Основные характеристики ионизирующих излучений

 

Ионизирующими называют излучения, взаимодействие кото­рых со средой приводит к образованию электрических зарядов различных знаков. Источники этих излучений широко исполь­зуются в технике, химии, медицине, сельском хозяйстве и дру­гих областях, например, при измерении плотности почв, обна­ружении течей в газопроводах, измерении толщины листов, труб и стержней, антистатической обработке тканей, полимеризации пластмасс, радиационной терапии злокачественных опухолей и др. Однако следует помнить, что источники ионизирующего из­лучения представляют существенную угрозу здоровью и жизни использующих их людей.

Существуют два вида ионизирующих излучений:

• корпускулярное, состоящее из частиц с массой покоя, от­личной от нуля (альфа– и бета–излучение и нейтронное излучение);

• электромагнитное (гамма (g)–излучение и рентгеновское) с очень малой длиной волны.

Рассмотрим основные характеристики указанных излучений.

Альфа(a)-излучение представляет собой поток ядер гелия, об­ладающих большой скоростью. Эти ядра имеют массу 4 и заряд +2. Они образуются при радиоактивном распаде ядер или при ядер­ных реакциях.

Длина пробега альфа-частиц в воздухе обычно менее 10 см. Так, например, альфа-частицы с энергией 4 МэВ обладают дли­ной пробега в воздухе примерно в 2,5 см. В воде или в мягких тканях человеческого тела, плотность которых более чем в 700 раз превышает плотность воздуха, длина пробега альфа-частиц составляет несколько десятков микрометров. За счет сво­ей большой массы при взаимодействии с веществом альфа-частицы быстро теряют свою энергию. Это объясняет их низкую проникающую способность и высокую удельную ионизацию.

Бета-излучение представляет собой поток электронов (b^- -излучение, или, чаще всего, просто b–излучение) или позитро­нов (b⁺ -излучение), возникающих при радиоактивном распаде. В настоящее время известно около 900 бета-радиоактивных изо­топов.

Масса бета–частиц в несколько десятков тысяч раз меньше массы альфа-частиц.

Нейтронное излучение представляет собой поток ядерных час­тиц, не имеющих электрического заряда. Масса нейтрона при­близительно в 4 раза меньше массы альфа–частиц. В зависимости от энергии различают медленные нейтроны (с энергией ме­нее 1 КэВ), нейтроны промежуточных энергий (от 1 до 500 КэВ) и быстрые нейтроны (от 500 КэВ до 20 МэВ).

Гамма-излучение (g–излучение) представляет собой электро­магнитное излучение с высокой энергией и с малой длиной волны. Оно испускается при ядерных превращениях или взаимодействии частиц. Высокая энергия (0,01—ЗМэВ) и малая дли­на волны обусловливает большую проникающую способность гамма–излучения. Гамма–лучи не отклоняются в электрических и магнитных полях. Это излучение обладает меньшей ионизи­рующей способностью, чем альфа– и бета–излучение.

Рентгеновское излучение может быть получено в специальных рентгеновских трубах, в ускорителях электронов, в среде, окру­жающей источник бета–излучения, и др. Рентгеновские лучи представляют собой один из видов электромагнитного излуче­ния. Энергия его обычно не превышает 1 МэВ.

Рентгеновское излучение, как и гамма-излучение, обладает малой ионизирующей способностью и большой глубиной про­никновения.

Для характеристики воздействия ионизирующего излучения на вещество введено понятие дозы излучения. Дозой излученияназывается часть энергии, переданная излучением веществу и поглощенная им. Количественной характеристикой взаимо­действия ионизирующего излучения и вещества является по­глощенная доза излучения (Д), равная отношению средней энергии dE, переданной ионизирующим излучением веществу в элементарном объеме, к массе облученного вещества в этом объеме dm

D=dE/dm. (6.1)

Поглощенная доза является основной дозиметрической ве­личиной. В системе СИ в качестве единицы поглощенной дозы принят грей (Гр). 1 Гр соответствует поглощению в среднем 1 Дж энергии ионизирующего излучения в массе вещества, рав­ной 1 кг, т. е. 1 Гр = 1 Дж/кг.

Для оценки возможного ущерба здоровья при хроническом воздействии ионизирующего излучения произвольного состава введено понятие эквивалентной дозы (Н). Эта величина опреде­ляется как произведение поглощенной дозы Д на средний ко­эффициент качества излучения (безразмерный) в данной точ­ке ткани человеческого тела, т. е.

. (6.2)

Существует еще одна характеристика ионизирующего излу­чения – мощность дозы X (соответственно поглощенной, экспо­зиционной или эквивалентной), представляющая собой прира­щение дозы за малый промежуток времени dx, деленное на этот промежуток dt. Так, мощность экспозиционной дозы (X или W, Кл/кг×с) составит

. (6.3)

Альфа-излучение производит сильное действие на органические веще­ства, из которых состоит человеческий организм (жиры, белки и углеводы). На слизистых оболочках это излучение вызывает ожоги и другие воспалительные процессы.

Под действием бета-излучений происходит радиолиз (разло­жение) воды, содержащейся в биологических тканях, с образо­ванием водорода, кислорода, пероксида водорода Н₂О₂, заря­женных частиц (ионов) ОН^- и НО^-₂. Продукты разложения воды обладают окислительными свойствами и вызывают разрушение многих органических веществ, из которых состоят ткани челове­ческого организма.

Действие гамма– и рентгеновского излучений на биологиче­ские ткани обусловлено в основном образующимися свобод­ными электронами. Нейтроны, проходя через вещество, произ­водят в нем наиболее сильные изменения по сравнению с другими ионизирующими излучениями.

Таким образом, биологическое действие ионизирующих излучений сводится к изменению структуры или разрушению различных органических веществ (молекул), из которых со­стоит организм человека. Это приводит к нарушению биохи­мических процессов, протекающих в клетках, или даже к их гибели, в результате чего происходит поражение организма в целом.