Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ПРИКАРПАТСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ІМЕНІ ВАСИЛЯ СТЕФАНИКА

Сіренко А.Г.

РАДІОБІОЛОГІЯ

КУРС ЛЕКЦІЙ

Третє видання

Івано-Франківськ

Діоген

2009

ББК 28.071я73

C40

УДК 577.3

Радіобіологія. Курс лекцій / Сіренко А.Г. - Івано-Франківськ: Діоген, 2009. - 108 с.

Книга являє собою курс лекцій з радіобіології, що читається у Прикарпатському національному університеті імені Василя Стефаника. Курс лекцій розрахований на науковців, викладачів, аспірантів, студентів, а також усіх тих, хто цікавиться проблемами радіобіології. Розглядаються основні закони радіобіології, теорія мішені, кисневий ефект, радіоліз, пояснюється основна термінологія.

Затверджено до друку Вченою радою Прикарпатського національного університету імені Василя Стефаника. Протокол № 4 від 2 грудня 2003 року.

Рецензенти:

доктор біологічних наук Лущак В.І. (зав.кафедрою біохімії Прикарпатського державного університету ім. В.Стефаника);

доктор медичних наук, професор Грицуляк Б. В. (зав. кафедрою анатомії і фізіології Прикарпатського державного університету ім. В.Стефаника);

кандидат біологічних наук Случик В. М. (доцент кафедри медичної біології і генетики Івано-Франківської державної медичної академії).

ЗМІСТ

іонізуючий випромінювання молекула клітинний

Вступ

Предмет радіобіології

Характеристика іонізуючих випромінювань і їх взаємодія з речовиною

Фізичні параметри радіобіологічних процесів

Теорія мішені

Структурно-метаболітична теорія

Радіоліз

Наслідки радіаційно-хімічних перетворень біологічно важливих молекул для клітинних процесів

Кисневий ефект

Репарація

Радіобіологія клітинних

Радіаційний синдром

Задачі

Семінарські заняття з радіобіології

Програмні вимоги до курсу “Радіобіологія”

Література

“Теорії являють собою не відповіді на загадки, а відповіді, якими ми можемо заспокоїтись.”

(У. Джеймс)

«Те, що нас не вбиває, робить нас сильнішими».

(Фрідріх Ніцше)

ВСТУП

Розширення масштабів використання ядерних енергетичних пристроїв у різних сферах людської діяльності неминуче пов'язано з ризиком опромінення біологічних об'єктів іонізуючою радіацією і потраплянням у біосферу радіоактивних речовин. Ступінь цього ризику із вдосконаленням техніки повинна зменшуватись, але аварії ядерних реакторів, що вже трапились, забруднення довкілля радіоактивними відходами, випробування ядерної зброї створили локально підвищені рівні опромінення при збільшеній концентрації радіонуклеїдів з групи елементів поділу урану в природніх тілах. Крім того, всі живі істоти, що живуть на нашій планеті, підпадають під дію випромінювань, джерелом яких служать природні радіоактивні ізотопи, що містяться у розсіяному вигляді в природних водах, грунтах, атмосфері. Все живе підпадає під вплив космічного випромінювання, інтенсивність якого помітно зростає під час космічних польотів. Іонізуюче випромінювання все ширше використовується в медицині та різноманітних галузях техніки.

Завдяки розвитку радіобіології людство отримує ключ до запобігання негативних наслідків опромінення, до збереження біосфери з усіма її мешканцями від радіаційного ураження.

ПРЕДМЕТ РАДІОБІОЛОГІЇ

Радіобіологія - це біологічна наука, що вивчає дію іонізуючого випромінювання на біологічні системи різних рівнів організації, в тому числі на живі організми і надорганізменні системи.

Розділи радіобіології

Розрізняють такі розділи радіобіології:

1) Радіаційна біофізика - наука, що вивчає первинні процеси передавання енергії іонізуючого випромінювання атомам і молекулам біологічної речовини.

2) Радіобіологічна хімія - наука, що досліджує властивості хімічних форм, що виникають внаслідок взаємодії іонізуючих випромінювань з речовиною біологічних об'єктів та особливості їх хімічних перетворень.

3) Радіаційна біохімія - наука, що вивчає зміни в обміні речовин, які спричинюються появою в метаболічних системах клітини продуктів радіаційно-хімічних перетворень.

4) Радіаційна молекулярна біологія.

5) Радіаційна мембранологія.

6) Клітинна радіобіологія.

7) Радіаційна цитогенетика.

8) Радіобіологія клітинних популяцій.

9) Радіаційна генетика.

10) Радіаційна популяційна генетика.

11) Радіаційна вірусологія.

12) Радіобіологія мікроорганізмів.

13) Радіобіологія рослин.

14) Радіобіологія тварин.

15) Радіобіологія людини.

16) Радіаційна селекція.

17) Радіаційна гематологія.

18) Радіаційна імунологія.

19) Радіаційна онкологія.

20) Медична радіологія.

21) Радіоекологія.

22) Сільськогосподарська радіологія.

Методи радіобіології

Починаючи з 20-тих років ХХ століття сформулювались дві групи методів радіобіології:

1) за аналітичними виразами дозових залежностей виживання клітин або дозових залежностей інактивації макромолекул формуються уявлення про можливі механізми променевого ураження клітини. Такий метод отримав назву метод чорного ящика. У результаті його застосування виникли: теорія мішені, поняття ударності, ефективного об'єму, сублетальних ушкоджень, принцип посилювача;

2) врахування конкретних даних спостережень за фізіологічним станом, біохімічними та біофізичними змінами у експериментально опромінених організмах. Такі методи дозволили тлумачити механізми дії опромінення.

Історія радіобіології

Дослідження біологічної дії іонізуючих випромінювань розпочалось одразу після відкриття цих випромінювань І. Полюєм у 1895 році (хоча його приорітет досі не визнається) та відкриття природної радіоактивності А. Беккерелем у 1896 році. Першим законом радіобіології, який був сформований, став закон Бергоньє-Трибондо, який формулюється так:

Найвища радіочутливість притаманна тканинам і клітинам, які характеризуються високою проліферативною активністю.

У 1896 році українські вчені Тарханов та Кулябко виявили, що внаслідок опромінення іонізуючою радіацією заплідненої ікри міноги розвиток зародків припиняється.

