Ионизирующие излучение

Содержание

Глава 1. Понятие об ионизирующем излучении      2

1. Природа ионизирующего излучения     2

1.2. Применение ионизирующих излучений     4

1.3. Физические свойства ионизирующих излучений    5

1.4. Взаимодействие ионизирующего  излучения с веществом              6

Глава 2. Физиологические характеристики излучений                7

2.1. Единицы измерения дозы облучения      7

Глава 3.Действие ионизирующих излучений на организм человека              7     

3.1. Общая характеристика        8

3.2. Лучевая болезнь – причины возникновения                8

3.3. Симптомы и течение        

3.4. Лечение лучевой болезни       

3.5. Гигиеническое нормирование ионизирующих излучений              

Литература                                                                                        8

 

 

 

Глава 1. Понятие об ионизирующем излучении

1.1. Природа ионизирующего излучения

ИОНИЗИРУЮЩЕЕ ИЗЛУЧЕНИЕ — любое излучение, взаимодействие которого со средой приводит к образованию электрических зарядов разных знаков. В самом общем смысле к нему относят различные виды микрочастиц и физических полей, способные ионизировать вещество. В более узком смысле к ионизирующему излучению не относят ультрафиолетовое излучение и излучение видимого диапазона света, которое в отдельных случаях также может быть ионизирующим. Излучение микроволнового и радиодиапазонов не является ионизирующим [1-5].

Наиболее значимы следующие  типы ионизирующего излучения: коротковолновое  электромагнитное излучение (рентгеновское и гамма-излучения), потоки заряженных частиц: бета-частиц (электронов и позитронов), альфа-частиц (ядер атома гелия-4), протонов, других ионов, мюонов и др., а также нейтронов [1,2,6,7].

Различают непосредственно ионизирующее и косвенно ионизирующее излучение. Непосредственно ионизирующее излучение состоит из заряженных частиц, кинетическая энергия которых достаточна для ионизации при столкновении с атомами вещества (α- и β-излучение радионуклидов, протонное излучение ускорителей и т.п.). Косвенно ионизирующее излучение состоит из нейтральных частиц, взаимодействие которых со средой приводит к возникновению заряженных частиц, способных непосредственно вызывать ионизацию (нейтронное излучение, гамма-излучение).

Источники ионизирующего излучения бывают естественные (космические лучи, естественно распределенные на Земле радиоактивные вещества и др.) и искусственные (ядерные реакторы, ядерные материалы, ядерное оружие и др.). Они являются существенным экологическим фактором, воздействующим на все живые организмы.

В природе ионизирующее излучение  обычно генерируется в результате спонтанного  радиоактивного распада радионуклидов, ядерных реакций (синтез и индуцированное деление ядер, захват протонов, нейтронов, альфа-частиц и др.), а также при ускорении заряженных частиц в космосе (природа такого ускорения космических частиц до конца не ясна). Искусственными источниками ионизирующего излучения являются искусственные радионуклиды (генерируют альфа-, бета- и гамма-излучения), ядерные реакторы (генерируют главным образом нейтронное и гамма-излучение), радионуклидные нейтронные источники, ускорители элементарных частиц (генерируют потоки заряженных частиц, а также тормозное фотонное излучение), рентгеновские аппараты (генерируют тормозное рентгеновское излучение) [6, 7, 8].

Источник излучения  характеризуется активностью. Активность радиоактивного источника — число элементарных радиоактивных распадов в единицу времени.

Удельная активность — активность, приходящаяся на единицу массы вещества источника.

Объёмная активность — активность, приходящаяся на единицу объёма источника. Удельная и объёмная активности используются, как правило, в случае, когда радиоактивное вещество распределено по объёму источника.

Поверхностная активность — активность, приходящаяся на единицу площади источника. Эта величина применяется для случаев, когда радиоактивное вещество распределено по поверхности источника.

В системе СИ единицей активности является беккерель (Бк, Bq); 1 Бк = с⁻¹. В образце с активностью 1 Бк происходит в среднем 1 распад в секунду.

Внесистемными единицами активности являются:

- кюри (Ки, Ci); 1 Ки = 3.7×10¹⁰ Бк.

