Ионизирующее излучение есть поток. Радиация - доступным языком. Что такое источник излучения

Что такое радиация установили Пьер и Мария Кюри. Они выделили из множества тонн руды вещества – полоний и радий, которые также испускали «лучи урана». Ученые объяснили этот процесс распадом неустойчивых атомов при произвольном превращении химических элементов.

Позже наука научилась создавать из стабильных веществ радиоактивные, определила радиацию как ионизирующее излучение, способное, при прохождении через вещество, передавать его атомам свою энергию. В ходе исследований выяснили, какое излучение наиболее опасно для человека.

Виды радиоактивных излучений

Изучая природу радиоактивного излучения, его подвергли воздействию электрического и магнитного полей. Результатом эксперимента стало разделение лучей на положительные и отрицательные, и понимание их неоднородности.

Были открыты закон распада, виды излучений и типы радиоактивности: α-распад, β-превращение, γ-излучение, нейтронное излучение, протонная, кластерная радиоактивности.

Время, за которое распадается ½ начального количества неустойчивых ядер, назвали периодом полураспада.

Проникая в среду, радиация взаимодействует с атомами, возбуждает их и вырывает электроны. Нейтральные атомы превращаются в положительно заряженные ионы – первичная ионизация. Выбитые электроны за счет собственной энергии сталкиваются с атомами среды и создают вторичную ионизацию.

Растеряв энергию, электроны становятся свободными и образуют отрицательные ионы.

Альфа излучение

Есть 40 природных α-активных ядер и 200 созданных человеком. Альфа излучение – это поток частиц из них.

Проникая через слой вещества, α-частица вступает в неупругое взаимодействие с его атомами и молекулами, ускоряет электроны до преодоления кулоновских ядерных сил и производит ионизацию.

Впоследствии, когда энергия частицы уменьшается, она присоединяет 2 свободных электрона и становится атомом гелия.

Пробег частицы в воздухе 10-11 см, а в тканях тела человека – микроны. Ее большая масса препятствует отклонению от прямого пути.

При внешнем воздействии этого типа излучения на кожу – опасности нет. Если радиоактивный элемент попадет во внутрь с пищей, водой или через рану, то нанесет непоправимые последствия для организма за счет продолжительного времени распада.

Нейтронное излучение

Этот тип излучения используется в оружии массового поражения – нейтронной бомбе. Она способна уничтожать живые объекты, оставляя нетронутыми здания, сооружения, технику.

Нейтральные частицы легко проникают сквозь любую среду и взаимодействуют с ядрами элементов. Отдавая им часть своей энергии, создают вторичную (наведенную) радиацию. Надежной защиты от поражающего фактора не существует. Задержать частицы способны большие объемы воды и некоторые виды полимеров, многослойные среды.

Бета-излучение

Бета-излучение представляет собой поток позитронов и нейтрино или электронов и антинейтрино. Существует третий вариант – k-эффект (захват электрона). Ядро поглощает электрон из оболочки и один из протонов становится нейтроном, при этом испускает нейтрино.

β-излучение распространяется со скоростью близкой к скорости света, сильно отклоняется в электромагнитных полях, но обладает меньшей в сотни раз ионизирующей способностью, чем α-частицы.

За счет лучшего сохранения энергии бета-частицы пробегают большее расстояние – от десятков метров в газах до нескольких мм в металлах. Проникновение в живые ткани – 1,5 см.

Y-излучение проникает в свинец на 5 см. В газах распространяется на сотни метров, тело человека «прошивает» насквозь.

За счет способности воздействовать на электроны, поле ядра, протоны и нейтроны, гамма-излучение быстро теряет энергию и имеет небольшой уровень ионизации.

Y-частицы – фотоны, создают Комптон-эффект и фотоэффект, образуют электронно-позитронные пары, что подтверждает возможность превращения электромагнитной волны в вещество – единую картину мира.

Рентгеновское излучение

В волновом спектре рентгеновское излучение расположено между ультрафиолетовыми лучами и γ-излучением.

Для создания потока фотонов на рентгеновских частотах используют электровакуумные приборы – трубки. В них 99% затрат энергии – тепловые потери, и 1% создает требуемое излучение.

По степени воздействия лучи относят к мягким или жестким. Для биологических объектов они мутагенные, приводят к ожогам, раку и лучевой болезни.

С начала изучения урана и его обращения в изотоп свинца Пьером и Марией Кюри, ученые считали, что радиоактивность – природное качество. Но Фредерик и Ирен Жолио-Кюри открыли радиоактивность ядерных реакций. В XXI в. из более 2000 радионуклидов – 300 имеют естественное происхождение, остальные виды радиации сделаны людьми.

Естественные источники

В единой вселенной не существует отдельных форм энергии, информации, внешнего и внутреннего, категорий причины и следствия, времени и пространства – все это ментальные конструкции человеческого мышления для ориентации в мире.

Природные источники радиации – формы электромагнитных излучений, которые являются неотделимой частью всего на планете – естественным фоном.

Разновидности источников естественного происхождения

Космические источники. Процессы в активных галактиках и взрывы «сверхновых» в нашей, сопровождаются появлением лучей, которые миллионы лет блуждают в пространстве и влетают в атмосферу Земли со скоростями близкими к световым.

Излучение идет от Солнца и от заряженных частиц, вращающихся вокруг планеты. Каждую секунду через 1 кв. м поверхности атмосферы проходят 10 тыс. частиц – 90% протонов (ядер водорода), 9% гелия и 1% почти всех элементов периодической таблицы.

Житель Москвы получает из космоса 0,5 мЗв/год, на вершине Эвереста – 8 мЗв/год.

Земные источники излучения. Природная радиация появляется от гранитных пород гор, базальтов, сланцев, урана-238 и тория-232 с периодом распада миллионы лет и продуктов их полураспада.

Есть геопатогенные зоны с вертикальным излучением альфа, бета и гамма типов, которые не экранируются и не уменьшаются при удалении от поверхности. Исследования разломов коры под населенными пунктами показало, что в некоторых районах смертность в 5-20 раз выше естественной.

