Альфа излучения

После аварии на АЭС «Фукусима» мир захлестнула очередная волна панической радиофобии. На Дальнем Востоке из продажи исчез йод, а производители и продавцы дозиметров не только распродали все имевшиеся на складах приборы, но и собрали предзаказы на полгода-год вперед. Но так ли страшна радиация? Если вы каждый раз вздрагиваете при этом слове, статья написана для вас. 12 мая 2019 14:00

Что же такое радиация? Так называют различные виды ионизирующего излучения, то есть того, которое способно отрывать электроны от атомов вещества. Три основных вида ионизирующего излучения принято обозначать греческими буквами альфа, бета и гамма. Альфа-излучение — это поток ядер гелия-4 (практически весь гелий из воздушных шариков когда-то был альфа-излучением), бета — поток быстрых электронов (реже позитронов), а гамма — поток фотонов высокой энергии. Еще один вид радиации — поток нейтронов. Ионизирующее излучение (за исключением рентгеновского) — результат ядерных реакций, поэтому ни мобильные телефоны, ни микроволновые печи не являются его источниками.

Заряженное оружие

Из всех видов искусства для нас важнейшим, как известно, является кино, а из видов радиации — гамма-излучение. Оно обладает очень высокой проникающей способностью, и теоретически никакая преграда не способна защитить от него полностью. Мы постоянно подвергаемся гамма-облучению, оно приходит к нам сквозь толщу атмосферы из космоса, пробивается сквозь слой грунта и стены домов. Обратная сторона такой всепроникаемости — относительно слабое разрушающее действие: из большого количества фотонов лишь малая часть передаст свою энергию организму. Мягкое (низкоэнергетическое) гамма-излучение (и рентгеновское) в основном взаимодействует с веществом, выбивая из него электроны за счет фотоэффекта, жесткое — рассеивается на электронах, при этом фотон не поглощается и сохраняет заметную часть своей энергии, так что вероятность разрушения молекул в таком процессе значительно меньше.

Бета-излучение по своему воздействию близко к гамма-излучению — оно тоже выбивает электроны из атомов. Но при внешнем облучении оно полностью поглощается кожей и ближайшими к коже тканями, не доходя до внутренних органов. Тем не менее это приводит к тому, что поток быстрых электронов передает облученным тканям значительную энергию, что может привести к лучевым ожогам или спровоцировать, например, катаракту.

Альфа-излучение несет значительную энергию и большой импульс, что позволяет ему выбивать электроны из атомов и даже сами атомы из молекул. Поэтому причиненные им «разрушения» значительно больше — считается, что, передав телу 1 Дж энергии, альфа-излучение нанесет такой же ущерб, как 20 Дж в случае гамма- или бета-излучения. К счастью, проникающая способность альфа-частиц чрезвычайно мала: они поглощаются самым верхним слоем кожи. Но при попадании внутрь организма альфа-активные изотопы крайне опасны: вспомните печально известный чай с альфа-активным полонием-210, которым был отравлен Александр Литвиненко.

Нейтральная опасность

Но первое место в рейтинге опасности, несомненно, занимают быстрые нейтроны. Нейтрон не имеет электрического заряда и поэтому взаимодействует не с электронами, а с ядрами — только при «прямом попадании». Поток быстрых нейтронов может пройти через слой вещества в среднем от 2 до 10 см без взаимодействия с ним. Причем в случае тяжелых элементов, столкнувшись с ядром, нейтрон лишь отклоняется в сторону, почти не теряя энергии. А при столкновении с ядром водорода (протоном) нейтрон передает ему примерно половину своей энергии, выбивая протон с его места. Именно этот быстрый протон (или, в меньшей степени, ядро другого легкого элемента) и вызывает ионизацию в веществе, действуя подобно альфа-излучению. В результате нейтронное излучение, подобно гамма-квантам, легко проникает внутрь организма, но там почти полностью поглощается, создавая быстрые протоны, вызывающие большие разрушения. Кроме того, нейтроны — это то самое излучение, которое вызывает наведенную радиоактивность в облучаемых веществах, то есть превращает стабильные изотопы в радиоактивные. Это крайне неприятный эффект: скажем, с транспортных средств после пребывания в очаге радиационной аварии альфа-, бета- и гамма-активную пыль можно смыть, а вот от нейтронной активации избавиться невозможно — излучает уже сам корпус (на этом, кстати, и был основан поражающий эффект нейтронной бомбы, активировавшей броню танков).