- резерфорд (Рд, Rd); 1 Рд = 10⁶ Бк (используется редко).

Удельная активность измеряется в беккерелях на килограмм (Бк/кг, Bq/kg), иногда Ки/кг и т. д. Системная единица объёмной активности — Бк/м³, часто используются также Бк/л. Системная единица поверхностной активности — Бк/м², часто используются также Ки/км² (1 Ки/км² = 37 кБк/м²).

1.2. Применение ионизирующих излучений

Ионизирующие излучения применяются  в различных отраслях тяжёлой (интроскопия) и пищевой (стерилизация медицинских инструментов, расходных материалов и продуктов питания) промышленности, а также в медицине (лучевая терапия, ПЭТ-томография).

Для лечения  опухолей используют тяжёлые ядерные частицы такие как протоны, тяжёлые ионы, отрицательные π-мезоны и нейтроны разных энергий. Создаваемые на ускорителях пучки тяжёлых заряженных частиц имеют малое боковое рассеяние, что дает возможность формировать дозные поля с чётким контуром по границам опухоли.

1.3. Физические свойства ионизирующих излучений

Ионизирующее излучение состоит из трех компонент: α, β, γ. Рассмотрим каждое их них.

Альфа-излучение представляет собой поток альфа-частиц — ядер гелия-4. Альфа-частицы, рождающиеся при радиоактивном распаде, могут быть легко остановлены листом бумаги.

Бета-излучение — это поток электронов, возникающих при бета-распаде. Для защиты от бета-частиц энергией до 1 МэВ достаточно алюминиевой пластины толщиной в несколько миллиметров.

Гамма-излучение состоит из высокоэнергичных фотонов, не обладающих зарядом. Оно обладает гораздо большей проникающей способностью по сравнению с первыми двумя,. Для защиты от него эффективны тяжёлые элементы (свинец и т.д.), поглощающие МэВ-ные фотоны в слое толщиной несколько см.

Проникающая способность всех видов  ионизирующего излучения зависит  от энергии данного излучения.

 

 

1.4. Взаимодействие ионизирующего излучения с веществом

Энергия частиц ионизирующего излучения  лежит в диапазоне от нескольких сотен эВ (рентгеновское излучение, бета-излучение некоторых радионуклидов) до 10¹⁵—10²⁰ и выше эВ (протоны космического излучения, для которых не обнаружено верхнего предела по энергии).

В зависимости от типа частиц и  их энергии, сильно различаются длина пробега и проникающая способность ионизирующего излучения — от долей миллиметра в конденсированной среде (альфа-излучение радионуклидов, осколки деления) до многих километров (высокоэнергетические мюоны космических лучей).

Важными показателями взаимодействия ионизирующего излучения с веществом  служат такие величины, как линейная передача энергии (ЛПЭ), показывающая, какую энергию излучение передаёт среде на единице длины пробега при единичной плотности вещества, а также поглощённая доза излучения, показывающая, какая энергия излучения поглощается в единице массы вещества. В Международной системе единиц (СИ) единицей поглощённой дозы является грэй (Гр), численно равный отношению 1 Дж к 1 кг. Ранее широко применялась также экспозиционная доза излучения — величина, показывающая, какой заряд создаёт фотонное (гамма- или рентгеновское) излучение в единице объёма воздуха. Наиболее часто применяющейся единицей экспозиционной дозы был рентген (Р), численно равный 1 СГСЭ-единицы заряда к 1 см³ воздуха [1-4].

Мощность дозы (интенсивность облучения) — приращение соответствующей дозы под воздействием данного излучения за единицу времени. Имеет размерность соответствующей дозы (поглощенной, экспозиционной и т. п.), делённую на единицу времени. Допускается использование различных специальных единиц (например, Зв/час, бэр/мин, сЗв/год и др.).

Таблица 1. Сводная таблица доз.