Але не дивлячись на ці відкриття, деякий час вважали, що іонізуюче випромінювання не тільки не шкідливе для людського організму, а навпаки корисне. Його почали широко застосовувати в медицині. Лише у 20-тих роках ХХ століття було доведено шкідливість для людини іонізуючого випромінювання. Почались спроби пояснити дію на живий організм випромінювання. Перші теорії створили вчені Ф. Дезауер, Дж. Лі, М. Ф. Тимофеєв-Ресовський. Вплив випромінювання на спадковість почали вивчати Надсон, Філіпов, Делоне. Пізніше Г. Меллер досліджував радіаційний мутагенез на дрозофілі. Л. Стадлер досліджував радіаційний мутагенез рослин. К. Кельнер вперше продемонстрував можливість зміни біологічної ефективності опромінення під впливом хімічних речовин у 1935 році. Так були відкриті радіопротектори - речовини, що захищають біологічні об'єкти від дії іонізуючого випромінювання. Пізніше були відкриті радіоміметики - речовини, що імітують дію іонізуючого випромінювання і радіосенсибілізатори - речовини, що посилюють дію на організм іонізуючого випромінювання. З. Бак довів, що найефективнішими радіопротекторами є речовини, що містять сульфогідрильні групи. Розробка і застосування ядерної зброї у 1945 році, гонитва ядерних озброєнь, випробування ядерної зброї, загроза ядерної війни підштовхнули розвиток радіобіології. У 60-тих роках було відкрито явище репарації ДНК - відновлення ДНК від ушкоджень іонізуючою радіацією. Почались дослідження впливу малих доз випромінювання на живі організми. Новим поштовхом до розвитку радіобіології послужили ядерні техногенні катастрофи, що стали причиною забруднення середовища радіоактивними ізотопами. В останні десятиліття активно досліджувались процеси перокисного окислення ліпідів, тонких механізмів ушкодження ядра.

Актуальність радіобіології

Протягом всієї історії розвитку біосфери на живі організми нашої планети діяли іонізуючі випромінювання. Наявність іонізуючої радіації, різноманітних полів - невід'ємна властивість довкілля. До природних джерел випромінювання належать поширені в природі радіоактивні елементи та ізотопи, космічне випромінювання, іонізуюче випромінювання, що надходить від сонця. Уникнути опромінення людини та біоти неможливо, але необхідно вивчити механізми дії радіації на живі організми, запобігти чи зменшити шкідливий вплив радіації на живі організми та біоту. Крім того сучасна цивілізація настільки широко використовує іонізуюче випромінювання в різноманітних технологіях та медицині, що відмовитись від його використання вже неможливо. По ходу використання іонізуючого випромінювання періодично виникають різноманітні аварії, що викликають значне опромінення людей та живих організмів.

З звичайних умов будь-який організм найбільшу дозу опромінення одержує від природних джерел іонізуючих випромінювань, в першу чергу від рідіоактивних ізотопів природного походження - як земного так і космічного. У земній корі виявлено 340 різних радіоактивних ізотопів. Серед них 70 належать до важких металів. Усі елементи з атомним номером вищим за 80 є радіоактивними. Виділяють такі групи радіонуклеїдів, що містяться у земній корі:

1. Космогенні природні радіонуклеїди - ізотопи, що виникають внаслідок ядерних реакцій під дією космічних променів.

2. Поодинокі природні радіонуклеїди.

3. Радіонуклеїди, що входять до радіоактивних сімейств.

Космогенні радіонуклеїди виникають внаслідок ядерних реакцій між елементами земного походження і частинками космічних променів. Оскільки в земній корі космічні промені швидко поглинаються, найбільше космегенних радіоізотопів містится в атмосфері і верхніх шарах земної кори.

Таблиця 1. Основні космогенні радіонуклеїди.

Радіонуклеїд	Період піврозпаду	Концентрація в тропосфері Бк/кг	Головний тип випромінювання	Енергія, МеВ
H3	12 років	1,2•10-3	в	0,019
Be7	53 доби	1,0•10-2	в	0,477
Be10	1600000 років	1,2•10-9	в	0,555
C14	5730 років	1,3•10-1	в	0,156
Na22	2,6 років	1,0•10-6	г, в	1,280 / 0,545
P32	14 діб	2,3•10-4	в	1,710
P33	24 доби	1,6•10-4	в	0,246
S35	88 років	1,3•10-4	в	0,167
Cl36	310000 років	2,5•10-10	в	0,714

З ізотопів космічного походження найбільше значення для дозовутворення мають тритій і радіовуглець. Тритій утворюється в результаті наступної ядерної реакції в результаті дії космічних нейтронів на азот атмосфери:

N¹⁴ + n > C¹² + H³ + г + н

Внаслідок дії нейтронів на азот може утворюватись також радіовуглець:

N¹⁴ + n > C¹⁴ + p + г + н

Швидкості утворення та розпаду космогенних ізотопів зрівноважені, тому їх вміст в атмосфері постійний. За останні 50 років вміст C¹⁴ в атмосфері збільшився в результаті спалювання людською цивілізацією величезної кількості нафти, газу, вугілля. Оскільки вуглець та водень належать до органогенних елементів радіоактивні їх ізотопи потрапляють в живі організми і є причиною внутрішнього опромінення.

До поодиноких природних радіонуклеїдів земного походження належать багато радіоізотопів різних хімічних елементів із масовими числами від 40 до 190. Більшість із цих елементів мають по кілька ізотопів і деякі з них є радіоактивними. Найбільше значення як джерело іонізуючого випромінювання для біоти має К⁴⁰. 89 % ядер К⁴⁰ розпадаються за типом бета розпаду і утворюють ізотопи Са⁴⁰, а 11 % - шляхом електронного захоплення і перетворюються в Ar⁴⁰. Калій належить до макроелементів, тому вмість рідіоактивного ізотопу калію в живих організмах значний.

Сімейства важких природних радіоактивних елементів. Важкі природні радіоактивні елементи відрізняються від поодиноких радіонуклеїдів тим, що вони пов'язані між собою як продукти послідовних радіоактивних перетворень у трьох групах елементів, що дістали назву радіоактивних сімейст. Практичне значення мають в природі три радіоактивних сімейства: урану-радію (родовідний ізотоп U²³⁸), актиноурану (родовідний ізотоп U²³⁵), торію (родовідний ізотоп Th²³²).

Таблиця 2. Поодинокі радіонуклеїди земного походження.