Доза и мощность

При измерении и оценке радиации используется такое количество различных понятий и единиц, что обычному человеку немудрено и запутаться.
Экспозиционная доза пропорциональна количеству ионов, которые создает гамма- и рентгеновское излучения в единице массы воздуха. Ее принято измерять в рентгенах (Р).
Поглощенная доза показывает количество энергии излучения, поглощенное единицей массы вещества. Ранее ее измеряли в радах (рад), а сейчас — в греях (Гр).
Эквивалентная доза дополнительно учитывает разницу в разрушительной способности разных типов радиации. Ранее её измеряли в «биологических эквивалентах рада» — бэрах (бэр), а сейчас — в зивертах (Зв).
Эффективная доза учитывает ещё и различную чувствительность разных органов к радиации: например, облучать руку куда менее опасно, чем спину или грудь. Ранее измерялась в тех же бэрах, сейчас — в зивертах.
Перевод одних единиц измерения в другие не всегда корректен, но в среднем принято считать, что экспозиционная доза гамма-излучения в 1 Р принесёт организму такой же вред, как эквивалентная доза 1/114 Зв. Перевод рад в греи и бэров в зиверты очень прост: 1 Гр = 100 рад, 1 Зв = 100 бэр. Для перевода поглощённой дозы в эквивалентную используют т.н. «коэффициент качества излучения», равный 1 для гамма- и бета-излучения, 20 для альфа-излучения и 10 для быстрых нейтронов. Например, 1 Гр быстрых нейтронов = 10 Зв = 1000 бэр.
Природная мощность эквивалентной дозы (МЭД) внешнего облучения обычно составляет 0,06 — 0,10 мкЗв/ч, но в некоторых местах может быть и менее 0,02 мкЗв/ч или более 0,30 мкЗв/ч. Уровень более 1,2 мкЗв/ч в России официально считается опасным, хотя в салоне самолёта во время перелёта МЭД может многократно превышать это значение. А экипаж МКС подвергается облучению с мощностью примерно 40 мкЗв/ч.

В природе нейтронное излучение весьма незначительно. По сути, риск подвергнуться ему существует лишь при ядерной бомбардировке или серьезной аварии на АЭС с расплавлением и выбросом в окружающую среду большей части активной зоны реактора (да и то лишь в первые секунды).

Газоразрядные счетчики

Радиацию можно обнаружить и измерить с помощью различных датчиков. Самые простые из них — ионизационные камеры, пропорциональные счетчики и газоразрядные счетчики Гейгера-Мюллера. Они представляют собой тонкостенную металлическую трубку с газом (или воздухом), вдоль оси которой натянута проволочка — электрод. Между корпусом и проволочкой прикладывают напряжение и измеряют протекающий ток. Принципиальное отличие между датчиками лишь в величине прикладываемого напряжения: при небольших напряжениях имеем ионизационную камеру, при больших — газоразрядный счетчик, где-то посередине — пропорциональный счетчик.

Сфера из плутония-238 светится в темноте, подобно одноваттной лампочке. Плутоний токсичен, радиоактивен и невероятно тяжел: один килограмм этого вещества умещается в кубике со стороной 4 см.

Ионизационные камеры и пропорциональные счетчики позволяют определить энергию, которую передала газу каждая частица. Счетчик Гейгера-Мюллера только считает частицы, зато показания с него очень легко получать и обрабатывать: мощность каждого импульса достаточна, чтобы напрямую вывести ее на небольшой динамик! Важная проблема газоразрядных счетчиков — зависимость скорости счета от энергии излучения при одинаковом уровне радиации. Для ее выравнивания используют специальные фильтры, поглощающие часть мягкого гамма- и всё бета-излучение. Для измерения плотности потока бета- и альфа-частиц такие фильтры делают съемными. Кроме того, для повышения чувствительности к бета- и альфа-излучению применяются «торцевые счетчики»: это диск с донышком в качестве одного электрода и вторым спиральным проволочным электродом. Крышку торцевых счетчиков делают из очень тонкой (10−20 мкм) пластинки слюды, через которую легко проходит мягкое бета-излучение и даже альфа-частицы.