Газ радон – продукт превращения радия, источник мифов о злых горных духах, непонятным способом связан с солнечной активностью и пятнами на звезде.

Внутреннее облучение – 60-70% воздействия на организм. Оно происходит от попадающих в тело с пищей, дыханием, повреждениями кожи радиоактивных элементов.

По оценкам ученых 180 мЗв/год человек получает с калием-40, который содержится в продуктах питания (больше всего в какао, горохе, картофеле, говядине).

Попав в организм, такие радионуклиды, как радий-226 или плутоний-239, не выводятся никогда, облучают до конца жизни.

Искусственные источники

Антропогенное радиационное излучение составляет 2-3% от всей радиации. Но оно часто бывает концентрированным – аварии на АС, атомные взрывы, ускорители, ядерные исследования, захоронения отходов, бытовые источники, и представляет угрозу персоналу, пользователям, населению.

Фосфатные удобрения увеличивают активность урана. Производящие их заводы наполняют местный воздух в 14 раз большим содержанием радионуклидов, чем нормальный фон. Сжигание каменного угля приводит к выбросам в атмосферу калия-40, урана и тория.

Облучением подвергаются пациенты при медицинских обследованиях с применением рентгена и радионуклидной диагностики.

Что такое нормальный радиационный фон?

Для Москвы на открытом воздухе все источники радиации вместе не дают более 15-25 мкЗв/час.

В России нормальным считается фон, который соответствует «Нормам радиационной безопасности» (НРБ). Муниципальные органы Госсанэпиднадзора могут разрешить повышение норм не более 100 мЗв/год. 200 мЗв/год допускается распоряжением федерального Госкомсанэпиднадзора.

Опасность радиации не выходит за рамки, если годовая доза населения от техногенных источников не превышает 1 мЗв/год.

Переселение жильцов из зданий необходимо, когда мощность γ-излучения не удается снизить меньше 0,6 мкЗв/час.

Проникающая способность излучений

Проникающая способность – расстояние, которое может пробежать частица в разных средах. Оно зависит от материала объекта, длинны волны (энергии) излучения.

Наименьшая способность к проникновению у альфа-частиц. Они тяжелые, сильно ионизируют вещество. За ним следуют: бета-излучение, гамма и рентгеновское, нейтронное.

Альфа-частицы проходят в газе 100 мм, их можно остановить бумагой. Гамма-излучение – толстыми бетонными стенами.

При взрыве бомбы нейтроны убивают живые объекты на расстоянии 2-3 км. Через 12 часов территория становится безопасной.

Виды ионизирующего излучения

Не все электромагнитные колебания способны воздействовать на атомы и разрывать химические связи биологических молекул.

Для разрушающего влияния минимальная частота должна быть 5∙1016 Гц при работе 34 эВ. Чем больше частота, тем больше энергия.

Вредные для людей последствия наступают с ультрафиолетовых и рентгеновских значений спектра фотонов и γ-квантов.

Составляющие атом частицы – электроны, позитроны, нейтроны, нейтрино и антинейтрино, обладают еще большей кинетической энергией. Такие виды ионизирующего излучения, как альфа, бета, гамма, нейтронное, причиняют вред организму, превышающий рентгеновское или солнечное воздействие.

Радиация в медицине

Радиация в медицине используется все чаще. Например, изотоп технеция-99 вводят в тело пациента для «подсветки» больного органа. Радионуклид излучает гамма-кванты с энергией 140 кэВ. Применение ионизирующего излучения в медицине – изотопы талия и тантала для детализированных снимков сердца.

После 1926 г. более 100 тыс. женщин-техников радиологии длительное время наблюдали врачи. Они пришли к выводам, что состояние здоровья специалисток не отличается от контрольной группы.

Проверки последствий многократного облучении в клиниках больных не показали избытка заболеваний лейкемией. Ученые склонны считать, что в 15-30% случаях существует ремиссия, за счет стимулирующего действия радиоактивности.

Также польза радиации – во вращающемся радиоактивном источнике, который находится в камерах при топографических исследованиях.

Влияние радиации на человека

Понимание основ радиационной безопасности и дозиметрии полезно с точки зрения преодоления радиофобии, которая возникла у населения в связи с авариями на атомных станциях, применением ядерного оружия.

Влияние радиации на живые объекты изучает радиобиология. Подобно химическому воздействию точкой отсчета здесь является доза и концентрация.

Записные книжки, которые оставили после себя Кюри, больше века имеют следы радиоактивности. Анри Беккерель 6 часов носил в кармане жилетки драгоценность – пробирку с радием и получил ожог. Увлеченный работой ученый, чтобы исследовать действие на кожу радионуклида, продолжал эксперименты до образования струпьев и язв. Толчок в развитии методов исследования радиология получила после атомных бомбардировок.

Ионизирующая радиация приводит к изменению физиологических процессов, соматическим и генетическим последствиям для организмов.

Насколько опасно излучение?

Существует 2 механизма влияния излучения на организм – прямой и косвенный. Вместе с ионизацией и возбуждением атомов клеток, происходит распределение энергии облучения внутри тела между молекулами.

Это возможно потому, что вода под воздействием лучей делится на водород и гидроксильную группу, которые через цепь преобразований становятся высокоактивными химическими веществами: гидратным оксидом и перекисью водорода.

Соединения взаимодействуют с органикой, окисляют и разрушают ее. Примеры излучения подтверждают, что происходят изменения биотоков мозга, поражение мозговых структур костей, образование радиотоксинов, перемены в составе крови.

Дозировка облучения

Степень комплексного воздействия ионизации на организм человека характеризует поглощенная доза. В СИ ее принято измерять в Греях (Гр). В литературе часто используется 1 рад (1 Гр = 100 рад). Ионизация воздуха характеризуется экспозиционной дозой.

Радиационное облучение в зависимости от вида производит разное действие на организм. Более тяжелые частицы производят на пути движения больше ионов. Этот эффект учитывают с помощью эквивалентной дозы – измеряют в зивертах.

