Ионизирующее излучение примеры. Радиация - доступным языком. Единицы измерения радиоактивности

ИОНИЗИРУЮЩИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ, ИХ ПРИРОДА И ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА

Радиация и её разновидности

Ионизирующие излучения

Источники радиационной опасности

Устройство ионизирующих источников излучения

Пути проникновения излучения в организм человека

Меры ионизирующего воздействия

Механизм действия ионизирующего излучения

Последствия облучения

Лучевая болезнь

Обеспечение безопасности при работе с ионизирующими излучениями

Радиация и её разновидности

Радиация – это все виды электромагнитного излучения: свет, радиоволны, энергия солнца и множество иных излучений вокруг нас.

Источниками проникающей радиации, создающими природный фон облучения, являются галактическое и солнечное излучение, наличие радиоактивных элементов в почве, воздухе и материалах, используемых в хозяйственной деятельности, а также изотопов,главным образом,калия, в тканях живого организма. Одним из наиболее весомых естественных источников радиации является радон – газ, не имеющий вкуса и запаха.

Интерес представляет не любая радиация, а ионизирующая, которая, проходя сквозь ткани и клетки живых организмов, способна передавать им свою энергию, разрывая химические связи внутри молекул и вызывая серьёзные изменения в их структуре. Ионизирующее излучение возникает при радиоактивном распаде, ядерных превращениях, торможении заряженных частиц в веществе и образует при взаимодействии со средой ионы разных знаков.

Ионизирующие излучения

Все ионизирующие излучения делятся на фотонные и корпускулярные.

К фотонному ионизирующему излучению относятся:

а) Y-излучение, испускаемое при распаде радиоактивных изотопов или аннигиляции частиц. Гамма-излучение по своей природе является коротковолновым электромагнитным излучением, т.е. потоком высокоэнергетических квантов электромагнитной энергии, длина волны которых значительно меньше межатомных расстояний, т.е. y < 10 см. Не имея массы, Y-кванты двигаются со скоростью света, не теряя её в окружающей среде. Они могут лишь поглощаться ею или отклоняться в сторону, порождая пары ионов: частица- античастица, причём последнее наиболее значительно при поглощении Y- квантов в среде. Таким образом, Y- кванты при прохождении через вещество передают энергию электронам и, следовательно, вызывают ионизацию среды. Благодаря отсутствию массы, Y- кванты обладают большой проникающей способностью (до 4- 5 км в воздушной среде);

б) рентгеновское излучение, возникающее при уменьшении кинетической энергии заряженных частиц и / или при изменении энергетического состояния электронов атома.

Корпускулярное ионизирующее излучение состоит из потока заряженных частиц (альфа-,бета-частиц, протонов, электронов), кинетическая энергия которых достаточна для ионизации атомов при столкновении. Нейтроны и другие элементарные частицы непосредственно не производят ионизацию, но в процессе взаимодействия со средой высвобождают заряженные частицы (электроны, протоны), способные ионизировать атомы и молекулы среды, через которую проходят:

а) нейтроны – единственные незаряженные частицы, образующиеся при некоторых реакциях деления ядер атомов урана или плутония. Поскольку эти частицы электронейтральны, они глубоко проникают во всякое вещество, включая живые ткани. Отличительной особенностью нейтронного излучения является его способность превращать атомы стабильных элементов в их радиоактивные изотопы, т.е. создавать наведённую радиацию, что резко повышает опасность нейтронного излучения. Проникающая способность нейтронов сравнима с Y- излучением. В зависимости от уровня носимой энергии условно различают нейтроны быстрые (обладающие энергией от 0,2 до 20 Мэ В) и тепловые (от 0,25 до 0,5 Мэ В). Это различие учитывается при проведении защитных мероприятий. Быстрые нейтроны замедляются, теряя энергию ионизации, веществами с малым атомным весом (так называемыми водородосодержащими: парафин, вода, пластмассы и др.). Тепловые нейтроны поглощаются материалами, содержащими бор и кадмий (борная сталь, бораль, борный графит, сплав кадмия со свинцом).

Альфа -, бета-частицы и гамма - кванты обладают энергией всего в несколько мегаэлектронвольт, и создавать наведённую радиацию не могут;

б) бета частицы - электроны, испускаемые во время радиоактивного распада ядерных элементов с промежуточной ионизирующей и проникающей способностью (пробег в воздухе до 10-20 м).

в) альфа частицы - положительно заряженные ядра атомов гелия, а в космическом пространстве и атомов других элементов, испускаемые при радиоактивном распаде изотопов тяжёлых элементов – урана или радия. Они обладают малой проникающей способностью (пробег в воздухе - не более 10 см), даже человеческая кожа является для них непреодолимым препятствием. Опасны они лишь при попадании внутрь организма, так как способны выбивать электроны из оболочки нейтрального атома любого вещества, в том числе и тела человека, и превращать его в положительно заряженный ион со всеми вытекающими последствиями, о которых будет сказано далее. Так, альфа частица с энергией 5 МэВ образует 150 000 пар ионов.

Характеристика проникающей способности различных видов ионизирующего излучения

Количественное содержание радиоактивного материала в организме человека или веществе определяется термином «активность радиоактивного источника» (радиоактивность). За единицу радиоактивности в системе СИ принят беккерель (Бк), соответствующий одному распаду в 1 с. Иногда на практике применяется старая единица активности – кюри (Ки). Это активность такого количества вещества, в котором за 1с происходит распад 37 млрд. атомов. Для перевода пользуются зависимостью: 1 Бк = 2,7 х 10 Ки или 1 Ки = 3,7 х 10 Бк.

Каждый радионуклид имеет неизменный, присущий только ему период полураспада (время, необходимое для потери веществом половины активности). Например, у урана-235 он составляет 4 470 лет, тогда как у йода-131 – всего лишь 8 суток.

Источники радиационной опасности

1. Главная причина опасности – радиационная авария. Радиационная авария – потеря управления источником ионизирующего излучения (ИИИ), вызванная неисправностью оборудования, неправильными действиями персонала, стихийными бедствиями или иными причинами, которые могли привести или привели к облучению людей выше установленных норм или к радиоактивному загрязнению окружающей среды. При авариях, вызванных разрушением корпуса реактора или расплавлением активной зоны выбрасываются:

1) Фрагменты активной зоны;

2) Топливо (отходы) в виде высокоактивной пыли, которая может долгое время находиться в воздухе в виде аэрозолей, затем после прохождения основного облака выпадать в виде дождевых (снеговых) осадков, а при попадании в организм вызывать мучительный кашель, иногда по тяжести сходный с приступом астмы;

3) лавы, состоящие из двуокиси кремния, а также расплавленный в результате соприкосновения с горячим топливом бетон. Мощность дозы вблизи таких лав достигает 8000 Р/час и даже пятиминутное пребывание рядом губительно для человека. В первый период после выпадения осадков РВ наибольшую опасность представляет йод-131, являющийся источником альфа- и бэта-излучения. Периоды полувыведения его из щитовидной железы составляют: биологический – 120 суток, эффективный – 7,6. Это требует быстрейшего проведения йодной профилактики всего населения, оказавшегося в зоне аварии.

2. Предприятия по разработке месторождений и обогащению урана. Уран имеет атомный вес 92 и три естественных изотопов: уран-238 (99,3%), уран-235 (0,69%) и уран-234 (0,01%). Все изотопы являются альфа-излучателями с незначительной радиоактивностью (2800кг урана по активности эквивалентны 1 г радия-226). Период полураспада урана-235 = 7,13 х 10 лет. Искусственные изотопы уран-233 и уран-227 имеют период полураспада 1,3 и 1,9 мин. Уран – мягкий металл, по внешнему виду похожий на сталь. Содержание урана в некоторых природных материалах доходит до 60 %, но в большинстве урановых руд оно не превышает 0,05-0,5 %. В процессе добычи при получении 1 тонны радиоактивного материала образуется до 10-15 тыс. тонн отходов, а при переработке от 10 до 100 тыс. тонн. Из отходов (содержащих незначительное количество урана, радия, тория и других радиоактивных продуктов распада) выделяется радиоактивный газ – радон-222, который при вдохе вызывает облучение тканей лёгких. При обогащении руды радиоактивные отходы могут попасть в близлежащие реки и озёра. При обогащении уранового концентрата возможна некоторая утечка газообразного гексафторида урана из конденсационно-испарительной установки в атмосферу. Получаемые при производстве тепловыделяющих элементов некоторые урановые сплавы, стружки, опилки могут воспламеняться во время транспортировки или хранения, в результате в окружающую среду могут быть выброшены значительные количества отходов сгоревшего урана.

3. Ядерный терроризм. Участились случаи кражи ядерных материалов, пригодных для изготовления ядерных боеприпасов даже кустарным способом, а также угрозы вывода из строя ядерных предприятий, кораблей с ядерными установками и АЭС с целью получения выкупа. Опасность ядерного терроризма существует и на бытовом уровне.

4. Испытания ядерного оружия. За последнее время достигнута миниатюризация ядерных зарядов для испытаний.

Устройство ионизирующих источников излучения

По устройству ИИИ бывают двух типов – закрытые и открытые.

Закрытые источники помещены в герметизированные контейнеры и представляют опасность лишь в случае отсутствия должного контроля за их эксплуатацией и хранением. Свою лепту вносят и воинские части, передающие списанные приборы в подшефные учебные заведения. Утери списанного, уничтожение за ненадобностью, кражи с последующей миграцией. Например, в Братске на заводе стройконструкций, ИИИ, заключенный в свинцовую оболочку, хранился в сейфе вместе с драгоценными металлами. И когда грабители взломали сейф, то они решили, что эта массивная болванка из свинца – тоже драгоценная. Украли её, а затем честно поделили, распилив пополам свинцовую «рубашку» и заточенную в ней ампулу с радиоактивным изотопом.

