МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

Кафедра безопасности жизнедеятельности

РЕФЕРАТ

по дисциплине: Защита населения в чрезвычайных ситуациях

на тему: Характеристика и свойства ионизирующих излучений

МИНСК 2011

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Ионизирующим  излучением называют потоки элементарных частиц и квантов электромагнитного  излучения, которые создаются при  радиоактивном распаде, торможении заряженных частиц в  веществе.  Ионизирующее излучение состоит из рентгеновских и гамма-излучений, потоков альфа-частиц, электронов, нейтронов и протонов и определяется как выделение энергии, вызывающее ионизацию среды при взаимодействии со средой ионов разных знаков.

В зависимости от происхождения, ионизирующие излучения бывают естественные (космические лучи, наличие радиоактивных элементов в почве, воздухе и материалах, используемых в хозяйственной деятельности, а также изотопов, главным образом, калия, в тканях живого организма, продукты распада радона и тория в воздухе и другие природные радионуклиды,  присутствующие в окружающей среде) и искусственные (рентгеновское излучение, применяемое в медицине, радиоактивные осадки при использовании ядерного оружия, выбросы радионуклидов с отходами атомной станции в окружающую среду, а также гамма-излучение, используемое в промышленности).

Источники ионизирующих излучений широко используются в технике, химии, медицине, сельском хозяйстве и других областях, например, при измерении плотности почв, обнаружении течей в  газопроводах, измерении толщины листов, труб и стержней, антистатической обработке тканей, полимеризации пластмасс, радиационной терапии  злокачественных опухолей и др. Однако следует помнить, что источники ионизирующего излучения представляют существенную угрозу здоровью и жизни использующих их  людей, так как ионизирующая радиация, проходя сквозь ткани и клетки живых организмов, способна передавать им свою энергию, разрывая химические связи внутри молекул и вызывая серьёзные изменения в их структуре.

1. Виды  ионизирующих излучений  и их свойства

Наиболее  разнообразны по видам ионизирующих излучений так называемые радиоактивные  излучения, образующиеся в результате самопроизвольного радиоактивного распада атомных ядер элементов  с изменением физических и химических свойств последних. Элементы, обладающие способностью радиоактивного распада, называются радиоактивными; они могут быть естественными, такие, как уран, радий, торий и др. (всего около 50 элементов), и искусственными, для которых  радиоактивные свойства получены искусственным путем (более 700 элементов). Радиоактивные элементы могут присутствовать в виде твердых тел, жидкостей и газов, поэтому, помимо своего специфического свойства излучения, они обладают  соответствующими свойствами этих трех состояний; они могут образовывать аэрозоли, пары, распространяться в воздушной среде, загрязнять окружающие  поверхности, проникать в пищеварительный тракт и органы дыхания.

Все виды излучений отличаются друг от друга  различными зарядами, массой и энергией. Различия имеются и внутри каждого вида ионизирующих излучений, обусловливая большую или меньшую проникающую и ионизирующую способность и другие их особенности. Интенсивность всех видов радиоактивного облучения, как и при других видах лучистой энергии, обратно пропорциональна квадрату  расстояния от источника излучения, то есть при увеличении расстояния вдвое или втрое интенсивность облучения уменьшается соответственно в 4 и 9 раз.

При радиоактивном  распаде имеют место три основных вида ионизирующих излучений: альфа, бета и гамма. Их основными характеристиками являются энергия частиц, их пробег в разных средах или проникающая способность, а также их ионизирующая способность (особенно в смысле опасности для биологических объектов). Под длиной пробега частицы в воздухе или других средах принято называть наибольшее расстояние от источника излучения, при котором еще можно обнаружить частицу до ее поглощения веществом. Длина пробега частицы зависит от заряда, массы, начальной энергии и среды, в которой происходит движение. С возрастанием начальной энергии частицы и уменьшением плотности среды длина пробега увеличивается. Если начальная энергия излучаемых частиц одинакова, то тяжелые частицы обладают меньшими скоростями, чем легкие. Если частицы движутся медленно, то их взаимодействие с атомами вещества среды более эффективно и частицы быстрее растрачивают имеющийся у них запас энергии.

Существует  две группы ионизирующих излучений:

• корпускулярные, состоящее из частиц с массой покоя, отличной от нуля (альфа-, бета-излучение и нейтронное излучение);
• электронное (фотонное) (гамма-излучение и рентгеновское) с очень малой длиной волны.

Рассмотрим  основные характеристики указанных  излучений.

