Nejonizuojanti spinduliuotė. Radiacijos rūšys ir savybės. Radioaktyviosios spinduliuotės nauda ir žala

Įvadas………………………………………………………………………………..3

1. Spinduliuotės rūšys………………………………………………………………….5

2. Radiacinės saugos reglamentas……………………………………10

3. Pagrindinės dozės ribos................................................ ......................................................13

4. Leistini ir kontroliniai poveikio lygiai………………………………18

Išvada…………………………………………………………………………………….26

Naudotų šaltinių sąrašas……………………………………………….28

ĮVADAS

Tarp moksliškai svarbių klausimų nedaugelis pritraukia tiek visuomenės dėmesio ir sukelia tiek daug ginčų, kaip radiacijos poveikio žmonėms ir aplinkai klausimas.

Deja, patikima mokslinė informacija šiuo klausimu labai dažnai nepasiekia gyventojų, todėl jie naudojasi įvairiausiais gandais. Pernelyg dažnai branduolinės energetikos priešininkų argumentai grindžiami vien jausmais ir emocijomis, lygiai taip pat dažnai jos plėtros šalininkų pasisakymai nukrenta į menkai pagrįstus raminančius patikinimus.

JT Atominės spinduliuotės poveikio mokslinis komitetas renka ir analizuoja visą turimą informaciją apie radiacijos šaltinius ir jos poveikį žmogui bei aplinkai. Jis tyrinėja daugybę natūralių ir žmogaus sukurtų spinduliuotės šaltinių, o jo išvados gali nustebinti net tuos, kurie atidžiai seka viešąjį diskursą šia tema.

Radiacija yra tikrai mirtina. Didelės dozės sukelia sunkų audinių pažeidimą, o mažomis dozėmis gali sukelti vėžį ir sukelti genetinius defektus, kurie gali atsirasti spinduliuotės paveikto asmens vaikams ir anūkams arba tolimesniems jo palikuonims.

Tačiau didžiajai daliai gyventojų pavojingiausi radiacijos šaltiniai nėra tie, apie kuriuos daugiausia kalbama. Didžiausią dozę žmogus gauna iš natūralių spinduliuotės šaltinių. Radiacija, susijusi su branduolinės energijos plėtra, sudaro tik mažą žmogaus veiklos sukurtos spinduliuotės dalį; Žymiai didesnes dozes gauname iš kitų šios veiklos formų, kurios sulaukia kur kas mažiau kritikos, pavyzdžiui, nuo rentgeno spindulių panaudojimo medicinoje. Be to, dėl kasdienės veiklos formų, tokių kaip anglies deginimas ir naudojimasis oro transportu, ypač nuolatinis buvimas gerai sandariose patalpose, dėl natūralios spinduliuotės poveikio gali labai padidėti. Didžiausios gyventojų radiacinės apšvitos mažinimo atsargos glūdi būtent tokiose „neginčijamose“ žmogaus veiklos formose.

Šis darbas apima įvairių rūšių spinduliuotę, tiek iš natūralių, tiek iš žmogaus sukurtų šaltinių, veikiančią žmogų ir aplinką, pateikiami normatyviniai informacijos šaltiniai apie radiacinę saugą, apšvitos dozių ribas ir jų leistinus bei kontrolės lygius.

SPINDULIACIJOS RŪŠYS

Prasiskverbianti spinduliuotė kelia didelį pavojų žmonių sveikatai ir gyvybei. Didelėmis dozėmis sukelia rimtus kūno audinių pažeidimus, išsivysto ūmi spindulinė liga, mažomis dozėmis sukelia vėžį, provokuoja genetinius defektus. Gamtoje yra nemažai elementų, kurių atomų branduoliai virsta kitų elementų branduoliais. Šiuos virsmus lydi radiacija – radioaktyvumas. Jonizuojanti spinduliuotė – tai elementariųjų dalelių ir elektromagnetinės spinduliuotės kvantų srautas, galintis sukelti terpės, kurioje jie sklinda, atomų ir molekulių jonizaciją.

Įvairios spinduliuotės rūšys yra lydimos skirtingo energijos kiekio išsiskyrimo ir turi skirtingą prasiskverbimo gebėjimą, todėl skirtingai veikia gyvo organizmo audinius (1 pav.). Alfa spinduliuotę, kuri yra sunkiųjų dalelių, susidedančių iš neutronų ir protonų, srautas, blokuoja, pavyzdžiui, popieriaus lapas ir praktiškai negali prasiskverbti į išorinį odos sluoksnį, kurį sudaro negyvos ląstelės. Todėl pavojaus nekelia tol, kol per atvirą žaizdą, su maistu ar įkvėptu oru į organizmą nepatenka radioaktyviosios medžiagos, išskiriančios α daleles; tada jie tampa itin pavojingi. Beta spinduliuotė turi didesnę prasiskverbimo galią: ji prasiskverbia į kūno audinius nuo vieno iki dviejų centimetrų gylio. Šviesos greičiu sklindančios gama spinduliuotės prasiskverbimo galia yra labai didelė: ją sustabdyti gali tik stora švino ar betono plokštė. Dėl labai didelės prasiskverbimo galios gama spinduliuotė kelia didelį pavojų žmonėms. Jonizuojančiosios spinduliuotės ypatumas yra tas, kad žmogus jos poveikį pradės jausti tik praėjus kuriam laikui.

Ryžiai. 1. Trys spinduliuotės tipai ir jų skvarbumas

Spinduliuotės šaltiniai gali būti natūralūs, esantys gamtoje ir nepriklausomi nuo žmogaus.

Žemės rutulio gyventojai didžiąją dalį apšvitos patiria iš natūralių spinduliuotės šaltinių (2 pav.).

Ryžiai. 2. Vidutinės metinės efektinės ekvivalentinės spinduliuotės dozės iš natūralių ir žmogaus sukurtų spinduliuotės šaltinių (skaičiai rodo dozę milisivertais)

Dauguma jų yra tokie, kad visiškai neįmanoma išvengti jų spinduliuotės poveikio. Per visą Žemės istoriją į Žemės paviršių iš kosmoso patenka įvairių rūšių spinduliuotė, kurią sukelia radioaktyviosios medžiagos, esančios žemės plutoje. Žmogus yra veikiamas spinduliuotės dviem būdais. Radioaktyviosios medžiagos gali būti už kūno ribų ir apšvitinti jį iš išorės; šiuo atveju kalbame apie išorinį švitinimą. Arba jie gali patekti į orą, kuriuo žmogus kvėpuoja, į maistą ar vandenį ir patekti į kūną. Šis švitinimo būdas vadinamas vidiniu.

Kiekvienas Žemės gyventojas yra veikiamas natūralių spinduliuotės šaltinių spinduliuotės, tačiau vieni jų gauna didesnes dozes nei kiti. Tai iš dalies priklauso nuo to, kur jie gyvena. Radiacijos lygis kai kuriose Žemės rutulio vietose, kur pasitaiko ypač radioaktyvių uolienų, pasirodo esąs gerokai didesnis nei vidutinis, o kitur – atitinkamai mažesnis. Apšvitos dozė priklauso ir nuo žmonių gyvenimo būdo. Tam tikrų statybinių medžiagų naudojimas, dujų naudojimas gaminant maistą, atviros anglies krosnys, patalpų sandarinimas ir netgi skrydis lėktuvais padidina natūralių spinduliuotės šaltinių poveikį.

Antžeminiai spinduliuotės šaltiniai yra bendrai atsakingi už didžiąją dalį apšvitos, kurią žmonės veikia per natūralią spinduliuotę. Vidutiniškai jie suteikia daugiau nei 5/6 metinės efektinės ekvivalentinės dozės, kurią gauna gyventojai, daugiausia dėl vidinės apšvitos. Likusią dalį sudaro kosminiai spinduliai, daugiausia per išorinį švitinimą (3 pav.).

Ryžiai. 3. Vidutinės metinės efektinės ekvivalentinės natūralių spinduliuotės šaltinių spinduliuotės dozės (skaičiai rodo dozę milisivertais)

Kai kuriais duomenimis, vidutinė efektinė ekvivalentinė išorinės spinduliuotės dozė, kurią žmogus per metus gauna iš antžeminių natūralios spinduliuotės šaltinių, yra maždaug 350 mikrosivertų, t.y. šiek tiek daugiau nei vidutinė individuali radiacijos dozė dėl kosminių spindulių sukurtos foninės spinduliuotės jūros lygyje.

Vidutiniškai maždaug 2/3 efektyvios ekvivalentinės spinduliuotės dozės, kurią žmogus gauna iš natūralių spinduliuotės šaltinių, gaunama iš radioaktyvių medžiagų, kurios patenka į organizmą su maistu, vandeniu ir oru.

Nustatyta, kad iš visų natūralių spinduliuotės šaltinių didžiausią pavojų kelia radonas – sunkios, bespalvės ir bekvapės dujos. Jis išsiskiria iš žemės plutos visur, tačiau jo koncentracija išoriniame ore labai skiriasi įvairiuose Žemės rutulio taškuose. Pagrindinę radono spinduliuotę žmogus gauna būdamas patalpoje. Radonas koncentruojasi ore patalpų viduje tik tada, kai jos yra pakankamai izoliuotos nuo išorinės aplinkos. Pro pamatus ir grindis prasiskverbęs iš grunto ar rečiau iš statybinių medžiagų radonas kaupiasi patalpose. Labiausiai paplitusios statybinės medžiagos – mediena, plytos ir betonas – radono išskiria palyginti nedaug. Daug didesnį specifinį radioaktyvumą turi granitas, pemza, gaminiai, pagaminti iš aliuminio oksido žaliavų, fosfogipsas.