АЛЬФА-ИЗЛУЧЕНИЕ — излучение, состоящее из альфа-частиц (ядер атомов гелия). Альфа-частица обладает положительным зарядом, по абсолютной величине вдвое большим заряда электрона. Масса альфа-частицы примерно в четыре раза больше массы протона (см.).

Альфа-излучение образуется при распаде некоторых радиоактивных ядер (см. Альфа-распад, Радиоактивность). Альфа-излучение имеет относительно большие величины энергии частиц, достигающие 2 — 10 Мэв. Обычно испускаемые ядрами альфа-частицы состоят из одной или нескольких групп, характеризуемых определенными значениями энергии.

Периоды полураспада радиоактивных ядер, испускающих альфа-излучение, изменяются в очень широких пределах (от миллионных долей секунды до многих миллиардов лет). При этом соблюдается такая закономерность: чем больше период полураспада изотопа, тем меньше энергия и пробег испускаемых им альфа-частиц, и наоборот.

Альфа-излучение может также возникать в результате превращений ядер при их взаимодействиях между собой или с элементарными частицами. Такие превращения называют ядерными реакциями. Потоки ускоренных альфа-частиц можно получить искусственным путем с помощью ускорителей заряженных частиц (см.).

Альфа-излучение входит в состав галактического космического излучения и солнечного корпускулярного излучения.

При прохождении через вещество альфа-частицы взаимодействуют с атомами среды в основном за счет электромагнитного взаимодействия с электронной оболочкой атомов и молекул. При этом альфа-частицы теряют часть своей энергии на возбуждение атомов и молекул среды и их ионизацию.

При столкновении с ядрами атомов альфа-частицы испытывают электромагнитные взаимодействия, в основном приводящие к рассеянию частиц, а также ядерные взаимодействия, приводящие к ядерным реакциям. Ядерные реакции, вызываемые альфа-излучения, приводят к образованию вторичных заряженных и незаряженных частиц.

Соотношение процессов электромагнитных и ядерных взаимодействии зависит от энергии альфа-излучений и характеристик среды. В диапазоне энергий альфа-излучения до нескольких десятков мегаэлектрон-вольт основным механизмом потерь энергии являются электромагнитные взаимодействия с электронной оболочкой атомов.

Энергия, теряемая альфа-частицей в веществе на единице длины пути, достигает максимального значения в области 1 Мэв, а для воды это максимальное значение составляет около 2,3 Мэв на 10 мкм пути. Такие большие потери энергии альфа-излучения обусловливают небольшую величину пробега в веществе. Так, пробег альфа-излучения с энергией 4 Мэв составляет в воздухе 2,5 см, в алюминии — 16 мкм и в биологической ткани примерно 31. При увеличении энергии до 10 Мэв пробеги увеличиваются до следующих значений: в воздухе — 10,6 см, в алюминии — 69 мкм и в биологической ткани — примерно 130 мкм. Из этих данных видно, что слой алюминия толщиной около 70 мкм и биологической ткани около 130 мкм полностью поглощает альфа-излучение с энергией до 10 Мэв. Таким образом, для защиты от внешних потоков альфа-излучения, испускаемого радиоактивными веществами, нужны лишь тонкие слои вещества.

Биологическое действие альфа-излучения сильнее выражено по сравнению со стандартным рентгеновским излучением, что обусловлено большей величиной потерь энергии альфа-излучения на единицу длины и соответственно большей плотностью ионизации. Это приводит к значительным величинам фактора качества излучения, используемого в расчетах радиационной защиты. Так, если для стандартного рентгеновского излучения фактор качества принят за единицу, то для альфа-излучения его значения примерно составляют: при энергии 40 Мэв — 4; 20 Мэв — 1; 10 Мэв — 10; 6 Мэв — 13; 2 Мэв и менее — 20. Высокая биологическая эффективность альфа-излучения должна учитываться при планировании защитных мероприятий.