Альфа-излучение – это поток положительно заряженных ионов гелия, образующихся при распаде ядер, как правило, тяжелых естественных элементов (радия, тория и др.) и движущихся практически прямолинейно со скоростью примерно 20 000 км/с. В настоящее время известно более 120 искусственных и естественных альфа-радиоактивных ядер. Энергия альфа-частиц не превышает нескольких МэВ (1 МэВ – единица энергии (мега-электрон-вольт), применяемая в атомной и ядерной физике. 1МэВ = 10⁶ эВ (электрон-вольт); 1 МэВ =  1,60206∙10^-13 Дж). Эти лучи не проникают глубоко в твердые или жидкие среды, поэтому для защиты от внешнего воздействия достаточно защититься любым тонким слоем, даже листком бумаги. При внешнем облучении человека альфа-частицами полностью задерживаются поверхностным слоем кожи.

Бета-излучение представляет собой поток электронов или чаще позитронов, образующихся при распаде ядер как естественных, так и искусственных радиоактивных элементов. В настоящее время известно около 900 разновидностей бета-излучений. Масса бета-частиц в несколько десятков тысяч раз меньше массы альфа-частиц. В зависимости от природы источника бета-излучения скорость этих частиц может лежать в пределах 0,3–0,99 скорости света. Энергия бета-частиц не превышает нескольких МэВ, длина пробега в воздухе  составляет приблизительно 1800 см, а в мягких тканях человеческого тела ~ 2,5 см. Проникающая способность бета-частиц выше, чем альфа-частиц (из-за меньших массы и заряда). Ионизирующая способность бета-излучения ниже, чем альфа-излучения: на 1 см пробега бета-частиц в среде образуется несколько десятков пар заряженных ионов. Бета-излучение обладает большей проникающей способностью по сравнению с альфа-лучами, поэтому и для защиты от них требуются более плотные и толстые экраны. Однако бета-частицы не могут проникнуть в глубь человеческого организма больше, чем на несколько миллиметров.

Нейтронное  излучение представляет собой поток частиц нейтронов, не имеющих электрического заряда, являющихся составной частью всех ядер, за исключением атома водорода. Масса нейтрона приблизительно в 4 раза меньше массы альфа-частиц. Они не обладают зарядами, поэтому сами  не оказывают ионизирующего действия, однако весьма значительный ионизирующий эффект происходят за счет взаимодействия нейтронов с ядрами облучаемых  веществ, которые могут приобретать радиоактивные свойства, то есть получать так  называемую наведенную радиоактивность. При взаимодействии нейтронов с ядрами атомов среды возникает вторичное излучение, состоящее из заряженных частиц и гамма-лучей (гамма-излучение). Нейтронное излучение образуется при работе ускорителей элементарных частиц, ядерных реакторов и т. д. Нейтронное излучение обладает наибольшей  проникающей способностью и представляет для человека наибольшую опасность из всех видов корпускулярного излучения. Задерживаются нейтроны веществами, содержащими в своей молекуле водород (вода, парафин и др.).

Гамма-лучи, или кванты энергии (фотоны), представляют собой электромагнитное излучение с высокой энергией(0,01–3 МэВ) и малой длиной волны, образующееся при распаде ядер многих радиоактивных элементов. Высокая энергия и малая длина волны обусловливает большую проникающую способность гамма-излучения. Гамма-частицы способны вызвать облучение всего тела. Поэтому для экранирования от них необходимы специальные устройства из материалов,  способных хорошо задерживать эти лучи (свинец, бетон, вода). Это излучение обладает меньшей ионизирующей способностью, чем альфа- и бета-излучение. Ионизирующий эффект действия гамма-излучения обусловлен в основном как непосредственным расходованием собственной энергии, так и ионизирующим действием электронов, выбиваемых из облучаемого вещества.

Рентгеновское излучение, возникающее при уменьшении кинетической энергии заряженных частиц или при изменении энергетического состояния электронов атома, образуется при работе рентгеновских трубок, а также сложных электронных установок (бетатронов и т. п.). По характеру рентгеновские лучи во многом сходны с гамма-лучами и отличаются от них происхождением и иногда длиной волны: рентгеновские лучи, как правило, имеют большую длину волны и более низкие частоты, чем гамма-лучи. Энергия его обычно не превышает 1 МэВ. Рентгеновское излучение, как и гамма-излучение, обладает малой ионизирующей способностью и большой глубиной проникновения. Ионизация вследствие воздействия рентгеновских лучей происходит в большей степени за счет выбиваемых ими электронов  и лишь незначительно за счет непосредственной траты собственной энергии.

