Основные свойства ионизирующих излучений

⇐ ПредыдущаяСтр 9 из 22Следующая ⇒

Термин «радиация» имеет более конкретное значение: ионизирующее излучение (ИИ). Радиация является ионизирующей, если она способна превращать электрически нейтральные атомы в заряженные частицы — ионы. Радиоактивность — это способность какого-либо источника в результате его радиоактивного распада испускать ИИ. Известный всем источник радиации — солнце,

испускающее видимое, ультрафиолетовое инфракрасное излучение, радиоактивным не является, поскольку его радиация (излучение) не способно производить ионизацию.

Физическая природа ИИ, как и свойства их отдельных видов, различна. К ИИ относятся: заряженные частицы, электромагнитное гамма- и рентгеновское излучения, нейтроны и др.

Любой источник, испускающий ИИ, характеризуется двумя физическими величинами: активностью и периодом полураспада.

Активность — характеристика мощности источника. Она показывает, какое количество радиоактивных ядер распадается в единицу времени и, следовательно, какое количество ионизирующих частиц испускается источником в одну секунду.

Единицами измерения активности являются кюри и беккерель. Один кюри (Ки) равен 3,7 • 10¹⁰ распадов в секунду. Кюри относительно крупная единица радиоактивности, поэтому чаще используются милликюри (тысячная часть кюри) и микрокюри (миллионная часть кюри). Новая единица активности — беккерель (Бк) названа в честь первооткрывателя явления радиоактивности физика А. Беккереля, 1 Бк = 1 расп/с.

В воде, продуктах питания и воздухе определяют объемную концентрацию радиоактивных веществ — их количество в единице объема — кубическом метре или литре (Ки/м³, Ки/л), а в продуктах питания — удельную концентрацию — содержание в единице массы (Ки/кг). Для разных органов человеческого организма разработаны нормативы, определяющие допустимое содержание в них каждого радиоактивного элемента. На основании этих данных определены допустимые концентрации радиоактивных веществ в атмосферном воздухе, питьевой воде, продуктах питания.

Период полураспада — другая важная характеристика источника ИИ. Период полураспада — время, в течение которого распадается половина ядер источника. Каждый радиоактивный элемент имеет собственный период полураспада, который может составлять от нескольких секунд до нескольких миллионов лет. Например, природный уран распадается наполовину за 4470 тыс. лет, а радиоактивный йод — всего лишь за 8 сут.

Период полураспада является и показателем относительной опасности радиоактивных веществ: при одинаковой активности двух веществ менее опасным может считаться имеющий больший период полураспада (в единицу времени распадается меньше ядер и, следовательно, выделяется меньше ионизирующих частиц).

Биологическое действие ионизирующих излучений

Механизм биологического действия. Ионизирующее излучение, взаимодействуя с любым веществом (в том числе с биологической тканью), вызывает ионизацию его атомов, теряя при этом

свою энергию. Этот процесс потери энергии ИИ называют поглощением излучения (энергия остается в структурах вещества). Взаимодействие ИИ с веществом, при котором поглощается энергия излучения, называется облучением.

В результате облучения поглощенная энергия распределяется не равномерно по всему организму человека, а в зависимости от восприимчивости разных органов и систем. Значительное количество энергии ИИ может мгновенно передаваться в те или иные локальные зоны клеточных структур, тогда как другими клетками ИИ практически не поглощается.

Пусковым механизмом действия ИИ является ионизация молекул, входящих в состав клетки. Действие ИИ приводит к ионизации молекул воды и образованию химически активных форм кислорода, которые довершают разрушение органических молекул, приводя к изменению нормального хода биохимических процессов (регенерации, обмена веществ, деления) в клетке, что может повлечь и полную ее гибель. Далее события развиваются по схеме: гибель клеток — поражение органа (при гибели значительного количества клеток) — поражение группы органов — поражение организма в целом. Первые эффекты на клеточном уровне происходят за доли и единицы секунд, а последующие процессы — в течение минут, часов и до нескольких лет, что зависит от того, какую общую энергию, излучение оставило в клетках организма.

Общая поглощенная энергия ИИ может быть небольшой, но вследствие неравномерности и мгновенного характера ее распределения часть всего числа клеток может быть значительно повреждена. Ничтожность поглощенного количества энергии, вызывающего тяжкие последствия облучения ИИ, можно проиллюстрировать следующими примерами. Например, количество энергии гамма-, рентгеновского излучения, заведомо смертельное для человека при общем облучении всего организма, можно сравнить с эквивалентной ей тепловой энергией, поглощенной организмом человека с чашкой горячего кофе, или с энергией, расходуемой человеком при подъеме массы около 70 кг на 40 см над уровнем пола.

Тепловая и механическая энергия поглощается (передается) в биологических тканях равномерно и длительно. Поэтому, чтобы вызвать повреждения в живом организме, энергии подобного типа потребуется намного больше, чем энергии ИИ, поглощаемой мгновенно.

