Ионизирующее излучение, его виды и характеристика. Взаимодействие ионизирующего излучения с веществом

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ Департамент научно-технологической политики и образования

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ВЕТЕРИНАРНОЙ МЕДИЦИНЫ

Факультет водные биоресурсы и аквакультура

Реферат

Дисциплина: «Радиобиология»

Ионизирующее излучение, его виды и характеристика. Взаимодействие ионизирующего излучения с веществом

Исполнитель:

студентка 2 курса 1 группы

Легонькова Маргарита Алексеевна

Санкт-Петербург 2015

Введение

Ионизирующее излучение объединяет в себе радиоактивные излучения ( б, в, г - лучи), жесткое рентгеновское излучение, а также поток протонов и нейтронов.

Ионизационная способность б - лучей больше чем у в - лучей и больше чем у г - излучения. При облучении г - лучами степень ионизации зависит от энергии г - квантов.

Если Eг< 1 МэВ, то они передают свою энергию электронам, вызывающим ионизацию.

Если Eг> 1 МэВ, то они сами способны вызвать ионизацию.

При облучении вещества нейтронами возникает искусственная радиоактивность, которая является причиной ионизации.

1. Биофизические основы действия ионизирующего излучения

ионизация излучение искусственная радиоактивность

Первичная ионизация - не вызывает больших разрушений в тканях организма.

Вторичные биохимические реакции - оказывают губительное воздействие на организм.

При облучении вещества ионизирующим излучением часть атомов и молекул не ионизируется, а только переходит в возбужденное состояние. Через короткий промежуток времени атомы возвращаются в нормальное состояние, а избыток энергии излучается в виде квантов УФИ. Эти кванты поглощаются тканями и Епогл - невелика. Именно за счет этой энергии Епогл в тканях происходит цепная биохимическая реакция, при которой разрушаются структуры молекул нуклеиновых кислот и белка.

Сочетание первичной ионизации и цепной биохимической реакции приводит к лучевой болезни.

2. Взаимодействие ионизирующего излучения с веществом

Заряженная частица при прохождении через вещество теряет свою энергию вследствие ионизационного торможения.

Ионизационное торможение - это механизм потерь энергии заряженной частицы вследствие возбуждения и ионизации атомов среды, в которой она пролетает.

Для количественной характеристики взаимодействия заряженной частицы с веществом используют следующие величины:

Линейная плотность ионизации ( i ) - число пар ионов, образующихся на единицу пути пробега частицы.

[м -1]

2. Линейная тормозная способность ( S ) - энергия, теряемая заряженной частицей на единицу пути пробега.

3. Средний линейный пробег зараженной ионизирующей частицы ( R ) - это расстояние между началом и концом пробега частицы в данном веществе.

Рассмотрим некоторые характерные особенности взаимодействия различных видов излучения с веществом.

а) б - лучи - по мере движения б - частицы в среде вызываемая ею линейная плотность ионизации меняется. С уменьшением скорости ее движения она сначала быстро растет, а потом резко падает до нуля при завершении пробега (х=R ).

Рис. 1

Возрастание «i» обусловлено тем, что при меньшей скорости б - частица больше времени проводит вблизи молекулы (атома) среды, что увеличивает вероятность его ионизации. После того, как энергия б - частицы станет сравнима с энергией молекулярно-теплового движения, она захватывает 2 электрона в веществе и превращается в атом гелия 24 Не.

Кроме первичных процессов ионизации и возбуждения атомов могут проявляться вторичные процессы.

Рис. 2

Увеличение скорости молекулярно-теплового движения молекул.

Характеристическое рентгеновское излучение.

Радиолюминисценция.

Специфические химические процессы.

б) в - лучи - кроме ионизации и возбуждения вызывают и другие процессы. При торможении электронов возникает тормозное «R - излучение», в - частицы рассеиваются на электронах вещества и при этом их траектории сильно искривляются.

Поглощение в - частиц с данной максимальной энергией происходит примерно по экспоненциальному закону.

Рис. 3

N0 - число частиц, попадающих на слой вещества

N - число частиц, прошедших через слой вещества толщиной «х»

Хmax - максимальный пробег частиц в веществе.

Вторичный процесс, который может возникнуть - это характерное Черенковское излучение, когда скорость движения электрона в среде превышает скорость света в среде.