В повседневной жизни человека ионизирующие излучения встречаются постоянно. Мы их не ощущаем, но не можем отрицать их воздействия на живую и неживую природу. Не так давно люди научились использовать их как во благо, так и в качестве оружия массового истребления. При правильном использовании эти излучения способны изменить жизнь человечества в лучшую сторону.

Виды ионизирующих излучений

Чтобы разобраться с особенностями влияния на живые и неживые организмы, нужно выяснить, какими они бывают. Также важно знать их природу.

Ионизирующее излучение - это особенные волны, которые способны проникать через вещества и ткани, вызывая ионизацию атомов. Существует несколько его видов: альфа-излучение, бета-излучение, гамма-излучение. Все они имеют разный заряд и способности действовать на живые организмы.

Альфа-излучение самое заряженное из всех видов. Оно обладает огромной энергией, способной даже в малых дозах вызывать лучевую болезнь. Но при непосредственном облучении проникает только в верхние слои кожи человека. От альфа-лучей защищает даже тонкий лист бумаги. В то же время, попадая в организм с едой или со вдохом, источники этого излучения довольно быстро становятся причиной смерти.

Бета-лучи несут немного меньший заряд. Они способны проникать глубоко в организм. При длительном облучении становятся причиной смерти человека. Меньшие дозы вызывают изменение в клеточной структуре. Защитой может послужить тонкий лист алюминия. Излучение изнутри организма также смертельно.

Самым опасным считается гамма-излучение. Оно проникает насквозь организма. В больших дозах вызывает радиационный ожог, лучевую болезнь, смерть. Защитой от него может быть только свинец и толстый слой бетона.

Особенной разновидностью гамма-излучения считаются рентгеновские лучи, которые генерируются в рентгеновской трубке.

История исследований

Впервые об ионизирующих излучениях мир узнал 28 декабря 1895 года. Именно в этот день Вильгельм К. Рентген объявил, что открыл особый вид лучей, способных проходить через разные материалы и человеческий организм. С этого момента многие врачи и ученые начали активно работать с этим явлением.

Длительное время никто не знал о его влиянии на человеческий организм. Поэтому в истории известно немало случаев гибели от чрезмерного облучения.

Супруги Кюри подробно изучили источники и свойства, которые имеет ионизирующее излучение. Это дало возможность использовать его с максимальной пользой, избегая негативных последствий.

Естественные и искусственные источники излучений

Природа создала разнообразные источники ионизирующего излучения. В первую очередь это радиация солнечных лучей и космоса. Большая ее часть поглощается озоновым шаром, который находится высоко над нашей планетой. Но некоторая их часть достигает поверхности Земли.

На самой Земле, а точнее в ее глубинах, есть некоторые вещества, продуцирующие радиацию. Среди них - изотопы урана, стронция, радона, цезия и другие.

Искусственные источники ионизирующих излучений созданы человеком для разнообразных исследований и производства. При этом сила излучений может в разы превышать естественные показатели.

Даже в условиях защиты и соблюдения мер безопасности люди получают опасные для здоровья дозы облучения.

Единицы измерения и дозы

Ионизирующее излучение принято соотносить с его взаимодействием с человеческим организмом. Поэтому все единицы измерения так или иначе связаны со способностью человека поглощать и накапливать энергию ионизации.

В системе СИ дозы ионизирующего излучения измеряются единицей, именуемой грей (Гр). Она показывает количество энергии на единицу облучаемого вещества. Один Гр равен одному Дж/кг. Но для удобства чаще используется внесистемная единица рад. Она равна 100 Гр.

Радиационный фон на местности измеряется экспозиционными дозами. Одна доза равна Кл/кг. Эта единица используется в системе СИ. Внесистемная единица, соответствующая ей, называется рентген (Р). Чтобы получить поглощенную дозу 1 рад, нужно поддаться облучению экспозиционной дозой около 1 Р.

Поскольку разные виды ионизирующих излучений имеют разный заряд энергии, его измерение принято сравнивать с биологическим влиянием. В системе СИ единицей такого эквивалента выступает зиверт (Зв). Внесистемный его аналог - бэр.

Чем сильнее и дольше излучение, тем больше энергии поглощается организмом, тем опаснее его влияние. Чтобы узнать допустимое время пребывания человека в радиационном загрязнении, используются специальные приборы - дозиметры, осуществляющие измерение ионизирующего излучения. Это бывают как приборы индивидуального пользования, так и большие промышленные установки.

Влияние на организм

Вопреки бытующему мнению, не всегда опасно и смертельно любое ионизирующее излучение. Это можно увидеть на примере с ультрафиолетовыми лучами. В малых дозах они стимулируют генерацию витамина D в человеческом организме, регенерацию клеток и увеличение пигмента меланина, дающего красивый загар. Но длительное облучение вызывает сильные ожоги и может стать причиной развития рака кожи.

В последние годы активно изучается воздействие ионизирующего излучения на человеческий организм и его практическое применение.

В небольших дозах излучения не причиняют никакого вреда организму. До 200 милирентген могут снизить количество белых кровяных клеток. Симптомом такого облучения будут тошнота и головокружение. Около 10% людей гибнут, получив такую дозу.

Большие дозы вызывают расстройство пищеварительной системы, выпадение волос, ожоги кожи, изменения клеточной структуры организма, развитие раковых клеток и смерть.

Лучевая болезнь

Длительное действие ионизирующего излучения на организм и получение им большой дозы облучения могут стать причиной лучевой болезни. Больше половины случаев этого заболевания ведут к летальному исходу. Остальные становятся причиной целого ряда генетических и соматических заболеваний.

На генетическом уровне происходят мутации в половых клетках. Их изменения становятся очевидными в следующих поколениях.

Соматические болезни выражаются канцерогенезом, необратимыми изменениями в разных органах. Лечение этих заболеваний длительное и довольно трудное.

Лечение лучевых поражений

В результате патогенного воздействия радиации на организм возникают различные поражения органов человека. В зависимости от дозы облучения проводят разные методы терапии.

В первую очередь больного помещают в стерильную палату, чтобы избежать возможности инфицирования открытых пораженных участков кожи. Далее проводят специальные процедуры, способствующие скорому выведению из организма радионуклидов.

При сильных поражениях может понадобиться пересадка костного мозга. От радиации он теряет способность воспроизводить красные кровяные клетки.

Но в большинстве случаев лечение легких поражений сводится к обезболиванию пораженных участков, стимулированию регенерации клеток. Большое внимание уделяется реабилитации.

Влияние ионизирующего излучения на старение и рак

В связи с влиянием ионизирующих лучей на организм человека ученые проводили разные эксперименты, доказывающие зависимость процессов старения и канцерогенеза от дозы облучения.

В лабораторных условиях подвергались облучениям группы клеточных культур. Вследствие этого удалось доказать, что даже незначительное облучение способствует ускорению старения клеток. При этом чем старше культура, тем больше она подвержена этому процессу.

Длительное же облучение приводит к гибели клеток или аномальному и быстрому их делению и росту. Этот факт свидетельствует о том, что ионизирующее излучение на организм человека оказывает канцерогенное действие.

В то же время воздействие волн на пораженные раковые клетки приводило к их полной гибели или остановке процессов их деления. Это открытие помогло разработать методику лечения раковых опухолей человека.

Практическое применение радиации

Впервые излучения начали использовать в медицинской практике. С помощью рентгеновских лучей врачам удалось заглянуть внутрь человеческого организма. При этом вреда ему практически не наносилось.

Далее с помощью облучения начали лечить раковые заболевания. В большинстве случаев этот метод оказывает положительное влияние, невзирая на то что весь организм подвергается сильному воздействию излучения, влекущему за собой ряд симптомов лучевой болезни.

Кроме медицины, ионизирующие лучи используются и в других отраслях. Геодезисты с помощью радиации могут изучить особенности строения земной коры на ее отдельных участках.

Способность некоторых ископаемых выделять большое количество энергии человечество научилось использовать в собственных целях.

Атомная энергетика

Именно за атомной энергией будущее всего населения Земли. Атомные электростанции выступают источниками сравнительно недорогого электричества. При условии их правильной эксплуатации такие электростанции намного безопаснее, чем ТЭС и ГЭС. От атомных электростанций намного меньше загрязнения окружающей среды как лишним теплом, так и отходами производства.

В то же время на основании атомной энергии ученые разработали оружие массового поражения. На данный момент на планете атомных бомб столько, что запуск незначительного их количества может стать причиной ядерной зимы, вследствие которой погибнут практически все живые организмы, населяющие ее.

Средства и способы защиты

Использование в повседневной жизни радиации требует серьезных мер предосторожности. Защита от ионизирующих излучений делится на четыре типа: временем, расстоянием, количеством и экранированием источников.

Даже в среде с сильным радиационным фоном человек может находиться некоторое время без вреда для своего здоровья. Именно этот момент определяет защиту временем.

Чем больше расстояние до источника излучения, тем меньше доза поглощаемой энергии. Поэтому стоит избегать близкого контакта с местами, где есть ионизирующее излучение. Это гарантированно убережет от нежелательных последствий.

Если есть возможность использовать источники с минимальным излучением, им в первую очередь отдается предпочтение. Это и есть защита количеством.

Экранирование же означает создание барьеров, через которые не проникают вредоносные лучи. Примером тому служат свинцовые ширмы в рентгеновских кабинетах.

Бытовая защита

В случае объявления радиационной катастрофы следует немедленно закрыть все окна и двери, постараться запастись водой из закрытых источников. Еда должна быть только консервированной. При перемещении на открытой местности максимально закрыть тело одеждой, а лицо - респиратором или влажной марлей. Стараться не заносить в дом верхнюю одежду и обувь.

Необходимо также приготовиться к возможной эвакуации: собрать документы, запас одежды, воды и еды на 2-3 суток.