Kitas radono šaltinis, patenkantis į gyvenamąsias patalpas, yra vanduo ir gamtinės dujos. Radono koncentracija įprastai naudojamame vandenyje yra itin maža, tačiau vandenyje iš gilių gręžinių ar artezinių gręžinių radono yra labai daug. Tačiau pagrindinis pavojus nekyla dėl gėrimo, net ir esant dideliam radono kiekiui. Dažniausiai žmonės geria virintą vandenį arba karštų gėrimų pavidalu, o verdant radonas beveik visiškai išnyksta. Didelis pavojus yra vandens garų su dideliu radono kiekiu patekimas į plaučius kartu su įkvepiamu oru, kuris dažniausiai įvyksta vonios kambaryje arba garinėje. Radonas patenka į gamtines dujas po žeme. Dėl pirminio apdorojimo ir dujų saugojimo metu, kol jos pasiekia vartotoją, didžioji dalis radono išgaruoja, tačiau radono koncentracija gali padidėti, jei viryklėse nėra ištraukiamojo gaubto. Vadinasi, radonas ypač pavojingas mažaaukščiams pastatams, kurių patalpos yra kruopščiai užsandarintos (šilumai išlaikyti) ir naudojant aliuminio oksidą kaip statybinių medžiagų priedą.

Kitus pavojų keliančius radiacijos šaltinius, deja, sukuria pats žmogus. Šiuo metu radiacija plačiai naudojama įvairiose srityse: medicinoje, pramonėje, žemės ūkyje, chemijoje, moksle ir kt.. Dirbtinės spinduliuotės šaltiniai – branduolinių reaktorių ir greitintuvų pagalba sukurti dirbtiniai radionuklidai, neutronų pluoštas ir įkrautos dalelės. Jie vadinami žmogaus sukurtais jonizuojančiosios spinduliuotės šaltiniais. Visa veikla, susijusi su dirbtinės spinduliuotės gamyba ir naudojimu, yra griežtai kontroliuojama. Branduolinio ginklo bandymai atmosferoje, avarijos atominėse elektrinėse ir branduoliniuose reaktoriuose bei jų darbo rezultatai, pasireiškiantys radioaktyviosiomis nuosėdomis ir radioaktyviosiomis atliekomis, ypač išsiskiria savo poveikiu žmogaus organizmui. Kai kuriose Žemės vietose atsiranda radioaktyvių kritulių, radiacija į žmogaus organizmą gali patekti tiesiogiai per žemės ūkio produktus ir maistą.

Svarbi radioaktyvumo savybė yra jonizuojanti spinduliuotė. Mokslininkai atrado šio reiškinio pavojų gyvam organizmui nuo pat radioaktyvumo atradimo pradžios. Taigi radioaktyviųjų elementų savybes tyrinėję A. Becquerel ir M. Curie-Sklodowska nuo radžio spinduliuotės stipriai nudegino odą.

Jonizuojanti spinduliuotė yra bet kokia spinduliuotė, kurios sąveika su terpe lemia skirtingų ženklų elektrinių krūvių susidarymą. Skiriamos šios jonizuojančiosios spinduliuotės rūšys: α-, β-spinduliuotė, fotonų ir neutronų spinduliuotė. Ultravioletinė spinduliuotė ir matomoji šviesos spektro dalis nepriskiriama jonizuojančiai spinduliuotei. Minėtos spinduliuotės rūšys turi skirtingą prasiskverbimo galią (3.6 pav.), priklausomai nuo nešiklio ir spinduliuotės energijos.

Spinduliuotės energija matuojama elektronvoltais (eV). Energija, kurią elektronas įgyja judėdamas greitėjančiame elektriniame lauke, kurio potencialų skirtumas yra 1 V. Praktikoje dažniau naudojami dešimtainiai kartotiniai: kiloelektronvoltas (1 keV = 103 eV) ir megaelektronvoltas (1). MeV = 10 eV). Ryšys tarp elektronvoltų ir sistemos energijos vieneto J pateikiamas išraiška: 1 eV = 1,6 10 -19 J.

Alfa spinduliuotė (α-spinduliuotė) yra jonizuojanti spinduliuotė, kuri yra santykinai sunkiųjų dalelių (helio branduolių, susidedančių iš dviejų protonų ir dviejų neutronų) srautas, išsiskiriantis branduolinių transformacijų metu. α dalelių energija yra maždaug kelių megaelektroninių voltų ir skiriasi skirtingiems radionuklidams. Šiuo atveju kai kurie radionuklidai išskiria kelių energijų α daleles.

Šio tipo spinduliuotė, turinti trumpą dalelių kelio ilgį, pasižymi silpnu prasiskverbimu, uždelsdama net popieriaus lapo. Pavyzdžiui, alfa dalelių, kurių energija 4 MeV, diapazonas ore yra 2,5 cm, tačiau biologiniame audinyje – tik 31 mikronas. Spinduliuotė praktiškai nepajėgi prasiskverbti pro išorinį odos sluoksnį, kurį sudaro negyvos ląstelės. Todėl alfa spinduliuotė nėra pavojinga tol, kol radioaktyviosios medžiagos, skleidžiančios alfa daleles, nepatenka į organizmą per kvėpavimo sistemą, virškinimą arba per atviras žaizdas ir nudegintus paviršius. Radioaktyviosios medžiagos pavojingumo laipsnis priklauso nuo jos skleidžiamų dalelių energijos. Kadangi vieno atomo jonizacijos energija yra nuo kelių iki dešimčių elektronų voltų, kiekviena α dalelė gali jonizuoti iki 100 000 molekulių kūno viduje.

Beta spinduliuotė yra β-dalelių (elektronų ir pozitronų) srautas, kurio prasiskverbimo galia yra didesnė nei α-spinduliuotė. Išspinduliuotos dalelės turi nenutrūkstamą energijos spektrą, paskirstytą energija nuo nulio iki tam tikros didžiausios tam tikram radionuklidui būdingos vertės. Didžiausia įvairių radionuklidų β spektro energija svyruoja nuo kelių keV iki kelių MeV.

β-dalelių diapazonas ore gali siekti kelis metrus, o biologiniame audinyje – kelis centimetrus. Taigi elektronų, kurių energija yra 4 MeV, diapazonas ore yra 17,8 m, o biologiniame audinyje - 2,6 cm. Tačiau juos lengvai sulaiko plonas metalo lakštas. Kaip ir α spinduliuotės šaltiniai, β aktyvūs radionuklidai yra pavojingesni prarijus.

Fotonų spinduliuotė apima rentgeno spindulius ir gama spinduliuotę (γ spindulius). Po radioaktyvaus skilimo galutinio produkto atominis branduolys dažnai būna sužadintas. Branduolio perėjimas iš šios būsenos į žemesnį energijos lygį (į normalią būseną) įvyksta išspinduliuojant gama kvantus. Taigi γ-spinduliuotė yra intrabranduolinės kilmės ir yra gana kieta elektromagnetinė spinduliuotė, kurios bangos ilgis yra 10 -8 -10 -11 nm.

γ spinduliuotės kvanto E energija (eV) yra susijusi su bangos ilgiu ryšiu

kur λ išreiškiamas nanometrais (1 nm = 10 -9 m).

Šviesos greičiu sklindantys γ spinduliai turi didelį prasiskverbimo gebą, daug didesnį nei α ir β dalelių. Jas gali sustabdyti tik stora švino arba betono plokštė. Kuo didesnė γ spinduliuotės energija ir, atitinkamai, kuo trumpesnis jos bangos ilgis, tuo didesnis įsiskverbimo gebėjimas. Paprastai gama spindulių energija svyruoja nuo kelių keV iki kelių MeV.

Skirtingai nuo γ spindulių, rentgeno spinduliai yra atominės kilmės. Jis susidaro sužadintuose atomuose elektronams pereinant iš tolimų orbitų į orbitą, esančią arčiau branduolio, arba lėtėjant įkrautoms dalelėms. Atitinkamai, pirmasis turi atskirą energijos spektrą ir yra vadinamas charakteristika, antrasis turi ištisinį spektrą ir vadinamas bremsstrahlung. Rentgeno spindulių energijos diapazonas yra nuo šimtų elektronų voltų iki dešimčių kiloelektronų voltų. Nepaisant skirtingos šių spindulių kilmės, jų prigimtis yra ta pati, todėl rentgeno ir γ spinduliuotė vadinama fotonų spinduliuote.

Fotonų spinduliuotės įtakoje apšvitinamas visas kūnas. Tai yra pagrindinis žalingas veiksnys, kai organizmą veikia išorinių šaltinių spinduliuotė.

Neutronų spinduliuotė atsiranda dalijantis sunkiųjų branduolių ir kitų branduolinių reakcijų metu. Neutroninės spinduliuotės šaltiniai atominėse elektrinėse yra branduoliniai reaktoriai, kurių neutronų srauto tankis yra 10 10 –10 14 neutronų/(cm s); izotopų šaltiniai, kuriuose yra natūralių arba dirbtinių radionuklidų, sumaišytų su medžiaga, kuri skleidžia neutronus, bombarduojant savo α-dalelėmis arba γ-kvantais. Tokie šaltiniai naudojami valdymo ir matavimo įrangos kalibravimui. Jie sukuria 10 7–10 8 neutronų per sekundę srautą.