Измерение доз радиации. Количественно результаты воздействия ИИ оценивают дозой (от гр. dosis — порция; определенное количество чего-либо). В качестве меры дозы вполне естественно принять поглощенную энергию, поэтому количество энергии ИИ, поглощенное в облучаемом веществе, называется поглощенной дозой.

Поглощенная доза — количество энергии ИИ, поглощенной в единице массы облучаемого вещества.

Единицами измерения поглощенной дозы являются:

рад (аббревиатура от англ. radiation absorbed dose ) — 1 рад = = 0,01 Дж/кг;

грей (в честь английского физика А. Грея — 1 Гр = 1 Дж/кг; 1 Гр = = 100 рад.

Часто используют более мелкие единицы: миллирад, милли-грей; микрорад или микрогрей.

Поглощенная доза — универсальное понятие, применимое при облучении всех веществ живой и неживой природы любыми ИИ. Между поглощенной дозой и результатом облучения существует прямая зависимость: чем больше доза, тем больше проявляющийся радиационный эффект. Однако выяснилось, что одинаковые дозы разных видов ИИ вызывают различные биологические последствия при облучении одного и того же биологического объекта. Установлено, что одинаковая с гамма-лучами поглощенная доза нейтронного излучения вызывает более тяжелые последствия.

Эквивалентная доза (введена для сопоставления радиационных последствий при действии одинаковых доз) — величина поглощенной дозы (в греях или радах), умноженная на коэффициент качества (КК), отражающий эффективность действия конкретного ИИ. Если поглощенная доза измерена в радах, то эквивалентная должна быть в бэрах (бэр — биологический эквивалент рада). Дозе в греях соответствует эквивалентная доза в зивертах (Зв — по имени шведского физика Р. Зиверта).

Рентгеновские и гамма-лучи считаются эталонными, и для них КК равен единице, а следовательно, поглощенная доза гамма-рентгеновского излучения 1 Гр (100 рад) равна их эквивалентной дозе 1 Зв (100 бэр). Нейтроны примерно в 10 раз более эффективны, следовательно, их коэффициент качества равен десяти, а поглощенная доза 1 Гр (100 рад) соответствует эквивалентной дозе 10 Зв (1000 бэр).

Мощность дозы — величина поглощенной или эквивалентной дозы, деленная на время (Р = D / t ); характеризует скорость изменения дозы, а также имеет важное практическое значение. Зная мощность дозы и продолжительность пребывания под облучением, можно спрогнозировать ожидаемую дозу облучения и при необходимости принять меры по ее снижению.

Последствия облучения. Среди большого числа факторов, от которых зависит биологическое действие ИИ, можно выделить основные:

продолжительность облучения;

характер облучения;

величина общей полученной дозы.

Продолжительность воздействия ИИ определяет тяжесть поражения. Чем за большее время организм получает одну и ту же дозу, тем менее выражены эффекты облучения. Известно, что организм человека обладает достаточно эффективными естественными механизмами частичной компенсации последствий лучевого поражения, благодаря чему становятся заметными восстановительные процессы в нем и повышается способность противостояния многократному (рассредоточенному во времени) облучению, суммарная доза которого при разовом (однократном) воздействии оказалась бы смертельной.

Если бы интенсивность восстановительных процессов была равна или превышала интенсивность повреждающего воздействия, то облучение не вызывало бы вредных последствий. К сожалению, это не так, и в действительности компенсация никогда не бывает полной, что приводит со временем к накоплению в организме необратимых повреждений.

Характер и общая доза облучения зависят от расположения источника относительно организма.

Если источник ИИ расположен вне организма, то облучение называют внешним, в противном случае — внутренним.

При одном и том же количестве (одинаковой активности) радиоактивных веществ внутреннее облучение во много раз более опасно, чем внешнее облучение. Во-первых, резко увеличивается продолжительность облучения, так как она совпадает со временем пребывания радиоактивного вещества в организме. Во-вторых, доза внутреннего облучения возрастает из-за непосредственного контакта радиоактивного вещества с облучаемой тканью: невозможна защита расстоянием или экранами. В-третьих, радиоактивные вещества, как правило, распределяются по органам неравномерно, они избирательно концентрируются в отдельных органах, еще более усиливая их локальное облучение (например, радиоактивный йод — в щитовидной железе, стронций, калий, радий — в костях, плутоний — в легких и т.д.).

Предельно допустимое содержание радиоактивных веществ в теле человека определяется исходя из требования непревышения облучения какого-либо участка тела (органа) установленных до-зовых пределов. Численные значения этих пределов приведены в нормах радиационной безопасности (НРБ-99), действующих в России.

Дата добавления: 2019-09-13; просмотров: 273; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 4 5 6 7 8910 11 12 13 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!