Ионизирующие излучения как экологический фактор

На планете Земля довольно много загрязненных радиацией участков. Причиной тому служат как естественные процессы, так и техногенные катастрофы. Самые известные из них - авария на ЧАЭС и атомные бомбы над городами Хиросима и Нагасаки.

В таких местах человек не может находиться без вреда для собственного здоровья. В то же время не всегда есть возможность узнать заранее о радиационном загрязнении. Порой даже некритический радиационный фон может стать причиной катастрофы.

Причиной тому служит способность живых организмов поглощать и накапливать радиацию. При этом они сами превращаются в источники ионизирующего излучения. Всем известные «черные» анекдоты о чернобыльских грибах основаны именно на этом свойстве.

В таких случаях защита от ионизирующих излучений сводится к тому, что все потребительские продукты поддаются тщательному радиологическому изучению. В то же время на стихийных рынках всегда есть шанс купить именно знаменитые «чернобыльские грибы». Поэтому стоит воздержаться от покупок у непроверенных продавцов.

Человеческий организм склонен накапливать опасные вещества, вследствие чего происходит постепенное отравление изнутри. Неизвестно, когда именно дадут о себе знать последствия влияния этих ядов: через день, год или через поколение.

2.1. Ионизирующее излучение

Ионизирующее излучение - это любое излучение, взаимодействие которого со средой приводит к образованию электрических зарядов разных знаков.

Действие ионизирующих излучений на людей и животных заключается в разрушении живых клеток организма, которое может привести к различной степени заболеваниям, а в некоторых случаях и к смерти. Чтобы оценить влияние ионизирующих излучений на человека (животное), надо учитывать две основных характеристики: ионизирующую и проникающую способности. Давайте рассмотрим эти две способности для альфа-, бета-, гамма- и нейтронного излучений.

Рисунок 13 - Виды ионизирующего излучения

Альфа-излучение представляет собой поток ядер гелия с двумя положительными зарядами. Ионизирующая способность альфа-излучений в воздухе характеризуется образованием в среднем 30 тыс. пар ионов на 1 см. пробега. Это очень много. В этом главная опасность данного излучения. Проникающая способность, наоборот, очень не велика. В воздухе альфа-частицы пробегают всего 10 см. Их задерживает обычный лист бумаги. Бета-излучение представляет собой поток электронов или позитронов со скоростью, близкой к скорости света. Ионизирующая способность невелика и составляет в воздухе 40 - 150 пар ионов на 1 см. пробега. Проникающая способность намного выше, чем у альфа-излучения, и достигает в воздухе 20 см.

Гамма-излучение представляет собой электромагнитное излучение, которое распространяется со скоростью света. Ионизирующая способность в воздухе - всего несколько пар ионов на 1 см. пути. А вот проникающая способность очень велика - в 50 - 100 раз больше, чем у бета-излучения и составляет в воздухе сотни метров.

Нейтронное излучение - это поток нейтральных частиц, летящих со скоростью 20 - 40 тыс. км/с. Ионизирующая способность составляет несколько тысяч пар ионов на 1 см. пути. Проникающая способность чрезвычайно велика и достигает в воздухе нескольких километров. Рассматривая ионизирующую и проникающую способность, можно сделать вывод. Альфа-излучение обладает высокой ионизирующей и слабой проникающей способностью. Обыкновенная одежда полностью защищает человека. Самым опасным является попадание альфа-частиц во внутрь организма с воздухом, водой и пищей. Бета-излучение имеет меньшую ионизационную способность, чем альфа-излучение, но большую проникающую способность. Одежда уже не может полностью защитить, нужно использовать любое укрытие. Это будет намного надежней. Гамма- и нейтронное излучение обладают очень высокой проникающей способностью, защиту от них могут обеспечить только убежища, противорадиационные укрытия, надежные подвалы и погреба.

2.1.1.Единицы измерений

По мере открытий учеными радиоактивности и ионизирующих излучений стали появляться и единицы их измерений. Например: рентген, кюри. Но они не были связаны какой-либо системой, а потому и называются внесистемными единицами. Во всем мире сейчас действует единая система измерений - СИ (система интернациональная). У нас она подлежит обязательному применению с 1 января 1982 г. К 1 января 1990 г. этот переход надо было завершить. Но в связи с экономическими и другими трудностями процесс затягивается. Однако вся новая аппаратура, в том числе и дозиметрическая, как правило, градуируется в новых единицах.

2.1.2Единицы радиоактивности

В качестве единицы активности принято одно ядерное превращение в секунду. В целях сокращения используется более простой термин - один распад в секунду (расп./с) В системе СИ эта единица получила название беккерель (Бк). В практике радиационного контроля, в том числе и в Чернобыле, до последнего времени широко использовалась внесистемная единица активности - кюри (Ки). Один кюри - это 3,7 * 1010 ядерных превращений в секунду.

Концентрация радиоактивного вещества обычно хорактеризуются концентрацией его активности. Она выражается в единицах активности на единицу массы: Ки/т, мКи/г, кБк/кг и т.п.(удельная активность). На единицу объема: Ки/мЗ, мКи/л, Бк/ смЗ. и т.п. (объемная концентрация) или на единицу площади: Ки/кмЗ, мКи/с м2., ПБк/ м2. и т.п.

2.1.3.Единицы ионизирующих излучений

Для измерения величин, характеризующих ионизирующее излучение, исторически первой появилась единица «рентген». Эта мера экспозиционной дозы рентгеновского или гамма-излучений. Позже для измерения поглощенной дозы излучений добавили «рад».

Доза излучения (поглощенная доза) - энергия радиоактивного излучения, поглощенная в единице облучаемого вещества или человеком. С увеличением времени облучения доза растет. При одинаковых условиях облучения она зависит от состава вещества. Поглощенная доза нарушает физиологические процессы в организме и приводит в ряде случаев к лучевой болезни различной степени тяжести. В качестве единицы поглощенной дозы излучения в системе СИ предусмотрена специальная единица - грей (Гр). 1 грей - это такая единица поглощенной дозы, при которой 1 кг. Облучаемого вещества поглощает энергию в 1 джоуль (Дж). Следовательно 1 Гр = 1 Дж/кг. Поглощенная доза излучения является физической величиной, определяющей степень радиационного воздействия.

Мощность дозы (мощность поглощенной дозы) - приращение дозы в единицу времени. Она характеризуется скоростью накопления дозы и может увеличиваться или уменьшаться во времени. Ее единица в системе Си - грей в секунду. Эта такая мощность поглощенной дозы излучения, при которой за 1 с. в веществе создается доза излучения в 1 Гр. На практике для оценки поглощенной дозы излучения до сих пор широко используют внесистемную единицу мощности поглощенной дозы - рад в час (рад/ч) или рад в секунду (рад/с).

Эквивалентная доза. Это понятие введено для количественного учета неблагоприятного биологического воздействия различных видов излучений. Определяется она по формуле Дэкв=С>*Д, где Д - поглощенная доза данного вида излучения, Q - коэффициент качества излучения, который для различных видов ионизирующих излучений с неизвестным спектральным составом принят для рентгеновского и гамма-излучения-1, для бета-излучения-1, для нейтронов с энергией от 0,1 до 10 МэВ-10, для альфа-излучений с энергией менее 10 МэВ-20. Из приведенных цифр видно, что при одной и той же поглощенной дозе нейтронное и альфа-излучение вызывают, соответственно, в 10 и 20 раз больший поражающий эффект. В системе СИ эквивалентная доза измеряется в зивертах (Зв). Зиверт равен одному грею, деленному на коэффициент качества. При Q = 1 получаем

1 Зв = 1 Гр = 1 Дж/к = 100 рад = 100 бэр.

Бэр (биологический эквивалент рентгена) - это внесистемная единица эквивалентной дозы, такая поглощенная доза любого излучения, которая вызывает тот же биологический эффект, что и 1 рентген гамма-излучения..

Поскольку коэффициент качества бета и гамма-излучений равен 1, то на местности, загрязненной радиоактивными веществами при внешнем облучении 1 Зв = 1 Гр; 1 бэр = 1 рад; 1 рад «1 Р.

Из этого можно сделать вывод, что эквивалентная, поглощенная и экспозиционные дозы для людей, находящихся в средствах защиты на зараженной местности, практически равны.

Мощность эквивалентной дозы - отношение приращения эквивалентной дозы за какой-то интервал времени. Выражается в зивертах в секунду. Поскольку время пребывания человека в поле излучения при допустимых уровнях измеряется, как правило, часами, предпочтительно выражаясь мощность эквивалентной дозы в микрозивертах в час. Согласно заключению Международной комиссии по радиационной защите, вредные эфекты у человека могут наступать при эквивалентных дозах не менее 1,5 Зв/год (150 бэр/год), а в случаях кратковременного облучения - при дозах выше 0,5 Зв (50 бэр). Когда облучение превышает некоторый порог, возникает лучевая болезнь.

Мощность эквивалентной дозы, создаваемая естественным излучением (земного и космического происхождения), колеблется в пределах 1,5-2 мЗв/год и плюс искусственные источники (медицина, радиоактивные осадки) от 0,3 до 0,5 мЗв/год. Вот и выходит, что человек в год получает от 2 до 3 мЗв. Эти цифры примерные и зависят от конкретных условий. По другим источникам, они выше и доходят до 5 мЗв/год.

Экспозиционная доза - мера ионизационного действия фотонного излучения, определяемая по ионизации воздуха в условиях электронного равновесия.

В СИ единицей экспозиционной дозы является один кулон на килограмм (Кл/кг). Внесистемной единицей является рентген (Р), 1Р -2,58* 10-4 Кл/кг. В свою очередь 1 Кл/кг « 3,876* 103 Р. Для удобства в работе при перерасчете числовых значений экспозиционной дозы из одной системы единиц в другую обычно пользуются таблицами, имеющимися в справочной литературе.