1 зиверт равен дозе любого вида излучения, которую поглотила биологическая ткань весом 1 кг. Считается, что ионизация создает такие же последствия для биологии, как и поглощенная доза в 1 грей при фотонной природе лучей.

Одни части тела более чувствительны к воздействию облучения, чем другие. Это учитывается с помощью коэффициента радиационного риска. При умножении эквивалентной дозы на соответствующий коэффициент получается эффективная эквивалентная доза, которая характеризует риск для отдельных органов. Измеряется она в зивертах.

Мощность дозы рассчитывается в единицу времени. Например, 1 Гр/с или 1 рад/с.

Последствия облучения

Воздействие радиации на организм неощутимо человеком, а поглощенная энергия вызывает глубокие биологические изменения.

Энергия луча 420 Дж (чайная ложка горячей воды) – смертельная доза 6 Гр для человека массой 70 кг.

Поражение кожи, заболевания лучевого характера, имеет инкубационный период. Влияние от малых доз накапливается. Красный костный мозг, кровь, хрусталик глаза наиболее уязвимые места.

Лейкоз и другие виды рака

Облучение радиацией в опасных дозах разрушает иммунную систему организма. Тело становится неспособным распознавать и удалять микробы, вирусы, грибки, собственные клетки и ткани, которые становятся чужеродными под влиянием окружающей среды. Первоначально разрушается ДНК и клеточные мембраны.

Тяжелые стадии лучевой болезни вызывают головные боли и головокружение, тошноту, рвоту снижение памяти, нарушение сна, изменение состава крови, кровоизлияние, язвы. Сопротивляемость инфекциям отсутствует. Большинство людей погибают.

Способность радионуклидов вызывать злокачественные опухоли расценивается учеными противоречиво. Некоторые специалисты считают, что рак развивается при нарушениях в иммунной системе, а не вследствие ионизации.

Опыты на мышах не установили однозначность зависимости лейкоза от облучения. Результаты исследований подвергшихся атомной бомбардировки жителей японских городов дают неоднозначную информацию при разных интерпретациях.

Мутации

Опасна радиация для человека тем, что влияет на наследственность. Дефект, при котором участки генетического кода меняются местами, называется мутацией.

Если ген с повреждениями (или хромосома) появится в сперматозоиде или яйцеклетке, то во всех клетках зародыша повторяться эти дефекты.

Мутация в соматической клетке окажет влияние на жизнь индивида. Изменения половых клеток вызовут генетические последствия.

Облучение увеличивает вероятность возникновения новых клеток. Высокая частота врожденных и наследственных дефектов у детей, имеющаяся изначально, усложняет действия ученых по выделению влияния облучения.

Работа с пострадавшими жителями городов Хиросима и Нагасаки позволили науке сделать вывод, что мутации увеличиваются в 2 раза.

Проявление поражения организма

Радиационные поражения бывают разной тяжести. Медицина делит последствия лучевой болезни на 3 вида:

• легкие – 1-2,5 Гр;
• средние – при дозе 1-2,5 Гр;
• тяжелые – 4-6 Гр.

На первой стадии болезнь протекает незаметно для пациента. Медицинские анализы показывают изменения в крови. Следом появляется жалобы на общее недомогание, ухудшение аппетита, сна, шелушение кожи.

На второй стадии появляются головные боли теряется память, ноет сердце, исчезает половое влечение, сон. Возможно кровотечение десен и подкожные кровоизлияния. Если ионизация прекращается, лечебные процедуры способны восстановить организм.

На третьей стадии наступают необратимые последствия. Апатия, тошнота, рвота, выраженные изменения крови, кровоизлияния в головной мозг и внутренние органы. Полное выздоровление уже невозможно. Продолжение контакта с радиоактивной средой приводит к смерти.

Отличие радиации от радиоактивности

Радиоактивность открыта как свойство урана. В этом смысле можно характеризовать объект – радиоактивный элемент таблицы Менделеева, радиоактивный человек и т. д.

Радиацией называют само излучение. Наиболее сильной проникающей способностью обладают альфа, бета, гамма и нейтронные лучи. Какое излучение, таким будет тип радиоактивности. Ионизирующая способность зависит от размера и энергии частиц. И радиоактивность, и излучение бывают ионизирующими.

Солнечные (ультрафиолетовые) лучи, облучающее воздействие медицинских аппаратов, бытовых приборов, в зависимости от величины энергии излучения, могут быть полезными, нейтральными, опасными.

Норма радиоактивного излучения

Институт медико-биологических проблем формирования здоровья в Москве пришел к выводу, что продолжительность жизни на 20% зависит от состояния здоровья, еще на 20% от окружающей среды, на 10% от уровня медобслуживания и на 50% от образа жизни, режима питания и отдыха. Радиоактивное излучение составляет 5% экологическим проблем цивилизации.

Какие бывают нормы радиоактивности?

Радиоактивное облучение техногенного характера совместно с естественными источниками не должно превышать индивидуальную предельно допустимую дозу (ИПДД).

Человек в среднем за 70 лет жизни получается 168 мЗв. Минздравом России через Национальную комиссию по радиационной защите установлено, что ИПДД не должна быть в 2 раза выше естественной величины облучения.

НРБ – нормы радиационной безопасности, выделяют 2 категории граждан, подвергающихся воздействию радиации.

При ликвидации аварий превышение дозовых пределов допускается только ради спасения жизни людей и отсутствия возможности принять меры защиты.

Участвовать в спасательных мероприятиях могут только мужчины старше 30 лет, при их добровольном согласии в письменном виде, после полного информирования о возможных последствиях для здоровья.

Когда думать о радиации?

Вероятность радиационного поражения определяется с помощью дозиметрических приборов. Контроль осуществляется государственными органами. При желании приобрести в личное пользование в открытой продаже доступны разные варианты измерительных аппаратов.