Физическая величина	Внесистемная единица	Системная единица	Переход от внесистемной к системной единице
Активность нуклида в радиоактивном  источнике	Кюри (Ки)	Беккерель (Бк)	1Ки=3.7×1010Бк
Экспозиционная доза	Рентген (Р)	Кулон/килограмм (Кл/кг)	1Р=2,58×10−4Кл/кг
Поглощенная доза	Рад (рад)	Грей (Дж/кг)	1рад=0,01Гр
Эквивалентная доза	Бэр (бер)	Зиверт (Зв)	1бэр=0,01 Зв
Мощность экспозиционной дозы	Рентген/секунда (Р/c)	Ампер/килограмм (А/кг)	1Р/c=2.58×10−4А/кг
Мощность поглощенной дозы	Рад/секунда (Рад/с)	Грей/cекунда (Гр/с)	1рад/с=0.01Гр/c
Мощность эквивалентной дозы	Бэр/cекунда (бэр/с)	Ватт/килограмм (Вт/кг)	1бэр/c=0.01Вт/кг
Интегральная доза	Рад-грамм (Рад-г)	Грей-килограмм (Гр-кг)	1рад-г=10−5Гр-кг

 

 

 

Глава 2. Физиологические  характеристики излучений

2.1. Единицы измерения дозы облучения

Основная характеристика взаимодействия ионизирующего излучения и среды — это ионизационный эффект. В начальный период развития радиационной дозиметрии чаще всего приходилось иметь дело с рентгеновским излучением, распространявшимся в воздухе. Поэтому в качестве количественной меры поля излучения использовалась степень ионизации воздуха рентгеновских трубок или аппаратов. Количественная мера, основанная на величине ионизации сухого воздуха при нормальном атмосферном давлении, достаточно легко поддающаяся измерению, получила название экспозиционная доза.

Экспозиционная доза определяет ионизирующую способность рентгеновских и гамма-лучей и выражает энергию излучения, преобразованную в кинетическую энергию заряженных частиц в единице массы атмосферного воздуха. Экспозиционная доза — это отношение суммарного заряда всех ионов одного знака в элементарном объёме воздуха к массе воздуха в этом объёме.

В системе СИ единицей измерения экспозиционной дозы является кулон, деленный на килограмм (Кл/кг). Внесистемная единица — рентген (Р). 1 Кл/кг = 3880 Р.

Поглощенная доза. При расширении круга известных видов ионизирующего излучения и сфер его приложения, оказалось, что мера воздействия ионизирующего излучения на вещество не поддается простому определению из-за сложности и многообразности протекающих при этом процессов. Важным из них, дающим начало физико-химическим изменениям в облучаемом веществе и приводящим к определенному радиационному эффекту, является поглощение энергии ионизирующего излучения веществом. В результате этого возникло понятие поглощенная доза. Поглощенная доза показывает, какое количество энергии излучения поглощено в единице массы любого облучаемого вещества и определяется отношением поглощенной энергии ионизирующего излучения на массу вещества.

За единицу измерения поглощенной дозы в системе СИ принят грэй (Гр). 1 Гр — это такая доза, при которой массе 1 кг передается энергия ионизирующего излучения 1 Дж. Внесистемной единицей поглощенной дозы является рад. 1 Гр=100 рад.

Эквивалентная доза. Изучение отдельных последствий облучения живых тканей показало, что при одинаковых поглощенных дозах различные виды радиации производят неодинаковое биологическое воздействие на организм. Обусловлено это тем, что более тяжелая частица (например, протон) производит на единице пути в ткани больше ионов, чем легкая (например, электрон). При одной и той же поглощенной дозе радиобиологический разрушительный эффект тем выше, чем плотнее ионизация, создаваемая излучением. Чтобы учесть этот эффект, введено понятие эквивалентной дозы. Эквивалентная доза рассчитывается путем умножения значения поглощенной дозы на специальный коэффициент — коэффициент относительной биологической эффективности (ОБЭ) или коэффициент качества.

Единицей измерения эквивалентной дозы в СИ является зиверт (Зв). Величина 1 Зв равна эквивалентной дозе любого вида излучения, поглощенной в 1 кг биологической ткани и создающей такой же биологический эффект, как и поглощенная доза в 1 Гр фотонного излучения. Внесистемной единицей измерения эквивалентной дозы является бэр (до 1963 года - биологический эквивалент рентгена, после 1963 года - биологический эквивалент рада). 1 Зв = 100 бэр.