Priklausomai nuo energijos, neutronai skirstomi į šiuos tipus: lėtuosius, arba šiluminius (kurių vidutinė energija ~ 0,025 eV); rezonansinis (su energija iki 0,5 keV); tarpinis (su energija nuo 0,5 keV iki 0,5 MeV); greitas (su energija nuo 0,5 iki 20 MeV); itin greitas (kai energija viršija 20 MeV).

Kai neutronai sąveikauja su medžiaga, stebimi dviejų tipų procesai: neutronų sklaida ir branduolinės reakcijos, įskaitant priverstinį sunkiųjų branduolių dalijimąsi. Būtent su pastarojo tipo sąveikomis siejamas grandininės reakcijos atsiradimas, kuris įvyksta atominio sprogimo metu (nekontroliuojama grandininė reakcija) ir branduoliniuose reaktoriuose (valdoma grandininė reakcija) ir kartu išsiskiria didžiulis energijos kiekis.

Neutronų spinduliuotės prasiskverbimo galia yra panaši į γ spinduliuotę. Šiluminius neutronus efektyviai sugeria medžiagos, kuriose yra boro, grafito, švino, ličio, gadolinio ir kai kurių kitų medžiagų; Greituosius neutronus efektyviai sulėtina parafinas, vanduo, betonas ir kt.

Pagrindinės dozimetrijos sąvokos. Skirtingos jonizuojančiosios spinduliuotės rūšys, turėdamos skirtingus skverbimosi gebėjimus, skirtingai veikia gyvo organizmo audinius. Šiuo atveju, kuo daugiau žalos padarys radiacija, tuo didesnė energija, kuri paveikia biologinį objektą. Energijos kiekis, perduotas kūnui jonizuojančio poveikio metu, vadinamas doze.

Fizinis jonizuojančiosios spinduliuotės dozės pagrindas yra spinduliuotės energijos transformacija jos sąveikos su apšvitintos terpės atomais ar jų branduoliais, elektronais ir molekulėmis procese, dėl ko dalis šios energijos absorbuojama medžiagos. Sugerta energija yra pagrindinė procesų, lemiančių stebimą radiacijos sukeltą poveikį, priežastis, todėl dozimetriniai dydžiai yra susiję su sugerta spinduliuotės energija.

Apšvitos dozę galima gauti iš bet kurio radionuklido arba iš jų mišinio, neatsižvelgiant į tai, ar jie yra už kūno, ar jo viduje dėl maisto, vandens ar oro poveikio. Dozės apskaičiuojamos skirtingai, atsižvelgiant į apšvitintos srities dydį ir vietą, nuo to, ar buvo veikiamas vienas asmuo ar žmonių grupė ir kiek laiko.

Energijos kiekis, sugertas apšvitinto organizmo masės vienetui, vadinamas sugertąja doze ir matuojamas SI vienetais pilkais (Gy). Pilkos spalvos vienetas yra džaulis, padalintas iš masės kilogramo (J/kg). Tačiau sugertosios dozės vertėje neatsižvelgiama į tai, kad esant tokiai pačiai sugertajai dozei, α spinduliuotė ir neutroninė spinduliuotė yra daug pavojingesnės nei β spinduliuotė arba γ spinduliuotė. Todėl, norint tiksliau įvertinti organizmo pažeidimo laipsnį, sugertoji dozė turi būti padidinta tam tikru koeficientu, atspindinčiu tam tikro tipo spinduliuotės gebėjimą pažeisti biologinius objektus. Šis koeficientas vadinamas spinduliuotės svorio koeficientu. Jo reikšmė β ir γ spinduliuotei yra lygi 1, α spinduliuotei – 20, neutronų spinduliuotei, priklausomai nuo neutronų energijos, kinta 5–20 intervale.

Tokiu būdu perskaičiuota dozė vadinama ekvivalentine doze, kuri SI sistemoje matuojama sivertais (Sv). Siverto matmenys yra tokie patys kaip pilko – J/kg. Per laiko vienetą gauta dozė SI sistemoje klasifikuojama kaip dozės galia ir turi Gy/s arba Sv/s matmenis. SI sistemoje leistina naudoti nesisteminius laiko vienetus, tokius kaip valanda, diena, metai, todėl skaičiuojant dozes naudojami tokie matmenys kaip Sv/h, Sv/day, Sv/year.

Iki šiol geofizikoje, geologijoje ir iš dalies radioekologijoje naudojamas nesisteminis dozės vienetas – rentgeno spinduliai. Ši vertė buvo įvesta atominės eros aušroje (1928 m.) ir buvo naudojama apšvitos dozei matuoti. Rentgeno spinduliai yra lygūs γ spinduliuotės dozei, kuri viename kubiniame centimetre sauso oro sukuria bendrą jonų krūvį, lygų vienam elektros krūvio vienetui. Matuojant γ spinduliuotės apšvitos dozę ore, naudojamas rentgeno ir pilkumo santykis: 1 P = 8,77 mJ/kg arba 8,77 mGy. Atitinkamai, 1 Gy = 114 R.

Dozimetrijoje buvo išsaugotas dar vienas nesisteminis vienetas - rad, lygus sugertosios spinduliuotės dozei, kuriam esant 1 kg apšvitintos medžiagos sugeria energiją, lygią 0,01 J. Atitinkamai I rad = 100 erg/g = 0,01 Gy. Šiuo metu šis įrenginys nebenaudojamas.

Skaičiuojant organizmo gaunamas dozes, reikia atsižvelgti į tai, kad kai kurios kūno dalys (organai, audiniai) yra jautresnės spinduliuotei nei kitos. Visų pirma, vartojant tą pačią lygiavertę dozę, plaučių pažeidimas yra didesnis nei, pavyzdžiui, skydliaukės. Interna

Rusijos radiacinės saugos komisija (ICRP) parengė perskaičiavimo koeficientus, kuriuos rekomenduojama naudoti vertinant įvairių žmogaus organų ir biologinių audinių apšvitos dozę (3.7 pav.).

Padauginus atitinkamo organo ekvivalentinę dozę iš atitinkamo koeficiento ir susumavus ją iš visų organų ir audinių, gaunama efektyvioji ekvivalentinė dozė, atspindinti bendrą spinduliuotės poveikį organizmui. Ši dozė taip pat matuojama sivertais. Aprašyta dozės samprata apibūdina tik individualiai gautas dozes.

Kai reikia tirti spinduliuotės poveikį žmonių grupei, naudojama kolektyvinės efektinės ekvivalentinės dozės sąvoka, kuri lygi individualių efektinių ekvivalentinių dozių sumai ir matuojama žmogaus sivertais (žmogus-Sv).

Kadangi daugelis radionuklidų skyla labai lėtai ir tolimoje ateityje paveiks gyventojus, daug daugiau planetoje gyvenančių žmonių kartų gaus kolektyvinę efektinę ekvivalentinę dozę iš tokių šaltinių. Nurodytai dozei įvertinti įvesta numatomos (bendrosios) kolektyvinės efektinės ekvivalentinės dozės sąvoka, kuri leidžia numatyti nuolatinių spinduliuotės šaltinių žalą grupei žmonių. Aiškumo dėlei aukščiau aprašyta sąvokų sistema pavaizduota Fig. 3.8.

Anksčiau žmonės, norėdami paaiškinti tai, ko nesuprato, prisigalvodavo įvairių fantastinių dalykų – mitus, dievus, religiją, magiškas būtybes. Ir nors nemažai žmonių vis dar tiki šiais prietarais, dabar žinome, kad viskam yra paaiškinimas. Viena įdomiausių, paslaptingiausių ir nuostabiausių temų – radiacija. Kas tai? Kokie jo tipai egzistuoja? Kas yra radiacija fizikoje? Kaip jis absorbuojamas? Ar įmanoma apsisaugoti nuo radiacijos?

Bendra informacija

Taigi išskiriami šie spinduliuotės tipai: terpės banginis judėjimas, korpuskulinis ir elektromagnetinis. Pastarajam bus skiriamas didžiausias dėmesys. Kalbant apie terpės banginį judėjimą, galima teigti, kad jis atsiranda dėl tam tikro objekto mechaninio judėjimo, kuris sukelia nuoseklų terpės retėjimą arba suspaudimą. Pavyzdžiui, infragarsas arba ultragarsas. Korpuskulinė spinduliuotė – tai atominių dalelių, tokių kaip elektronai, pozitronai, protonai, neutronai, alfa, srautas, kurį lydi natūralus ir dirbtinis branduolių skilimas. Kol kas pakalbėkime apie šiuos du.

Įtaka

Panagrinėkime saulės spinduliuotę. Tai galingas gydomasis ir prevencinis veiksnys. Lydimų fiziologinių ir biocheminių reakcijų, vykstančių dalyvaujant šviesai, visuma vadinama fotobiologiniais procesais. Jie dalyvauja biologiškai svarbių junginių sintezėje, padeda gauti informaciją ir orientuotis erdvėje (regėjimui), taip pat gali sukelti žalingų pasekmių, tokių kaip žalingų mutacijų atsiradimas, vitaminų, fermentų, baltymų sunaikinimas.

