представляют собой единицу поглощенной дозы, умноженную на коэффициент, учитывающий неодинаковую опасность разных видов ионизирующего излучения.
Представляют собой дозу полученную организмом за единицу времени.
Поскольку в кирпиче и бетоне в небольших дозах присутствуют радиоактивные элементы, доза возрастает еще на 1,5 мЗв/год. Наконец, из-за выбросов современных тепловых электростанций, работающих на угле, и при полетах на самолете человек получает до 4 мЗв/год. Итого существующий фон может достигать 10 мЗв/год, но в среднем не превышает 5 мЗв/год (0,5 бэр/год).
Такие дозы совершенно безвредны для человека. Предел дозы в добавление к существующему фону для ограниченной части населения в зонах повышенной радиации установлен 5 мЗв/год (0,5 бэр/год), т.е. с 300-кратным запасом. Для персонала, работающего с источниками ионизирующих излучений, установлена предельно допустимая доза 50 мЗв/ год (5 бэр/год), т.е. 28 мкЗв/ч при 36-часовой рабочей неделе.
ЧЕМ ИЗМЕРЯЮТ РАДИАЦИЮ
Доктор физико-математических наук, Профессор МИФИ Н.М. Гаврилов
статья написана для компании «Кварта-Рад»
Что такое ионизирующее излучение?
Виды, источники и влияние ионизирующего излучения на человека
Ионизирующее излучение – это электромагнитное излучение (рентгеновское, гамма) и излучение частиц (альфа, бета), сопровождающиеся выделением энергии. Ионизирующее излучение появляется только при наличии источника излучения (изотопа радиоактивного элемента или рентгеновской трубки). Оно известно в медицине в форме рентгеновского излучения. Используется при диагностике заболеваний сердца и легких, а также при диагностике травм.
Виды ионизирующего излучения
Ионизирующее излучение можно разделить на два вида:
Электромагнитное ионизирующее излучение используется при проведении радиологических исследований (в просторечии рентгеновских исследований), таких как рентген или КТ (компьютерная томография). С его помощью врач может:
Ионизирующее излучение частиц можно разделить на:
По типу частиц ионизирующее излучение может быть альфа, бета, нейтронное и протонное.
Источники ионизирующего излучения
Источниками ионизирующих излучений являются искусственные и естественные явления, объекты:
Рассматриваемое излучение всегда сопровождало человека. Каждый день население поглощает радиацию, которая приходит из космоса и исходит от камней и почвы. Источником естественного ионизирующего излучения, среди прочего, является космическое пространство.
Космические лучи, которые состоят из ядер высокоэнергетических атомов (в основном протонов), были открыты в начале 20 века. Человечество и все живое на планете частично защищены от космических лучей атмосферой Земли, которая поглощает энергию падающих частиц. В результате столкновений молекул с ядрами газа (азота, кислорода) в атмосферу испускается вторичное излучение.
Чем толще слой атмосферы, через который проходит излучение, тем слабее оно становится. Следовательно, люди получают гораздо меньшую дозу радиации на уровне моря, чем люди, поднимающиеся в высокие горы.
Важно знать! Люди, летающие по трансконтинентальным маршрутам, получат дозу радиации, примерно равную дозе, связанной с рентгеновским снимком легких.
Источником ионизирующего излучения также являются поверхность и внутренние части Земли, которые содержат богатые ресурсы радиоактивных элементов. В частности, во второй половине XX века в разных регионах планеты началась добыча урановых руд.
Помимо естественных источников ионизирующего излучения, существуют также искусственные источники. Техногенное ионизирующее излучение возникает в результате изменений, происходящих внутри атомных ядер. Эти изменения сопровождаются изменением энергии ядер, а часто и числа нуклонов. Этому особенно подвержены изотопы элементов, содержащие несоответствующее количество нейтронов.
Источники искусственного ионизирующего излучения:
Для справки! Искусственные радиоактивные изотопы, являющиеся источником радиации, широко используются в медицине, промышленности и науке.
Влияние ионизирующего излучения на организм человека
Эффект зависит в основном от нескольких факторов:
Действие ионизирующего излучения на организм человека становится причиной специфических биологических эффектов. В силу основных механизмов образования их можно разделить на детерминированные и стохастические.
Детерминированные эффекты являются следствием поглощения человеческим организмом такой большой дозы ионизирующего излучения, что оно вызывает разрушение или необратимое повреждение определенного количества клеток. Проявление детерминированных эффектов – лучевая болезнь.
Стохастические (случайные) эффекты возникают в результате повреждения генетического материала отдельной клетки и проявляются в виде рака или наследственных заболеваний. Доза, вызывающая эти заболевания, может быть сколь угодно низкой, и их начало определяется случайностью.
Если ионизирующее излучение поражает живую ткань, оно может вызвать:
Естественные и искусственные источники ионизирующего излучения могут привести к прямой или косвенной ионизации материальной среды. Чтобы снизить вред, ученные разрабатывают и внедряют разные способы защиты от ионизирующего излучения – от защитных костюмов, правил использования специальной техники, до восстановления озонового слоя. Последний естественным образом защищает планету от космических лучей.