2. Основные  показатели и единицы  измерения, применяемые  для характеристики ионизирующих излучений.

   Рассмотрим  основные показатели и единицы измерения, применяемые для характеристики ионизирующих излучений.

   При распаде ядер атомов его продукты вылетают с большой скоростью. Встречая на своем пути ту или иную преграду, они производят в ее веществе различные  изменения. Воздействие излучения на вещество будет тем больше, чем больше распадов происходит в единицу времени. Для характеристики числа распадов вводится понятие активности (А) радиоактивного вещества, под которым понимают число самопроизвольных ядерных превращений в этом  веществе за малый промежуток времени, деленный на этот промежуток времени. Единицей измерения активности является Кюри (Кu),  соответствующая 3,7∙10¹⁰ ядер превращений в секунду. Такая активность  соответствует активности 1 г радия-226. Гора реже используется единица активности беккерель (Бк), Кu = 3,7∙10¹¹Бк.

   Мерой воздействия  внешнего излучения  является экспозиционная доза (Д_экс), определяемая по ионизации воздуха. Она равна дозе фотонного излучения, при котором в 1 кг атмосферного воздуха возникают ионы, несущие заряд электричества в 1 кулон (Кл). Соотношение: Д_экс=кл/кг. Внесистемной единицей экспозиционной дозы рентгеновского и гамма-излучения является рентген (Р) – количество излучения, при котором в 1 см³ воздуха при температуре 0 С и давлении 1 атм образуется 2,08х10⁹ пар ионов. Соотношение: 1 Р = 2,58 · 10^-4 Кл/кг или 1 Кл/кг =3,88 · 10³ Р.

   Мерой воздействия внутреннего облучения  является поглощённая энергия излучения  или поглощенная  доза (Д_погл, D), которая характеризует степень, глубину и форму воздействия ионизирующего излучения. Это энергия излучения, переданная массе облучаемого вещества в 1 кг и измеряемая в джоулях (Дж). За единицу поглощённой дозы облучения принят грей (Гр), определяемый как джоуль на килограмм (Дж/кг). Соответственно 1 Гр = 1 Дж/кг. В радиологии и радиационной гигиене широкое применение получила внесистемная единица поглощённой дозы – рад. Рад – это такая поглощённая доза, при которой количество поглощённой энергии в 1 кг любого вещества составляет 10^–2 Дж независимо от вида и энергии излучения. Соразмерность грея и рада следующая: 1 Гр = 100 рад, 1 рад = 0,01 Гр. Для перевода количества ионизирующей энергии в пространстве (экспозиционная доза) в поглощённую мягкими тканями организма применяют коэффициент пропорциональности К = 0,877, т.е.: 1 Р = 0,877 рад.

В связи  с тем, что одинаковая поглощённая  доза различных видов ионизирующего  излучения вызывает в единице  массы биологической ткани различное  биологическое  действие, а также  для оценки возможного ущерба здоровья при хроническом воздействии ионизирующего излучения произвольного состава введено понятие эквивалентной дозы (Д_экв, Н),  которая определяется как произведение поглощённой дозы на средний коэффициент качества действующих видов ионизирующих излучений. Коэффициент качества (К_кач, Q) характеризует зависимость неблагоприятных биологических последствий облучения человека от способности ионизирующего излучения различного вида передавать энергию облучаемой среде (γ-, β-, рентгеновские лучи = 1; нейтроны, протоны, заряженные частицы с массой больше единицы и частицы неизвестной энергии = 10; α- и др. многозарядные частицы неизвестной энергии = 20). По существу, биологические эффекты, вызываемые любыми ионизирующими излучениями, сравниваются с эффектом от рентгеновского и гамма-излучения. В качестве единицы измерения эквивалентной дозы в системе СИ принят зиверт (Зв). Зиверт – эквивалентная доза любого вида  ионизирующего излучения, поглощённая 1 кг биологической ткани и приносящая такой же биологический эффект, как и поглощённая доза фотонного излучения в 1 Гр. Существует также внесистемная единица эквивалентной дозы ионизирующего излучения – бэр (биологический эквивалент рентгена). 1 бэр – это доза излучения любого вида энергии, воздействие которой на организм эквивалентно действию 1 рад гамма-излучения. Соотношение: Н=D·Q или 1 Зв = 1 Гр·Q; 1 Зв = 100 рад·Q = 100 бэр.