Apie elektromagnetinę spinduliuotę

Ateityje straipsnis bus skirtas tik jam. Ką radiacija veikia fizikoje, kaip ji mus veikia? EMR yra elektromagnetinės bangos, kurias skleidžia įkrautos molekulės, atomai ir dalelės. Dideli šaltiniai gali būti antenos ar kitos spinduliavimo sistemos. Spinduliavimo bangos ilgis (svyravimų dažnis) kartu su šaltiniais turi lemiamą reikšmę. Taigi, priklausomai nuo šių parametrų, išskiriama gama, rentgeno ir optinė spinduliuotė. Pastarasis skirstomas į daugybę kitų porūšių. Taigi, tai infraraudonieji, ultravioletiniai, radijo spinduliai, taip pat šviesa. Diapazonas yra iki 10-13. Gama spinduliuotę generuoja sužadinti atomų branduoliai. Rentgeno spindulius galima gauti lėtinant pagreitintus elektronus, taip pat jiems pereinant iš nelaisvųjų lygių. Radijo bangos palieka savo pėdsaką, kai kintamą elektros srovę judina išilgai spinduliuojančių sistemų (pavyzdžiui, antenų) laidininkų.

Apie ultravioletinę spinduliuotę

Biologiniu požiūriu UV spinduliai yra patys aktyviausi. Patekę ant odos, jie gali sukelti vietinius audinių ir ląstelių baltymų pokyčius. Be to, fiksuojamas poveikis odos receptoriams. Tai refleksiniu būdu veikia visą organizmą. Kadangi tai nespecifinis fiziologinių funkcijų stimuliatorius, jis teigiamai veikia organizmo imuninę sistemą, taip pat mineralų, baltymų, angliavandenių ir riebalų apykaitą. Visa tai pasireiškia bendru sveikatą gerinančiu, tonizuojančiu ir profilaktiniu saulės spindulių poveikiu. Verta paminėti kai kurias specifines savybes, kurias turi tam tikras bangų diapazonas. Taigi radiacijos įtaka žmogui, kurio ilgis nuo 320 iki 400 nanometrų, prisideda prie eritemos įdegio efekto. Diapazone nuo 275 iki 320 nm registruojamas silpnai baktericidinis ir antirachitinis poveikis. Tačiau ultravioletinė spinduliuotė nuo 180 iki 275 nm pažeidžia biologinius audinius. Todėl reikia elgtis atsargiai. Ilgalaikė tiesioginė saulės spinduliuotė, net esant saugiam spektrui, gali sukelti sunkią eritemą su odos patinimu ir reikšmingu sveikatos pablogėjimu. Didinant tikimybę susirgti odos vėžiu.

Reakcija į saulės šviesą

Pirmiausia reikėtų paminėti infraraudonąją spinduliuotę. Jis turi šiluminį poveikį kūnui, kuris priklauso nuo spindulių absorbcijos per odą laipsnio. Žodis „deginti“ naudojamas apibūdinti jo poveikį. Matomas spektras veikia regos analizatorių ir centrinės nervų sistemos funkcinę būklę. Ir per centrinę nervų sistemą bei ant visų žmogaus sistemų ir organų. Reikia pastebėti, kad mus veikia ne tik apšvietimo laipsnis, bet ir saulės šviesos spalvinė gama, tai yra visas spinduliavimo spektras. Taigi spalvų suvokimas priklauso nuo bangos ilgio ir turi įtakos mūsų emocinei veiklai, taip pat įvairių organizmo sistemų funkcionavimui.

Raudona spalva sužadina psichiką, sustiprina emocijas ir suteikia šilumos pojūtį. Tačiau jis greitai pavargsta, prisideda prie raumenų įtampos, padažnėjusio kvėpavimo ir padidėjusio kraujospūdžio. Oranžinė suteikia geros savijautos ir linksmumo jausmą, o geltona pakelia nuotaiką, stimuliuoja nervų sistemą ir regėjimą. Žalia spalva ramina, naudinga esant nemigai, nuovargiui, gerina bendrą kūno tonusą. Violetinė spalva atpalaiduoja psichiką. Mėlyna ramina nervų sistemą ir palaiko raumenų tonusą.

Mažas atsitraukimas

Kodėl, svarstant, kas yra radiacija fizikoje, dažniausiai kalbame apie EMR? Faktas yra tai, kad būtent tai ir turima omenyje daugeliu atvejų, kai kalbama apie temą. Ta pati terpės korpuskulinė spinduliuotė ir bangų judėjimas yra eilės tvarka mažesnio masto ir žinomi. Labai dažnai, kai kalbama apie spinduliuotės tipus, jie turi omenyje tik tuos, į kuriuos EMR skirstomas, o tai iš esmės neteisinga. Juk kalbant apie tai, kas fizikoje yra radiacija, reikėtų atkreipti dėmesį į visus aspektus. Tačiau tuo pačiu metu akcentuojami svarbiausi dalykai.

Apie radiacijos šaltinius

Mes ir toliau svarstome apie elektromagnetinę spinduliuotę. Žinome, kad tai reiškia bangas, kylančias sutrikus elektriniam ar magnetiniam laukui. Šį procesą šiuolaikinė fizika aiškina bangų ir dalelių dvilypumo teorijos požiūriu. Taigi pripažįstama, kad mažiausia EMR dalis yra kvantinė. Tačiau tuo pat metu manoma, kad jis taip pat turi dažnių bangų savybes, nuo kurių priklauso pagrindinės charakteristikos. Siekiant pagerinti šaltinių klasifikavimo galimybes, išskiriami skirtingi EMR dažnių emisijos spektrai. Taigi tai:

Kieta spinduliuotė (jonizuota);
Optinis (matomas akiai);
Šiluminis (dar žinomas kaip infraraudonųjų spindulių);
Radijo dažnis.

Kai kurie iš jų jau buvo apsvarstyti. Kiekvienas spinduliuotės spektras turi savo unikalių savybių.

Šaltinių pobūdis

Priklausomai nuo kilmės, elektromagnetinės bangos gali kilti dviem atvejais:

Kai yra dirbtinės kilmės sutrikimas.
Iš natūralaus šaltinio gaunamos spinduliuotės registravimas.

Ką galite pasakyti apie pirmuosius? Dirbtiniai šaltiniai dažniausiai yra šalutinis poveikis, atsirandantis dėl įvairių elektros prietaisų ir mechanizmų veikimo. Natūralios kilmės spinduliuotė generuoja Žemės magnetinį lauką, elektrinius procesus planetos atmosferoje ir branduolių sintezę saulės gelmėse. Elektromagnetinio lauko stiprumo laipsnis priklauso nuo šaltinio galios lygio. Tradiciškai registruojama spinduliuotė skirstoma į žemo lygio ir aukšto lygio. Pirmieji apima:

Beveik visi įrenginiai turi CRT ekraną (pavyzdžiui, kompiuteris).
Įvairią buitinę techniką, nuo klimato kontrolės sistemų iki lygintuvų;
Inžinerinės sistemos, užtikrinančios elektros energijos tiekimą įvairiems objektams. Pavyzdžiui, maitinimo kabeliai, lizdai ir elektros skaitikliai.

Aukšto lygio elektromagnetinę spinduliuotę gamina:

Elektros laidai.
Visas elektrinis transportas ir jo infrastruktūra.
Radijo ir televizijos bokštai, taip pat mobiliojo ir mobiliojo ryšio stotys.
Liftai ir kita kėlimo įranga naudojant elektromechanines jėgaines.
Tinklo įtampos keitimo įrenginiai (bangos, sklindančios iš paskirstymo pastotės ar transformatoriaus).

Atskirai yra speciali įranga, kuri naudojama medicinoje ir skleidžia stiprią spinduliuotę. Pavyzdžiui, MRT, rentgeno aparatai ir pan.

Elektromagnetinės spinduliuotės įtaka žmogui

Daugelio tyrimų metu mokslininkai priėjo prie liūdnos išvados, kad ilgalaikis EMR poveikis prisideda prie tikro ligų sprogimo. Tačiau daugelis sutrikimų atsiranda genetiniame lygmenyje. Todėl apsauga nuo elektromagnetinės spinduliuotės yra aktuali. Taip yra dėl to, kad EMR turi aukštą biologinio aktyvumo lygį. Šiuo atveju įtakos rezultatas priklauso nuo:

Spinduliuotės pobūdis.
Poveikio trukmė ir intensyvumas.

Konkretūs įtakos momentai

Viskas priklauso nuo lokalizacijos. Spinduliuotės absorbcija gali būti vietinė arba bendra. Antrojo atvejo pavyzdys yra elektros linijų poveikis. Vietinio poveikio pavyzdys yra skaitmeninio laikrodžio ar mobiliojo telefono skleidžiamos elektromagnetinės bangos. Taip pat reikėtų paminėti šiluminį poveikį. Dėl molekulių vibracijos lauko energija paverčiama šiluma. Šiuo principu veikia mikrobangų spindulys ir yra naudojami įvairioms medžiagoms šildyti. Pažymėtina, kad darant įtaką žmogui šiluminis efektas visada būna neigiamas ir netgi žalingas. Reikia pažymėti, kad mes nuolat esame veikiami radiacijos. Darbe, namuose, judant po miestą. Laikui bėgant neigiamas poveikis tik stiprėja. Todėl apsauga nuo elektromagnetinės spinduliuotės tampa vis svarbesnė.

Kaip galite apsisaugoti?