Радіонуклеїд	Ізотопне збагачення, %	Період піврозпаду, роки	Головні типи випромінювання/ енергія (МеВ)/ вихід (%)	Питома активність елемента, Бк/л
K40	0,012	1,26•109	в/1,33/89; г, ЕЗ/1,46/11	31,6
V50	0,250	6,0•1015	г, в/0,78/30; г, ЕЗ/1,55/70	1,1•10-4
Rb87	27,000	4,8•1010	в/0,28/100	8,9•102
In115	95,800	6,0•1014	в/0,48/100	0,18
Te123	0,870	1,2•1013	ЕЗ/-/-	0,08
La138	0,089	1,12•1011	в/0,21/80; г, ЕЗ/0,81; 1,43/70	0,77
Ce142	11,070	5,0•1016	б/-/-	0,9•10-2
Nb144	23,900	2,4•1015	б/1,83/-	0,92•10-2
Sm146	13,820	1,0•1015	-	129,5
Sm147	15,100	1,05•1011	б/2,23/-	5,07•10-2
Sm148	11,270	2,0•1014	-	1,22•10-2
Gd152	0,200	1,1•1014	б/2,1/-	1,6•10-3
Dy156	0,052	1,0•1018	-	4,4•10-8
Hf174	0,163	2,0•1015	б/2,5/-	6,2•10-5
Lu176	2,600	2,2•1010	в/0,43/-	88,8
Ta180	0,012	1,0•1012	-	0,9•10-2
Re187	62,900	4,3•1010	в/0,003/-	1036
Pt190	0,013	6,9•1011	б/3,18/-	1,3•10-2

У біосфері радіонуклеїди важких елементів містяться в будь-яких природних матеріалах у розсіяному стані. У ґрунтах важкі природні радіоактивні ізотопи містяться в кристалічних ґратках алюміносилікатів, у формі розчинних у воді основ, у вигляді йонів, адсорбовиних органічними і глинистипи колоїдами молекул. Лише деякі з цих форм доступні для живих організмів, а отже, і до біогеохімічної міграції. Співвідношення між доступними і малодоступними формами радіонуклеїдів залежить від типу ґрунту, кислотності ґрунту та ін властивостей ґрунтів.

Уран дуже поширений в земній корі і міститься у будь-яких породах і ґрунтах. Цей елемент входить до складу мінералів і утворюєрудні родовища. Звісно. В місцях неглибокого залягання рудних тіл урану вміст членів його сімейства в довкіллі підвищений. Наприклад, пегматитові жили в гранітах, яким властива підвищена концентрація урановмісних мінералів, надають місцевостям, де ці жили розташовані близько до поверхні, характеру уранових провінцій. Масова частка урану в природних матеріалах коливається в межах порядку 10^-7 … 10^-2 %. Значні концентрації урану характерні для кислих магматичних порід. Дуже високих вміст урану властивий фосфорним рудам, а отже і фосфорним добривам (активність урану у фосфорних добривах перевищує 2000 Бк/кг). Тому внаслідок тривалого застосування таких добрив збільшується концентрація радіоактивних ізотопів в орних землях, зростає нагромадження радіоактивних ізотопів сімейства U²³⁸ у продукції рослинництва. Зокрема, тривале інтенсивне використання фосфорних добрив на території Івано-Франківської області привело до підвищення рівня радіоактивності орних грунтів краю.

Рис. 1. Сімейство важких природних радіоактивних елементів урану-238.

Уран належить до водних мігрантів. У ґрунтових розчинах і в природних водах він міститься у 4- та 6-валентних формах, існуючи у вигляді йону уранілу (UO₂⁺), який утворює комплексні сполуки з аніонами неорганісних та органічних кислот, зокрема з SO₄^2-, Cl^-, F^-, No₃^-, CO₃^2-, CH₃COO^- а також входить до колоїдних систем гідроксидів.

Торій також є водним мігрантом. У природі цей елемент міститься в 4-валентній формі. Він також утворює рудні родовища, найчастіше пов'язані з пегматитовими жилами в гранітах, де оксид торію предсавлений домішкою до фосфатних мінералів рідкоземельних елементів - монацитів. Масова часка торію в монацитових пісках сягає іноді 10 %.

Рис. 2. Сімейство важких природних радіоактивних елементів урану-235.

Рис. 3. Сімейство важких природних радіоактивних елементів торію.

Радій-226 виявляється в будь-яких гірських породах, ґрунтах і в природних водах. Підвищений його вміст у вулканічних породах і в ґрунтах, що розвиваються на них. За своїми хімічними властивостями радій подібний до кальцію, і тому подібні їх поведінки у мінеральному живленні рослин. Це обумовлює наявність радію в продуктах харчування людини. Деякі рослини характеризуються здатністю нагромаджувати радій. Наприклад концентрація радію у бразильському горісі (Bertholletia excelsa) може досягати 5,2 Бк/кг. У деяких грунтових водах в районах розташування геотермальних джерел відбувається збагачення води радієм і продуктами його розпаду - в першу чергу радоном. Радон із грунту дифундує в атмосферу. Навесні, внаслідок розморожування ґрунту спостерігається різке збільшення вмісту радону в повітрі. У приміщеннях, що збідовані з матеріалів, що мають підвищений вміст радію, концентрація радону може досягати небажних високих значень.

Уран потрапивши з продуктами харчування в організм людини відкладається в кістках. Крім того саме в кістках відкладається 80 % радію що потрапляє в організм.

В багатьох регіонах планети Земля простежуються так звані радіоактивні аномалії. Природні радіоактивні елементи уран і торій утворюють рудні копалини, а також у підвищених концентраціях містяться в деяких породах, зокрема в гранітах. Тому в місцях, де залягають породи з підвищеним вмістом цих радіоактивних речовин, рівень природного фону часом буває набагато вищим ніж норма. Якщо на території, де близько до поверхні залягають збагачені важкими радіоактивними елементами породи, рівень опромінення живих організмів на цій території істотно перевищує середнє значення потужності поглинутої дози, властивий нерадіоактивним провінціям, то є відстави очікувати на певні радіобіологічні ефекти. Такі території називають природними радіоекологічними аномаліями. Якщо підвищення дози опромінення на певних територіях зумовлене техногенним забрудненням, то йдеться про штучні радіонукліїїдні аномалії. Природні радіоекологічні аномалії мають давню історію, що позначилось на біоценозах на цих територіях. Вони простежуються в багатьох регіонах Землі. Наприклад, у Бадгайстані (Австрія) активність води сягає 111 Бк/л, потужність експозиційної дози досягає 75 мкА/кг. У Хельсінкі (Фінляндія) активність води, що містить родон досягає 629 Бк/л. У провінції Лангедок (Франція) потужність експозиційної дози в повітрі біля поверхні грунту перевищує 0,52•10^-10 А/кг. У Бразилії, де на поверхню виходять монацитові піски експозиційна доза в повітрі досягає 1,44•10^-10 А/кг. У зоні виходу вулканічних порід в Аракса-Тапіра (Бразилія) потужність поглинутої дози досягає 4 мкГр/год. Ще більші дози поглинутого випромінювання характерні для провінції Рамсар (Іран) - 5,5 мкГр/год. Велика радіоекологічна аномалія виявлена в Індії (штат Керала) - на її території мешкає більше 500 000 чоловік не рахуючи жінок, дітей і собак. У Габоні в районі Франсвіль відносно не глибоко від поверхні Землі працює «природний ядерний реактор» де відбувається ланцюгова реакція. У Бангомбу такий «природний реактор» залягає всього у 12 м від поверхні.

