С ионизирующим излучением и его особенностями человечество познакомилось совсем недавно: в 1895 году немецкий физик В.К. Рентген обнаружил лучи высокой проникающей способности, возникающие при бомбардировке металлов энергетическими электронами (Нобелевская премия, 1901 г.), а в 1896 г. А.А. Беккерель обнаружил естественную радиоактивность солей урана.

Нет необходимости говорить о том положительном, что внесло в нашу жизнь проникновение в структуру ядра, высвобождение таившихся там сил. Но как всякое сильнодействующее средство, особенно такого масштаба, радиоактивность внесла в среду обитания человека вклад, который к благотворным никак не отнесёшь.

Появилось также число пострадавших от ионизирующей радиации, а сама она начала осознаваться как опасность, способная привести среду обитания человека в состояние, не пригодное для дальнейшего существования.

Причина не только в тех разрушениях, которые производит ионизирующее излучение. Хуже то, что оно не воспринимается нами органолептически: ни один из органов чувств человека не предупредит его о приближении или сближением с источником радиации. Человек может находиться в поле смертельно опасного для него излучения и не иметь об этом ни малейшего представления.

В настоящее время из всех элементов таблицы Д.И. Менделеева известно более 1500 изотопов. Из этого количества изотопов лишь около 300 стабильных и около 90 являются естественными радиоактивными элементами.

Продукты ядерного взрыва содержат более 100 нестабильных первичных изотопов. Большое количество радиоактивных изотопов содержится в продуктах деления ядерного горючего в реакторах АЭС.

Таким образом, источниками ионизирующего излучения являются искусственные радиоактивные вещества, изготовленные на их основе медицинские и научные препараты, продукты ядерных взрывов при применении ядерного оружия, отходы атомных электростанций при авариях на них.

Главным объектом исследования ученых был сам атом, вернее - его строение. Мы знаем теперь, что атом похож на Солнечную систему в миниатюре: вокруг крошечного ядра движутся по орбитам “планеты” - электроны. Размеры ядра в сто тысяч раз меньше размеров самого атома, но плотность его очень велика, поскольку масса ядра почти равна массе самого атома. Ядро, как правило, состоит из нескольких более мелких частиц, которые плотно сцеплены друг с другом.

Некоторые из этих частиц имеют положительный заряд и называются протонами. Число протонов в ядре и определяет, к какому химическому элементу относится данный атом: ядро атома водорода содержит всего один протон, атома кислорода - 8, урана - 92. В каждом атоме число электронов в точности равно числу протонов в ядре; каждый электрон несет отрицательный заряд, равный по абсолютной величине заряду протона, так что в целом атом нейтрален.

В ядре, как правило, присутствуют и частицы другого типа, называемые нейтронами, поскольку они нейтральны. Ядра атомов одного и того же элемента всегда содержат одно и то же число протонов, но число нейтронов в них может быть различным. Атомы, имеющие ядра с одинаковым числом протонов, но различающиеся по числу нейтронов, относятся к разным разновидностям одного и того же химического элемента, называемым изотопами данного элемента. Чтобы отличить их друг от друга, к символу приписывают число, равное сумме всех частиц в ядре данного изотопа. Так, уран-238 содержит 92 протона, но 143 нейтрона; в уране-235 тоже 92 протона, но 143 нейтрона. Ядра всех изотопов химических элементов образуют группу нуклидов.

Некоторые нуклиды стабильны, то есть в отсутствии внешнего воздействия никогда не претерпевают никаких превращений.

Большинство же нуклидов нестабильны, они все время превращаются в другие нуклиды. В качестве примера возьмем хотя бы атом урана-238, в ядре которого протоны и нейтроны едва удерживаются вместе силами сцепления. Время от времени из него вырывается компактная группа из четырех частиц: двух протонов и двух нейтронов (б-излучение). Уран-238 превращается, таким образом, в торий-234, в ядре которого содержатся 90 протонов и 144 нейтрона.… Далее следуют иные превращения (показанные ниже в таблице), сопровождаемые излучениями, и вся цепочка, в конце концов, оканчивается стабильным нуклидом свинца. Разумеется, существует много таких цепочек самопроизвольных превращений разных нуклидов по разным схемам превращений и их комбинациям.

При каждом акте распада нуклида высвобождается энергия, которая и передается дальше в виде излучения.

Существуют три вида ионизирующих излучений:

* б-излучение. Представляет собой поток ядер атомов гелия, называемых б-частицами. Начальная скорость альфа-частиц достигает 10000-20000 км./сек. Они обладают большой ионизирующей способностью. Длина пробега альфа-частиц в воздухе составляет всего 10 см., а в твердых телах еще меньше.

Одежда, индивидуальные средства защиты полностью задерживают альфа-частицы. Внешнее их воздействие не опасно для человека. Из-за высокой ионизирующей способности альфа-частицы крайне опасны при попадании внутрь организма.

* в-излучение. Это поток электронов, называемых в-частицами. Скорость бета-частиц может в некоторых случаях достигать скорости света.

Проникающая способность их меньше, чем гамма-излучения. Одежда и индивидуальные средства защиты значительно ослабляют бета-излучение.