Если человек не связан по роду профессиональной деятельности с ионизирующими излучениями, беспокоиться о наличие радиации следует, если это подтверждено дозиметром.

Как защититься от радиации?

Индивидуальные средства защиты действует ограниченное время. В случаях внезапного появления техногенных источников радионуклидов обезопасить население невозможно.

Борьба с ионизирующими излучениями возможна в рамках решения глобальных экологических проблем человечества.

Международные организации осуществляют контроль за атомной энергетикой, радиоактивными отходами, испытаниями ядерного оружия.

Помогает ли от радиации алкоголь?

Подтвержденных научных данных о способности алкогольных напитков противостоять ионизирующему облучению нет.

Навигация по статье:

Радиация и виды радиоактивных излучений, состав радиоактивного (ионизирующего) излучения и его основные характеристики. Действие радиации на вещество.

Что такое радиация

Для начала дадим определение, что такое радиация:

В процессе распада вещества или его синтеза происходит выброс элементов атома (протонов, нейтронов, электронов, фотонов), иначе можно сказать происходит излучение этих элементов. Подобное излучение называют - ионизирующее излучение или что чаще встречается радиоактивное излучение , или еще проще радиация . К ионизирующим излучениям относится так же рентгеновское и гамма излучение.

Радиация - это процесс излучения веществом заряженных элементарных частиц, в виде электронов, протонов, нейтронов, атомов гелия или фотонов и мюонов. От того, какой элемент излучается, зависит вид радиации.

Ионизация - это процесс образования положительно или отрицательно заряженных ионов или свободных электронов из нейтрально заряженных атомов или молекул.

Радиоактивное (ионизирующее) излучение можно разделить на несколько типов, в зависимости от вида элементов из которого оно состоит. Разные виды излучения вызваны различными микрочастицами и поэтому обладают разным энергетическим воздействие на вещество, разной способностью проникать сквозь него и как следствие различным биологическим действием радиации.

Альфа, бета и нейтронное излучение - это излучения, состоящие из различных частиц атомов.

Гамма и рентгеновское излучение - это излучение энергии.

Альфа излучение

• излучаются: два протона и два нейтрона
• проникающая способность: низкая
• облучение от источника: до 10 см
• скорость излучения: 20 000 км/с
• ионизация: 30 000 пар ионов на 1 см пробега
• высокое

Альфа (α) излучение возникает при распаде нестабильных изотопов элементов.

Альфа излучение - это излучение тяжелых, положительно заряженных альфа частиц, которыми являются ядра атомов гелия (два нейтрона и два протона). Альфа частицы излучаются при распаде более сложных ядер, например, при распаде атомов урана, радия, тория.

Альфа частицы обладают большой массой и излучаются с относительно невысокой скоростью в среднем 20 тыс. км/с, что примерно в 15 раз меньше скорости света. Поскольку альфа частицы очень тяжелые, то при контакте с веществом, частицы сталкиваются с молекулами этого вещества, начинают с ними взаимодействовать, теряя свою энергию и поэтому проникающая способность данных частиц не велика и их способен задержать даже простой лист бумаги.

Однако альфа частицы несут в себе большую энергию и при взаимодействии с веществом вызывают его значительную ионизацию. А в клетках живого организма, помимо ионизации, альфа излучение разрушает ткани, приводя к различным повреждениям живых клеток.

Из всех видов радиационного излучения, альфа излучение обладает наименьшей проникающей способностью, но последствия облучения живых тканей данным видом радиации наиболее тяжелые и значительные по сравнению с другими видами излучения.

Облучение радиацией в виде альфа излучения может произойти при попадании радиоактивных элементов внутрь организма, например, с воздухом, водой или пищей, а также через порезы или ранения. Попадая в организм, данные радиоактивные элементы разносятся током крови по организму, накапливаются в тканях и органах, оказывая на них мощное энергетическое воздействие. Поскольку некоторые виды радиоактивных изотопов, излучающих альфа радиацию, имеют продолжительный срок жизни, то попадая внутрь организма, они способны вызвать в клетках серьезные изменения и привести к перерождению тканей и мутациям.

Радиоактивные изотопы фактически не выводятся с организма самостоятельно, поэтому попадая внутрь организма, они будут облучать ткани изнутри на протяжении многих лет, пока не приведут к серьезным изменениям. Организм человека не способен нейтрализовать, переработать, усвоить или утилизировать, большинство радиоактивных изотопов, попавших внутрь организма.

Нейтронное излучение

• излучаются: нейтроны
• проникающая способность: высокая
• облучение от источника: километры
• скорость излучения: 40 000 км/с
• ионизация: от 3000 до 5000 пар ионов на 1 см пробега
• биологическое действие радиации: высокое

Нейтронное излучение - это техногенное излучение, возникающие в различных ядерных реакторах и при атомных взрывах. Также нейтронная радиация излучается звездами, в которых идут активные термоядерные реакции.

Не обладая зарядом, нейтронное излучение сталкиваясь с веществом, слабо взаимодействует с элементами атомов на атомном уровне, поэтому обладает высокой проникающей способностью. Остановить нейтронное излучение можно с помощью материалов с высоким содержанием водорода, например, емкостью с водой. Так же нейтронное излучение плохо проникает через полиэтилен.

Нейтронное излучение при прохождении через биологические ткани, причиняет клеткам серьезный ущерб, так как обладает значительной массой и более высокой скоростью чем альфа излучение.

Бета излучение

• излучаются: электроны или позитроны
• проникающая способность: средняя
• облучение от источника: до 20 м
• скорость излучения: 300 000 км/с
• ионизация: от 40 до 150 пар ионов на 1 см пробега
• биологическое действие радиации: среднее

Бета (β) излучение возникает при превращении одного элемента в другой, при этом процессы происходят в самом ядре атома вещества с изменением свойств протонов и нейтронов.

При бета излучении, происходит превращение нейтрона в протон или протона в нейтрон, при этом превращении происходит излучение электрона или позитрона (античастица электрона), в зависимости от вида превращения. Скорость излучаемых элементов приближается к скорости света и примерно равна 300 000 км/с. Излучаемые при этом элементы называются бета частицы.