Значне зростання рівня опромінення біоти Землі ультрафіолетовим випромінюванням в ХХ столітті обумовлене так званими «озоновими дірами» - локальними ділянками атмосфери де концентрація озону різко занижена в результаті забруднення атмосфери фреонами, метаном та іншими речовинами, що взаємодіють з озоном - ефективним поглиначем УФ-променів.

Величезна кількість випромінювання у вигляді потоку різних заряджених частинок та ядер різних елементів надходить на Землю з космосу - як від Сонця так і з глибин космосу. В першу чергу це протони, альфа-частинки, швидкі електрони, частинки з великим зарядом та енергією (HZE). Заряджені частинки захоплюються магнітними полями магнітосфери Землі і спрямовуються в певні райони земної кулі. Внаслідок спалахів на Сонці, що періодично повторюються, відбуваються викиди заряджених частинок великих енергій (понад 1 ГеВ). Характер енергетичного спектру випромінювань, що супроводжують різні сонячні спалахи, суттєво змінюється. Під час спалаху з'являються гігантські хмари з протонів (85 %), б-частинок (до 10 %), HZE (до 10 %). Під час сонячних бур потоки HZE можуть зростати на 3-4 порядки протягом кількох днів. Наприклад у липні 1959 року за межами магнітосфери за 4 дні нагромаджувалась доза понад 10 Гр. Це випромінювання становить велику небезпеку для космічних апаратів. В результаті взаємодії космічного випромінювання з магнітосферою формуються пояси з підвищеною радіацією - так званні пояси Ван-Аллена. В результаті особливостей магнітосфери Землі в результаті космічного випромінювання формуються радіоекологічні аномалії - зокрема так звана Південно-Атлантична аномалія. У результаті взаємодії первинного космічного випромінювання з молекулами атмосфери формується вторинне космічне випромінювання, що складається з електронів, позитронів, піонів, г-фотонів, мюонів, К-мезонів. Інтенсивність космічних променів періодично і неперіодично коливається в першу чергу за рахунок флуктуацій магнітного поля Землі.

Крім джерел природнього походження причиною опроміння біоти і людини в тому числі є джерела антропогенного походження. До цих джерел належать використання іонізуючого випромінювання в медицині, наслідки випробувань ядерної зброї, промислові процеси, що збільшують дозоутворення природних радіонуклеїдів, атомна енергетика та її відходи, катастрофи атомної енергетики в тому числі Чорнобильська катастрофа.

Опромінення людей здійснюється під час проведення рентгенодіагностики, при чому обстеження людей цим методом носить масовий характер. Під час лікування низки патологій використовують опромінення і застосування радіоактивних ізотопів. Щорічна середня доза опромінення, пов'язана з методами медичного обстеження в розвинених країнах становить до 1 мЗв.

У період з 1945 по 1980 роки різними країнами було здійснено понад 400 ядерних вибухів в атмосфері. Найінтенсивніші випробування ядерної зброї в атмосфері проводились у 1957-1958 роках і 1961-1962 роках (здійснено 128 вибухів атомних бомб, серед яких були дуже потужні). Найпотужніший вибух в атмосфері здійснив Радянський Союз на полігоні на Новій Землі випробувавши термоядерну бомбу потужністю еквівалентну вибуху 50 мегатон тротилу. Випробування атомної зброї супроводжувалось викидами величезної кількості радіоактивних ізотопів. Найбільшу небезпеку для людства становлять ізотопи з великим періодом напіврозпаду: С¹⁴ (Т_1/2 = 5730 років), Cs¹³⁷ (Т_1/2 = 30 років), Sr⁹⁰ (Т_1/2 = 28 років), H³ (Т_1/2 = 12 років). Із трансуранових елементів найнебезпечніші Pu²³⁹, Pu²⁴⁰, Am²⁴¹ період піврозпаду яких становить тисячі років. Радіонуклеїди, що потрапили в атмосферу внаслідок випробувань ядерної зброї, розносились вітрами по всій земній кулі забруднюючи океан, ґрунт, рослинність. Випробування ядерної зброї здійснювали крім атмосфери на поверхні землі, під землею, під водою. Функціонувала низка ядерних полігонів в тому числі полігони: Семипалатинськ, Нова Земля, Тоцьк - Оренбуржська обл. (СРСР), Лобнор (КНР), Невада (США), атоли Бікіні, Джонсон та Еніветок (США), атол Муруроа (Франція), Аламогордо (штат Нью-Мексіко - США), Регган та Ін-Екере - пустеля Сахара (Франція). Проводились війскові навчання із застосуванням ядерної зброї при якому опромінювалась велика кількість військовослужбовців, зокрема, в районі Тоцька (СРСР).

Низка промислових технологій призводить до забруднення довкілля радіоактивними речовинами. Зокрема, видобування урану призводить до появи відвалів із значним вмістом радіоактивних ізотопів. При виробництві і застосуванні фосфорних добрив ґрунт забруднюється рідіонуклеїдами - апатити містять ізотопи урану та радію. Виробництво електроенергії на тепорвих електростанціях супроводжується викидом в атмосферу радіоактивних ізотопів які містяться в вугіллі. Застосування геотермальної енергетики супроводжується викидами радіоактивних ізотопів, що містяться в геотермальних водах, особливо радону. Атомна енергетика є джерелом забруднення довкілля радіонуклеїдами - видобування і переробка уранових руд, виробництво ядерного палива, транспортування і поховання відходів атомної ерергетики супроводжується забрудненням довкілля радіоізотопами і містить потенційну небезпеку аварій. Зберігання руди та інших матеріалів, які утворились по ходу вилучення урану для атомних електростанцій, також супроводжується радіоактивним забрудненням атмосфери. Зокрема, залишки урановмісних порід після флотаційного відокремлення збагачених ураном фракцій є досить потужним джерелом радіоактивних речовин, які розсіюються в довкіллі в регіонах розвитку уранодобувної промисловості. До найнебезпечніших елементів, що потрапляють у довкілля по ходу цих технологій належать радон, Pu²¹⁰ та Pb²¹⁰. Експлуатація реакторів неодмінно супроводжується викиданням у довкілля радіонуклеїдів, які входять до продуктів поділу урану, а також виникають внаслідок ядерних реакцій, що здійснюються за участю потоків нейтронів. До цих активованих нейтронами довгоіснуючих радіонуклеїдів належать Co⁶⁰, C¹⁴, H³. Серед продуктів поділу урану є гази - зокрема Kr⁸⁵, Xe¹³³. Запобігати їх потраплянню в повітря дуже важко. Переробляється лише незначна частина ядерного палива. Решта зберігається у тимчасових сховищах. У рідких радіоактивних відходах атомної енергетики основну небезпеку становлять ізотопи Н³, С¹⁴, І¹²⁹, Кr⁸⁵. Збільшення кількості радіоактивних відходів, невирішена проблема їх зберігання і захоронення становить серйозну загрозу щодо підвищення рівня опромінення біоти.