Мощность экспозиционной дозы - приращение экспозиционной дозы в единицу времени. Ее единица в системе СИ - ампер на килограмм (А/кг). Однако в переходный период можно пользоваться внесистемной единицей -рентген в секунду (Р/с).

1 Р/с = 2,58*10-4 А/кг

Надо помнить, что после 1 января 1990 г. не рекомендуется вообще пользоваться понятием экспозиционной дозы и ее мощности. Поэтому во время переходного периода эти величины следует указывать не в единицах СИ (Кл/кг, А/кг), а во внесистемных единицах - рентгенах и рентгенах в секунду.

1 Зв=1Гр * 100 рад * 100 бэр « 100Р.

Производственные единицы зиверта: Миллизиверт (мЗв): 1 мЗв= 10-ЗЗв;

Микрозиверт (мкЗв): 1 мкЗв - 10-6 Зв.

2.2.Источники ионизирующего излучения

В природе ионизирующее излучение обычно генерируется в результате спонтанного радиоактивного распада радионуклидов, ядерных реакций (синтез и индуцированное деление ядер, захват протонов, нейтронов, альфа-частиц и др.), а также при ускорении заряженных частиц в космосе (природа такого ускорения космических частиц до конца не ясна). Искусственными источниками ионизирующего излучения являются искусственные радионуклиды (генерируют альфа-, бета- и гамма-излучения), ядерные реакторы (генерируют главным образом нейтронное и гамма-излучение), радионуклидные нейтронные источники, ускорители элементарных частиц (генерируют потоки заряженных частиц, а также тормозное фотонное излучение), рентгеновские аппараты (генерируют тормозное рентгеновское излучение).

2.3.Действие ионизирующей радиации на живой организм

Для человека в космосе значительную опасность представляет радиация. Защита от нее требуется сразу же, как только останутся позади окружающие Землю атмосфера и магнитные поля. Радиационное излучение в космосе - это поток заряженных и незаряженных частиц и электромагнитного излучения. Такие же условия существуют на Луне, лишенной атмосферы и магнитного поля. В космическом полете наиболее опасна ионизирующая радиация, к которой относятся рентгеновские лучи и гамма-излучение Солнца, частицы, образующиеся во время солнечных (хромосферных) вспышек, солнечный ветер, солнечные, галактические и внегалактические космические лучи, электроны и протоны радиационных поясов, нейтроны и альфа-частицы. К неионизирующей радиации относится инфракрасное и ультрафиолетовое излучения Солнца, видимый свет и электромагнитное излучение радиочастотного диапазона. Эти виды излучения не представляют большой опасности для космонавта, так как сквозь обшивку космического корабля или оболочку скафандра они не проникают.

Рисунок 14 - При космическом излучении частицы с высокой энергией, проникающей в ткани тела и теряя свою энергию, ионизируют атомы вдоль

пути пробега и таким образом разрушают клетки ткани. На микрофотографии показан след частицы с атомным номером Z=24±2 [титан,ванадий, хром, марганец или железо]

Ионизирующая радиация оказывает вредное воздействие на протекающие в клетках человеческого организма жизненные процессы. При прохождении частиц высокой энергии, или фотонов, через вещество на их пути в результате взаимодействия с атомами вещества образуются пары заряженных частиц - ионы. Отсюда и название - ионизирующая радиация. Типичный путь (трек) прохождения через вещество тяжелой ионизирующей частицы (атомный номер Z = 24±2) первичного космического излучения представлен на помещенной выше микрофотографии. На биологическом объекте действие ионизирующей радиации сказывается в значительно большей степени, чем на неживом веществе. Живая ткань представляет собой организацию высокоспециализированных клеток, которые постоянно обновляются. Их обновление - процесс динамический. Неживые

Механизм радиационных поражений весьма разнообразен и до конца не ясен. Очевидно, часть радиационных поражений связана с механическим

повреждением (разрывом) важных в биологическом отношении молекулярных структур, таких, например, как хромосомы, а часть - со сложными химическими процессами. Первоначально незаряженные осколки молекул превращаются в высокоактивные радикалы, такие, как ОН, НОг и Н.

Они могут рекомбинироваться в Н 2 0 2 или вступать в реакцию с

органическими веществами клетки, нарушая клеточный метаболизм.

Таким образом, вероятно, можно сказать, что радиационное поражение клеток происходит как в результате непосредственного повреждения молекул биологически важных веществ (например, дезоксирибонуклеиновой кислоты), так и вследствие вторичных химических реакций внутри ядра и протоплазмы. Схема радиационного поражения клетки представлена на рисунке, приведенном на рисунке 4.

Радиация оказывает влияние и на воспроизводительные функции организма, нередко вызывая изменение в генетическом аппарате. О том, в каких формах это может проявляться, выдвинуто немало предположений. По-видимому, существует реальная опасность мутаций в результате изменений в хромосомном аппарате. В зависимости от поглощенной дозы излучения может наступить и бесплодие.

Ценные материалы дает изучение генетических поражений, вызванных радиацией, у животных; однако результаты этих исследований, проводимых главным образом в лабораторных условиях, нельзя переносить на человека, тем более что в условиях космического пространства возникают еще и синергетические эффекты. В лаборатории в Лос-Аламосе (штат Нью-Мексико) проводилось облучение каждого из 25 последовательных поколений мышей-самцов, доза облучения в 6000 раз превышала обычный для земных условий радиационный фон. В результате этого эксперимента было установлено сокращение числа особей в каждом помете, увеличение числа мертворожденных и случаев рождения особей с водянкой головного мозга; снизилась и выносливость потомства по отношению к стрессовым физическим нагрузкам. На советском искусственном спутнике Земли «Космос-ПО» был проведен длительный медико-биологический эксперимент на двух собаках (самцах, которые находились в условиях орбитального полета в течение 22 дней. После этого у собак обнаружили от 30 до 70% аномальных сперматозоидов, в то время как у контрольных животных количество таких сперматозоидов составило 10-15%. Однако, несмотря на это, собаки, побывавшие в космосе, дали здоровое потомство. Мы имеем мало данных относительно уровней ионизирующей радиации, которой может подвергнуться космический корабль. Все они основываются на результатах экспериментов, полученных во время непродолжительных орбитальных полетов вокруг Земли. Поэтому установить требования к защите от радиации при продолжительных и дальних космических полетах необычайно трудно. Тем не менее, на основании медико-биологических исследований и предполагаемых уровней радиации, существующих в космосе, были определены предельно допустимые дозы радиации для космонавтов, участвующих в выполнении программы «Аполлон». Эти предельно допустимые дозы составляют 980 бэр для ступней ног, лодыжек (голеностопных суставов) и кистей рук, 700 бэр для кожного покрова (всего тела), 200 бэр для кроветворных органов и 200 бэр для глаз. Результаты экспериментов на растениях и других биологических объектах, которые проводились на американском спутнике для биологических исследований космического пространства «Биос-2», запущенном 7 сентября 1967 года, показали, что в условиях невесомости влияние радиации усиливается (синергизм). Если эти данные подтвердятся, то опасность космической радиации для человека, вероятно, окажется большей, чем предполагалось первоначально. Вероятно, она будет более губительна для молодых быстро делящихся клеток или для активных половых клеток. После определения эффекта от совместного воздействия невесомости и радиации на дрозофил (плодовых мушек), мучных жучков, ос, оранжевую хлебную плесень и другие биологические объекты, имевшиеся в капсуле «Биос-2», ученые пришли к выводу, что в условиях космоса живой организм более чувствителен к радиации, чем на Земле.

Лучший способ ослабить ионизирующую радиацию - это поглотить ее энергию при прохождении через толщу какого-либо вещества. Поэтому проблема защиты космонавта от радиации сводится к изысканию наиболее эффективного экранирующего материала, при этом не следует забывать о требованиях минимального веса. Идеальная защита от радиации должна иметь эффективную плотность земной атмосферы, то есть 1000 г/см, и такое же магнитное поле, как вокруг земного шара в районе экватора. Для создания эквивалентной защиты от радиации в космосе потребовался бы слой воды толщиной около 10 м или свинцовый экран толщиной около 1 м. Насколько сложна проблема защиты от радиации, видно из графика. На нем показано, какие дозы (в относительных единицах) получат космонавты внутри космического корабля при облучении ионизирующими частицами нескольких видов (первичные протоны, вторичные протоны и нейтроны) в случае использования защитного алюминиевого экрана различной толщины.

Увеличение веса экранов не поможет решить проблему, так как при прохождении электронов высоких энергий через металлы генерируется рентгеновское излучение (явление, известное как «тормозное излучение»). Когда корабль проходит через магнитные пояса, в нем возникают мощные потоки вторичной радиации. Другого рода вторичная радиация (потоки мезонов, каскадных и испарительных нейтронов, а также протонов отдачи) возникает в результате ядерных взаимодействий в экранирующем материале. Все эти виды вторичной радиации представляют потенциальную опасность для космонавтов. Если эта опасность велика, для защиты от вторичной радиации в будущих космических кораблях придется делать внутренние экраны. Может быть, вокруг космического корабля будут создаваться искусственные магнитные поля, которые защитят корабль подобно тому, как Землю защищают окружающие ее магнитные пояса

Корпус корабля «Аполлон», сделанный в основном из алюминия, нержавеющейстали и фенольно-эпоксидных смол, создает экран плотностью

7,5 г/см2. Такого экрана достаточно для защиты трех космонавтов от обычной солнечной радиации. Самая мощная из зарегистрированных до сих пор солнечных вспышек создала бы для космонавтов внутри этого корабля дозу облучения всего лишь в 70 mrad. Лунный же модуль корабля «Аполлон» имеет экран плотностью всего лишь 1,5 г/см 2 , который для защиты космонавтов от таких солнечных вспышек недостаточен. В настоящее время ведутся большие работы по изысканию фармакологических средств защиты человека от облучения. Среди множества исследуемых препаратов можно назвать цистамин, цистеин, глутатион и аминоэтилизотиуроний. Однако применение этих препаратов в силу ряда причин не дает особенно эффективных результатов. Дело в том, что, во-первых, большинство экспериментов проводилось на животных и в наземных условиях, а во-вторых, такие препараты необходимо вводить в организм человека до начала облучения. Кроме того, существует проблема токсичности этих препаратов. К тому же с помощью фармакологических средств можно обеспечить человеку защиту от рентгеновских лучей и гамма-излучения, но не от сильного ионизирующего излучения альфа-частиц, протонов и быстрых нейтронов.