Iš pradžių turite žinoti, su kuo susiduriate. Tam padės specialus prietaisas spinduliuotei matuoti. Tai leis įvertinti saugumo situaciją. Gamyboje apsaugai naudojami sugeriantys ekranai. Bet, deja, jie nėra skirti naudoti namuose. Norėdami pradėti, vadovaukitės trimis patarimais:

Turėtumėte būti saugiu atstumu nuo įrenginių. Elektros linijoms, televizijos ir radijo bokštams tai yra mažiausiai 25 metrai. Su CRT monitoriais ir televizoriais pakanka trisdešimties centimetrų. Elektroniniai laikrodžiai turi būti ne arčiau kaip 5 cm, o radijo ir mobiliųjų telefonų nerekomenduojama neštis arčiau nei 2,5 centimetro. Vietą galite pasirinkti naudodami specialų įrenginį - srauto matuoklį. Jo fiksuojama leistina spinduliuotės dozė neturi viršyti 0,2 µT.
Stenkitės sutrumpinti laiką, kurį turite būti veikiami radiacijos.
Visada turėtumėte išjungti elektros prietaisus, kai jie nenaudojami. Juk net ir būdami neaktyvūs, jie ir toliau skleidžia EMR.

Apie tylųjį žudiką

Straipsnį užbaigsime svarbia, nors plačiuose ratuose gana menkai žinoma tema – radiacija. Visą savo gyvenimą, vystymąsi ir egzistavimą žmogus buvo apšvitintas natūralios kilmės. Natūralią spinduliuotę galima grubiai suskirstyti į išorinę ir vidinę apšvitą. Pirmoji apima kosminę spinduliuotę, saulės spinduliuotę, žemės plutos ir oro įtaką. Netgi statybinės medžiagos, iš kurių kuriami namai ir statiniai, sukuria tam tikrą foną.

Spinduliuotė turi didelę prasiskverbimo jėgą, todėl ją sustabdyti yra problematiška. Taigi, norint visiškai izoliuoti spindulius, reikia pasislėpti už 80 centimetrų storio švininės sienelės. Vidinė spinduliuotė atsiranda, kai natūralios radioaktyvios medžiagos patenka į organizmą kartu su maistu, oru ir vandeniu. Žemės žarnyne galima rasti radono, torono, urano, torio, rubidžio ir radžio. Visus juos pasisavina augalai, gali būti vandenyje – o suvalgę patenka į mūsų organizmą.

Jonizuojanti spinduliuotė – tai įvairių tipų mikrodalelių ir fizikinių laukų derinys, turintis galimybę jonizuoti medžiagą, tai yra, formuoti joje elektriškai įkrautas daleles – jonus.

III SKYRIUS. GYVYBĖS SAUGOS VALDYMAS IR EKONOMINIAI JOS UŽTIKRINIMO MECHANIZMAI

Yra keletas jonizuojančiosios spinduliuotės tipų: alfa, beta, gama spinduliuotė ir neutroninė spinduliuotė.

Alfa spinduliuotė

Teigiamo krūvio alfa dalelių susidarymas apima 2 protonus ir 2 neutronus, kurie yra helio branduolių dalis. Alfa dalelės susidaro irstant atominiam branduoliui ir jų pradinė kinetinė energija gali būti nuo 1,8 iki 15 MeV. Būdingi alfa spinduliuotės bruožai yra didelis jonizuojantis ir mažas prasiskverbimas. Judant alfa dalelės labai greitai praranda savo energiją, o tai lemia tai, kad jos nepakanka net ploniems plastikiniams paviršiams įveikti. Apskritai, išorinis alfa dalelių poveikis, jei neatsižvelgiama į didelės energijos alfa daleles, gautas naudojant greitintuvą, nedaro jokios žalos žmonėms, tačiau dalelių prasiskverbimas į organizmą gali būti pavojingas sveikatai, nes alfa radionuklidai Jie turi ilgą pusinės eliminacijos laiką ir stiprią jonizaciją. Nurijus, alfa dalelės dažnai gali būti dar pavojingesnės nei beta ir gama spinduliuotė.

Beta spinduliuotė

Įkrautos beta dalelės, kurių greitis artimas šviesos greičiui, susidaro dėl beta skilimo. Beta spinduliai turi didesnę prasiskverbimo galią nei alfa spinduliai – jie gali sukelti chemines reakcijas, liuminescenciją, jonizuoti dujas, turėti poveikį fotografinėms plokštėms. Apsaugai nuo įkrautų beta dalelių srauto (kurių energija ne didesnė kaip 1 MeV) pakaks naudoti įprastą 3–5 mm storio aliuminio plokštę.

Fotonų spinduliuotė: gama spinduliuotė ir rentgeno spinduliai

Fotonų spinduliuotė apima dviejų tipų spinduliuotę: rentgeno spinduliuotę (gali būti bremsstrahlung ir būdinga) ir gama spinduliuotę.

Labiausiai paplitęs fotonų spinduliuotės tipas yra labai didelės energijos, itin trumpo bangos ilgio gama dalelės, kurios yra didelės energijos beelektrinių fotonų srautas. Skirtingai nuo alfa ir beta spindulių, gama dalelės nėra nukreiptos magnetinių ir elektrinių laukų ir turi žymiai didesnę prasiskverbimo galią. Tam tikrais kiekiais ir tam tikrą poveikio trukmę gama spinduliuotė gali sukelti spindulinę ligą ir įvairias vėžio formas. Tik sunkieji cheminiai elementai, tokie kaip švinas, nusodrintasis uranas ir volframas, gali užkirsti kelią gama dalelių srauto plitimui.

Neutronų spinduliuotė

Neutroninės spinduliuotės šaltinis gali būti branduoliniai sprogimai, branduoliniai reaktoriai, laboratorijos ir pramonės įrenginiai.

Patys neutronai yra elektriškai neutralios, nestabilios (laisvojo neutrono pusinės eliminacijos laikas yra apie 10 minučių) dalelės, kurios dėl to, kad neturi krūvio, pasižymi dideliu skverbimosi gebėjimu ir silpnu sąveikos su medžiaga laipsniu. Neutronų spinduliuotė yra labai pavojinga, todėl apsaugai nuo jos naudojama nemažai specialių, daugiausia vandenilio turinčių medžiagų. Neutronų spinduliuotę geriausiai sugeria paprastas vanduo, polietilenas, parafinas ir sunkiųjų metalų hidroksidų tirpalai.

Kaip jonizuojanti spinduliuotė veikia medžiagas?

Visos jonizuojančiosios spinduliuotės rūšys vienokiu ar kitokiu laipsniu veikia įvairias medžiagas, tačiau ryškiausiai ji pasireiškia gama dalelėse ir neutronuose. Taigi, ilgai veikiant, jie gali žymiai pakeisti įvairių medžiagų savybes, pakeisti medžiagų cheminę sudėtį, jonizuoti dielektrikus ir turėti destruktyvų poveikį biologiniams audiniams. Natūrali foninė spinduliuotė didelės žalos žmogui nepadarys, tačiau, dirbdami su dirbtiniais jonizuojančiosios spinduliuotės šaltiniais, turėtumėte būti labai atsargūs ir imtis visų būtinų priemonių, kad organizmo apšvitos lygis būtų kuo mažesnis.

Jonizuojančiosios spinduliuotės rūšys ir jų savybės

Jonizuojančia spinduliuote vadinami dalelių ir elektromagnetinių kvantų srautai, dėl kurių terpėje susidaro skirtingai įkrauti jonai.

Įvairios spinduliuotės rūšys lydi tam tikro energijos kiekio išsiskyrimą ir turi skirtingą prasiskverbimo gebėjimą, todėl skirtingai veikia organizmą. Didžiausią pavojų žmonėms kelia radioaktyvioji spinduliuotė, tokia kaip y, rentgeno, neutronų, a ir b spinduliuotė.

Rentgeno spinduliai ir y spinduliai yra kvantinės energijos srautai. Gama spinduliuotės bangos ilgiai yra trumpesni nei rentgeno spinduliai. Savo prigimtimi ir savybėmis šios spinduliuotės mažai skiriasi viena nuo kitos, pasižymi dideliu prasiskverbimu, sklidimo tiesumu ir savybe sukurti antrinę ir išsklaidytą spinduliuotę terpėje, per kurią jos praeina. Tačiau nors rentgeno spinduliai dažniausiai gaminami naudojant elektroninį prietaisą, y spindulius skleidžia nestabilūs arba radioaktyvūs izotopai.

Likusios jonizuojančiosios spinduliuotės rūšys yra greitai judančios medžiagos dalelės (atomai), kurių vienos turi elektros krūvį, kitos – ne.

Neutronai yra vienintelės neįkrautos dalelės, susidarančios bet kokios radioaktyvios transformacijos metu, kurių masė lygi protono masei. Kadangi šios dalelės yra elektriškai neutralios, jos giliai įsiskverbia į bet kokią medžiagą, įskaitant gyvus audinius. Neutronai yra pagrindinės dalelės, sudarančios atomų branduolius.

Eidami per materiją, jie sąveikauja tik su atomų branduoliais, perduoda jiems dalį savo energijos, o patys keičia judėjimo kryptį. Atomų branduoliai „iššoka“ iš elektronų apvalkalo ir, eidami per medžiagą, sukelia jonizaciją.

Elektronai yra lengvos, neigiamą krūvį turinčios dalelės, esančios visuose stabiliuose atomuose. Elektronai labai dažnai naudojami medžiagos radioaktyvaus skilimo metu, o vėliau vadinami beta dalelėmis. Jų galima gauti ir laboratorinėmis sąlygomis. Energija, kurią praranda elektronai, eidami per medžiagą, išleidžiama sužadinimui ir jonizacijai, taip pat bremsstrahlung susidarymui.

