Что такое ионизирующая радиация
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.
Радиация в медицине и жизни: почему не стоит бояться УЗИ, рентгена и микроволновки
УЗИ, вайфай, микроволновые печи, магнитно-резонансная томография: какое излучение вредное, что нужно делать, чтобы себе не навредить, а чего не стоит бояться.
Читайте «Хайтек» в
Какая радиация бывает
Радиация — это в узком значении ионизирующее излучение, то есть вид энергии, которая способна выбивать электроны из атомов и делать их ионами. Эти лучи прямо или косвенно могут повреждать ДНК и клеточные мембраны.
Часто радиацию и ионизирующее излучение не разделяют, однако именно ионизирующее излучение повреждает живые клетки, вызывает поломки ДНК. Поэтому в широком смысле радиация — это любое излучение.
Если излучение не ионизирующее, оно все равно может быть вредным: например солнечная радиация может вызвать ожоги.
Кто излучает радиацию
Второй процесс идет в недрах звезд, включая Солнце. За пределами атмосферы Земли и ее магнитного поля солнечное излучение включает в себя не только свет и тепло, но также рентгеновские лучи, жесткий ультрафиолет и разогнанные до внушительной скорости протоны.
Протоны наиболее опасны для оказавшихся в дальнем космосе. В год повышенной солнечной активности попадание под пучок протонов даст смертельную дозу облучения за считаные минуты. Это примерно соответствует фону вблизи разрушенного реактора Чернобыльской АЭС.
Однако ближе нашему пониманию другие источники радиации, например горные породы, включая гранит и уголь, содержат уран, торий и испускают газ радон. Так что если дом построен на скальных породах и плохо проветривается, то из-за радона у жителей повышается риск заболеть раком легких. Также вредно в этом плане курение: полоний-210 в табачном дыме активный и опасный изотоп.
Все это составляющие естественного радиационного фона: человеческий организм приспособился жить в таких условиях.
Бытовые и медицинские приборы с радиацией
Энергии микроволн недостаточно для того, чтобы оторвать электроны от ядер атомов. Медики и биологи спорят о том, как СВЧ-излучение в малых дозах может влиять на человеческий организм, но пока результаты скорее обнадеживающие: сопоставление целого ряда разных масштабных исследований указывает на то, что связи между телефонами и злокачественными опухолями нет.
Есть много методов, которые позволяет посмотреть буквально внутри человека и все они считаются опасными, хотя по суть своей очень разные. Например в УЗИ используют неионизирующее излучение — это волны с небольшой энергией, они не могут повреждать ДНК, но могут, например, нагревать ткани.
Ультразвук не относится к ионизирующему излучению, которое повреждает ДНК, также доказано, что никакого отрицательного влияния на женщину или плод он не оказывает.
Не смотря на это, УЗИ лучше делать только в тех случаях, когда вам его назначил врач.
МРТ действует по такому же принципу, что и УЗИ. И в МРТ, и в УЗИ используют неионизирующее излучение.
Во время компьютерной томографии (КТ) и рентгенографии человека действительно облучают. Этот метод основан на ионизирующем излучении, то есть том, которое может отрывать электроны в атомах, создавая таким образом ионы, и провоцировать мутации в ДНК. Ионизирующее излучение в больших дозах может увеличивать риск развития онкологических заболеваний.
Для того, чтобы понять на сколько КТ действительно опасно или нет, вред ионизирующего излучения оценили преимущественно из последствий крупных катастроф, например, взрыва атомной бомбы в Хиросиме и чернобыльской аварии. Поэтому нельзя с уверенностью говорить о вреде КТ и рентгенографии: все-таки дозы облучения в этих случаях довольно маленькие. Возможно даже, такие методы никак не вредят здоровью — или вредят, но не так сильно, как принято думать.
Однако при беременности есть ряд отдельных показаний. Снизить количество облучения, если процедура необходима, можно, например, если делать снимок со спины. Рентгенография головы, шеи, груди и конечностей никак особенно не вредит плоду, особенно если использовать свинцовый фартук.
Компьютерная томография разных частей тела тоже относительно безобидна, если накрыть живот. Кроме того, компьютерную томографию можно делать чуть более низкого качества, чтобы уменьшить лучевую нагрузку.
Большинство исследований не выходит за дозу поглощенной радиации в 0,05 Гр (5 рад). Если же доза в 0,1 Гр (10 рад) то на скоре до 14 дней это никак не влияет на плод, но на большем сроке есть риск, что плод будет развиваться с задержкой. Облучение после 20–25 недели относительно безопасно.
Вред от вайфая также не доказан. Это радиочастотное излучение, и у роутера оно гораздо слабее, чем у мобильного телефона.
И он тоже не опасен: сопоставление целого ряда разных масштабных исследований указывает на то, что связи между телефонами и злокачественными опухолями нет.
От телефонов идет неионизирующее радиочастотное излучение, влияние которого на человека изучено не на 100 процентов. Но пока, как сообщают в Центрах по контролю и профилактике заболеваний США, нет причин отказываться от мобильных телефонов.
Радиация и другая техника
Радиация может оказывать разрушительный эффект при долгом и методичном воздействии. Микросхемы на аппаратах в межпланетном пространстве, где много космических лучей, приходится специально адаптировать для работы в условиях повышенного радиационного фона.