в) г - излучение - при попадании на вещество вызывает процессы, которые можно представить следующей схемой:

Рис. 4

Незначительная первичная ионизация ( из-за отсутствия заряда ).

Когерентное и некогерентное рассеяние, фотоэффект, приводящие к ионизации.

Образование пары электрон + позитрон ( -10е + +10е). Суть:

Суть: г - квант с энергией не менее 1,02 МэВ может превратиться в пару (-10е + +10е ) и г - квант при этом исчезает.

Фотоядерные реакции при взаимодействии с ядром.

г - лучи поглощаются веществом постепенно, следуя экспоненциальному закону. При их поглощении нельзя указать определенную длину пробега.

Рис. 5 I0 - интенсивность падающего параллельного пучка. I - его интенсивность после прохождения слоя вещества толщиной «х»

Указанные процессы приводят к тому, что полный ионизационный эффект от г - излучения получается значительным.

3. Основные методы и приборы для регистрации ионизирующих излучений

Ионизационное излучение не воспринимается органами чувств, следовательно, для их обнаружения используют те эффекты, которые визируют излучение на конкретный объект или среду.

Наблюдение частиц возможно, если они заряжены и имеют большую скорость.

Основные методы:

Ионизационный - состоит в способности фотонного излучения вызывать ионизацию в облученной газовой среде. Основное устройство для регистрации - ионизационная камера. В ней - 2 электрода, подключенные к источнику напряжения, сама камера заполнена газом.

При облучении камеры в ней образуются ионы и электроны, которые под действием электрического поля между электродами перемещаются и создают ионизационный ток, пропорциональный интенсивности облучения. По значению силы тока можно судить о степени облучения.

Рис. 6

Калориметрический (тепловой) - его суть в измерении количества теплоты, выделенного поглощающей средой при облучении. Это тепло улавливается специальным калориметром и измеряется термистером. Практически не используется (нужны очень чувствительные термоэлементы и хорошая тепловая изоляция). Применяется для создания эталонов дозы излучения.

Химический - его суть - в химических превращениях, происходящих под действием излучений (некоторые вещества и их растворы меняют свой цвет, некоторые переходят из одной формы в другую). Например, при облучении двухвалентный Fe переходит в трехвалентный.

Фотографический - основан на свойстве излучения вызывать общее (г - лучами) и локальное (б и в - лучами) почернение фотослоя.

Общее почернение - в виде вуали.

Локальное - в виде линейных следов (треков) рассматривается под микроскопом.

Рис. 7

Для регистрации используются специальные ядерные эмульсии и пленки.

Этот метод используется для дозиметрии общего облучения на предприятиях ядерной промышленности. В медицине - для выявления радиоактивных изотопов в клетках и тканях организма.

Для этого мазок крови или срез ткани контактирует со специальной ядерной фотоэмульсией, а затем проявляется. То место клетки или ткани, в котором находится изотоп, дает характерное почернение в месте контакта. Этот метод регистрации называется авторадиография.

Рис. 8

Сцинтилляционный - основан на регистрации вспышек света, возникающих под действием б и в - частиц и г - квантов в специальном веществе (сцинтилляторе). Это йодистый калий, йодистый натрий, вазелиновое масло с добавками и др. Вспышки образуются в результате того, что ионизационные атомы, переходя из возбужденного в невозбужденное состояние, испускают световые кванты. Вспышки регистрируются фотоэлектронным умножителем ( ФЭУ ) (2), усиливаются (3) и регистрируются счетным устройством (4).

Рис. 9 1 - сцинтилляционное вещество; 2 - фотоэлектронный умножитель (ФЭУ); 3 - усилитель; 4 - регистрирующее устройство.

Люминесцентный. Суть: при действии ионизирующего излучения на некоторые люминесцентные вещества, эти вещества накапливают энергию Е. В нужный момент на вещество воздействуют УФИ или теплом, энергия высвобождается или высвечивается в виде люминесцентного излучения, которое регистрируется фотоумножителем. Этот метод широко используется для контроля за облучением малых интенсивностей, например, для исследования излучения от окружающих предметов.

Полупроводниковый. Суть: некоторые полупроводники (например, кристаллический сернистый кадмий) под действием ионизирующего излучения увеличивают свою проводимость. Изменение проводимости пропорционально интенсивности излучения, т.е. пропорционально мощности дозы ионизирующего излучения.

Размещено на Allbest.ru