Имея изначально высокую скорость излучения и малые размеры излучаемых элементов, бета излучение обладает более высокой проникающей способностью чем альфа излучение, но обладает в сотни раз меньшей способность ионизировать вещество по сравнению с альфа излучением.

Бета радиация с легкостью проникает сквозь одежду и частично сквозь живые ткани, но при прохождении через более плотные структуры вещества, например, через металл, начинает с ним более интенсивно взаимодействовать и теряет большую часть своей энергии передавая ее элементам вещества. Металлический лист в несколько миллиметров может полностью остановить бета излучение.

Если альфа радиация представляет опасность только при непосредственном контакте с радиоактивным изотопом, то бета излучение в зависимости от его интенсивности, уже может нанести существенный вред живому организму на расстоянии несколько десятков метров от источника радиации.

Если радиоактивный изотоп, излучающий бета излучение попадает внутрь живого организма, он накапливается в тканях и органах, оказывая на них энергетическое воздействие, приводя к изменениям в структуре тканей и со временем вызывая существенные повреждения.

Некоторые радиоактивные изотопы с бета излучением имеют длительный период распада, то есть попадая в организм, они будут облучать его годами, пока не приведут к перерождению тканей и как следствие к раку.

Гамма излучение

• излучаются: энергия в виде фотонов
• проникающая способность: высокая
• облучение от источника: до сотен метров
• скорость излучения: 300 000 км/с
• ионизация:
• биологическое действие радиации: низкое

Гамма (γ) излучение - это энергетическое электромагнитное излучение в виде фотонов.

Гамма радиация сопровождает процесс распада атомов вещества и проявляется в виде излучаемой электромагнитной энергии в виде фотонов, высвобождающихся при изменении энергетического состояния ядра атома. Гамма лучи излучаются ядром со скоростью света.

Когда происходит радиоактивный распад атома, то из одних веществ образовываются другие. Атом вновь образованных веществ находятся в энергетически нестабильном (возбужденном) состоянии. Воздействую друг на друга, нейтроны и протоны в ядре приходят к состоянию, когда силы взаимодействия уравновешиваются, а излишки энергии выбрасываются атомом в виде гамма излучения

Гамма излучение обладает высокой проникающей способностью и с легкостью проникает сквозь одежду, живые ткани, немного сложнее через плотные структуры вещества типа металла. Чтобы остановить гамма излучение потребуется значительная толщина стали или бетона. Но при этом гамма излучение в сто раз слабее оказывает действие на вещество чем бета излучение и десятки тысяч раз слабее чем альфа излучение.

Основная опасность гамма излучения - это его способность преодолевать значительные расстояния и оказывать воздействие на живые организмы за несколько сотен метров от источника гамма излучения.

Рентгеновское излучение

• излучаются: энергия в виде фотонов
• проникающая способность:высокая
• облучение от источника: до сотен метров
• скорость излучения: 300 000 км/с
• ионизация: от 3 до 5 пар ионов на 1 см пробега
• биологическое действие радиации: низкое

Рентгеновское излучение - это энергетическое электромагнитное излучение в виде фотонов, возникающие при переходе электрона внутри атома с одной орбиты на другую.

Рентгеновское излучение сходно по действию с гамма излучением, но обладает меньшей проникающей способностью, потому что имеет большую длину волны.

Рассмотрев различные виды радиоактивного излучения, видно, что понятие радиация включает в себя совершенно различные виды излучения, которые оказывают разное воздействие на вещество и живые ткани, от прямой бомбардировки элементарными частицами (альфа, бета и нейтронное излучение) до энергетического воздействия в виде гамма и рентгеновского излечения.

Каждое из рассмотренных излучений опасно!

Сравнительная таблица с характеристиками различных видов радиации

Как видно из таблицы, в зависимости от вида радиации, излучение при одной и той же интенсивности, например в 0.1 Рентген, будет оказать разное разрушающее действие на клетки живого организма. Для учета этого различия, был введен коэффициент k, отражающий степень воздействия радиоактивного излучения на живые объекты.

Чем выше "коэффициент k" тем опаснее действие определенного вида радиции для тканей живого организма.

Видео:

• Ионизирующее излучение - это вид энергии, высвобождаемой атомами в форме электромагнитных волн или частиц.
• Люди подвергаются воздействию природных источников ионизирующего излучения, таких как почва, вода, растения, и воздействию искусственных источников, таких как рентгеновское излучение и медицинские устройства.
• Ионизирующее излучение имеет многочисленные полезные виды применения, в том числе в медицине, промышленности, сельском хозяйстве и в научных исследованиях.
• По мере расширения использования ионизирующего излучения увеличивается и потенциал опасностей для здоровья, если оно используется или ограничивается ненадлежащим образом.
• Острое воздействие на здоровье, такое как ожог кожи или острый лучевой синдром, может возникнуть, когда доза облучения превышает определенные уровни.
• Низкие дозы ионизирующего излучения могут увеличить риск более долгосрочных последствий, таких как рак.

Что такое ионизирующее излучение?

Ионизирующее излучение — это вид энергии, высвобождаемой атомами в форме электромагнитных волн (гамма- или рентгеновское излучение) или частиц (нейтроны, бета или альфа). Спонтанный распад атомов называется радиоактивностью, а избыток возникающей при этом энергии является формой ионизирующего излучения. Нестабильные элементы, образующиеся при распаде и испускающие ионизирующее излучение, называются радионуклидами.

Все радионуклиды уникальным образом идентифицируются по виду испускаемого ими излучения, энергии излучения и периоду полураспада.

Активность, используемая в качестве показателя количества присутствующего радионуклида, выражается в единицах, называемых беккерелями (Бк): один беккерель — это один акт распада в секунду. Период полураспада — это время, необходимое для того, чтобы активность радионуклида в результате распада уменьшилась наполовину от его первоначальной величины. Период полураспада радиоактивного элемента — это время, в течение которого происходит распад половины его атомов. Оно может находиться в диапазоне от долей секунды до миллионов лет (например, период полураспада йода-131 составляет 8 дней, а период полураспада углерода-14 — 5730 лет).