Следует отметить, что дозы облучения на Луне, вероятно, невелики, но, чтобы не подвергать космонавтов риску облучения во время экспедиций на Луну, необходимы тщательные расчеты по предсказанию солнечных вспышек.

2.3.1.Галактические космические лучи (ГКЛ)

Галактические космические лучи (ГКЛ) состоят из ядер различных химических элементов с кинетической энергией Е более нескольких десятков МэВ/нуклон, а также электронов и позитронов с £>10 МэВ. Эти частицы приходят в межпланетное пространство из межзвёздной среды. Источником этих частиц являются сверхновые звезды нашей Галактики. Возможно, однако, что в области £<100 МэВ/нуклон частицы образуются за счет ускорения в межпланетной среде частиц солнечного ветра и межзвездного газа. Дифференциальный энергетический спектр ГКЛ носит степенной характер.

2.3.2.Радиационные пояса и космические лучи

Радиационные пояса Земли - две области ближайшего околоземного космического пространства, которые в виде замкнутых магнитных ловушек окружают Землю.

Рисунок 18 - Схематическое изображение траектории заряженной частицы в магнитном поле Земли

Космические лучи, т.е. энергичные (от 1 до 12 ГэВ) электроны, протоны и ядра тяжелых элементов приходящие с почти световыми скоростями, главным образом из других частей Галактики,

Корпускулярные потоки менее энергичных заряженных частиц (105 -106 эВ), выброшенных Солнцем.

В магнитном поле электрические частицы движутся по спирали; траектория частицы как бы навивается на цилиндр, по оси которого проходит силовая линия. Радиус этого воображаемого цилиндра зависит от напряженности поля и энергии частицы. Чем больше энергия частицы, тем при данной напряженности поля радиус (он называется ларморовским) больше. Если ларморовский радиус много меньше, чем радиус Земли, частица не достигает ее поверхности. Она захватывается магнитным полем Земли. Если ларморовский радиус много больше, чем радиус Земли, частица движется так, как будто бы магнитного поля нет, частицы проникают сквозь магнитное поле Земли в экваториальных районах, если их энергия больше 109 эВ. Такие частицы вторгаются в атмосферу и вызывают при столкновении с ее атомами ядерные превращения, которые дают определенные количества вторичных

Рисунок 19 - Исследования первичных космических лучей

космических лучей. Эти вторичные космические лучи уже регистрируются на поверхности Земли.

Магнитное поле Земли удерживает огромное число энергичных частиц, как электронов, так и протонов. Их энергия и концентрация зависят от расстояния до Земли и геомагнитной широты. Частицы заполняют как бы огромные кольца или пояса, охватывающие Землю вокруг геомагнитного экватора.

Потоки электронов и протонов различных энергий в плоскости геомагнитного экватора. R - расстояние от центра Земли, выраженное в радиусах Земли.

Для исследования космических лучей в их первоначальной форме (первичных космических лучей) аппаратуру поднимают на ракетах и искусственных спутниках Земли. Примерно 99% энергичных частиц, «пробивающих» магнитный экран Земли, являются космическими лучами галактического происхождения и лишь около 1% образуется на Солнце.

Новейшие исследования с использованием межпланетных кораблей, орбитальных станций и научной аппаратуры позволили получить важные новые данные о радиационных поясах Земли.

Рисунок 20 - Новые данные о радиационных поясах Земли

Меридиональное сечение радиационного пояса Земли. Оболочки L = 1-3 - внутренняя часть пояса;

L = 3.5 - внешняя часть; L = 1.2-1.5 - стабильный пояс высокоэнергетичных электронов;

L ~ 2 - стабильный пояс ядер аномальной компоненты космических лучей; L ~ 2.6 - квазистабильный пояс.

Обнаружение стационарного пояса электронов высоких энергий.

С помощью аппаратуры, установленной на орбитальной станции «Салют-6», (высота 350 - 400 км, наклонение 52°) в начале 80-х годов были обнаружены стационарные потоки высокоэнергичных электронов.

До этого эксперимента в радиационном поясе Земли были зарегистрированы лишь электроны с энергией не более 5 МэВ (в соответствии с альбедным механизмом возникновения).

Последующие измерения проводились на искусственных спутниках Земли серии «Метеор-3» (высота круговых орбит 800 и 1200 км).

С помощью магнитных спектрометров, установленных на станциях «Салют-7» и «Мир» было доказано, что стабильный пояс состоит только из электронов (без позитронов) высоких энергий (до 200 МэВ).

Это означает, что в магнитосфере Земли реализуется весьма эффективный ускорительный механизм.

Сейсмомагнитосферные связи. Изучение изменений потоков высокоэнергичных захваченных частиц, проведенное на орбитальных станциях «Салют-6», «Мир» и ИСЗ «Метеор», привело к обнаружению нового явления природы, связанного с воздействием сейсмической активности Земли на внутреннюю границу радиационного пояса, -сейсмомагнитосферной связи.

Физическое объяснение этого явления сводится к следующему: из эпицентра предстоящего землетрясения испускается электромагнитное излучение, возникающее из-за механических перемещений подземных пород.

Частотный спектр излучения довольно широкий. Однако достигнуть радиационного пояса Земли, пройдя практически без потерь сквозь земную кору и атмосферу, может только излучение в диапазоне частот -0.1 - 10 Гц. Достигнув нижней границы радиационного пояса Земли, электромагнитное излучение взаимодействует с захваченными электронами и протонами.

Активно участвуют во взаимодействии частицы, привязанные к тем магнитным силовым линиям, которые проходят через эпицентр предстоящего землетрясения.

Если частота осцилляции частиц между зеркальными точками совпадет с частотой сейсмического электромагнитного излучения (СЭМИ), взаимодействие приобретает квазирезонансный характер, проявляющийся в изменении питч-углов захваченных частиц.

Если в зеркальной точке питч-угол частицы станет отличным от 90°, это неизбежно вызовет снижение зеркальной точки, сопровождаемое высыпанием частиц из радиационного пояса.

Из-за долготного дрейфа захваченных частиц, волна высыпания (то есть уход частиц вниз) огибает Землю и вдоль магнитной широты, на которой расположен эпицентр предстоящего землетрясения, образуется кольцо высыпания.

Кольцо может просуществовать 15 - 20 мин, пока все частицы не погибнут в атмосфере. Космический аппарат на орбите, проходящей под радиационным поясом, зарегистрирует всплеск высыпающихся частиц, когда будет пересекать широту эпицентра предстоящего землетрясения. Анализ энергетического и временного распределений частиц в зарегистрированных всплесках позволяет определить место и время прогнозируемого землетрясения. Обнаружение связи между сейсмическими процессами и поведением захваченных частиц в магнитосфере Земли легло в основу разрабатываемого в настоящее время нового метода оперативного прогноза землетрясений.

2.4.Применение ионизирующих излучений

Ионизирующие излучения применяются в различных отраслях тяжёлой (интроскопия) и пищевой (стерилизация медицинских инструментов, расходных материалов и продуктов питания) промышленности, а также в медицине (лучевая терапия, ПЭТ-томография).

Для лечения опухолей используют тяжёлые ядерные частицы такие как протоны, тяжёлые ионы, отрицательные л-мезоны и нейтроны разных

энергий. Создаваемые на ускорителях пучки тяжёлых заряженных частиц имеют малое боковое рассеяние, что дает возможность формировать дозные поля с чётким контуром по границам опухоли

2.4.1.Методы обнаружения и измерения

В результате взаимодействия радиоактивного излучения со внешней средой происходит ионизация и возбуждение ее нейтральных атомов и молекул. Эти процессы изменяют физико-химические свойства облучаемой среды. Взяв за основу эти явления, для регистрации и измерения ионизирующих излучений используют фотографический метод, ионизационный, химический и сцинтилляционный методы.

Фотографический метод. Данный метод основан на степени почернения фотоэмульсии. Под воздействием ионизирующих излучений молекулы бромистого серебра, содержащегося в фотоэмульсии, распадаются на серебро и бром. При этом образуются мельчайшие кристаллики серебра, которые и вызывают почернение фотопленки при её проявлении. Плотность почернения пропорциональна поглощенной энергии излучения. Сравнивая плотность почернения с эталоном, определяют дозу излучения (экспозиционную или поглощенную), полученную пленкой. На этом принципе основаны индивидуальные фотодозиметры.

Ионизационный метод. Сущность его заключается в том, что под воздействием ионизирующих излучений в среде (газовом объеме) происходит ионизация молекул, в результате чего электропроводность этой
среды увеличивается. Если в нее поместить два электрода, к которым приложено постоянное напряжение, то между электродами возникает направленное движение ионов, т.е. Проходит так называемый ионизационный ток, который легко может быть измерен. Такие устройства называют детекторами излучений. В качестве детекторов в дозиметрических приборах используются ионизационные камеры и газоразрядные

счетчики различных типов. Ионизационный метод положен в основу работы таких дозиметрических приборов, как ДП-5А (Б,В), ДП-22В и ИД-1.