Alfa dalelės yra helio atomų branduoliai, neturintys orbitinių elektronų ir susidedantys iš dviejų protonų ir dviejų tarpusavyje sujungtų neutronų. Jie turi teigiamą krūvį, yra santykinai sunkūs ir, prasiskverbdami per medžiagą, sukelia didelio tankio medžiagos jonizaciją.

Paprastai alfa dalelės išsiskiria natūralių sunkiųjų elementų (radžio, torio, urano, polonio ir kt.) radioaktyvaus skilimo metu.

Įkrautos dalelės (elektronai ir helio atomų branduoliai), praeinančios per medžiagą, sąveikauja su atomų elektronais, prarasdamos atitinkamai 35 ir 34 eV. Šiuo atveju pusė energijos išleidžiama jonizacijai (elektronui atskirti nuo atomo), o kita pusė terpės atomų ir molekulių sužadinimui (elektrono perkėlimui į apvalkalą, esantį toliau nuo branduolio). .

Alfa dalelės suformuotų jonizuotų ir sužadintų atomų skaičius kelio ilgio vienetui terpėje yra šimtus kartų didesnis nei p dalelės (5.1 lentelė).

5.1 lentelė. Įvairios energijos a ir b dalelių diapazonas raumenų audinyje

Dalelių energija, MeV	Rida, mikronai	Dalelių energija, MeV	Rida, mikronai	Dalelių energija, MeV	Rida, mikronai


	—

Taip yra dėl to, kad a-dalelės masė yra maždaug 7000 kartų didesnė už b-dalelės masę, todėl, esant tokiai pačiai energijai, jos greitis yra žymiai mažesnis nei b-dalelės.

Radioaktyvaus skilimo metu išskiriamų alfa dalelių greitis yra maždaug 20 tūkst. km/s, o beta dalelių greitis artimas šviesos greičiui ir siekia 200...270 tūkst. km/s. Akivaizdu, kad kuo mažesnis dalelės greitis, tuo didesnė jos sąveikos su terpės atomais tikimybė, taigi, tuo didesnis energijos nuostolis kelio vienetui terpėje – tai reiškia mažesnę ridą. Nuo stalo 5.1 iš to išplaukia, kad a-dalelių diapazonas raumenų audinyje yra 1000 kartų mažesnis nei tos pačios energijos beta dalelių diapazonas.

Kai jonizuojanti spinduliuotė praeina per gyvus organizmus, ji netolygiai perduoda savo energiją biologiniams audiniams ir ląstelėms. Dėl to, nepaisant nedidelio energijos kiekio, kurį absorbuoja audiniai, kai kurios gyvosios medžiagos ląstelės bus labai pažeistos. Bendras jonizuojančiosios spinduliuotės poveikis, lokalizuotas ląstelėse ir audiniuose, pateiktas lentelėje. 5.2.

5.2 lentelė. Biologinis jonizuojančiosios spinduliuotės poveikis

Poveikio pobūdis		Poveikio efektas
Tiesioginis spinduliuotės poveikis	10 -24 … 10 -4 s 10 16 …10 8 s	Energijos absorbcija. Pradinės sąveikos. Rentgeno ir y spinduliuotė, neutronai Elektronai, protonai, alfa dalelės
	10 -12 … 10 -8 s	Fizikinė-cheminė stadija. Energijos perdavimas jonizacijos forma pirmine trajektorija. Jonizuotos ir elektroniniu būdu sužadintos molekulės
	10 7…10 5 s, kelias valandas	Cheminė žala. Su mano veiksmu. Netiesioginis veiksmas. Iš vandens susidaro laisvieji radikalai. Molekulės sužadinimas iki šiluminės pusiausvyros
Netiesioginis radiacijos poveikis	Mikrosekundės, sekundės, minutės, kelios valandos	Biomolekulinė žala. Baltymų molekulių ir nukleorūgščių pokyčiai veikiant medžiagų apykaitos procesams
	Minutės, valandos, savaitės	Ankstyvas biologinis ir fiziologinis poveikis. Biocheminis pažeidimas. Ląstelių mirtis, atskirų gyvūnų mirtis
	Metai, šimtmečiai	Ilgalaikis biologinis poveikis Nuolatinis disfunkcija. Jonizuojanti radiacija Genetinės mutacijos, poveikis palikuonims. Somatiniai padariniai: vėžys, leukemija, sutrumpėjusi gyvenimo trukmė, organizmo mirtis

Pirminiai radiaciniai-cheminiai molekulių pokyčiai gali būti pagrįsti dviem mechanizmais: 1) tiesioginiu poveikiu, kai duota molekulė tiesiogiai sąveikaudama su spinduliuote patiria pokyčius (jonizaciją, sužadinimą); 2) netiesioginis veikimas, kai molekulė tiesiogiai nesugeria jonizuojančiosios spinduliuotės energijos, o gauna ją perduodama iš kitos molekulės.

Yra žinoma, kad biologiniame audinyje 60...70% masės sudaro vanduo. Todėl panagrinėkime skirtumą tarp tiesioginio ir netiesioginio radiacijos poveikio naudodamiesi vandens švitinimo pavyzdžiu.

Tarkime, kad vandens molekulė jonizuojama įkrautos dalelės, todėl ji praranda elektroną:

H2O -> H20+e - .

Jonizuoto vandens molekulė reaguoja su kita neutralia vandens molekule, sudarydama labai reaktyvų hidroksilo radikalą OH":

H2O+H2O -> H3O+ + OH*.

Išmestas elektronas taip pat labai greitai perduoda energiją aplinkinėms vandens molekulėms, todėl susidaro labai sužadinta vandens molekulė H2O*, kuri disocijuoja ir sudaro du radikalus – H* ir OH*:

H2O+e- -> H2O*H’ + OH’.

Laisvieji radikalai turi nesuporuotų elektronų ir yra labai reaktyvūs. Jų gyvenimo trukmė vandenyje yra ne daugiau kaip 10-5 s. Per tą laiką jie arba rekombinuojasi vienas su kitu, arba reaguoja su ištirpusiu substratu.

Esant vandenyje ištirpusiam deguoniui, susidaro ir kiti radiolizės produktai: laisvasis hidroperoksido HO2 radikalas, vandenilio peroksidas H2O2 ir atominis deguonis:

H*+ O2 -> HO2;
HO*2 + HO2 -> H2O2 +20.

Gyvo organizmo ląstelėje situacija yra daug sudėtingesnė nei apšvitinant vandenį, ypač jei sugerianti medžiaga yra didelės ir daugiakomponentės biologinės molekulės. Tokiu atveju susidaro organiniai radikalai D*, kurie taip pat pasižymi itin dideliu reaktyvumu. Turėdami daug energijos, jie gali lengvai nutraukti cheminius ryšius. Būtent šis procesas dažniausiai vyksta tarp jonų porų susidarymo ir galutinių cheminių produktų susidarymo.

Be to, biologinį poveikį sustiprina deguonies įtaka. Labai reaktyvus produktas DO2* (D* + O2 -> DO2*), susidaręs dėl laisvojo radikalo sąveikos su deguonimi, sukelia naujų molekulių susidarymą apšvitintoje sistemoje.

Laisvieji radikalai ir oksiduojančios molekulės, atsirandančios dėl vandens radiolizės proceso, turinčios didelį cheminį aktyvumą, vyksta cheminėse reakcijose su baltymų molekulėmis, fermentais ir kitais biologinio audinio struktūriniais elementais, o tai lemia biologinių procesų pokyčius organizme. Dėl to sutrinka medžiagų apykaitos procesai, slopinama fermentų sistemų veikla, sulėtėja ir sustoja audinių augimas, atsiranda naujų organizmui nebūdingų cheminių junginių – toksinų. Tai veda prie atskirų sistemų ar viso organizmo gyvybinių funkcijų sutrikimo.

Laisvųjų radikalų sukeltos cheminės reakcijos apima šimtus ir tūkstančius molekulių, kurių spinduliuotė neveikia. Tai yra jonizuojančiosios spinduliuotės poveikio biologiniams objektams specifika. Jokia kita energija (šiluminė, elektrinė ir kt.), kurią biologinis objektas sugeria tokiu pat kiekiu, nesukelia tokių pokyčių, kuriuos sukelia jonizuojanti spinduliuotė.

Nepageidaujamas radiacijos poveikis žmogaus organizmui paprastai skirstomas į somatinį (soma - "kūnas" graikiškai) ir genetinį (paveldimą).

Somatinis poveikis pasireiškia tiesiogiai apšvitintame asmenyje, o genetinis poveikis jo palikuonims.

Per pastaruosius dešimtmečius žmogus sukūrė daugybę dirbtinių radionuklidų, kurių naudojimas papildomai apkrauna natūralų Žemės radiacinį foną ir padidina radiacijos dozę žmonėms. Tačiau jonizuojanti spinduliuotė, skirta tik taikiems tikslams, yra naudinga žmonėms, todėl šiandien sunku nustatyti žinių ar šalies ekonomikos sritį, kurioje nebūtų naudojami radionuklidai ar kiti jonizuojančiosios spinduliuotės šaltiniai. Iki XXI amžiaus pradžios „taikus atomas“ buvo pritaikytas medicinoje, pramonėje, žemės ūkyje, mikrobiologijoje, energetikoje, kosmoso tyrinėjimuose ir kitose srityse.