Альфа-излучение широко применяют в медицине — см. Альфа-терапия, Радоновые воды.

Е. Е. Ковалев.

Измерение альфа-излучения чаще всего связано с определением относительного содержания альфа-активных нуклидов с высоким атомным номером. При использовании практически всех видов детекторов с учетом особенностей альфа-излучения имеет место:

— высокое энергетическое разрешение детектирования, особенно в газонаполненных детекторах (менее 1%) и в ППД (до 0.2%);

— слабая зависимость чувствительности детекторов от энергии излучения, отношение площадей фотопиков в спектре равно отношению активностей соответствующих нуклидов;

— высокая избирательность и радиационная помехоустойчивость.

При толщине чувствительного слоя детектора не более 20 мг/см2, детектор является пробежным для бета-частиц и амплитуда сигналов от бета-частиц на порядок меньше амплитуды сигналов от альфа-частиц. Такой же порядок действителен и для регистрации гамма-квантов с учетом вероятности их конверсии в электроны в материалах детектора. Это позволяет производить измерения альфа-частиц на фоне больших потоков бета- и гамма-излучения.

Но имеются и определенные трудности в методике измерений. Отметим основные из них.

Без специальной пробоподготовки препаратов измерения возможны только в насыщенных по излучению слоях. Для измерений в тонких слоях толщина слоя должна быть не более 50-100 мкг/см2. Такого же порядка должно быть и входное окно детектора в сумме с «мертвым» слоем — воздушным (и любым другим) промежутком между источником и детектором, при этом желательно обеспечить ограничение углов входа частиц в окно детектора применением сотовых коллиматоров. Потери энергии альфа-частиц во входном окне и «мертвом» слое примерно равны 0.5 МэВ на 1 мг/см2.

При измерениях в тонких слоях активности долгоживущих нуклидов поверхностная активность препаратов становится очень низкой (до 0.01 Бк/см2) и нормативная погрешность измерений обеспечивается применением источников излучения (проб) и детекторов с возможно большой поверхностью и длительным накоплением информации. В качестве детекторов в этом случае обычно используются импульсные ионизационные камеры. Влияние разброса углов движения альфа-частиц снимается сотовым коллиматором, однако «прозрачность» сотового коллиматора, как правило, не превышает 5-10%. Для источников с поверхностной активностью излучения 10 и более Бк/см2 в качестве детекторов предпочтительно применение ППД с толщиной входного окна в пределах 10-50 мкг/см2.

Основной вклад в фон альфа-детекторов дают два источника:

— альфа-излучение материалов детектора;

— альфа-излучение радона и продуктов его распада в воздушной среде вокруг твердотельных детекторов и в газовой среде ионизационных камер.

Датчики нейтронного излучения

Задачей нейтронной радиометрии, как правило, является раздельное измерение плотностей потоков данных групп или измерение плотности потока одной энергетической группы на фоне двух других. Потоки нейтронов сопровождаются более или менее значительными потоками гамма-квантов.

Нейтроны регистрируются по вторичному излучению их взаимодействия со средой. Для этих целей используются процессы: упругое рассеяние нейтронов; неупругое рассеяние с образованием возбужденных ядер; радиационный захват нейтронов ядром; ядерные реакции под действием нейтронов.

Ядерные реакции с вылетом заряженных частиц (протонов и альфа-частиц) наблюдаются на легких ядрах. Такие реакции идут на гелии-3 с вылетом протона и на литий-6 и боре-10 с вылетом альфа-частиц. Эти элементы и используются, в основном, для детектирования нейтронов. Тяжелые ядра при захвате нейтронов делятся на два более легких ядра с освобождением энергии до 200 МэВ, из которых порядка 160 МэВ передается осколкам деления. Большинство тяжелых ядер делится под действием быстрых нейтронов, но имеются и нуклиды (уран-235, плутоний-239 и др.) с большим сечением реакции в тепловой области.