Химический метод. Его сущность состоит в том, что молекулы некоторых веществ в результате воздействия ионизирующих излучений распадаются, образуя новые химические соединения. Количество вновь образованных химических веществ можно определить различными способами. Наиболее удобным для этого является способ, основанный на изменении плотности окраски реактива, с которым вновь образованное химическое соединение вступает в реакцию. На этом методе основан принцип работы химического дозиметра гамма- и нейтронного излучения ДП-70 МП.

Сцинтилляционный метод. Этот метод основывается на том, что некоторые вещества (сернистый цинк, йодистый натрий, вольфраматкальция) светятся при воздействии на них ионизирующих излучений. Возникновение свечения является следствием возбуждения атомов под воздействием излучений: при возвращении в основное состояние атомы испускают фотоны видимого света различной яркости (сцинтилляции). Фотоны видимого света улавливаются специальным прибором - так называемым фотоэлектронным умножителем, способным регистрировать каждую вспышку. В основу работы индивидуального измерителя дозы ИД-11 положен сцинтилляционный метод обнаружения ионизирующих излучений.

2.5.Дозиметрические приборы

Приборы, работающие на основе ионизационного метода, имеют принципиально одинаковое устройство и включают: воспринимающее устройство (ионизационную камеру или газоразрядный счетчик) 1, усилитель ионизационного тока (электрическая схема, включающая электрометрическую лампу 2, нагрузочное сопротивление 3 и другие элементы), регистрирующее устройство 4 (микроамперметр) и источник питания 5 (сухие элементы или аккумуляторы).

Ионизационная камера представляет собой заполненный воздухом замкнутый объем, внутри которого находятся два изолированных друг от друга электрода (типа конденсатора). К электродам камеры приложено напряжение от источника постоянного тока. При отсутствии ионизирующего излучения в цепи ионизационной камеры тока не будет, поскольку воздух является изолятором. При воздействии же излучений в ионизационной камере молекулы воздуха ионизируются. В электрическом поле положительно заряженные частицы перемещаются к катоду, а отрицательные - к аноду. В цепи камеры возникает ионизационный ток, который регистрируется микроамперметром. Числовое значение ионизационного тока пропорционально мощности излучения. Следовательно, по ионизационному току можно судить о мощности дозы излучений, воздействующих на камеру. Ионизационная камера работает в области насыщения.

Газоразрядный счетчик используется для измерения радиоактивных излучений малой интенсивности. Высокая чувствительность счетчика позволяет измерять интенсивность излучения в десятки тысяч раз меньше той, которую удается измерить ионизационной камерой.

Газоразрядный счетчик представляет собой полый герметичный металлический или стеклянный цилиндр, заполненный разряженной смесью инертных газов (аргон, неон) с некоторыми добавками, улучшающими работу счетчика (пары спирта). Внутри цилиндра, вдоль его оси, натянута тонкая металлическая нить (анод), изолированная от цилиндра. Катодом служит металлический корпус или тонкий слой металла, нанесенный на внутреннюю поверхность стеклянного корпуса счетчика. К металлической нити и токопроводящему слою (катоду) подают напряжение электрического тока.

В газоразрядных счетчиках используют принцип усиления газового разряда. В отсутствие радиоактивного излучения свободных ионов в объеме счетчика нет. Следовательно, в цепи счетчика электрического тока также нет. При воздействии радиоактивных излучений в рабочем объеме счетчика образуются заряженные частицы. Электроны, двигаясь в электрическом поле к аноду счетчика, площадь которого значительно меньше площади катода, приобретают кинетическую энергию, достаточную для дополнительной ионизации атомов газовой среды. Выбитые при этом электроны также производят ионизацию. Таким образом, одна частица радиоактивного излучения, попавшая в объем смеси газового счетчика, вызывает образование лавины свободных электронов. На нити счетчика собирается большое количество электронов. В результате этого положительный потенциал резко уменьшается и возникает электрический импульс. Регистрируя количество импульсов тока, возникающих в единицу времени, можно судить об интенсивности радиоактивных излучений.

Дозиметрические приборы предназначаются для:

Контроля облучения - получения данных о поглощенных или экспозиционных дозах излучения людьми и сельскохозяйственными животными;

Контроля радиоактивного заражения радиоактивными веществами людей, сельскохозяйственных животных, а также техники, транспорта, оборудования, средств индивидуальной защиты, одежды, продовольствия, воды, фуража и других объектов;

Радиационной разведки - определения уровня радиации на местности.

Кроме того, с помощью дозиметрических приборов может быть определена наведенная радиоактивность облученных нейтронными потоками различных технических средствах, предметах и грунте. Для радиационной разведки и дозиметрического контроля на объекте используют дозиметры и измерители мощности экспозиционной дозы, тактико-технические характеристики которых приведены в таблице 2.

Комплекты индивидуальных дозиметров ДП-22В и ДП-24, имеющих дозиметры карманные прямо показывающие ДКП-50А, предназначенные для контроля, экспозиционных доз гамма-облучения, получаемых людьми при работе на зараженной радиоактивными веществами местности или при работе с открытыми и закрытыми источниками ионизирующих излучений.

Комплект дозиметров ДП-22В состоит из зарядного устройства 1 типа ЗД-5 и 50 индивидуальных дозиметров карманных прямо показывающих 2 типа ДКП-50А. В отличие от ДП-22В комплект дозиметров ДП-24 имеет пять дозиметров ДКП-50А.

Зарядное устройство 1 предназначено для зарядки дозиметров ДКП-50А. В корпусе ЗД-5 размещены: преобразователь напряжения, выпрямитель высокого напряжения, потенциометр-регулятор напряжения, лампочка для подсвета зарядного гнезда, микровыключатель и элементы питания. На верхней панели устройства находятся: ручка потенциометра 3, зарядное гнездо 5 с колпачком 6 и крышка отсека питания 4. Питание осуществляется

от двух сухих элементов типа 1,6-ПМЦ-У-8, обеспечивающих непрерывную работу прибора не менее 30ч при токе потребления 200мА. Напряжение на выходе зарядного устройства плавно регулируется в пределах от 180 до 250В.

Дозиметр контрольный прямопоказывающий ДКП-50А предназначен для измерения экспозиционных доз гамма-излучения. Конструктивно он выполнен в форме авторучки. Дозиметр состоит из дюралевого корпуса 1, в котором расположены ионизационная камера и конденсатором, электроскоп, отсчетное устройство и зарядная часть.

Основная часть дозиметра - малогабаритная ионизационная камера 2, к которой подключен конденсатор 4 с электроскопом. Внешним электродом системы камера - конденсатор является дюралевый цилиндрический корпус 1, внутренним электродом - алюминиевый стержень 5. Электроскоп образует изогнутая часть внутреннего электрода (держатель) и приклеенная к нему

платинированная визирная нить (подвижный элемент)

3.В передней части корпуса расположено отсчетное устройство -микроскоп с 90-кратным увеличением, состоящий из окуляра 9, объектива 12 и шкалы 10. Шкала имеет 25 делений (о 0 до 50). Цена одного деления соответствует двум рентгенам. Шкалу и окуляр крепят фасонной гайкой.

В задней части корпуса находится зарядная часть, состоящая из диафрагмы 7 с подвижным контактным штырем 6. При нажатии штырь 6 замыкается с внутренним электродом ионизационной камеры. При снятии нагрузки контактный штырь диафрагмой возвращается в исходное положение. Зарядную часть дозиметра предохраняет от загрязнения защитная оправа 8. Дозиметр крепится к карману одежды с помощью держателя 11.

Принцип действия дозиметра подобен действию простейшего электроскопа. В процессе зарядки дозиметра визирная нить 3 электроскопа отклоняется от внутреннего электрода 5 под влиянием сил электростатического отталкивания. Отклонение нити зависит от приложенного напряжения, которое при зарядке регулируют и подбирают так, чтобы изображение визирной нити совместилось с нулем шкалы отсчетного устройства.

При воздействии гамма-излучения на заряженный дозиметр в рабочем объеме камеры возникает ионизационный ток. Ионизационный ток уменьшает первоначальный заряд конденсатора и камеры, а следовательно, и потенциал внутреннего электрода. Изменение потенциала, измеряемого электроскопом, пропорционально экспозиционной дозе гамма-излучения. Изменение потенциала внутреннего электрода приводит к уменьшению сил электростатического отталкивания между визирной нитью и держателем электроскопа. В результате визирная нить сближается с держателем, а изображение её перемещается по шкале отсчетного устройства. Держа дозиметр против света и наблюдая через окуляр за нитью, можно в любой момент произвести отсчет полученной экспозиционной дозы излучения.

Дозиметр ДКП-50А обеспечивает измерение индивидуальных экспозиционных доз гамма-излучения в диапазоне от 2 до 50 Р при мощности экспозиционной дозы излучения от 0,5 до 200 Р/ч. Саморазряд дозиметра в нормальных условиях не превышает двух делений за сутки.

Зарядка дозиметра ДКП-50А производится перед выходом на работу в район радиоактивного заражения (действия гамма-излучения) в следующем порядке:

* отвинтить защитную оправу дозиметра (пробку со стеклом) и защитный колпачок зарядного гнезда ЗД-5;

* ручку потенциометра зарядного устройства повернуть влево до отказа;

* дозиметр вставить в зарядное гнездо зарядного устройства, при этом включается подсветка зарядного гнезда и высокое напряжение;

* наблюдая в окуляр, слегка нажать на дозиметр и, поворачивая ручку потенциометра вправо, установить нить на «О» шкалы, после чего вынуть дозиметр из зарядного гнезда;

* проверить положение нити на свет: её изображение должно быть на отметке «О», завернуть защитную оправу дозиметра и колпачок зарядного гнезда.

Экспозиционную дозу излучения определяют по положению нити на шкале отсчетного устройства. Отсчет необходимо производить при вертикальном положении нити, чтобы исключить влияние на показание дозиметра прогиба нити от веса.