Источники излучения

Люди каждый день подвергаются воздействию естественного и искусственного излучения. Естественное излучение происходит из многочисленных источников, включая более 60 естественным образом возникающих радиоактивных веществ в почве, воде и воздухе. Радон, естественным образом возникающий газ, образуется из горных пород, почвы и является главным источником естественного излучения. Ежедневно люди вдыхают и поглощают радионуклиды из воздуха, пищи и воды.

Люди подвергаются также воздействию естественного излучения из космических лучей, особенно на большой высоте. В среднем 80% ежегодной дозы, которую человек получает от фонового излучения, это естественно возникающие наземные и космические источники излучения. Уровни такого излучения варьируются в разных реогрфических зонах, и в некоторых районах уровень может быть в 200 раз выше, чем глобальная средняя величина.

На человека воздействует также излучение из искусственных источников — от производства ядерной энергии до медицинского использования радиационной диагностики или лечения. Сегодня самыми распространенными искусственными источниками ионизирующего излучения являются медицинские аппараты, как рентгеновские аппараты, и другие медицинские устройства.

Воздействие ионизирующего излучения

Воздействие излучения может быть внутренним или внешним и может происходить различными путями.

Внутренне воздействие ионизирующего излучения происходит, когда радионуклиды вдыхаются, поглощаются или иным образом попадают в кровообращение (например, в результате инъекции, ранения). Внутреннее воздействие прекращается, когда радионуклид выводится из организма либо самопроизвольно (с экскрементами), либо в результате лечения.

Внешнее радиоактивное заражение может возникнуть, когда радиоактивный материал в воздухе (пыль, жидкость, аэрозоли) оседает на кожу или одежду. Такой радиоактивный материал часто можно удалить с тела простым мытьем.

Воздействие ионизирующего излучения может также произойти в результате внешнего излучения из соответствующего внешнего источника (например, такое как воздействие радиации, излучаемой медицинским рентгеновским оборудованием). Внешнее облучение прекращается в том случае, когда источник излучения закрыт, или когда человек выходит за пределы поля излучения.

Люди могут подвергаться воздействию ионизирующего излучения в различных обстоятельствах: дома или в общественных местах (облучение в общественных местах), на своих рабочих местах (облучение на рабочем месте) или в медицинских учреждениях (пациенты, лица, осуществляющие уход, и добровольцы).

Воздействие ионизирующего излучения можно классифицировать по трем случаям воздействия.

Первый случай — это запланированное воздействие, которое обусловлено преднамеренным использованием и работой источников излучения в конкретных целях, например, в случае медицинского использования излучения для диагностики или лечения пациентов, или использование излучения в промышленности или в целях научных исследований.

Второй случай — это существующие источники воздействия, когда воздействие излучения уже существует и в случае которого необходимо принять соответствующие меры контроля, например, воздействие радона в жилых домах или на рабочих местах или воздействие фонового естественного излучения в условиях окружающей среды.

Последний случай — это воздействие в чрезвычайных ситуациях, обусловленных неожиданными событиями, предполагающими принятие оперативных мер, например, в случае ядерных происшествий или злоумышленных действий.

На медицинское использование излучения приходится 98% всей дозы облучения из всех искусственных источников; оно составляет 20% от общего воздействия на население. Ежегодно в мире проводится 3 600 миллионов радиологических обследований в целях диагностики, 37 миллионов процедур с использованием ядерных материалов и 7,5 миллиона процедур радиотерапии в лечебных целях.

Последствия ионизирующего излучения для здоровья

Радиационное повреждение тканей и/или органов зависит от полученной дозы облучения или поглощенной дозы, которая выражается в грэях (Гр).

Эффективная доза используется для измерения ионизирующего излучения с точки зрения его потенциала причинить вред. Зиверт (Зв) — единица эффективной дозы, в которой учитывается вид излучения и чувствительность ткани и органов. Она дает возможность измерить ионизирующее излучение с точки зрения потенциала нанесения вреда. Зв учитывает вид радиации и чувствительность органов и тканей.

Зв является очень большой единицей, поэтому более практично использовать меньшие единицы, такие как миллизиверт (мЗв) или микрозиверт (мкЗв). В одном мЗв содержится тысяча мкЗв, а тысяча мЗв составляют один Зв. Помимо количества радиации (дозы), часто полезно показать скорость выделения этой дозы, например мкЗв/час или мЗв/год.

Выше определенных пороговых значений облучение может нарушить функционирование тканей и/или органов и может вызвать острые реакции, такие как покраснение кожи, выпадение волос, радиационные ожоги или острый лучевой синдром. Эти реакции являются более сильными при более высоких дозах и более высокой мощности дозы. Например, пороговая доза острого лучевого синдрома составляет приблизительно 1 Зв (1000 мЗв).

Если доза является низкой и/или воздействует длительный период времени (низкая мощность дозы), обусловленный этим риск существенно снижается, поскольку в этом случае увеличивается вероятность восстановления поврежденных тканей. Тем не менее риск долгосрочных последствий, таких как рак, который может проявиться через годы и даже десятилетия, существует. Воздействия этого типа проявляются не всегда, однако их вероятность пропорциональна дозе облучения. Этот риск выше в случае детей и подростков, так как они намного более чувствительны к воздействию радиации, чем взрослые.

Эпидемиологические исследования в группах населения, подвергшихся облучению, например людей, выживших после взрыва атомной бомбы, или пациентов радиотерапии, показали значительное увеличение вероятности рака при дозах выше 100 мЗв. В ряде случаев более поздние эпидемиологические исследования на людях, которые подвергались воздействию в детском возрасте в медицинских целях (КТ в детском возрасте), позволяют сделать вывод о том, что вероятность рака может повышаться даже при более низких дозах (в диапазоне 50-100 мЗв).