Газонаполненные детекторы тепловых нейтронов основаны, как правило, на ядерных реакциях с вылетом альфа-частиц, что позволяет обеспечить их полное поглощение при малой чувствительности к гамма-излучению. Избирательность по тепловым нейтронам на фоне быстрых нейтронов обеспечивается разностью (на 3 порядка и более) вероятности реакций по этим группам нейтронов. Наибольшее распространение получили борные счетчики. В качестве газа-наполнителя используется либо трехфтористый бор с обогащением бором-10 до 80-85%, либо аргон, при этом бор в аморфном виде наносится на внутреннюю сторону счетчика толщиной 0.8-1 мг/см2, что обеспечивает чувствительность порядка 0.01 имп/нейтрон на 1 см2 рабочей поверхности. Естественный фон счетчиков не превышает 1 имп/мин.

На 1-2 порядка более высокую эффективность регистрации (до 80-90%) имеют счетчики, заполняемые гелием-3 и аргоном под давлением 5-10 атмосфер, но при этом повышается и их чувствительность к гамма-излучению.

Напротив, на 1-2 порядка пониженную чувствительность к гамма-излучению имеют камеры деления на основе урана-233, урана-235 и плутония-239, которые наносятся на внутреннюю поверхность камер. Камеры используются для работы в активных зонах реакторов.

В сцинтилляционных детекторах для регистрации нейтронных потоков используются литиевые сцинтилляторы на основе монокристаллов LiI(Eu) или стекла с литием, с разной степенью обогащения литием-6 (до 90%). Эффективность регистрации тепловых нейтронов до 80-95% обеспечивается при толщине сцинтилляторов от 15 до 1-2 мм (тем меньше, чем больше степень обогащения лития).

Измерение нейтронов с энергией 0.1-10 МэВ основано, как правило, на регистрации протонов отдачи в водородосодержащих средах.

Для регистрации быстрых нейтронов при наличии гамма-фона используются дисперсные сцинтилляторы, представляющие собой сцинтиллирующий порошок типа ZnS(Ag) или гранулы сцинтиллирующей пластмассы в водородосодержащем материале — люците, плексигласе, полистироле. В связи с ограниченной прозрачностью дисперсных сцинтилляторов они выполняются относительно небольшой толщины (не более 2 мм), при этом эффективность регистрации быстрых нейтронов обычно не превышает 2%. Сопутствующее гамма-излучение исключается методом амплитудной селекции выходных сигналов.

Более высокая эффективность регистрации быстрых нейтронов обеспечивается в органических сцинтилляторах с высоким собственным содержанием водорода и высокой прозрачностью. К ним относятся стильбен, антрацен, сцинтиллирующие пластмассы и жидкости. При толщине сцинтиллирующего материала более 10 мм эффективность регистрации нейтронов превышает 40-50%, однако, при этом возрастает и эффективность регистрации гамма-квантов. Энергетическое распределение сигналов регистрации протонов отдачи близко к равномерному в диапазоне от 0 до максимальной энергии отдачи ядер водорода и не разделяется по амплитудам от актов регистрации гамма-квантов. Для исключения влияния гамма-фона используется селекция сигналов по их форме.

В заключение отметим, что широкий энергетический диапазон нейтронного излучения и разнообразие форм взаимодействия нейтронов с различными материалами позволили обеспечить большое разнообразие детекторов нейтронного излучения. Выше в очень краткой форме затронуты только наиболее характерные их виды.

Радиометры и дозиметры широкого пользования

В настоящее время имеется большое количество радиометров и дозиметров различного типа и назначения. Ниже приводятся наиболее известные из них.

СРП-88Н (сцинтилляционный радиометр) — профессиональный радиометр для поиска и обнаружения источников фотонного излучения, широко применяется в геологии. Имеет цифровой и стрелочный индикаторы, возможность установки порога срабатывания звукового сигнализатора. Блок детектирования выносной. В качестве детектора используется сцинтилляционный кристалл NaI. Автономный источник питания — 4 элемента Ф-343.