Комплект ИД-1 предназначается для измерения поглощенных доз гамма-нейтронного излучения. Он состоит из индивидуальных дозиметров ИД-1 и зарядного устройства ЗД-6. Принцип работы дозиметра ИД-1 аналогичен принципу работы дозиметров для измерения экспозиционных доз гамма-излучения (например, ДКП-50А).

Измерители мощности дозы ДП-5А и ДП-5В предназначены для измерения уровней радиации на местности и радиоактивной зараженности различных предметов по гамма-излучению. Мощность гамма-излучения определяется в миллирентгенах или рентгенах в час для той точки пространства, в которой помещен при измерениях соответствующий счетчик прибора. Кроме того, имеется возможность обнаружения бета-излучения.

Диапазон измерений по гамма-излучению от 0,05 мР/ч до 200 Р/ч в диапазоне энергий гамма-квантов от 0,084 до 1,25 Мэв. Приборы ДП-5А, ДП-5Б и ДП-5В имеют

Приборы имеют звуковую индикацию на всех поддиапазонах, кроме первого. Звуковая индикация прослушивается с помощью головных телефонов 8.

Питание приборов осуществляется от трех сухих элементов типа КБ-1 (дин из них для подсвета шкалы), которые обеспечивают непрерывность работы в нормальных условиях не менее 40ч - ДП-5А и 55ч - ДП-5В. Приборы могут подключаться к внешним источникам постоянного тока напряжением 3,6 и 12В - ДП-5А и 12 или 24В - ДП-5В, имея для этой цели колодку питания и делитель напряжения с кабелем длиной 10м соот­ветственно.

Устройство приборов ДП-5А (Б) и ДП-5В. В комплект прибора входят: футляр с ремнями; удлинительная штанга; колодка питания к ДП-5А (Б) и делитель напряжения к ДП-5В; комплект эксплуатационной документации и запасного имущества; телефон и укладочный ящик.

Прибор состоит из измерительного пульта; зонда в ДП-5А (Б) или блока детектирования в ДП-5В 1, соединенных с пультами гибкими кабелями 2; контрольного стронциево-иттриевого источника бета-излучения для проверки работоспособности приборов (с внутренней стороны крышки футляра у ДП-5А (Б) 9 и на блоке детектирования у ДП-5В).

Измерительный пульт состоит из панели и кожуха. На панели измерительного пульта размещены: микроамперметр с двумя измерительными шкалами 3; переключатель поддиапазонов 4; ручка «Режим» 6 (потенциометр регулировки режима); кнопка сброса показаний («Сброс») 7; тумблер подсвета шкалы 5; винт установки нуля 10; гнездо включения телефона 11. Панель крепится к кожуху двумя невыпадающими винтами. Элементы схемы прибора смонтированы на шасси, соединенном с панелью при помощи шарнира и винта. Внизу кожуха имеется отсек для размещения источников питания. При отсутствии элементов питания сюда может быть подключен делитель напряжения от источников постоянного тока.

Воспринимающими устройствами приборов являются газоразрядные счетчики, установленные: в приборе ДП-5А - один (СИЗБГ) в измерительном пульте и два (СИЗБГ и СТС-5) в зонде; в приборе ДП-5В - два (СБМ-20 и СИЗБГ) в блоке детектирования.

Зонд и блок детектирования 1 представляет собой стальной цилиндрический корпус с окном для индикации бета-излучения, заклеенным этилцеллюлозной водостойкой пленкой, через которую проникают бета-частицы. На корпус надет металлический поворотный экран, который фиксируется в двух положениях («Г» и «Б») на зонде и в трех положениях («Г», «Б» и «К») на блоке детектирования. В положении «Г» окно корпуса закрывается экраном и в счетчик могут проникать только гамма-лучи. При повороте экрана в положение «Б» окно корпуса открывается и бета-частицы

проникают к счетчику. В положении «К» контрольный источник бета-излучения, который укреплен в углублении на экране, устанавливается против окна и в этом положении проверяется работоспособность прибора ДП-5В.

На корпусах зонда и блока детектирования имеются по два выступа, с помощью которых они устанавливаются на обследуемые поверхности при индикации бета-зараженности. Внутри корпуса находится плата, на которой смонтированы газоразрядные счетчики, усилитель-нормализатор и электрическая схема.

Футляр прибора состоит: ДП-5А - из двух отсеков (для установки пульта и зонда); ДП-5В - из трех отсеков (для размещения пульта, блока детектирования и запасных элементов питания). В крышке футляра имеются окна для наблюдения за показаниями прибора. Для ношения прибора к футляру присоединяются два ремня.

Телефон 8 состоит из двух малогабаритных телефонов типа ТГ-7М и оголовья из мягкого материала. Он подключается к измерительному пульту и фиксирует наличие радиоактивных излучений: чем выше мощность излучений, тем чаще звуковые щелчки.

Из запасных частей в комплект прибора входят чехлы для зонда, колпачки, лампочки накаливания, отвертка, винты.

Подготовка прибора к работе проводиться в следующем порядке:

1) извлечь прибор из укладочного ящика, открыть крышку футляра, провести внешний осмотр, пристегнуть к футляру поясной и плечевой ремни;

2) вынуть зонд или блок детектирования; присоединить ручку к зонду, а к блоку детектирования - штангу (используемую как ручку);

3) установить корректором механический нуль на шкале микроамперметра;

4) подключить источники питания;

5) включить прибор, поставив ручки переключателей поддиапазонов в положение: «Реж.» ДП-5А и (контроль режима) ДП-5В (стрелка прибора должна установиться в режимном секторе); в ДП-5А с помощью ручки потенциометра стрелку прибора установить в режимном секторе на

Если стрелки микроамперметров не входят в режимные сектора, необходимо заменить источники питания.

Проверку работоспособности приборов проводят на всех поддиапазонах, кроме первого («200»), с помощью контрольных источников, для чего экраны зонда и блока детектирования устанавливают в положениях «Б» и «К» соответственно и подключают телефоны. В приборе ДП-5А открывают контрольный бета-источник, устанавливают зонд опорными выступами на крышку футляра так, чтобы источник находился против открытого окна зонда. Затем, переводя последовательно переключатель поддиапазонов в положения «* 1000», «* 100», «*10», «*1», «*0,1», наблюдают за показаниями прибора и прослушивают щелчки в телефонах. Стрелки микроамперметров должны зашкаливать на VI и V поддиапазонах, отклоняться на IV, а на III и II могут не отклоняться из-за недостаточной активности контрольных бета-источников.

После этого ручки переключателей поставить в положение «Выкл.» ДП-5А и «^» - ДП-5В; нажать кнопки «Сброс»; повернуть экраны в положение «Г». Приборы готовы к работе.

Радиационную разведку местности, с уровнями радиации от 0,5 до 5 Р/ч, производят на втором поддиапазоне (зонд и блок детектирования с экраном в положение «Г» остаются в кожухах приборов), а свыше 5 Р/ч - на первом поддиапазоне. При измерении прибор должен находиться на высоте 0,7-1 м от поверхности земли.

Степень радиактивного заражения кожных покровов людей, их одежды, сельскохозяйственных животных, техники, оборудования, транспорта и т.п. определяется в такой последовательности. Измеряют гамма-фон в месте, где будет определяться степень заражения объекта, но не менее 15-2 Ом от обследуемого объекта.

Для определения наличия наведенной активности техники, подвергшейся воздействию нейтронного излучения, производят два измерения - снаружи и внутри техники. Если результаты измерений близки между собой, это означает, что техника имеет наведенную активность.

Для обнаружения бета-излучений необходимо установить экран зонда в положение "Б", поднести к о обследуемой поверхности на расстояние 1,5-2см. ручку переключателя поддиапазонов последовательно поставить в положения «* 0,1», «*1», «*10» до получения отклонения стрелки микроамперметра в пределах шкалы. Увеличение показаний прибора на одном и том же поддиапазоне по сравнению с гамма-измерением показывает наличие бета-излучения.

Если надо выяснить, с какой стороны заражена поверхность брезентовых тентов, стен и перегородок сооружений и других прозрачных для гамма-излучений объектов, то производят два замера в положении зонда «Б» и «Г», поверхность заражена с той стороны, с которой показания прибора в положении зонда «Б» заметно выше.

При определении степени радиоактивного заражения воды отбирают две пробы общим объемом 1,5- Юл. Одну - из верхнего слоя водоисточника, другую - с придонного слоя. Измерения производят зондом в положении «Б», располагая его на расстоянии 0,5-1см от поверхности воды, и снимают показания по верхней шкале.

На шильдиках крышек футляров даны сведения о допустимых нормах радиоактивного заражения и указаны поддиапазоны, на которых они измеряются.

Бортовой измеритель мощности дозы ДП-ЗБ предназначен для определения уровней радиации на местности, зараженной радиоактивными веществами. Его можно устанавливать на автомобилях, самолетах, вертолетах, речных катерах, тепловозах, а также в убежищах и противорадиационных укрытиях. Питание прибора осуществляется от источников постоянного тока напряжением 12 или 26В.

В комплект прибора входит: измерительный пульт А, выносной блок Б, кабель питания с прямым разъемом 1, кабель с угловым разъемом 9 для

соединения пульта с выносным блоком Б, крепежные скобы, техническая документация и вспомогательные принадлежности. На панели измерительного пульта размещены: микроамперметр с двухрядной шкалой 3 (цена деления верхней шкалы 0,05 Р/ч, нижней - 5 ОР/ч), лампа световой индикации 6, лампа подсвета 4 шкалы микроамперметра и указателя поддиапазонов 5, предохранители 8, кнопка "Проверка" 2, переключатель поддиапазонов 7 на шесть положений: выключено "Выкл.", включено "Вкл.", «*10», «*100» и «500».

Подготовка прибора к работе ДП-ЗБ к работе: проверка комплекта, внешний осмотр прибора и принадлежностей, сборка прибора, подключение к цепи питания проверка работоспособности.