Величезна кількість радіоактивних матеріалів була викинута у довкілля в результаті Чорнобильської катастрофи. Аварія була результатом недосконалості реактора ЗБМК-1000 та відхилень у режимі його експлуатації.

Таблиця 3. Основні радіоактивні ізотопи якими було забруднене довкілля в результаті Чорнобильської катастрофи.

Активна зона реактоа	Сумарний викид
Радіонуклеїд	Період напіврозпаду	Активність, ПБк	Частка в загальному запасі (%)	Активність, ПБк
Xe133	5,3 доби	6500	100	6290
I131	8 діб	3200	20	1650
Cs134	2 роки	180	20	52
Cs137	30 років	280	13	85
Te132	3,25 доби	2700	25-60	1020
Sr89	2 доби	2300	4-6	93
Sr90	28 років	200	4-6	8,1
Ba140	12,8 доби	4800	4-6	180
Zr95	64 доби	5600	3,2	155
Mo90	2,8 доби	4800	3,5	-
Ru103	39,6 доби	4800	2,9	170
Ru106	1 рік	2100	2,9	59
Ce141	33 доби	5600	2,3	190
Ce144	285 діб	3300	2,8	137
Np239	2,4 доби	27000	3	1440
Pu238	86 років	1	3	0,03
Pu239	24400 років	0,85	3	0,03
Pu240	6580 років	1,2	3	0,044
Pu241	13,2 років	170	3	5,9
Cm242	163 доби	26	3,5	0,9
Разом		73559,05		10993,007

Катастрофа розпочалась різким зростанням нейтронного потоку, збільшенням енерговиділення, що призвело до руйнування активної зони реактора, диспергування ядерного палива, різкого підвищення температури. При цьому утворилися суміші ренчовин, які спричинили потужні вибухи, що вщент зруйнували реактор, який повністю розгерметизувався, почалось виділення радіоактивних речовин у довкілля. Утворився струмінь, який піднімався на висоту 1,5 кілометра й виносив з реактора оксиди, карбіди і атомарні форми продуктів поділу урану і радіоактивних ізотопів, що виникли під впливом нейтронів.У струмені були аерозольні частки, у яких містилися радіоактивні речовини. Струмінь мав дуже високу температуру і працював як термохімічна колонка, у якій відбувалось розділення радіонуклеїдів. З цього струменя на різних висотах вітром відшматовувались маси радіоактивних речовин, які у вигляді радіоактивних хмар розносилися в різних напрямках. За напрямком руху радіоактивні хмари випадали на поверхню землі і забруднювали території радіонуклеїдами. У реакторі йшла некерована ланцюгова реакція, викиди радіонуклеїдів були дуже інтенсивними протягом 10 діб, поки жерло не було засипане. Зміни мете реологічних умов під час викидів із реактора радіоактивних матеріалів зумовили складну картину забруднення великих територій не лише в Україні, Білорусії, Росії, а також у багатьох країнах Європи. Рухрадіоактивних хмар, з яких радіонуклеїди у складі опадів потрапляли на поверхню землі, спричинив появу так званих слідів. Найчіткіше проявився західний слід, що являє собою вузьку смугу, що тягнеться через всю Волинь та Полісся до Польщі. Другим за інтенсивністю є північний слід - набагато ширший ніж західний, і тому загальна активність радіонуклеїдів тут вища - він тягнеться через Білорусь та Прибалтику до Скандинавії. Широким, віялоподібним є південний слід. Формування східного сліду зумовило забруднення кількох областей Росії. Окремі зони з підвищеними актианостями радіонуклеїдів утворилися на території Швеції, Фінлядії, Нмеччини, Австрії, Швейцарії, Греції, Румунії, Грузії. Оскільки осідання радіонуклеїдів залежпло від опадів, забруднення має чітко виражений плямистий характер. Чорнобильська катастрофа породила багато проблем, для вирішення яких потрібен тривалий час. Серед них розв'язання проблеми саркофага над зруйнованим реактором, в якому зосереджено більше 160 тон високорадіоактивного ядерного палива.

ХАРАКТЕРИСТИКА ІОНІЗУЮЧИХ ВИПРОМІНЮВАНЬ І ЇХ ВЗАЄМОДІЯ З РЕЧОВИНОЮ

Типи іонізуючих випромінювань

Розрізняють корпускулярне і електромагнітне іонізуюче випромінювання.

Корпускулярне випромінювання - це випромінювання частинок (заряджених або нейтральних), що мають масу спокою.

Електромагнітне випромінювання - це випромінювання електромагнітних хвиль або фотонів - квазічастинок, що не мають маси спокою.

Ці типи іонізуючих випромінювань істотно відрізняються за своїми властивостями, що визначають характер взаємодії їх з речовиною.

До іонізуючих належать випромінювання різних типів, які під час проходження через речовини в актах дискретного передавання енергії здатні іонізувати або збуджувати атоми і молекули.

Іонізація - це перетворення нейтральних атомів чи молекул на частинки, які несуть позитивний або негативний заряд. Кількість енергії, що передана атому чи молекулі, має перевищувати енергію зв'язку електрона з атомом чи молекулою:

W = ДE - E_e

Де W - енергія звільненого електрона;

ДE - кількість енергії, що передана випромінюванням електрону;

E_e - енергія зв'язку електрона з атомом.

Енергію, яка має бути витрачена для відриву електрона від атома (E_e) називають потенціалом іонізації. Це характеристика потенціальної ями, в якій перебуває електрон в атомі у випадку незбудженого стану.

Для відриву електрона від атоиа потрібна мінімальна енергія:

E_min = U e

Де U - потенціал іонізації, який чисельно збігається зі значенням найменшої напруженості електричного поля, котру слід створити, щоб електрон набрав енергію, достатню для іонізації атома чи молекули; е - заряд електрона.

Енергію електронних переходів виражають у електрон-вольтах (еВ). Це позасистемна одиниця енергії. 1 еВ - це енергія, яку набирає частинка з одиничним зарядом, перемістившись в прискорювальному полі між двома точками з різницею потенціалів у 1 В.