Именно из-за этого производительность процессора, скажем, на марсоходе или юпитерианском зонде Juno весьма скромна по земным меркам: за устойчивость к облучению конструкторы расплачиваются габаритами и скоростью работы.
Кто больше всего подвержен радиации
Дети в большей степени подвержены негативному влиянию радиации. Облучение эмбриона или плода может привести к разнообразным тяжелым последствиям: от гибели до ухудшения когнитивных способностей в дальнейшем. Но многое зависит от дозы, и в случае, когда доза поглощенной радиации меньше 0,1 Гр, ни о каких последствиях не известно.
Что такое ионизирующая радиация
Острое воздействие на здоровье, такое как ожог кожи, может возникнуть, когда доза облучения превышает определенные уровни. Низкие дозы ионизирующего излучения увеличивают риск развития более долгосрочных последствий, таких как рак. Впервые повреждающее действие ионизирующего излучения было описано в 1896, когда у ряда больных, которым делали рентгеновские снимки, а также у врачей, их выполнявших, были обнаружены рентгеновские дерматиты. Такая же картина поражения кожных покровов была выявлена после воздействия радия. Пьер Кюри, желая выяснить действие излучения радия на кожу, облучил собственную руку!
Воздействие ионизирующего излучения на организм человека может быть внутренним (когда радионуклиды попадают во внутренние среды организма) и внешним (когда радиоактивные частицы оседает на коже или одежде). Воздействие может также произойти в результате облучения от внешнего источника (например, от рентгеновского оборудования).
Радиационное повреждение тканей зависит от полученной дозы облучения. Эффективная доза используется для измерения ионизирующего излучения с точки зрения его потенциала причинить вред и выражается в Зивертах (Зв). 1 Зв это очень существенная величина (пороговая доза острой лучевой болезни), поэтому обычно применяются меньшие ее единицы, такие как миллизиврет (мЗв) и микрозиверт (мкЗв). Соответственно, 1 Зв = 1000 мЗв, а 1 мЗв = 1000 мкЗв. Скажем, 10 мкЗв это средняя доза облучения космической радиации, которую получит пассажир авиалайнера в течение 3 часов полета. А 10 мЗв – доза от одной компьютерной томографии.
Если доза является низкой или воздействует длительный период времени, риск развития различных патологий существенно снижается, поскольку увеличивается вероятность восстановления поврежденных тканей. Тем не менее, долгосрочные эффекты, такие как рак, могут проявиться даже спустя десятилетия. Этот риск выше у детей и подростков, так как они намного более чувствительны к воздействию радиации.
Радиационная безопасность населения достигается путем ограничения воздействия от всех основных видов облучения:
— техногенные источники при их нормальной эксплуатации (различные производственные установки);
— техногенные источники в результате радиационной аварии;
— природные источники;
— медицинские источники (рентгеновские аппараты).
Годовая доза облучения населения не должна превышать основные пределы доз, указанных в Нормах радиационной безопасности (НРБ-99/2009. СанПиН 2.6.1.2523-09). В настоящий момент эта величина равна 1 мЗв в год в среднем за любые последовательные 5 лет, но не более 5 мЗв в один год. Здесь учитывается радиологическая нагрузка на организм от потребляемых продуктов, атмосферного воздуха, условий проживания, а так же медицинские диагностические манипуляции с использованием ионизирующего излучения.
В целом, в условиях повседневности радиация не представляет для нас серьезной опасности. В бытовых условиях человек редко может столкнуться с опасными источниками радиации, а если такое происходит, то, как правило, в силу невежества или халатности работников предприятий, где используются источники ионизирующего излучения.
Помните, что, несмотря на легкодоступные диагностические сервисы, следует проводить радиологические исследования (КТ, рентген, флюорография) ТОЛЬКО по назначению врача.
Вопреки распространенному мнению, нет никаких научных доказательств способности алкоголя выводить радиацию из организма. То же самое касается препаратов йода – его применение оправдано только в случае радиационной аварии при нахождении пострадавших в 30 км зоне ЧС для защиты щитовидный железы от попадания радиоактивного йода. Однако йодопротекторы используются строго по инструкции и при вышеуказанных условиях. Вне зоны поражения пить таблетки или раствор йода, мазать шею может быть опасно!
Важным защитным приемом для укрепления организма при неблагоприятном радиологическом фоне (что актуально для некоторых биогеохимических провинций) является организация оптимального питания. Основными принципами построения рационов питания на загрязненной радиоактивными изотопами территории являются увеличение количества белков до 15% калорийности рациона и повышение в рационе на 20-50% по сравнению с рекомендуемыми возрастными нормами содержания витаминов-антиоксидантов: Е, С, А, биофлавоноидов, а пищевых волокон на 30%. Необходимо также обеспечить повышенное поступление минеральных веществ: кальция, калия, йода, магния, железа, селена. Для достижения этих задач необходимо достаточное содержание в рационе нежирных сортов мяса, птицы, рыбы, молочных продуктов, широкое использование свежих овощей, фруктов и зелени, добытых и выращенных в экологически благоприятных районах, так как сами по себе продукты накапливают радионуклиды, если выращиваются на загрязненной территории.
В своей жизни мы постоянно сталкиваемся с влиянием ионизирующего излучения, но волноваться не стоит — вред здоровью от «повседневных» природных источников значительно меньше вреда от беспокойства по этому поводу.