Работоспособность прибора проверяется в положении переключателя «Вкл.» Нажатием кнопки «Проверка». При этом стрелка микроамперметра должна находиться в пределах 0,4-0,8 Р/ч, а индикаторная лампа давать частые вспышки или гореть непрерывно.

Пред измерением уровней радиации переключатель поставить в положение «Вкл.» И выждать, пока стрелка микроамперметра не установится в пределах зачерненного участка шкалы. Затем переключатель поставить в положение первого поддиапазона («*1») и через 30с отсчитать показания по верхней шкале микроамперметра. Если стрелка зашкаливает, переключатель последовательно устанавливать в положение второго, третьего и четвертого поддиапазонов. Показания на первых трех поддиапазонах снимать по верхней шкале и умножать их соответственно на коэффициенты 1, 10, 100. На четвертом поддиапазоне показания снимать по нижней шкале без умножения на какой-либо коэффициент.

2.6.Биологическое действие ионизирующих излучений

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.

Из-за того, что разные типы ионизирующего излучения обладают разной ЛПЭ, одной и той же поглощённой дозе соответствует разная биологическая эффективность излучения. Поэтому для описания воздействия излучения на живые организмы вводят понятия относительной биологической эффективности (коэффициента качества) излучения по отношению к излучению с низкой ЛПЭ (коэффициент качества фотонного и электронного излучения принимают за единицу) и эквивалентной дозы ионизирующего излучения, численно равной произведению поглощённой дозы на коэффициент качества.

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.

В отличие от детерминированных, стохастические эффекты не имеют чёткого дозового порога проявления. С увеличением дозы облучения возрастает лишь частота проявления этих эффектов. Проявиться они могут как спустя много лет после облучения (злокачественные новообразования), так и в последующих поколениях (мутации).

Основным источником информации о стохастических эффектах воздействия ионизирующего излучения являются данные наблюдений за здоровьем людей, переживших атомные бомбардировки Хиросимы и Нагасаки. Японские специалисты в течение всех лет после атомной бомбардировки двух городов наблюдали тех 87 500 человек, которые пережили ее. Средняя доза их облучения составила 240 миллизиверт. При этом прирост онкологических заболеваний за последующие годы составил 9%. При дозах менее 100 миллизиверт отличий между ожидаемой и наблюдаемой в реальности заболеваемостью никто в мире не установил.

2.7.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 эквивалентной дозы для следующих категорий лиц:

персонал - лица, работающие с техногенными источниками излучения (группа А) или находящиеся по условиям работы в сфере их воздействия (группа Б);

все население, включая лиц из персонала, вне сферы и условий в их производственной деятельности.

Основные пределы доз и допустимые уровни облучения персонала группы Б равны четверти значений для персонала группы А.

Эффективная доза для персонала не должна превышать за период трудовой деятельности (50 лет) 1000 мЗв, а для обычного населения за всю жизнь - 70 мЗв. Планируемое повышенное облучение допускается только

для мужчин старше 30 лет при их добровольном письменном согласии после информирования о возможных дозах облучения и риске для здоровья.

Ионизирующее излучение это особый вид энергии, который высвобождается атомами в виде электромагнитных волн (гамма- или рентгеновского излучения) или частиц, таких как нейтроны, бета или альфа. Спонтанный распад атомов получил название радиоактивность, а избыток возникающей при этом свободной энергии является формой ионизирующего излучения. При этом нестабильные элементы, генерирующиеся при распаде и испускающие ионизирующее излучение, называют радионуклидами.

Ионизирующим называют излучение, взаимодействие которого со средой приводит к образованию заряженных частиц, таким образом вместо нейтральных молекул и атомов генерируются заряженные частицы.

В ФЗ «О радиационной безопасности населения» с изменениями от 19 июля 2011 дается следующее определение:

Ионизирующее излучение - создается при радиоактивном распаде, ядерных превращениях, торможении заряженных частиц в веществе и образует при взаимодействии со средой ионы разных знаков

Проходя сквозь вещество, альфа-частицы оставляют вдоль своего пути зону сильной ионизации, разрушений и локального перегрева среды

Ионизация атома – как это происходит:

При ионизации за счет удаления электрона с внутренней оболочки атома на ней образуется свободное место (вакансия), которая заполняется электроном из выше расположенной оболочки с меньшей энергией связи. Это создает, в свою очередь, новую вакансию, и процесс будет повторяться до тех пор, пока не произойдёт захвата электрона из вне.

Разность между энергиями связи на оболочках освобождается в виде рентгеновского излучения. Каждый атом имеет характерный только для него набор энергетических уровней, и, таким образом, спектр рентгеновского излучения, возникающего вследствие образования вакансии, является характеристикой атома, а рентгеновское излучение называют характеристическим рентгеновским излучением.

Поэтому энергетический спектр характеристического рентгеновского излучения имеет дискретный или линейчатый вид.

Все радионуклиды идентифицируются по виду создаваемого ими излучения, его энергии периоду полураспада. Активность, применяемая в роли показателя количества имеющегося радионуклида, выражается в единицах, получивших название беккерелей (Бк) : один беккерель - это один акт распада в секунду. Период полураспада - это время, нужное для того, чтобы активность радионуклида в результате распада снизилась наполовину от его начального значения. Период полураспада радиоактивного элемента определяется временем, в течение которого осуществляется распад половины его атомов. Время может лежать в интервале от долей секунды до миллионов лет (полураспад йода-131 - 8 дней, а период полураспада углерода-14 - 5730 лет.

Ионизацией называют процесс образования положительных и отрицательных ионов или свободных электронов из электрически нейтральных атомов и молекул.

При оценке эффекта от излучения, при взаимодействии с живыми организмами принято условное разделение излучений на неионизирующие и ионизирующие. Радиация будет считаться ионизирующей только в том случае, если она может разрывать химические связи молекул, из которых состоит любой биологический организм, и тем самым вызывать различные биологические изменения

К ионизирующей радиации принято относить ультрафиолетовые и рентгеновские лучи , а также γ - кванты. Причем, чем больше их частота, тем выше их энергия и тем сильнее эффект проникающей способности.

Еще большую степень ионизации молекул биологического объекта вызывает воздействие элементарных частиц: позитронов, электронов, протонов, нейтронов и т. д., поскольку они имеют очень высокий заряд кинетической энергией.

Свет, радиоволны, инфракрасное тепло идущее от Солнца, также есть не что иное как разновидность радиации. Однако они не способны вызвать повреждения биологического организма с помощью ионизации, хотя, безусловно, способны оказывать достаточно серьезные биологические эффекты, если интенсивность и длительность их воздействия существенно увеличить.

Как мы уже знаем, в 1895 году немец Конрад Рентген (1845-1923) открыл свои известные Х-лучи, которые чуть позже весь мир назвал рентгеновскими.

Также давно известно, что отдельные вещества после воздействия на них солнечным светом способны какое-то время светиться в темноте холодным светом, т. е. люминесцироватъ. Поэтому после открытия рентгеновских лучей физик Анри Беккерель (1852-1908) решил узнать, не связан ли эффект люминесценции с излучением рентгеновских лучей.

Для исследования французкий ученый выбрал флуоресценцирующие соли урана, Если флуоресценция сопровождается рентгеновским излучением, то образцы соли урана должны оставить какие-либо отпечатки на фотопластинке, помещенной в черную бумагу. Так думал Беккерель-младший. Эксперимент подтвердил правильность его задумки.

Однажды в ходе проводимых опытов, прежде чем выставить на облучение новую пластинку, он решил проявлять старую, ту которая пролежала несколько дней в ящике стола, завернутая в черную бумагу. На негативе он увидел темные пятна, в точности повторяющие форму и положение образцов урановой соли. А ведь эти образцы предварительно не освещались, как в предыдущих экспериментах. Один и тот же образец урана вызывал в течение суток аналогичное потемнение фотопластинок, как и ранее.

В этих опытах Беккерел удивило то, что способность урана действовать на фотопластинки совершенно не снизилась со временем. Так, 1 марта 1896 года было открыто новое явление. Урановая соль испускала неизвестные лучи похожие на рентгеновские, которые проходили через плотную бумагу, дерево, тонкие металлические полосы, живую ткань. Они ионизировали воздух, аналогично рентгеновским лучам. Но это были не Х-лучи. Рентгеновские лучи способны отражаться и преломляться, а лучи Беккереля этого свойства не имели. Поставив серию опытов, Анри Беккерель понял, что источником его лучей является химический элемент - уран.

Лучи, открытые французким ученым Анри Беккерелем, стали называть радиоактивными , а сам эффект их испускания - радиоактивностью .

Чуть позже физикам удалось выяснить, что радиоактивность это естественный самопроизвольный распад неустойчивых атомов. Например, уран при распаде создает целый ряд других радиоактивных элементов и в финале превращений становится стабильным изотоп свинца.

Люди каждый день своей жизни подвергаются воздействию естественного ионизирующего излучения из различных источников. Так например, газ Радон, естественным образом образуется из горных пород, почвы и в принципе является главным источником естественного излучения. Ежедневно человек вдыхает и поглощают радионуклиды из воздуха, воды и пищи.

Биологические организмы подвергаются кроме того воздействию естественного излучения из космических лучей, особенно это выражено на большой высоте (во время перелета на самолете). В среднем 80% ежегодной дозы, человек получает от фонового излучения. Причем воздействие в некоторых облостях может быть раз в 200 выше средней величины.

На человека воздействует также ионизирующие излучение из искусственных источников, например от производства ядерной энергии до различного медицинского использования радиационной диагностики. Сегодня самыми основными искусственными источниками ионизирующего излучения являются рентгеновские аппараты и другое медицинское оборудования, а также досмотровая техника в аэропортах, вокзалах и метро.

• 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.