Ионизирующее действие бета-излучения в сотни раз сильнее гамма-излучения.

* г-излучение. Это электромагнитные волны, аналогичные рентгеновским лучам и лучам света, распространяющиеся в воздухе со скоростью 300000км./сек. На сотни метров.

Они способны проникнуть через толщи защитных материалов и через индивидуальные средства защиты.

Гамма излучение представляет основную опасность для людей. При радиоактивном заражении местности гамма-излучение действует в течение суток, недель и месяцев.

3. Влияние ионизирующих излучений на живые организмы и защита от них

Приведем ниже поэтапное воздействие всех видов ионизирующих излучений на любой живой организм.

Заряженные частицы: Проникающие в ткани организма альфа- и бета-частицы теряют энергию вследствие электрических взаимодействий с электронами тех атомов, близ которых они проходят. Гамма-излучение и рентгеновские лучи передают свою энергию веществу несколько иными способами, которые, в конечном счете, также приводят к электрическим взаимодействиям.

Электрические взаимодействия: За время порядка десяти триллионных секунды после того, как проникающее излучение достигнет соответствующего атома в ткани организма, от этого атома отрывается электрон. Последний заряжен отрицательно, поэтому остальная часть исходно нейтрального атома становится положительно заряженной. Этот процесс называется ионизацией. Оторвавшийся электрон может далее ионизировать другие атомы.

Физико-химические изменения: И свободный электрон, и ионизированный атом обычно не могут долго пребывать в таком состоянии и в течение следующих десяти миллиардных долей секунды участвуют в сложной цепи реакций, в результате которых образуются новые молекулы, включая и такие чрезвычайно реакционно-способные, как свободные радикалы.

Химические изменения: В течение следующих миллионных долей секунды образовавшиеся свободные радикалы реагируют как друг с другом, так и с другими молекулами и через цепочку реакций, еще не изученных до конца, могут вызвать химическую модификацию важных в биологическом отношении молекул, необходимых для нормального функционирования клетки.

Биологические эффекты: Биохимические изменения могут произойти как через несколько секунд, так и через десятилетия после облучения и явиться причиной немедленной гибели клеток или таких изменений в них, которые могут привести к раку.

Еще ниже приведем разновидности доз радиоактивного облучения.

Поглощенная доза - энергия ионизирующего излучения, поглощенная облучаемым телом, в пересчете на единицу массы.

Эквивалентная доза - поглощенная доза, умноженная на коэффициент, отражающий способность данного излучения повреждать ткани организма.

Коллективная эквивалентная доза - эффективная эквивалентная доза, полученная группой людей от какого-либо источника радиации.

Полная коллективная эффективная эквивалентная доза - коллективная эффективная эквивалентная доза, которую получат поколения людей, от какого-либо источника за все время его дальнейшего существования.

Приведем некоторые внесистемные, но широко распространенные единицы.

Беккерель (Бк, Bq) - единица активности нуклида в радиоактивном источнике (в системе СИ). Один беккерель соответствует одному распаду в секунду для любого радионуклида.

Грей (Гр, Gy) - единица поглощенной дозы в системе СИ. Представляет собой количество энергии ионизирующего излучения, поглощенной единицей массы какого-либо физического тела, например, тканями организма.

Зиверт (Зв,Sv) - единица эквивалентной дозы в системе СИ. Представляет собой единицу поглощенной дозы, умноженную на коэффициент, учитывающий неодинаковую радиационную опасность разных видов ионизирующих излучений. Один зиверт соответствует поглощенной дозе в 1 Дж/кг (для рентгеновского, - и - излучений).

Стоит также привести некоторые широко распространенные внесистемные единицы и их связь с единицами СИ:

Кюри (Ки, Сu) - единица активности изотопа:

1 Ки = 3,700*1010 Бк;

рад (рад, rad) - единица поглощенной дозы излучения:

1 рад = 0,01 Гр;

бэр (бэр, rem) - единица эквивалентной дозы:

1 бэр = 0,01 Зв.

Защита от ионизирующих излучений.

* Защита от - и -излучения. Для защиты от данных видов излучений достаточно слоя воздуха в 10 см, тонкой фольги. Одежда, как было сказано выше, тоже полностью ослабляет -частицы, а экран из алюминия, плексигласа, стекла толщиной несколько миллиметров полностью экранирует поток -частиц.

Однако при энергии -частиц е>2 МэВ существенную роль начинает играть тормозное излучение, которое требует более усиленной защиты.

* Защита от нейтронного излучения. При проектировании защиты от нейтронного излучения необходимо учитывать, что процесс поглощения эффективен для тепловых, медленных и резонансных нейтронов, поэтому быстрые нейтроны должны быть предварительно замедленны. Тяжелые материалы хорошо ослабляют быстрые нейтроны. Промежуточные нейтроны эффективнее ослаблять водородосодержащими веществами. Это означает, что следует искать такую комбинацию тяжелых водосодержащих веществ, которые давали бы наибольшую эффективность (например, используют комбинации H2O+Fe,H20+Pb).

4. Основы радиоактивной безопасности. Нормы радиационной безопасности (НРБ-99)