Дородовое воздействие ионизирующего излучения может вызвать повреждение мозга плода при сильной дозе, превышающей 100 мЗв между 8 и 15 неделей беременности и 200 мЗв между 16 и 25 неделей беременности. Исследования на людях показали, что до 8 недели или после 25 недели беременности связанный с облучением риск для развития мозга плода отсутствует. Эпидемиологические исследования свидетельствуют о том, что риск развития рака у плода после воздействия облучения аналогичен риску после воздействия облучения в раннем детском возрасте.

Деятельность ВОЗ

ВОЗ разработала радиационную программу защиты пациентов, работников и общественности от опасности воздействия радиации на здоровье в планируемых, существующих и чрезвычайных случаях воздействия. Эта программа, которая сосредоточена на аспектах общественного здравоохранения, охватывает деятельность, связанную с оценкой риска облучения, его устранением и информированием о нем.

В соответствии с основной функцией, касающейся "установления норм и стандартов, содействия в их соблюдении и соответствующего контроля" ВОЗ сотрудничает с 7 другими международными организациями в целях пересмотра и обновления международных стандартов базовой безопасности, связанной с радиацией (СББ). ВОЗ приняла новые международные СББ в 2012 году и в настоящее время проводит работу по оказанию поддержки в осуществлении СББ в своих государствах-членах.

Ионизирующее излучение (далее - ИИ) - это излучение, взаимодействие которого с веществом приводит к ионизации атомов и молекул, т.е. это взаимодействие приводит к возбуждению атома и отрыву отдельных электронов (отрицательно заряженных частиц) из атомных оболочек. В результате, лишенный одного или нескольких электронов, атом превращается в положительно заряженный ион - происходит первичная ионизация. К ИИ относят электромагнитное излучение (гамма-излучение) и потоки заряженных и нейтральных частиц - корпускулярное излучение (альфа-излучение, бета-излучение, а также нейтронное излучение).

Альфа-излучение относится к корпускулярным излучениям. Это поток тяжелых положительно заряженных а-частиц (ядер атомов гелия), возникающее в результате распада атомов тяжелых элементов, таких как уран, радий и торий. Поскольку частицы тяжелые, то пробег альфа-частиц в веществе (то есть путь, на котором они производят ионизацию) оказывается очень коротким: сотые доли миллиметра в биологических средах, 2,5—8 см в воздухе. Таким образом, задержать эти частицы способен обычный лист бумаги или внешний омертвевший слой кожи.

Однако вещества, испускающие альфа-частицы, являются долгоживущими. В результате попадания таких веществ внутрь организма с пищей, воздухом или через ранения, они разносятся по телу током крови, депонируются в органах, отвечающих за обмен веществ и защиту организма (например, селезенка или лимфатические узлы), вызывая, таким образом, внутреннее облучение организма. Опасность такого внутреннего облучения организма высока, т.к. эти альфа-частицы создают очень большое число ионов (до нескольких тысяч пар ионов на 1 микрон пути в тканях). Ионизация, в свою очередь, обуславливает ряд особенностей тех химических реакций, которые протекают в веществе, в частности, в живой ткани (образование сильных окислителей, свободного водорода и кислорода и др.).

Бета-излучение (бета-лучи, или поток бета-частиц) также относится к корпускулярному типу излучения. Это поток электронов (β--излучение, или, чаще всего, просто β -излучение) или позитронов (β+-излучение), испускаемых при радиоактивном бета-распаде ядер некоторых атомов. Электроны или позитроны образуются в ядре при превращении нейтрона в протон или протона в нейтрон соответственно.

Электроны значительно меньше альфа-частиц и могут проникать вглубь вещества (тела) на 10-15 сантиметров (ср. с сотыми долями миллиметра у а-частиц). При прохождении через вещество бета-излучение взаимодействует с электронами и ядрами его атомов, расходуя на это свою энергию и замедляя движение вплоть до полной остановки. Благодаря таким свойствам для защиты от бета-излучения достаточно иметь соответствующей толщины экран из органического стекла. На этих же свойствах основано применение бета-излучения в медицине для поверхностной, внутритканевой и внутриполостной лучевой терапии.

Нейтронное излучение - еще один вид корпускулярного типа излучений. Нейтронное излучение представляет собой поток нейтронов (элементарных частиц, не имеющих электрического заряда). Нейтроны не оказывают ионизирующего действия, однако весьма значительный ионизирующий эффект происходит за счет упругого и неупругого рассеяния на ядрах вещества.

Облучаемые нейтронами вещества могут приобретать радиоактивные свойства, то есть получать так называемую наведенную радиоактивность. Нейтронное излучение образуется при работе ускорителей элементарных частиц, в ядерных реакторах, промышленных и лабораторных установках, при ядерных взрывах и т. д. Нейтронное излучение обладает наибольшей проникающей способностью. Лучшими для защиты от нейтронного излучения являются водородсодержащие материалы.

Гамма излучение и рентгеновское излучение относятся к электромагнитным излучениям.

Принципиальная разница между двумя этими видами излучения заключается в механизме их возникновения. Рентгеновское излучение - внеядерного происхождения, гамма излучение - продукт распада ядер.

Рентгеновское излучение, открыто в 1895 году физиком Рентгеном. Это невидимое излучение, способное проникать, хотя и в разной степени, во все вещества. Представляет собой электромагнитное излучение с длиной волны порядка от - от 10 -12 до 10 -7 . Источник рентгеновских лучей - рентгеновская трубка, некоторые радионуклиды (например, бета-излучатели), ускорители и накопители электронов (синхротронное излучение).

В рентгеновской трубке есть два электрода - катод и анод (отрицательный и положительный электроды соответственно). При нагреве катода происходит электронная эмиссия (явление испускания электронов поверхностью твёрдого тела или жидкости). Электроны, вылетающие из катода, ускоряются электрическим полем и ударяются о поверхность анода, где происходит их резкое торможение, вследствие чего возникает рентгеновское излучение. Как и видимый свет, рентгеновское излучение вызывает почернение фотопленки. Это одно его из свойств, основное для медицины - то, что оно является проникающим излучением и соответственно пациента можно просвечивать с его помощью, а т.к. разные по плотности ткани по-разному поглощают рентгеновское излучение - то мы можем диагностировать на самой ранней стадии многие виды заболеваний внутренних органов.