Збудженням називають такий стан атомів чи молекул, коли вони мають енергію, більшу ніж в основному стані. Підвищення енергії в системі атомів чи молекул відбувається шляхом електронних переходів з основного стану в збуджений.

Розрізняють різні форми збудження. Якщо у випадку збудження спін електрона залишається незмінним, то такий стан називають синглетним, а якщо спін змінюється - триплетним. Стан атомів і молекул, в якому властива наявність на орбіталях електронів із неспареними спінами, називають вільнорадикальним.

Електромагнітне випромінювання

Електромагнітне випромінювання - це сукупність змінних електричного та магнітного полів, які поширюються в просторі у формі хвиль.

Електромагнітне випромінювання характеризується трьома векторними величинами: напруженістю електричного поля, напруженістю магнітного поля, швидкістю і скалярними величинами - частотою коливань (н) і довжиною хвиль (л). н = 0,693/ л

Швидкість поширення електромагнітних хвиль у вакумі 2,998Х10⁸ м/с.

Електромагнітні хвилі можна описувати як потік квазічастинок - фотонів, енергія яких: E = h н

Де h - стала Планка.

Спін фотона рівний одиниці, маса спокою рівна нулю.

До електромагнітних хвиль належать радіохвилі, радіохвилі надвисокої частоти, інфрачервоні хвилі, видимі промені, ультрафіолетові промені, рентгенівські промені, гамма промені. До іонізуючого випромінювання відносять з усіх електромагнітних хвиль тільки ультрафіолетові, рентгенівські та гамма промені. Під час гальмування зарядженої частинки в електричному полі генерується електромагнітне випромінювання, яке називається гальмівним. Рентгенівські (правильніше полюєвські) промені - це електромагнітне випромінювання з довжиною хвилі 50 - 0,01 нм, що виникає за умов гальмування швидких електронів у певних речовинах, переважно в металах. Спектри рентгенівських променів поділяють на суцільні і характеристичні. Суцільні спектри характеризують різночастотне випромінювання. Характеристичні спектри - лінійчасті спектри, в яких кожна лінія відповідає певним енергетичним переходам внутрішніх електронів атома. Рентгенівське випромінювання ділять на м'яке - довгохвильове і жорстке - короткохвильове.

Гамма-випромінювання - це короткохвильове електромагнітне випромінювання, яке виникає у випадку зміни енергетичного стану атомних ядер, що утворюється в результаті радіоактивного розпаду. Крім того г-фотони генеруються при анігіляції або внаслідок розпаду елементарних частинок таких як р⁰- мезон. Енергетичний спектр гамма-випромінювання - лінійчастий.

Корпускулярне випромінювання

Корпускулярне випромінювання - це потік частинок, які мають ненульове значення маси спокою.

Розрізняють такі різновидності корпускулярного випромінювання:

в-випромінювання - потік прискорених електронів (в^{- --}частинок) або позитронів (в⁺ - частинок). Це випромінювання має складний безперервний спектр, і форма кривої розподілу в-частинок за їхньою енергією залежить від типу в-ропаду.

Потік протонів - потік ядер водню. До джерел швидких протонів належить багато ядерних реакцій. У відкритому космосі є потужні потоки швидких протонів з дуже великим значенням енергії.

Потік дейтронів - потік ядер дейтерію (ядро дейтерію складається з одного протона і одного нейтрона, дейтерій - важкий ізотоп водню).

Потік ядер тритію - ядер важкого радіоактивного ізотопу водню, що складається з одного протона і двох нейтронів.

Потік б-частинок (альфа-промені) - потік ядер гелію. Відомо 25 природних і 100 штучних ізотопів які випромінюють б-частинки.

Потік швидких ядер хімічних елементів - потік ядер найрізноманітніших елементів від дейтерію до ядер трансуранових елементів.

Потік мезонів. Мезони - це нестабільні елементарні частинки, маса яких більша за масу електрона, але менша за масу протона. Є нейтральні мезони і є мезони заряджені. Розрізняють р-мезони (піони), К-мезони (каони). Піони є квантами ядерного поля, завдяки їм здійснюється зв'язок нуклонів у атомних ядрах. Піони - група трьох нестабільних елементарних частинок: заряджених - р+ і р- та нейтральної р⁰. Час існування мезонів - мільйонні частки секунди. Внаслідок розпаду мезонів з негативним зарядом виникає електрон і нейтрино.

Потік мюонів. Мюони - різновидність лептонів - нестабільні елементарні частинки, маса яких у 207 разів перевищує масу електрона, але менша ніж маса мезонів. Розрізняють м+ і м- мюони. Мюони виникають під час розпаду р+ , р- , К⁺, К^- - мезонів. Мюони часто виявляють у космічних променях.

Потік нейтронів. Нейтрони - електрично нейтральні елементарні частинки, нуклони, маса нейтрона приблизно рівна масі протона. Потік нейтронів відрізняється значно більшою проникливістю у речовину. У вільному стані нейтрони нестабільні - розпадаються на протон, електрон і нейтрино. Нейтрон і протон є різними станами існування нуклона. Розрізняють надшвидкі нейтрони (їх енергія більша 20 МеВ), швидкі нейтрони (енергія 200 кеВ - 20 МеВ), проміжні нейтрони (енергія менша 200 кеВ), надтеплові і теплові нейтрони (енергія 0,1 - 0,2 еВ).

Потік Оже-електронів - потік електронів, що виникли в результаті ефекту Оже.

Ефект Оже - явище самоіонізації збуджених атомів під час перерозподілу в них енергії з випромінюванням електронів, енергія яких достатня для іонізації атомів.

Класифікація елементарних частинок

Елементарні частинки прийнято ділити на три великі класи: баріони, мезони, лептони, бозони. Крім того виділяють інші групи елементарних частинок: андрони, гіперони, ферміони та ін.

Баріони - це важкі елементарні частинки, маса баріонів у тисячі разів більша за масу електрона. До баріонів належать гіперони або дивні баріони - найбільш масивні елементарні частинки, які мають таку характеристику (властивість) як дивність. Нейтральні гіперони не являються істинно нейтральними частинками, тобто нейтральні гіперони мають свою античастинку, вони не являють античастинками для самих себе. Час життя майже всіх основних станів гіперонів складає 10^?10 с. До баріонів належать також нуклони - частинки, з яких складаються ядра елементів - це протон і нейтрон - дві форми нуклона, які можуть переходити одна в одну. У вільному стані нейтрон нестабільний - розпадається на протон, електрон і нейтрино.

Мезони - або бозони сильної взаємодії. Легші за баріони, але важчі за лептони. Їх маса у 200-1000 разів вища за масу електрона. Більша частина маси мезона походить від енергії зв'язку, а не від маси частинок з яких складається мезон. Всі мезони нестабільні.