Spinduliuotės rūšys ir jonizuojančiosios spinduliuotės sąveika su medžiaga

Branduolinės energijos naudojimas tapo gyvybiškai svarbia šiuolaikinės civilizacijos egzistavimo būtinybe, o kartu ir didžiule atsakomybe, nes šis energijos šaltinis turi būti naudojamas kuo racionaliau ir atidžiau.

Naudinga radionuklidų savybė

Dėl radioaktyvaus skilimo radionuklidas „duoda signalą“, taip nustatydamas jo vietą. Naudodami specialius instrumentus, aptinkančius net atskirų atomų skilimo signalą, mokslininkai išmoko šias medžiagas naudoti kaip indikatorius, padedančius tirti įvairius audiniuose ir ląstelėse vykstančius cheminius ir biologinius procesus.

Dirbtinių jonizuojančiosios spinduliuotės šaltinių tipai

Visus žmogaus sukurtus jonizuojančiosios spinduliuotės šaltinius galima suskirstyti į du tipus.

Medicininiai – naudojami tiek ligoms diagnozuoti (pavyzdžiui, rentgeno ir fluorografijos prietaisai), tiek radioterapinėms procedūroms atlikti (pavyzdžiui, radioterapijos skyriai vėžiui gydyti). Prie medicininių AI šaltinių priskiriami ir radiofarmaciniai preparatai (radioaktyvūs izotopai ar jų junginiai su įvairiomis neorganinėmis ar organinėmis medžiagomis), kurie gali būti naudojami tiek ligoms diagnozuoti, tiek joms gydyti.
Pramoniniai – žmogaus pagaminti radionuklidai ir generatoriai:
- energetikoje (atominės elektrinės reaktoriai);
- žemės ūkyje (veisimui ir trąšų efektyvumo tyrimams)
- gynybos sektoriuje (kuras branduoliniams laivams);
- statybose (neardomieji metalinių konstrukcijų bandymai).

Remiantis statiniais duomenimis, radionuklidinių produktų gamybos apimtys pasaulinėje rinkoje 2011 metais siekė 12 milijardų dolerių, o iki 2030 metų šis skaičius turėtų išaugti šešis kartus.

Įvairiausios jonizuojančiosios spinduliuotės rūšys yra vadinamoji radioaktyvioji spinduliuotė, kuri susidaro dėl savaiminio radioaktyvaus elementų atomų branduolių skilimo, pasikeitus pastarųjų fizinėms ir cheminėms savybėms. Elementai, kurie turi savybę radioaktyviai skilti, vadinami radioaktyviais; jie gali būti natūralūs, tokie kaip uranas, radis, toris ir kt. (iš viso apie 50 elementų), ir dirbtiniai, kurių radioaktyviosios savybės gaunamos dirbtinai (daugiau nei 700 elementų).

Radioaktyvaus skilimo metu yra trys pagrindiniai jonizuojančiosios spinduliuotės tipai: alfa, beta ir gama.

Alfa dalelė – teigiamai įkrautas helio jonas, susidarantis irstant branduoliams, dažniausiai sunkiems gamtiniams elementams (radžio, torio ir kt.). Šie spinduliai giliai neįsiskverbia į kietą ar skystą terpę, todėl norint apsisaugoti nuo išorinių poveikių, pakanka apsisaugoti bet kokiu plonu sluoksniu, kad ir popieriaus lapeliu.

Beta spinduliuotė yra elektronų srautas, susidarantis irstant tiek natūralių, tiek dirbtinių radioaktyvių elementų branduoliams. Beta spinduliuotė turi didesnę prasiskverbimo galią, palyginti su alfa spinduliais, todėl norint apsaugoti nuo jų reikia tankesnių ir storesnių ekranų. Beta spinduliuotės rūšis, susidaranti kai kurių dirbtinių radioaktyvių elementų skilimo metu. pozitronai. Nuo elektronų jie skiriasi tik teigiamu krūviu, todėl spindulių pluoštą veikiant magnetiniam laukui jie nukrypsta priešinga kryptimi.

Gama spinduliuotė arba energijos kvantai (fotonai) yra kieti elektromagnetiniai virpesiai, atsirandantys daugelio radioaktyviųjų elementų branduoliams irstant. Šie spinduliai turi daug didesnę prasiskverbimo galią. Todėl norint nuo jų apsisaugoti, reikalingi specialūs prietaisai iš medžiagų, kurios gali gerai blokuoti šiuos spindulius (švinas, betonas, vanduo). Gama spinduliuotės jonizuojantį poveikį daugiausia lemia ir tiesioginis jos pačios energijos suvartojimas, ir iš apšvitintos medžiagos išmuštų elektronų jonizuojantis poveikis.

Rentgeno spinduliuotė susidaro eksploatuojant rentgeno vamzdžius, taip pat sudėtingus elektroninius įrenginius (betatronus ir kt.). Rentgeno spinduliai savo prigimtimi yra panašūs į gama spindulius, tačiau skiriasi kilme ir kartais bangos ilgiu: rentgeno spinduliai paprastai turi ilgesnius bangos ilgius ir žemesnius dažnius nei gama spinduliai. Jonizacija dėl rentgeno spindulių poveikio daugiausia vyksta dėl elektronų, kuriuos jie išmuša, ir tik šiek tiek dėl tiesioginio savo energijos švaistymo. Šie spinduliai (ypač kieti) taip pat turi didelę prasiskverbimo galią.

Neutronų spinduliuotė yra neutralių, tai yra neįkrautų neutronų (n) dalelių srautas, kuris yra neatskiriama visų branduolių dalis, išskyrus vandenilio atomą. Jie neturi krūvių, todėl ir patys neturi jonizuojančio poveikio, tačiau labai reikšmingas jonizuojantis poveikis atsiranda dėl neutronų sąveikos su apšvitintų medžiagų branduoliais. Neutronų apšvitintos medžiagos gali įgyti radioaktyviųjų savybių, tai yra gauti vadinamąjį indukuotą radioaktyvumą. Neutronų spinduliuotė susidaro veikiant dalelių greitintuvams, branduoliniams reaktoriams ir kt. Neutronų spinduliuotė turi didžiausią prasiskverbimo galią. Neutronus sulaiko medžiagos, kurių molekulėse yra vandenilio (vanduo, parafinas ir kt.).

Visos jonizuojančiosios spinduliuotės rūšys skiriasi viena nuo kitos skirtingais krūviais, mase ir energija. Taip pat yra skirtumų tarp kiekvieno tipo jonizuojančiosios spinduliuotės, sukeliančios didesnį ar mažesnį prasiskverbimą ir jonizuojantį gebėjimą bei kitas jų savybes. Visų tipų radioaktyviosios spinduliuotės intensyvumas, kaip ir kitų spinduliavimo energijos rūšių, yra atvirkščiai proporcingas atstumo nuo spinduliuotės šaltinio kvadratui, tai yra, kai atstumas padvigubėja arba patrigubėja, spinduliuotės intensyvumas sumažėja 4 ir 9 kartų, atitinkamai.

Ekspozicijos dozė (X). Kaip kiekybinis rentgeno ir spinduliuotės matas, įprasta naudoti ekspozicijos dozę nesisteminiais vienetais, nustatoma pagal antrinių dalelių krūvį (dQ), susidariusį medžiagos masėje (dm), visiškai slopinant visus įkrautos dalelės:

Ekspozicijos dozės vienetas yra Rentgenas (R). Rentgeno spinduliuotė yra rentgeno spinduliuotės apšvitos dozė ir
- spinduliuotė, sukurta 1 kubiniame cm oro, esant O°C temperatūrai ir 760 mm Hg slėgiui. bendras to paties ženklo jonų krūvis į vieną elektrostatinį elektros vienetą. Ekspozicijos dozė 1 R
atitinka 2,08·10 9 jonų poras (2,08·10 9 = 1/(4,8·10 -10)). Jei imsime vidutinę 1 poros jonų susidarymo ore energiją, lygią 33,85 eV, tada esant 1 P ekspozicijos dozei, energija, perduota vienam kubiniam centimetrui oro, yra lygi:
(2,08 · 10 9) · 33,85 · (1,6 · 10 -12) = 0,113 erg,
ir vienas gramas oro:
0,113/oras = 0,113/0,001293 = 87,3 erg.

Dozės greitis(švitinimo intensyvumas) – atitinkamos dozės padidėjimas, veikiant tam tikrai spinduliuotei per laiko vienetą. Jame yra atitinkamos dozės (absorbuotos, ekspozicijos ir tt) dydis, padalytas iš laiko vieneto. Leidžiama naudoti įvairius specialiuosius vienetus (pavyzdžiui, Sv/val., rem/min, sSv/metai ir kt.).

Gama spinduliuotės intensyvumas apibūdinamas spinduliuotės lygiu. Jis lygus dozei

sukurta per laiko vienetą, t.y. apibūdina dozės kaupimosi greitį. Lygis

Radiacija matuojama rentgenais per valandą (r/h).

Ekvivalentinė dozė (N). Įvertinti galimą žalą žmonių sveikatai lėtinės apšvitos sąlygomis radiacinės saugos srityje, taikoma ekvivalentinės dozės H samprata, lygi spinduliuotės sukurtos sugertosios dozės D r sandaugai - r ir vidurkiu per analizuojamą organą arba visame kūne buvo įvestas svertinis koeficientas w r (dar vadinamas spinduliuotės kokybės koeficientu)
(11 lentelė).