Гамма излучение имеет внутриядерное происхождение. Оно возникает при распаде радиоактивных ядер, переходе ядер из возбужденного состояния в основное, при взаимодействии быстрых заряженных частиц с веществом, аннигиляции электронно-позитронных пар и т.д.

Высокая проникающая способность гамма-излучения объясняется малой длиной волны. Для ослабления потока гамма-излучения используются вещества, отличающиеся значительным массовым числом (свинец, вольфрам, уран и др.) и всевозможные составы высокой плотности (различные бетоны с наполнителями из металла).

Ионизирующее излучение - это любое излучение, вызывающее ионизацию среды, т.е. протекание электрических токов в этой среде, в том числе и в организме человека, что часто приводит к разрушению клеток, изменению состава крови, ожогам и другим тяжелым последствиям.

Источники ионизирующих излучений

Источниками ионизирующих излученийявляются радиоактивные элементы и их изотопы , ядерные реакторы , ускорители заряженных частиц и др. Рентгеновские установки и высоковольтные источники постоянного тока относятся к источникам рентгеновского излучения . Здесь следует отметить, что при нормальном режиме их эксплуатации радиационная опасность незначительна. Она наступает при возникновении аварийного режима и может долго проявлять себя при радиоактивном заражении местности.

Существенную часть облучения население получает от естественных источников радиации: из космоса и от радиоактивных веществ, находящихся в земной коре. Наиболее весомым из этой группы является радиоактивный газ радон, залегающий практически во всех грунтах и постоянно выделяющийся на поверхность, а главное, проникающий в производственные и жилые помещения. Он почти не проявляет себя, так как не имеет запаха и бесцветен, что затрудняет его обнаружение.

Ионизирующие излучения разделяются на два вида: электромагнитное (гамма-излучение и рентгеновское излучение) и корпускулярное, представляющее собой a- и β-частицы, нейтроны и др.

Виды ионизирующих излучений

Ионизирующими называют излучения, взаимодействие которых со средой приводит к образованию ионов различных знаков. Источники этих излучений широко используются в атомной энергетике, технике, химии, медицине, сельском хозяйстве и т. п. Работа с радиоактивными веществами и источниками ионизирующих излучений представляет потенциальную угрозу здоровью и жизни людей, которые участвуют в их использовании.

К ионизирующим относятся два вида излучений:

1) корпускулярное (α- и β-излучения, нейтронное излучение);

2) электромагнитное (γ-излучение и рентгеновское).

Альфа-излучение - это поток ядер атомов гелия, испускаемых веществом при радиоактивном распаде вещества или при ядерных реакциях. Значительная масса α-частиц ограничивает их скорость и увеличивает число столкновений в веществе, поэтому α-частицы обладают высокой ионизирующей способностью и малой проникающей способностью. Пробег α-частиц в воздухе достигает 8÷9 см, а в живой ткани - несколько десятков микрометров. Это излучение не представляет опасности до тех пор, пока радиоактивные вещества, испускающие a- частицы, не попадут внутрь организма через рану, с пищей или вдыхаемым воздухом; тогда они становятся чрезвычайно опасными.

Бета -излучение - это поток электронов или позитронов, возникающих при радиоактивном распаде ядер. По сравнению с α-частицами β-частицы обладают значительно меньшей массой и меньшим зарядом, поэтому у β-частиц выше проникающая способность, чем у α-частиц, а ионизирующая способность ниже. Пробег β-частиц в воздухе составляет 18 м, в живой ткани - 2,5 см.

Нейтронное излучение - это поток ядерных частиц, не имеющих заряда, вылетающих из ядер атомов при некоторых ядерных реакциях, в частности при делении ядер урана и плутония. 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). При неупругом взаимодействии нейтронов с ядрами атомов среды возникает вторичное излучение, состоящее как из заряженных частиц, так и из γ-квантов. Проникающая способность нейтронов зависит от их энергии, но она существенно выше, чем у α-частиц или β-частиц. Для быстрых нейтронов длина пробега в воздухе составляет до 120 м, а в биологической ткани - 10 см.

Гамма-излучение представляет собой электромагнитное излучение, испускаемое при ядерных превращениях или взаимодействии частиц (10 20 ÷10 22 Гц). Гамма-излучение обладает малым ионизирующим действием, но большой проникающей способностью и распространяется со скоростью света. Оно свободно проходит через тело человека и другие материалы. Это излучение может задержать лишь толстая свинцовая или бетонная плита.

Рентгеновское излучение также представляет собой электромагнитное излучение, возникающее при торможении быстрых электронов в веществе (10 17 ÷10 20 Гц).

Понятие о нуклидах и радионуклидах

Ядра всех изотопов химических элементов образуют группу «нуклидов». Большинство нуклидов нестабильны, т.е. они все время превращаются в другие нуклиды. Например, атом урана-238 время от времени испускает два протона и два нейтрона (a-частицы). Уран превращается в торий-234, но торий также нестабилен. В конечном итоге эта цепочка превращений оканчивается стабильным нуклидом свинца.

Самопроизвольный распад нестабильного нуклида называется радиоактивным распадом, а сам такой нуклид - радионуклидом.

При каждом распаде высвобождается энергия, которая и передается дальше в виде излучения. Поэтому можно сказать, что в определенной степени испускание ядром частицы, состоящей из двух протонов и двух нейтронов, - это a-излучение, испускание электрона - β-излучение, и, в некоторых случаях, возникает g-излучение.

Образование и рассеивание радионуклидов приводит к радиоактивному заражению воздуха, почвы, воды, что требует постоянного контроля их содержания и принятия мер по нейтрализации.