Лептони - фундаментальні частинки з напіввільним спіном, що не беруть участі у сильних взаємодіях. До цього класу належать найлегші частинки. До лептонів належать такі частинки як електрон, позитрон, мюони, нейтрино. Але до лептонів належить дуже важка частика - таон, яка в майже в 100 разів важча за протон.

Бозони - частинки з цілим значенням спіну. Термін був запропонований П. Діраком. Бозони, на відміну від ферміонів, підпорядковуються статистиці Бозе-Айнштайна, яка допускає, що в одному квантомому стані може знаходитись кілька елементарних частинок. Розрізніють елементарні бозони і складні.Елементарні бозони є квантими калібровочних полів, за допомогою яких здійснюються взаємодії елементарних ферміонів - лептонів і кварків у Стандартній моделі.

Таблиця 4. Основні елементарні частинки. Кожна із зазначених частинок має свою античастинку (крім каона та нейтрального піона). Піони можуть бути позитивно, негативно і нейтрально заряджені.

Клас	Назва	Позначення	Маса	Спін	Дивність	Заряд
Баріони	Щ-гіперон	Щ-	3284	3/2	- 3	- 1
	О-гіперон	О-	2586	1/2	- 2	- 1
	О-гіперон	О0	2586	1/2	- 2	0
	У-гіперон	У-	2335	1/2	- 1	- 1
	У-гіперон	У+	2335	1/2	- 1	+ 1
	У-гіперон	У0	2335	1/2	- 1	0
	Д-гіперон	Д+	2270	3/2	0	+ 1
	Д-гіперон	Д++	2270	3/2	0	+ 2
	Д-гіперон	Д-	2270	3/2	0	- 1
	Д-гіперон	Д0	2270	3/2	0	0
	Л-гіперон	Л0	2182	1/2	- 1	0
	протон	p	1837	1/2	0	+ 1
	антипротон	p-	1837	1/2	0	- 1
	нейтрон	n	1837	1/2	0	0
	антинейтрон	_ n	1837	1/2	0	0
Мезони	каон	К0	966	0	+ 1	0
	піон	р	273	0	0
	роон	с	273	1	0
	з-мезон	з	273	0	0
	щ-мезон	щ	273	1	0
	ц-мезон	ц	273	1	0
Лептони	мюон	м-	207	1/2		- 1
	мюон	м+	207	1/2		+ 1
	електрон	e	1	1/2		- 1
	позитрон	e+	1	1/2		+ 1
	таон	ф+	3558	1/2		+ 1
	таон	ф-	3558	1/2		- 1
	нейтрино	нм	0 (?)	1/2		0
	нейтрино	нe	0 (?)	1/2		0
	нейтрино	нф	0 (?)	1/2		0
Бозони	фотон	г	0	1		0
	глюон	g	0	1		0
	W-бозон	W+	183700	1		+ 1
	W-бозон	W-	183700	1		- 1
	Z-бозон	Z	183700	1		0
	Бозон Хіггса	H0		0		0

До таких бозонів належать фотон (електромагнітна взаємодія), глююо (сильна взаємодія), W та Z-бозони (слабка взаємодія), гравітон (гравітаційна взаємодія, гіпотетична частинка). Всі бозони, крім W, нейтральні. W⁺ та W^- бозони є античастинками по відношенню один до одного. Мезони розглядаються як складні бозони.

Ферміони - це частинки або квазічастинки з напівбілим значенням спіну. Назву отримали від імені вченого фізика Енріко Фермі. До ферміонів належать лептони, кварки, а також квантові системи, що складаються з непарного числа ферміонів. Ферміони підпорядковуються статистиці Фермі-Дірака: в одному квантовому стані може знаходитись не більше однієї частинки (принцип Паулі).

Андрони - клас елементарних частинок, що вступають у сильну взаємодію. Андрони мають квантові числа, що зберігаються в процесах сильної взаємодії (дивність, зачарованість, чарівність та ін.). До андронів належать баріони та мезони.

Елементарних частинок, квазічастинок та гіпотетичних частинок відомо багато - кілька десятків.

Після відкриття ділимості атома, атомного ядра та відкриття електронів вважалося, що елементарні частинки неділимі і являють найпростішими цеглинками світобудови. Але потім було відкрито, що елементарні частинки здатні перетворюватися. розпадатися, анігілювати. Тоді стало ясно, що світ збудований інакше, і самі елементарні частинки мають складну будову. Згідно найбільш вірогідної гіпотези - так званої «Найбільш консервативної теорії» (НКТ) (або як її ще називають «стандартній моделі») всі елементарні частинки складаються з так званих кварків в різних комбінаціях. Основні елементарні частинки приведені в табл. 4, квірки наведені в табл. 5.

Кварки - фундаментальні частинки Стандартної моделі з зарядом кратним е/3, що не спостерігаються (чи не існують) у вільному стані. Кварки є точковими частинками до масштабу 0,5·10?19 м, що у 20 000 разів менше розмірів протона. Згідно сучасної теорії є 6 різновидностей кварів - 6 ароматів. Кварки ще мають внутрішню притаманну їм характеристику, яку назвали «колір».

Кожному кварку відповідає антикварк з протилежними квантовими числами. У силу невідомих досі причин кварки групуються у три покоління. У кожному поколінні один кварк має заряд - 1/3, а інший + 2/3. Кварки беруть участь у сильних, слабких, електромагнітних та гравітаційних взаємодіях. Сильні взаємодії (обмін глюоном) можуть змінювати колір кварка, але не його аромат. Слабкі взаємодії можуть навпаки - змінювати аромат, але не колір. Незвичайні властивості сильної взаємодії призводять до того, що кварк не може віддалитися на суттєву відстань від інших кварків, а значить кварки не можуть існувати у вільному стані. Це явище отримало назву конфайнмент. Є гіпотеза, що кварки в свою чергу складаються з ще менших частинок. Ці гіпотетичні частинки були названі преони. Зрозуміло, що всі взаємодії якось пов'язані, матерія та енергія є різновидністю чогось одного, простір і час якось пов'язані між собою. Щоб пояснити фундаментальні основи світобудови розробляється Теорія Великого об'єднання, яка поки що не створена.

Таблиця 5. Кварки.

Символ	Назва	Заряд	Маса
Перше покоління
d	нижній	down	- 1/3	4,79 МэВ/с2
u	верхній	up	+ 2/3	2,01 МэВ/с2
Друге покоління
s	дивний	strage	- 1/3	95 МэВ/с2
c	зачаровний	charm	+ 2/3	1,8 ГэВ/с2
Третє покоління
b	чарівний	beaty	- 1/3	4,5 ГэВ/с2
t	істинний	truth	+ 2/3	171 ГэВ/с2

Таблиця 6. Кварковий склад елементарних частинок згідно Найбільш консервативної теорії.

Частинка	Частинка
Назва	Кварковий склад	Назва	Кварковий склад
p	uud	Л0b	udb
n	udd	Л+t	udt
Д++	uuu	У+	uus
Д+	uud	У-	dds
Д0	udd	У0	uds
Д-	ddd	О0	uss
Л0	uds	О-	dss
Л+c	udc	Щ-	sss
р0	_ _ uu - dd	с0	_ _ uu - dd
р+	_ ud	с +	_ ud
р-	_ du	с -	_ du
K+	_ us	K0	_ ds

Основні закони мікросвіту

Мікросвіт, в якому відбуваються ядерні реакції і реакції елементарних частинок, існує за своїми законами. Ось деякі з основних законів мікросвіту:

1) Закон збереження баріонів. У замкненій системі різниця повного числа баріонів і повного числа антибаріонів зберігається незмінною.

2) Закон збереження лептонів. У замкненій системі різниця повного числа лептонів і повного числа антилептонів зберігається незмінною.

3) Закон збереження маси-енергії. У замкненій системі сумарна маса-енергія зберігається незмінною. Тут важливо зрозуміти такий аспект: маса може перетворюватись в енергію, а енергія може перетворюватись у масу.

4) Закон збереження повного імпульсу. У замкненій системі сумарний повний імпульс лишається незмінний.

5) Закон збереження заряду. У замкненій системі сумарний заряд лишається незмінний.

6) Закон збереження спіну. У замкненій системі сумарне спінове число лишається незмінним.

7) Закон збереження дивності. У замкненій системі сумарне число дивності лишається незмінним.

8) Закон збереження симетрії (для слабких взаємодій не виконується). Якщо всі елементи реакції змінити на їх дзеркальне відображення, то реакція буде мати місце.

9) Закон інваріантності часу. Якщо напрямок вектору часу змінити на прямо протилежний, то реакція буде мати місце.

10) Закон збереження зачарованості (шарму). У замкненій системі сумарне число зачарованості (шарму) лишається незмінним.

ФІЗИЧНІ ПАРАМЕТРИ РАДІОБІОЛОГІЧНИХ ПРОЦЕСІВ

Головні радіометричні параметри

1) Число частинок N - число випромінених, перенесених або поглинутих частинок опроміненим об'єктом. Безрозмірна величина.

2) Енергія іонізуючого випромінювання Е (без врахування енергії спокою частинок); [E] = Дж

3) Потік іонізуючих частинок J_p

J_p = dN / dt

dN - число іонізуючих частинок, що проходять через дану поверхню. dt - інтервал часу. [J_p] = c^-1

4) Потік іонізуючого випромінювання J_r

J_r = dE / dt

E - енергія іонізуючого випромінювання, що проходить через дану поверхню. t - час. [J_r] = Вт

5) Флюенс іонізуючих частинок Ц_p

Ц_p = dN / dS

N - число іонізуючих частинок, що проникають через елементарну сферу, S - площа центрального перерізу цієї сфери. [Ц_p] = м^-2

6) Флюенс енергії іонізуючого випромінювання Ф_r

Ф_r = dE / dS

E - енергія іонізуючого випромінювання, що проникає через елементарну сферу, S - площа центрального перерізу цієї сфери.

[Ц_r] = Дж / м²

7) Щільність потоку іонізуючих частинок ц_p

ц_p = d Ц_p / dS

[ц_p] = c^-1 м^-2

8) Щільність потоку іонізуючого випромінювання ц_r

ц_r = d Ф_r / dS

[ц_r] = Вт / м²

Дозиметричні величини і одиниці

1) Експозиційна доза фотонного випромінювання

D_exp = dQ / dm

Q - сумарний заряд всіх йонів одного знаку, утворених в повітрі, коли всі електрони й позитрони, звільнені фотонами в елементарному об'ємі повітря, повністю зупинились в повітрі; m - маса повітря. [D_exp] = Кл / кг Позасистемна одиниця експозиційної дози - рентген (Р) пов'язана з системою СІ співвідношенням:

1 Р = 2,58 10 -⁴ Кл / кг

2) Потужність експозиційної дози фотонного випромінювання:

P_exp = D_exp / dt

[P_exp] = А / кг

Позасистемна одиниця - Р /с пов'язана з одиницею СІ:

1 Р / с = 2,58 10 -⁴ А / кг

Для розрахунку потужності експозиційної дози на певній відстані від точкового джерела іонізуючого випромінювання використовують співвідношення:

P_exp = ГА / r²

Де Г - повна гамма стала [Р / год], А - активність джерела [Бк], r - відстань від джерела до опроміненого об'єкта. Повна гамма стала для різних радіоактивних ізотопів різна. Наприклад: для Na²² - Г = 12,56 Р / год, Cs¹³⁴ - Г = 9,88 Р / год, Co⁶⁰ - Г = 13,2 Р / год.

3) Поглинута доза іонізуючого випромінювання:

D_abs = dE / dm

E - середня енергія передана іонізуючим випромінюванням речовині у елементарному об'ємі; m - маса речовини у цьому об'ємі.

[D_abs] = Гр = Дж / кг

Гр - Грей - одиниця поглинутої дози

4) Потужність поглинутої дози іонізуючого випромінювання:

P_abs = dD_abs / dt

[P_abs] = Гр / с

Лінійне передавання енергії (ЛПЕ)

Потоки фотонів та частинок, проходячи крізь товщу речовини, ослаблюються. Це ослаблення еквівалентне ослабленню потоку енергії, що може кількісно характеризуватися похідною сумарної ерергії фотонів і частинок за траєкторією руху. Іонізація і збудження атомів та молекул внаслідок проходження фотонів і заряджених частинок здійснюється не лише безпосередньо ними, а й під впливом вторинного випромінювання - фотоелектронів, комптонівських електронів, ядер віддачі. Д-електрони, які виникають в результаті фотоефекту й комптонівського розсіювання, можуть мати значну кінетичну енергію, взаємодіючи з молекулами і атомами за тим же механізмом, що і первинне випромінювання, вони генерують вторинні електрони другого порядку, які в свою чергу спричинюють електрони третього порядку і т.д. Цей процес триватиме доти, доки не вичерпається енергія вторинних електронів до рівнів, менших за іонізаційний потенціал, після чого передавання енергії іонізуючого випромінювання речовині припиняється. Основною величиною, що характеризує передавання енергії іонізуючого випромінювання атомам і молекулам речовини, є лінійне передавання енергії (ЛПЕ) - величина, що показує, яка кількість енергії була передана в актах взаємодії випромінювання і речовини на одиницю довжини треку.