Lygiavertės dozės vienetas yra džaulis kilogramui. Jis turi specialų pavadinimą Sivert (Sv).

Plikas(biologinis rentgeno atitikmuo), anglų k. rem ( Rentgeno ekvivalentas žmogus ) - pasenęs nesisteminis ekvivalentinės dozės matavimo vienetas. Iki 1963 m. šis vienetas buvo suprantamas kaip „biologinis rentgeno ekvivalentas“, šiuo atveju 1 rem atitinka gyvo organizmo poveikį tokio tipo spinduliuotei, dėl kurio gaunamas toks pat biologinis poveikis kaip ir naudojant gama apšvitos dozę. 1 rentgeno spinduliuotė. SI sistemoje rem turi tą patį matmenį ir reikšmę kaip rad – abu vienetai yra lygūs 0,01 J/kg spinduliuotės, kurios kokybės koeficientas lygus vienetui.

100 rem lygu 1 sivertui.

Kadangi rem yra didelis matavimo vienetas, ekvivalentinė dozė paprastai matuojama miliremais (mrem, 10-3 rem) arba mikrosievertais (μSv, 10-6 Sv). 1 mrem = 10 µSv.

36 klausimas.

Absorbuota dozė (D)- pagrindinis dozimetrinis dydis. Jis lygus vidutinės energijos dE, perduodamos jonizuojančiosios spinduliuotės medžiagai elementariame tūryje, ir medžiagos masės dm santykiui šiame tūryje:

Absorbuotos dozės vienetas yra pilkas (Gy). Ekstrasisteminis vienetas Rad buvo apibrėžtas kaip bet kokios jonizuojančiosios spinduliuotės sugertoji dozė, lygi 100 erg 1 gramui apšvitintos medžiagos.

Kiekybiniam ir kokybiniam jonizuojančiosios spinduliuotės įvertinimui, būtiniems radiacinei saugai užtikrinti, naudojami radiometrai, dozimetrai ir spektrometrai.
Radiometrai skirti radioaktyviųjų medžiagų (radionuklidų) kiekiui arba spinduliuotės srautui nustatyti (pavyzdžiui, Geimer-Muller dujų išlydžių skaitikliai).
Dozimetrai leidžia išmatuoti absorbuotą arba ekspozicijos dozę.
Spektrometrai naudojami energijos spektrui įrašyti ir analizuoti bei tuo remiantis identifikuoti spinduliuojančius radionuklidus.
Visi prietaisai, skirti matuoti ir registruoti skverbiasinčią spinduliuotę, naudoja tą patį principą, leidžiantį išmatuoti poveikį, atsirandantį spinduliuotės sąveikos su medžiaga metu.
Labiausiai paplitęs jonizuojančiosios spinduliuotės registravimo metodas yra jonizacijos metodas, pagrįstas terpės, per kurią praeina spinduliuotė, jonizacijos laipsnio matavimu. Šis metodas įgyvendinamas naudojant jonizacijos kameras arba skaitiklius, kurie tarnauja kaip jutikliai. Jonizacijos kamera yra kondensatorius, susidedantis iš dviejų elektrodų, tarp kurių yra dujos. Elektrinis laukas tarp elektrodų sukuriamas iš išorinio šaltinio. Nesant radioaktyvaus šaltinio, jonizacija kameroje nevyksta, o srovės matavimo prietaisas rodo jo nebuvimą. Jonizuojančiosios spinduliuotės įtakoje kameros dujose atsiranda teigiamų ir neigiamų jonų. Veikiami elektrinio lauko, neigiami jonai juda link teigiamai įkrauto elektrodo, o teigiami – link neigiamo elektrodo. Dėl to atsiranda srovė, kurią užfiksuoja matavimo prietaisas.
Scintiliacinis spinduliuotės registravimo metodas pagrįstas šviesos blyksnių, atsirandančių liuminescencinėje medžiagoje, kai pro ją praeina jonizuojanti spinduliuotė, intensyvumo matavimu. Šviesos blyksnių įrašymui naudojami fotodaugintuvai.
Scintiliacijos skaitikliai naudojami užterštų dalelių, gama spindulių, greitųjų ir lėtųjų neutronų skaičiui matuoti, taip pat beta, gama ir neutronų spinduliuotės dozės galiai matuoti. Be to, tokie skaitikliai naudojami gama ir neutronų spinduliuotės spektrams tirti.
Fotografijos metodas pagrįstas fotocheminiais procesais, vykstančiais, kai fotografinė juosta ar plokštelė yra veikiama spinduliuotės. Fotografinės emulsijos gebėjimas aptikti spinduliuotę leidžia nustatyti ryšį tarp plėvelės tamsėjimo laipsnio ir sugertos dozės. Dažniausiai šis metodas naudojamas individualiai kontroliuoti rentgeno, gama, beta ir neutronų spinduliuotės dozę.
Didelėms dozės galioms matuoti naudojami ne tokie jautrūs metodai, kaip cheminės sistemos, kuriose, veikiant spinduliuotei, keičiasi tirpalų ir kietųjų medžiagų spalva, nusėda koloidai, išsiskiria iš junginių dujos. Tam pačiam tikslui naudojami įvairūs stiklai, kurie keičia spalvą veikiant spinduliuotei, taip pat kalorimetriniai metodai, pagrįsti sugeriančioje medžiagoje išsiskiriančios šilumos matavimu.
Pastaruoju metu vis labiau plinta puslaidininkiniai, foto- ir termoliuminescenciniai jonizuojančiosios spinduliuotės detektoriai.

38-39 klausimas

Natūralus Žemės radiacinis fonas. Kosminė spinduliuotė.

Bet kuris Žemės gyventojas yra veikiamas natūralių spinduliuotės šaltinių, tačiau kai kurie iš jų gauna didesnes dozes nei kiti Radiacijos dozė priklauso ir nuo žmonių gyvenimo būdo. Kai kurios statybinės medžiagos, dujos maisto ruošimui, atviros anglies krosnys, patalpų sandarinimas ir net skrydis lėktuvais padidina apšvitą dėl natūralių radiacijos šaltinių. Antžeminiai spinduliuotės šaltiniai yra bendrai atsakingi už didžiąją dalį apšvitos, kurią žmonės veikia per natūralią spinduliuotę. Likusią dalį sudaro kosminiai spinduliai, daugiausia per išorinį švitinimą. Natūrali jonizuojanti spinduliuotė (NIR) atsiranda erdvėje ir pasiekia Žemę kosminių spindulių pavidalu. Pačioje Žemėje EIR šaltiniai yra dirvožemis, oras, vanduo, maistas ir kūnas. Žmogaus spinduliuotės dozės iš EIR sudaro didžiausią indėlį į kolektyvinę efektyviąją dozę, kurią gauna gyventojai. Žemės magnetinis laukas sukuria 2 spinduliuotės juostas: išorinę – 1–8 Žemės spindulių atstumu ir vidinę – 100–10 000 km atstumu. Juos sukuria įkrautos dalelės, judančios išilgai magnetinio lauko linijų spirale. Žemės spinduliuotės juostos sulaiko protonus ir jų energiją.

Kosminės dalelės sukelia vadinamąją pirminę spinduliuotę. Jis vyrauja 45 km ir didesniame aukštyje. Kosminius spindulius sugeria ir Žemės atmosfera  antrinė spinduliuotė, kurioje yra beveik visos žinomos dalelės ir fotonai (-kvantai, neutronai, mezonai, - ir kitos dalelės, kurių energija žymiai mažesnė nei protonų). Antrinė spinduliuotė pasiekia maks. vertės 20–25 km aukštyje. Pakeliui į žemės paviršių ši antrinė spinduliuotė taip pat sugeriama. Jis beveik niekada nepasiekia Žemės. Tačiau aukštuose kalnuose, kur oras plonas, kosminių spindulių intensyvumas didelis. Dėl to Žemės paviršių pasiekia labai nehomogeniška spinduliuotė, susidedanti iš mezonų, elektronų, pozitronų ir didelės energijos fotonų. Ši labai mažo intensyvumo spinduliuotė yra natūralios Žemės foninės spinduliuotės dalis.

Žemės spinduliuotė. Radionuklidų visada randama žemės plutoje. Daugiausia jų yra granituose, aliuminio oksiduose, smiltainiuose ir kalkakmeniuose.

Pagrindiniai radioaktyvieji izotopai, randami Žemės uolienose, dirvožemyje ir vandenyse, priklauso urano, torio ir aktinio, taip pat kalio-40 ir rubidžio-87 serijai.

Urano šeima (uranas-238, kurio T=4,5 mlrd. metų ir kt.).

Torių šeima (toris-232 T=10 mlrd. metų ir kt.).

Actinium šeima (uranas-235 T=700 metų).

Visi šie radionuklidai yra išorinės spinduliuotės šaltiniai.

Vidutinė efektinė ekvivalentinė išorinės spinduliuotės dozė, kurią žmogus per metus gauna iš antžeminių natūralios spinduliuotės šaltinių, yra maždaug 350 μSv, t.y. šiek tiek daugiau nei vidutinė individuali radiacijos dozė dėl kosminių spindulių sukurtos foninės spinduliuotės jūros lygyje.

Natūralūs šaltiniai sudaro 85% žmogaus dozės, nes:

radonas pastatuose - 50 proc.

 spinduliai iš žemės ir pastatų - 14 proc.

maistas ir gėrimai - 11,5 proc.

kosminiai spinduliai – 10 proc.