Дозиметр ДБГ-06Т — предназначен для измерения мощности экспозиционной дозы фотонного излучения. Источник питания — гальванический элемент типа «Корунд». Диапазон измерения от 0.01 до 99.99 мР/ч (25 с), от 0.1 до 999.99 мЗв/ч (2.5 с).

Дозиметр ДБГ-01Н — для обнаружения радиоактивного загрязнения и оценки с помощью звукового сигнализатора уровня мощности эквивалентной дозы фотонного излучения. Источник питания — гальванический элемент типа «Корунд». Диапазон измерения от 0.1 мЗв/ч до 999.9 мЗв/ч.

Радиометр бета-гамма излучения РКС-20.03 «Припять» — предназначен для контроля радиационной обстановки в местах проживания, пребывания и работы. Радиометр позволяет измерять:величину внешнего гамма-фона; уровни загрязнения радиоактивными веществами жилых и общественных помещений, территории, различных поверхностей; суммарное содержание радиоактивных веществ (без определения изотопного состава) в продуктах питания и других объектах внешней среды (жидких и сыпучих). Диапазоны измерений:

— мощности экспозиционной дозы гамма-излучения от 0.01 до 20.00 мР/ч;

— мощности эквивалентной дозы гамма-излучения от 0.1 до 200.0 мЗв/ч;

— плотности потока бета-излучения от 10 до 20.00*103 частиц/мин.см2;

— удельной активности от 1*10-7 до 2*10-5 Кюри/кг.

Источник питания — гальванический элемент типа «Корунд» или внешний источник питания постоянного напряжения от 4.7 до 12 В.

Дозиметр ДРГ-11Т «Рудник» — выполнен во взрыво-безопасном исполнении и предназначен для измерения мощности экспозиционной дозы гамма-излучения. Диапазон измерения 0.010 до 9.999 мР/ч. Источник питания — гальванический элемент типа «Корунд».

Навигация по статье:

  • Альфа излучение
  • Нейтронное излучение
  • Бета излучение
  • Гамма излучение
  • Рентгеновское излучение
  • Сравнительная таблица видов радиации
  • Видео о радиации и ее видах

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

Что такое радиация

Для начала дадим определение, что такое радиация:

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

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

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

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

Виды радиации

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

Гамма и рентгеновское излучение — это излучение энергии.

Альфа излучение

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

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

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

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

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

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

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

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

Нейтронное излучение

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

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

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

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

Бета излучение

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

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

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

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

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

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

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

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

Гамма излучение

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

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

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

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

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

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

Рентгеновское излучение

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

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

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

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

Каждое из рассмотренных излучений опасно!

Сравнительная таблица с характеристиками различных видов радиации

характеристика Вид радиации
Альфа излучение Нейтронное излучение Бета излучение Гамма излучение Рентгеновское излучение
излучаются два протона и два нейтрона нейтроны электроны или позитроны энергия в виде фотонов энергия в виде фотонов
проникающая способность низкая высокая средняя высокая высокая
облучение от источника до 10 см километры до 20 м сотни метров сотни метров
скорость излучения 20 000 км/с 40 000 км/с 300 000 км/с 300 000 км/с 300 000 км/с
ионизация, пар на 1 см пробега 30 000 от 3000 до 5000 от 40 до 150 от 3 до 5 от 3 до 5
биологическое действие радиации высокое высокое среднее низкое низкое

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

Коэффициент k
Вид излучения и диапазон энергий Весовой множитель
Фотоны всех энергий (гамма излучение) 1
Электроны и мюоны всех энергий (бета излучение) 1
Нейтроны с энергией < 10 КэВ (нейтронное излучение) 5
Нейтроны от 10 до 100 КэВ (нейтронное излучение) 10
Нейтроны от 100 КэВ до 2 МэВ (нейтронное излучение) 20
Нейтроны от 2 МэВ до 20 МэВ (нейтронное излучение) 10
Нейтроны > 20 МэВ (нейтронное излучение) 5
Протоны с энергий > 2 МэВ (кроме протонов отдачи) 5
Альфа-частицы, осколки деления и другие тяжелые ядра (альфа излучение) 20

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

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *