Neionizujúce žiarenie. Druhy a charakteristiky žiarenia. Výhody a poškodenie rádioaktívneho žiarenia

Úvod………………………………………………………………………………………..3

1. Druhy žiarenia……………………………………………………………….5

2. Regulácia radiačnej bezpečnosti………………………………………10

3. Hlavné limity dávok................................................ ...................................................... 13

4. Prípustné a kontrolné úrovne expozície………………………………………18

Záver……………………………………………………………………………………………….26

Zoznam použitých zdrojov………………………………………………….28

ÚVOD

Spomedzi otázok vedeckého záujmu len málo priťahuje takú pozornosť verejnosti a vyvoláva toľko kontroverzií ako otázka účinkov žiarenia na ľudí a životné prostredie.

Bohužiaľ, spoľahlivé vedecké informácie o tejto problematike sa veľmi často nedostanú k populácii, ktorá preto používa najrôznejšie fámy. Argumenty odporcov jadrovej energie sa príliš často zakladajú len na pocitoch a emóciách, rovnako často sa prejavy zástancov jej rozvoja zvrhnú na nedostatočne podložené uisťujúce uistenia.

Vedecký výbor OSN pre účinky atómového žiarenia zhromažďuje a analyzuje všetky dostupné informácie o zdrojoch žiarenia a jeho účinkoch na ľudí a životné prostredie. Študuje široké spektrum prírodných a človekom vytvorených zdrojov žiarenia a jeho zistenia môžu prekvapiť aj tých, ktorí pozorne sledujú verejnú diskusiu na túto tému.

Žiarenie je skutočne smrteľné. Vo veľkých dávkach spôsobuje vážne poškodenie tkaniva a v malých dávkach môže spôsobiť rakovinu a vyvolať genetické defekty, ktoré sa môžu objaviť u detí a vnukov osoby vystavenej žiareniu alebo u jeho vzdialenejších potomkov.

Ale pre väčšinu populácie nie sú najnebezpečnejšími zdrojmi žiarenia tie, o ktorých sa najviac hovorí. Najvyššiu dávku človek dostáva z prírodných zdrojov žiarenia. Žiarenie spojené s rozvojom jadrovej energie je len malým zlomkom žiarenia generovaného ľudskou činnosťou; Výrazne väčšie dávky dostávame z iných foriem tejto činnosti, ktoré vyvolávajú oveľa menšiu kritiku, napríklad z používania röntgenového žiarenia v medicíne. Okrem toho formy každodennej činnosti, ako je spaľovanie uhlia a používanie leteckej dopravy, najmä neustále vystavovanie sa dobre utesneným miestnostiam, môžu viesť k výraznému zvýšeniu úrovne expozície v dôsledku prirodzeného žiarenia. Najväčšie rezervy znižovania radiačnej záťaže obyvateľstva sú práve v takýchto „nesporných“ formách ľudskej činnosti.

Táto práca pokrýva rôzne druhy žiarenia z prírodných aj umelých zdrojov, ktoré ovplyvňujú človeka a životné prostredie, poskytuje regulačné zdroje informácií o radiačnej bezpečnosti, dávkových limitoch ožiarenia a ich prípustných a kontrolných úrovniach.

TYPY ŽIARENIA

Prenikajúce žiarenie predstavuje veľké nebezpečenstvo pre ľudské zdravie a život. Vo veľkých dávkach spôsobuje vážne poškodenie telesných tkanív, vzniká akútna choroba z ožiarenia, v malých dávkach spôsobuje rakovinu a vyvoláva genetické defekty. V prírode existuje množstvo prvkov, ktorých atómové jadrá sa premieňajú na jadrá iných prvkov. Tieto premeny sú sprevádzané žiarením – rádioaktivitou. Ionizujúce žiarenie je prúd elementárnych častíc a kvánt elektromagnetického žiarenia, ktorý môže spôsobiť ionizáciu atómov a molekúl prostredia, v ktorom sa šíria.

Rôzne druhy žiarenia sú sprevádzané uvoľňovaním rôzneho množstva energie a majú rôzne penetračné schopnosti, preto majú rôzne účinky na tkanivá živého organizmu (obr. 1). Alfa žiarenie, čo je prúd ťažkých častíc pozostávajúci z neutrónov a protónov, je blokovaný napríklad listom papiera a prakticky nedokáže preniknúť vonkajšou vrstvou kože tvorenou odumretými bunkami. Preto nepredstavuje nebezpečenstvo, kým rádioaktívne látky emitujúce α-častice vstúpia do tela cez otvorenú ranu, s jedlom alebo vdychovaným vzduchom; potom sa stanú mimoriadne nebezpečnými. Beta žiarenie má väčšiu prenikavú silu: preniká do telesného tkaniva do hĺbky jedného až dvoch centimetrov. Prenikavá sila gama žiarenia, ktoré sa šíri rýchlosťou svetla, je veľmi vysoká: zastaviť ho môže len hrubé olovo alebo betónová doska. Vzhľadom na ich veľmi vysokú prenikavosť predstavuje gama žiarenie pre človeka veľké nebezpečenstvo. Zvláštnosťou ionizujúceho žiarenia je, že jeho účinky človek začne pociťovať až po určitom čase.

Ryža. 1. Tri druhy žiarenia a ich penetračná schopnosť

Zdroje žiarenia môžu byť prirodzené, prítomné v prírode a nezávislé od ľudí.

Obyvatelia zemegule sú najviac ožiarení prírodnými zdrojmi žiarenia (obr. 2).

Ryža. 2. Priemerné ročné efektívne ekvivalentné dávky žiarenia z prírodných a umelých zdrojov žiarenia (čísla udávajú dávku v milisievertoch)

Väčšina z nich je taká, že je absolútne nemožné vyhnúť sa žiareniu z nich. Počas celej histórie Zeme dopadajú na zemský povrch z vesmíru rôzne druhy žiarenia a pochádzajú z rádioaktívnych látok nachádzajúcich sa v zemskej kôre. Osoba je vystavená žiareniu dvoma spôsobmi. Rádioaktívne látky môžu byť mimo tela a ožarovať ho zvonku; v tomto prípade hovoríme o vonkajšom ožiarení. Alebo môžu skončiť vo vzduchu, ktorý človek dýcha, v jedle alebo vode a dostať sa do tela. Tento spôsob ožarovania sa nazýva interný.

Každý obyvateľ Zeme je vystavený žiareniu z prírodných zdrojov žiarenia, no niektoré z nich dostávajú vyššie dávky ako iné. Čiastočne to závisí od toho, kde žijú. Úroveň žiarenia na niektorých miestach zemegule, kde sa vyskytujú najmä rádioaktívne horniny, je výrazne vyššia ako priemer a inde je zodpovedajúco nižšia. Dávka žiarenia závisí aj od životného štýlu ľudí. Používanie určitých stavebných materiálov, používanie plynu na varenie, otvorené grily na drevené uhlie, utesňovanie miestností a dokonca aj lietanie v lietadlách, to všetko zvyšuje vystavenie prírodným zdrojom žiarenia.

Zemské zdroje žiarenia sú kolektívne zodpovedné za väčšinu ožiarenia, ktorému sú ľudia vystavení prostredníctvom prirodzeného žiarenia. V priemere poskytujú viac ako 5/6 ročnej efektívnej ekvivalentnej dávky prijatej obyvateľstvom, najmä v dôsledku vnútornej expozície. K zvyšku prispieva kozmické žiarenie, najmä prostredníctvom vonkajšieho ožiarenia (obr. 3).

Ryža. 3. Priemerné ročné efektívne ekvivalentné dávky žiarenia z prírodných zdrojov žiarenia (čísla označujú dávku v milisievertoch)

Podľa niektorých údajov je priemerná efektívna ekvivalentná dávka vonkajšieho žiarenia, ktorú človek dostane za rok z pozemských zdrojov prírodného žiarenia, približne 350 mikrosievertov, t.j. o niečo viac ako je priemerná individuálna dávka žiarenia v dôsledku žiarenia pozadia vytvoreného kozmickými lúčmi na hladine mora.

V priemere približne 2/3 efektívnej ekvivalentnej dávky žiarenia, ktorú človek prijíma z prírodných zdrojov žiarenia, pochádza z rádioaktívnych látok, ktoré sa do tela dostávajú potravou, vodou a vzduchom.

Zistilo sa, že zo všetkých prírodných zdrojov žiarenia je najväčším nebezpečenstvom radón, ťažký plyn bez farby a zápachu. Zo zemskej kôry sa uvoľňuje všade, ale jeho koncentrácia vo vonkajšom vzduchu sa na rôznych miestach zemegule výrazne líši. Človek dostáva hlavné žiarenie z radónu v interiéri. Radón sa koncentruje vo vzduchu v interiéri len vtedy, keď sú dostatočne izolované od vonkajšieho prostredia. Radón, ktorý presakuje základom a podlahou z pôdy alebo menej často zo stavebných materiálov, sa hromadí v interiéri. Najbežnejšie stavebné materiály - drevo, tehla a betón - emitujú relatívne málo radónu. Oveľa väčšiu špecifickú rádioaktivitu majú žula, pemza, produkty vyrobené zo surovín oxidu hlinitého a fosfosádra.

Ďalším zdrojom radónu vstupujúceho do obytných priestorov je voda a zemný plyn. Koncentrácia radónu v bežne používanej vode je extrémne nízka, ale voda z hlbokých vrtov alebo artézskych vrtov obsahuje veľmi vysoké hladiny radónu. Hlavné nebezpečenstvo však nepochádza z pitia ani pri vysokej hladine radónu. Zvyčajne ľudia pijú prevarenú vodu alebo vo forme horúcich nápojov a pri prevarení radón takmer úplne zmizne. Veľkým nebezpečenstvom je prienik vodnej pary s vysokým obsahom radónu do pľúc spolu s vdychovaným vzduchom, ktorý sa najčastejšie vyskytuje v kúpeľni alebo v parnej miestnosti. Radón vstupuje do zemného plynu pod zemou. V dôsledku predspracovania a počas skladovania plynu pred tým, ako sa dostane k spotrebiteľovi, sa väčšina radónu vyparí, ale ak kachle nie sú vybavené digestorom, môže dôjsť k zvýšeniu koncentrácie radónu. V dôsledku toho je radón obzvlášť nebezpečný pre nízkopodlažné budovy so starostlivo utesnenými miestnosťami (na udržanie tepla) a pri použití oxidu hlinitého ako prísady do stavebných materiálov.

Iné zdroje žiarenia, ktoré predstavujú nebezpečenstvo, si, žiaľ, vytvára človek sám. Žiarenie je v súčasnosti široko využívané v rôznych oblastiach: medicína, priemysel, poľnohospodárstvo, chémia, veda atď. Zdrojom umelého žiarenia sú umelé rádionuklidy vytvorené pomocou jadrových reaktorov a urýchľovačov, zväzok neutrónov a nabitých častíc. Nazývajú sa umelými zdrojmi ionizujúceho žiarenia. Všetky činnosti súvisiace s výrobou a používaním umelého žiarenia sú prísne kontrolované. Skúšky jadrových zbraní v atmosfére, havárie v jadrových elektrárňach a jadrových reaktoroch a výsledky ich práce, prejavujúce sa v rádioaktívnom spade a rádioaktívnom odpade, vynikajú najmä vplyvom na ľudský organizmus. Keď sa v niektorých oblastiach Zeme vyskytne rádioaktívny spad, žiarenie sa môže dostať do ľudského tela priamo prostredníctvom poľnohospodárskych produktov a potravín.

Dôležitou vlastnosťou rádioaktivity je ionizujúce žiarenie. Nebezpečenstvo tohto javu pre živý organizmus vedci objavili už od začiatku objavu rádioaktivity. A. Becquerel a M. Curie-Sklodowska, ktorí študovali vlastnosti rádioaktívnych prvkov, tak utrpeli ťažké popáleniny kože rádiovým žiarením.

Ionizujúce žiarenie je akékoľvek žiarenie, ktorého interakcia s médiom vedie k tvorbe elektrických nábojov rôznych znakov. Rozlišujú sa tieto druhy ionizujúceho žiarenia: α-, β-žiarenie, fotónové a neutrónové žiarenie. Ultrafialové žiarenie a viditeľná časť svetelného spektra nie sú klasifikované ako ionizujúce žiarenie. Vyššie uvedené typy žiarenia majú rôznu prenikavú silu (obr. 3.6), v závislosti od nosiča a energie žiarenia.

Energia žiarenia sa meria v elektrónvoltoch (eV). Energia, ktorú elektrón získa pri pohybe v zrýchľujúcom sa elektrickom poli s potenciálovým rozdielom 1 V, sa berie ako 1 eV V praxi sa častejšie používajú desatinné násobky: kiloelektrón-volt (1 keV = 103 eV) a megaelektrónvolt (1). MeV = 10 eV). Vzťah medzi elektrónvoltom a systémovou jednotkou energie J je daný výrazom: 1 eV = 1,6 10 -19 J.

Alfa žiarenie (α-žiarenie) je ionizujúce žiarenie, čo je prúd relatívne ťažkých častíc (jadrá hélia pozostávajúce z dvoch protónov a dvoch neutrónov) emitovaných pri jadrových premenách. Energia častíc α je rádovo niekoľko megaelektrónvoltov a mení sa pre rôzne rádionuklidy. V tomto prípade niektoré rádionuklidy emitujú α-častice niekoľkých energií.

Tento typ žiarenia s krátkou dráhou častíc sa vyznačuje slabou penetračnou schopnosťou, ktorá je oneskorená aj kúskom papiera. Napríklad dosah alfa častíc s energiou 4 MeV vo vzduchu je 2,5 cm, ale v biologickom tkanive je to len 31 mikrónov. Žiarenie prakticky nedokáže preniknúť do vonkajšej vrstvy kože tvorenej odumretými bunkami. Preto nie je alfa žiarenie nebezpečné, kým sa rádioaktívne látky emitujúce alfa častice nedostanú do tela dýchacím systémom, trávením alebo otvorenými ranami a popálenými povrchmi. Stupeň nebezpečenstva rádioaktívnej látky závisí od energie častíc, ktoré vyžaruje. Keďže ionizačná energia jedného atómu je niekoľko až desiatky elektrónvoltov, každá častica α je schopná ionizovať až 100 000 molekúl vo vnútri tela.

Beta žiarenie je prúd β-častíc (elektrónov a pozitrónov), ktoré majú väčšiu prenikavú silu v porovnaní s α-žiarením. Emitované častice majú spojité energetické spektrum, rozložené v energii od nuly po určitú maximálnu hodnotu charakteristickú pre daný rádionuklid. Maximálna energia β spektra rôznych rádionuklidov leží v rozsahu od niekoľkých keV do niekoľkých MeV.

Dosah β-častíc vo vzduchu môže dosiahnuť niekoľko metrov a v biologickom tkanive niekoľko centimetrov. Dosah elektrónov s energiou 4 MeV vo vzduchu je teda 17,8 m a v biologickom tkanive 2,6 cm, ľahko ich však zadrží tenký plech. Podobne ako zdroje α-žiarenia, aj β-aktívne rádionuklidy sú pri požití nebezpečnejšie.

Fotónové žiarenie zahŕňa röntgenové a gama žiarenie (γ-lúče). Po rádioaktívnom rozpade sa atómové jadro konečného produktu často objavuje v excitovanom stave. Prechod jadra z tohto stavu do nižšej energetickej hladiny (do normálneho stavu) nastáva emisiou gama kvánt. γ-žiarenie je teda vnútrojadrového pôvodu a je to dosť tvrdé elektromagnetické žiarenie s vlnovou dĺžkou 10 -8 –10 -11 nm.

Energia γ-žiarenia kvanta E (v eV) súvisí s vlnovou dĺžkou vzťahom

kde λ je vyjadrené v nanometroch (1 nm = 10 -9 m).

γ-lúče, ktoré sa šíria rýchlosťou svetla, majú vysokú penetračnú schopnosť, oveľa väčšiu ako častice α a β. Zastaviť ich môže len hrubé olovo alebo betónová doska. Čím vyššia je energia γ-žiarenia, a teda čím kratšia jeho vlnová dĺžka, tým vyššia je penetračná schopnosť. Energia gama žiarenia zvyčajne leží v rozsahu od niekoľkých keV do niekoľkých MeV.

Röntgenové žiarenie je na rozdiel od γ žiarenia atómového pôvodu. Vzniká v excitovaných atómoch pri prechode elektrónov zo vzdialených dráh na dráhu bližšiu k jadru alebo vzniká pri spomaľovaní nabitých častíc v hmote. Podľa toho prvé má diskrétne energetické spektrum a nazýva sa charakteristické, druhé má spojité spektrum a nazýva sa brzdné žiarenie. Rozsah röntgenovej energie je od stoviek elektrónvoltov do desiatok kiloelektrónvoltov. Napriek rôznemu pôvodu týchto žiarení je ich povaha rovnaká, a preto sa röntgenové a γ-žiarenie nazýva fotónové žiarenie.

Pod vplyvom fotónového žiarenia je ožiarené celé telo. Je to hlavný škodlivý faktor, keď je telo vystavené žiareniu z vonkajších zdrojov.

Neutrónové žiarenie vzniká pri štiepení ťažkých jadier a pri iných jadrových reakciách. Zdrojmi neutrónového žiarenia v jadrových elektrárňach sú jadrové reaktory, ktorých hustota toku neutrónov je 10 10 –10 14 neutrónov/(cm s); izotopové zdroje obsahujúce prírodné alebo umelé rádionuklidy zmiešané s látkou, ktorá pod vplyvom bombardovania svojimi α -časticami alebo γ-kvantami emituje neutróny. Takéto zdroje sa používajú na kalibráciu riadiacich a meracích zariadení. Produkujú toky rádovo 10 7 – 10 8 neutrónov/s.

V závislosti od energie sa neutróny delia na tieto typy: pomalé alebo tepelné (s priemernou energiou ~ 0,025 eV); rezonančné (s energiou do 0,5 keV); medziprodukt (s energiou od 0,5 keV do 0,5 MeV); rýchly (s energiou od 0,5 do 20 MeV); ultrarýchly (s energiou nad 20 MeV).

Keď neutróny interagujú s hmotou, pozorujú sa dva typy procesov: rozptyl neutrónov a jadrové reakcie vrátane núteného štiepenia ťažkých jadier. Práve s posledným typom interakcií je spojený výskyt reťazovej reakcie, ku ktorej dochádza pri atómovom výbuchu (nekontrolovaná reťazová reakcia) a v jadrových reaktoroch (riadená reťazová reakcia) a je sprevádzaná uvoľnením obrovského množstva energie.

Prenikavá sila neutrónového žiarenia je porovnateľná so žiarením γ. Tepelné neutróny sú účinne absorbované materiálmi obsahujúcimi bór, grafit, olovo, lítium, gadolínium a niektoré ďalšie látky; Rýchle neutróny účinne spomaľuje parafín, voda, betón atď.

Základné pojmy dozimetrie. Rôzne typy ionizujúceho žiarenia, ktoré majú rôzne penetračné schopnosti, majú rôzne účinky na tkanivá živého organizmu. V tomto prípade platí, že čím viac škody spôsobí žiarenie, tým väčšia je energia, ktorá ovplyvňuje biologický objekt. Množstvo energie prenesenej do tela počas ionizačnej expozície sa nazýva dávka.

Fyzikálnym základom dávky ionizujúceho žiarenia je premena energie žiarenia v procese jeho interakcie s atómami alebo ich jadrami, elektrónmi a molekulami ožiareného prostredia, v dôsledku čoho je časť tejto energie látkou absorbovaná. Absorbovaná energia je hlavnou príčinou procesov vedúcich k pozorovaným účinkom vyvolaným žiarením, a preto dozimetrické veličiny súvisia s absorbovanou energiou žiarenia.

Dávka žiarenia môže byť prijatá z akéhokoľvek rádionuklidu alebo z ich zmesi bez ohľadu na to, či sú mimo tela alebo v jeho vnútri v dôsledku vystavenia potrave, vode alebo vzduchu. Dávky sa počítajú rôzne v závislosti od veľkosti ožiarenej oblasti a miesta, kde sa nachádza, či bola ožiarená jedna osoba alebo skupina ľudí a ako dlho.

Množstvo energie absorbovanej na jednotku hmotnosti ožiareného organizmu sa nazýva absorbovaná dávka a meria sa v jednotkách SI v sivej (Gy). Jednotkou šedej je joule delené kilogramom hmotnosti (J/kg). Hodnota absorbovanej dávky však nezohľadňuje skutočnosť, že pri rovnakej absorbovanej dávke je α-žiarenie a neutrónové žiarenie oveľa nebezpečnejšie ako β-žiarenie alebo γ-žiarenie. Pre presnejšie posúdenie stupňa poškodenia organizmu je preto potrebné zvýšiť absorbovanú dávku o určitý koeficient, odrážajúci schopnosť žiarenia daného typu poškodzovať biologické objekty. Tento faktor sa nazýva radiačný váhový faktor. Jeho hodnota pre žiarenie β a γ sa rovná 1, pre žiarenie α – 20, pre neutrónové žiarenie sa pohybuje v rozmedzí 5–20 v závislosti od energie neutrónov.

Takto prepočítaná dávka sa nazýva ekvivalentná dávka, ktorá sa meria v sievertoch (Sv) v sústave SI. Rozmer sievertu je rovnaký ako rozmer sivého – J/kg. Dávka prijatá za jednotku času je v systéme SI klasifikovaná ako dávkový príkon a má rozmer Gy/s alebo Sv/s. V sústave SI je prípustné používať nesystémové jednotky času, ako je hodina, deň, rok, preto sa pri výpočte dávok používajú také rozmery ako Sv/h, Sv/deň, Sv/rok.

Doteraz sa v geofyzike, geológii a čiastočne v rádioekológii používa nesystémová dávková jednotka - rtg. Táto hodnota bola zavedená na úsvite atómovej éry (v roku 1928) a používala sa na meranie expozičnej dávky. Röntgenové žiarenie sa rovná dávke γ-žiarenia, ktoré vytvorí v jednom kubickom centimetri suchého vzduchu celkový náboj iónov rovnajúci sa jednej jednotke elektrického náboja. Pri meraní expozičnej dávky γ-žiarenia vo vzduchu sa používa vzťah medzi röntgenovým žiarením a sivou farbou: 1 P = 8,77 mJ/kg alebo 8,77 mGy. Preto 1 Gy = 114 R.

V dozimetrii sa zachovala ešte jedna extrasystémová jednotka - rad, rovný absorbovanej dávke žiarenia, pri ktorej 1 kg ožiarenej látky absorbuje energiu rovnajúcu sa 0,01 J. Podľa toho I rad = 100 erg/g = 0,01 Gy. Táto jednotka sa momentálne nepoužíva.

Pri výpočte dávok prijatých telom je potrebné vziať do úvahy, že niektoré časti tela (orgány, tkanivá) sú citlivejšie na žiarenie ako iné. Najmä pri rovnakej ekvivalentnej dávke je pravdepodobnejšie poškodenie pľúc ako napríklad štítnej žľazy. Interna

Ruská komisia pre radiačnú ochranu (ICRP) vyvinula konverzné faktory, ktoré sa odporúčajú používať pri hodnotení dávky žiarenia na rôzne ľudské orgány a biologické tkanivá (obr. 3.7).

Po vynásobení ekvivalentnej dávky pre daný orgán príslušným koeficientom a jej sčítaní za všetky orgány a tkanivá sa získa efektívna ekvivalentná dávka, ktorá odráža celkový účinok žiarenia na organizmus. Táto dávka sa tiež meria v sievertoch. Opísaný koncept dávky charakterizuje iba individuálne prijaté dávky.

Keď je potrebné študovať účinky žiarenia na skupinu ľudí, používa sa koncept kolektívnej efektívnej ekvivalentnej dávky, ktorá sa rovná súčtu individuálnych efektívnych ekvivalentných dávok a meria sa v man-sievertoch (man-Sv).

Keďže mnohé rádionuklidy sa rozkladajú veľmi pomaly a ovplyvnia populáciu v ďalekej budúcnosti, oveľa viac generácií ľudí žijúcich na planéte dostane kolektívnu efektívnu ekvivalentnú dávku z takýchto zdrojov. Na posúdenie indikovanej dávky sa zaviedol pojem očakávaná (celková) kolektívna efektívna ekvivalentná dávka, ktorá umožňuje predpovedať poškodenie skupiny osôb pôsobením stálych zdrojov žiarenia. Pre prehľadnosť je vyššie opísaný systém konceptov znázornený na obr. 3.8.

Predtým ľudia, aby vysvetlili, čomu nerozumeli, vymýšľali rôzne fantastické veci - mýty, bohovia, náboženstvo, magické stvorenia. A hoci veľké množstvo ľudí týmto poverám stále verí, dnes už vieme, že na všetko existuje vysvetlenie. Jednou z najzaujímavejších, tajomných a najúžasnejších tém je žiarenie. Čo je to? Aké druhy existujú? Čo je žiarenie vo fyzike? Ako sa vstrebáva? Je možné sa chrániť pred žiarením?

všeobecné informácie

Rozlišujú sa teda tieto typy žiarenia: vlnový pohyb média, korpuskulárne a elektromagnetické. Tomu poslednému sa bude venovať najväčšia pozornosť. O vlnovom pohybe média môžeme povedať, že vzniká ako dôsledok mechanického pohybu určitého objektu, ktorý spôsobuje postupné riedenie alebo stláčanie média. Príklady zahŕňajú infrazvuk alebo ultrazvuk. Korpuskulárne žiarenie je tok atómových častíc ako sú elektróny, pozitróny, protóny, neutróny, alfa, ktorý je sprevádzaný prirodzeným a umelým rozpadom jadier. Povedzme si zatiaľ o týchto dvoch.

Vplyv

Zoberme si slnečné žiarenie. Je to silný liečebný a preventívny faktor. Súbor sprievodných fyziologických a biochemických reakcií, ktoré prebiehajú za účasti svetla, sa nazývajú fotobiologické procesy. Podieľajú sa na syntéze biologicky dôležitých zlúčenín, slúžia na získavanie informácií a orientáciu v priestore (videnie) a môžu mať aj škodlivé následky, ako je vznik škodlivých mutácií, ničenie vitamínov, enzýmov a bielkovín.

O elektromagnetickom žiarení

V budúcnosti bude článok venovaný výlučne jemu. Čo robí žiarenie vo fyzike, ako nás ovplyvňuje? EMR sú elektromagnetické vlny, ktoré vyžarujú nabité molekuly, atómy a častice. Veľkými zdrojmi môžu byť antény alebo iné vyžarovacie systémy. Rozhodujúci význam má vlnová dĺžka žiarenia (frekvencia kmitov) spolu so zdrojmi. Takže v závislosti od týchto parametrov sa rozlišuje gama, röntgenové a optické žiarenie. Ten sa delí na množstvo ďalších poddruhov. Ide teda o infračervené, ultrafialové, rádiové žiarenie a tiež svetlo. Rozsah je do 10 -13. Gama žiarenie je generované excitovanými atómovými jadrami. Röntgenové lúče možno získať spomalením zrýchlených elektrónov, ako aj ich prechodom z nevoľných hladín. Rádiové vlny zanechávajú svoju stopu, keď posúvajú striedavé elektrické prúdy pozdĺž vodičov vyžarujúcich systémov (napríklad antén).

O ultrafialovom žiarení

Z biologického hľadiska sú najaktívnejšie UV lúče. Ak sa dostanú do kontaktu s pokožkou, môžu spôsobiť lokálne zmeny v tkanivových a bunkových proteínoch. Okrem toho sa zaznamenáva účinok na kožné receptory. Reflexným spôsobom pôsobí na celý organizmus. Keďže ide o nešpecifický stimulátor fyziologických funkcií, priaznivo pôsobí na imunitný systém organizmu, ako aj na metabolizmus minerálov, bielkovín, sacharidov a tukov. To všetko sa prejavuje v podobe celkového zdravotného, posilňujúceho a preventívneho účinku slnečného žiarenia. Za zmienku stoja niektoré špecifické vlastnosti, ktoré má určitý vlnový rozsah. Vplyv žiarenia na človeka s dĺžkou 320 až 400 nanometrov teda prispieva k erytémovo-opaľovaciemu efektu. V rozsahu od 275 do 320 nm sú zaznamenané slabo baktericídne a antirachitické účinky. Ale ultrafialové žiarenie od 180 do 275 nm poškodzuje biologické tkanivo. Preto treba postupovať opatrne. Dlhodobé priame slnečné žiarenie aj v bezpečnom spektre môže viesť k silnému erytému s opuchom kože a výraznému zhoršeniu zdravotného stavu. Až po zvýšenie pravdepodobnosti vzniku rakoviny kože.

Reakcia na slnečné svetlo

V prvom rade treba spomenúť infračervené žiarenie. Na organizmus pôsobí tepelne, čo závisí od miery absorpcie lúčov pokožkou. Slovo „spáliť“ sa používa na opis jeho účinku. Viditeľné spektrum ovplyvňuje vizuálny analyzátor a funkčný stav centrálneho nervového systému. A cez centrálny nervový systém a na všetky ľudské systémy a orgány. Treba si uvedomiť, že nás ovplyvňuje nielen miera osvetlenia, ale aj farebná škála slnečného svetla, teda celé spektrum žiarenia. Vnímanie farieb teda závisí od vlnovej dĺžky a ovplyvňuje našu emocionálnu aktivitu, ako aj fungovanie rôznych systémov tela.

Červená farba vzrušuje psychiku, zvyšuje emócie a dodáva pocit tepla. Ale rýchlo sa unaví, prispieva k svalovému napätiu, zvýšenému dýchaniu a zvýšenému krvnému tlaku. Oranžová navodzuje pocit pohody a veselosti, žltá pozdvihuje náladu a stimuluje nervový systém a zrak. Zelená je upokojujúca, užitočná pri nespavosti, únave a zlepšuje celkový tonus tela. Fialová farba pôsobí relaxačne na psychiku. Modrá upokojuje nervový systém a udržuje svaly v tóne.

Malý ústup

Prečo, keď uvažujeme o tom, čo je žiarenie vo fyzike, hovoríme väčšinou o EMR? Faktom je, že práve toto sa myslí vo väčšine prípadov, keď sa téma rieši. Rovnaké korpuskulárne žiarenie a vlnový pohyb média sú rádovo menšie a známe. Veľmi často, keď hovoria o typoch žiarenia, majú na mysli výlučne tie, na ktoré sa delí EMR, čo je zásadne nesprávne. Koniec koncov, keď hovoríme o tom, čo je žiarenie vo fyzike, treba venovať pozornosť všetkým aspektom. Zároveň sa však kladie dôraz na najdôležitejšie body.

O zdrojoch žiarenia

Pokračujeme v zvažovaní elektromagnetického žiarenia. Vieme, že predstavuje vlny, ktoré vznikajú pri narušení elektrického alebo magnetického poľa. Tento proces moderná fyzika interpretuje z pohľadu teórie vlnovo-časticovej duality. Uznáva sa teda, že minimálna časť EMR je kvantum. Zároveň sa však verí, že má aj vlastnosti frekvenčných vĺn, od ktorých závisia hlavné charakteristiky. Pre zlepšenie schopnosti klasifikovať zdroje sa rozlišujú rôzne emisné spektrá EMR frekvencií. Takže toto:

Tvrdé žiarenie (ionizované);
Optické (viditeľné okom);
Tepelné (známe ako infračervené);
Rádiofrekvencia.

O niektorých z nich sa už uvažovalo. Každé spektrum žiarenia má svoje vlastné jedinečné vlastnosti.

Povaha zdrojov

V závislosti od ich pôvodu môžu elektromagnetické vlny vznikať v dvoch prípadoch:

Keď dôjde k narušeniu umelého pôvodu.
Registrácia žiarenia pochádzajúceho z prírodného zdroja.

Čo poviete na tie prvé? Umelé zdroje najčastejšie predstavujú vedľajší efekt, ktorý vzniká v dôsledku prevádzky rôznych elektrických zariadení a mechanizmov. Žiarenie prírodného pôvodu vytvára magnetické pole Zeme, elektrické procesy v atmosfére planéty a jadrovú fúziu v hlbinách slnka. Stupeň intenzity elektromagnetického poľa závisí od úrovne výkonu zdroja. Bežne sa zaznamenávané žiarenie delí na nízkoúrovňové a vysokoúrovňové. Medzi prvé patria:

Takmer všetky zariadenia vybavené CRT displejom (napríklad počítač).
Rôzne domáce spotrebiče, od klimatizačných systémov po žehličky;
Inžinierske systémy, ktoré zabezpečujú dodávku elektriny do rôznych objektov. Príklady zahŕňajú napájacie káble, zásuvky a elektromery.

Vysokoúrovňové elektromagnetické žiarenie je produkované:

Elektrické vedenie.
Všetka elektrická doprava a jej infraštruktúra.
Rozhlasové a televízne veže, ako aj mobilné a mobilné komunikačné stanice.
Výťahy a iné zdvíhacie zariadenia využívajúce elektromechanické elektrárne.
Zariadenia na konverziu sieťového napätia (vlny vychádzajúce z distribučnej rozvodne alebo transformátora).

Samostatne existuje špeciálne zariadenie, ktoré sa používa v medicíne a vyžaruje tvrdé žiarenie. Príklady zahŕňajú MRI, röntgenové prístroje a podobne.

Vplyv elektromagnetického žiarenia na človeka

V priebehu mnohých štúdií vedci dospeli k smutnému záveru, že dlhodobé vystavenie EMR prispieva k skutočnej explózii chorôb. Mnohé poruchy sa však vyskytujú na genetickej úrovni. Preto je dôležitá ochrana pred elektromagnetickým žiarením. Je to spôsobené tým, že EMR má vysokú úroveň biologickej aktivity. V tomto prípade výsledok vplyvu závisí od:

Povaha žiarenia.
Trvanie a intenzita vplyvu.

Špecifické momenty vplyvu

Všetko závisí od lokalizácie. Absorpcia žiarenia môže byť lokálna alebo všeobecná. Príkladom druhého prípadu je účinok, ktorý majú elektrické vedenia. Príkladom lokálnej expozície sú elektromagnetické vlny vyžarované digitálnymi hodinkami alebo mobilným telefónom. Treba spomenúť aj tepelné účinky. V dôsledku vibrácií molekúl sa energia poľa premieňa na teplo. Mikrovlnné žiariče fungujú na tomto princípe a používajú sa na ohrev rôznych látok. Treba si uvedomiť, že pri ovplyvňovaní človeka je tepelný efekt vždy negatívny, ba až škodlivý. Treba si uvedomiť, že sme neustále vystavení žiareniu. V práci, doma, v pohybe po meste. Časom sa negatívny efekt len zintenzívňuje. Preto je ochrana pred elektromagnetickým žiarením čoraz dôležitejšia.

Ako sa môžete chrániť?

Na začiatku musíte vedieť, s čím máte čo do činenia. Pomôže s tým špeciálny prístroj na meranie žiarenia. Umožní vám posúdiť bezpečnostnú situáciu. Vo výrobe sa na ochranu používajú savé sitá. Ale, bohužiaľ, nie sú určené na použitie doma. Ak chcete začať, tu sú tri tipy, ktoré môžete dodržiavať:

Mali by ste zostať v bezpečnej vzdialenosti od zariadení. Pre elektrické vedenia, televízne a rozhlasové veže je to najmenej 25 metrov. Pri CRT monitoroch a televízoroch stačí tridsať centimetrov. Elektronické hodinky by nemali byť bližšie ako 5 cm a neodporúča sa približovať rádiá a mobilné telefóny bližšie ako 2,5 centimetra. Miesto môžete vybrať pomocou špeciálneho zariadenia - prietokomeru. Prípustná dávka žiarenia ním zaznamenaná by nemala presiahnuť 0,2 µT.
Pokúste sa skrátiť čas, počas ktorého musíte byť vystavení žiareniu.
Elektrické spotrebiče by ste mali vždy vypnúť, keď ich nepoužívate. Koniec koncov, aj keď sú neaktívne, naďalej vyžarujú EMR.

O tichom zabijakovi

A článok uzavrieme dôležitou, aj keď v širokých kruhoch dosť málo známou témou – radiáciou. Človek bol počas celého života, vývoja a existencie ožarovaný prírodným pozadím. Prirodzené žiarenie možno zhruba rozdeliť na vonkajšie a vnútorné ožiarenie. Do prvej patrí kozmické žiarenie, slnečné žiarenie, vplyv zemskej kôry a vzduchu. Dokonca aj stavebné materiály, z ktorých sú domy a stavby vytvorené, vytvárajú určité zázemie.

Žiarenie má značnú prenikavú silu, takže jeho zastavenie je problematické. Takže, aby ste úplne izolovali lúče, musíte sa schovať za olovenou stenou s hrúbkou 80 centimetrov. Vnútorné žiarenie nastáva, keď sa prírodné rádioaktívne látky dostávajú do tela spolu s jedlom, vzduchom a vodou. Radón, thorón, urán, tórium, rubídium a rádium možno nájsť v útrobách zeme. Všetky sú absorbované rastlinami, môžu byť vo vode - a keď sa zjedia, dostanú sa do nášho tela.

Ionizujúce žiarenie je kombináciou rôznych typov mikročastíc a fyzikálnych polí, ktoré majú schopnosť ionizovať látku, teda vytvárať v nej elektricky nabité častice – ióny.

ODDIEL III. RIADENIE BEZPEČNOSTI ŽIVOTA A EKONOMICKÉ MECHANIZMY NA JEJ ZABEZPEČENIE

Existuje niekoľko typov ionizujúceho žiarenia: alfa, beta, gama žiarenie a neutrónové žiarenie.

Alfa žiarenie

Na tvorbe kladne nabitých častíc alfa sa podieľajú 2 protóny a 2 neutróny, ktoré sú súčasťou jadier hélia. Častice alfa vznikajú pri rozpade atómového jadra a môžu mať počiatočnú kinetickú energiu 1,8 až 15 MeV. Charakteristickými znakmi alfa žiarenia sú vysoké ionizačné a nízke penetračné schopnosti. Alfa častice pri pohybe veľmi rýchlo strácajú svoju energiu a to spôsobuje, že nestačí prekonávať ani tenké plastové povrchy. Vo všeobecnosti platí, že vonkajšia expozícia alfa časticiam, ak neberiete do úvahy vysokoenergetické alfa častice získané pomocou urýchľovača, nespôsobuje ľuďom žiadnu ujmu, ale prenikanie častíc do tela môže byť zdraviu nebezpečné, pretože alfa rádionuklidy Majú dlhý polčas rozpadu a majú silnú ionizáciu. Pri požití môžu byť alfa častice často ešte nebezpečnejšie ako beta a gama žiarenie.

Beta žiarenie

Nabité beta častice, ktorých rýchlosť je blízka rýchlosti svetla, vznikajú v dôsledku beta rozpadu. Beta lúče majú väčšiu prenikavú silu ako alfa lúče – môžu spôsobiť chemické reakcie, luminiscenciu, ionizovať plyny a pôsobiť na fotografické platne. Ako ochrana proti prúdeniu nabitých beta častíc (s energiou nie väčšou ako 1 MeV) bude stačiť použiť obyčajný hliníkový plech s hrúbkou 3-5 mm.

Fotónové žiarenie: gama žiarenie a röntgenové lúče

Fotónové žiarenie zahŕňa dva typy žiarenia: röntgenové (môže byť brzdné žiarenie a charakteristické) a gama žiarenie.

Najbežnejším typom fotónového žiarenia sú veľmi vysokoenergetické gama častice s ultrakrátkou vlnovou dĺžkou, ktoré sú prúdom vysokoenergetických fotónov bez náboja. Na rozdiel od alfa a beta lúčov nie sú častice gama vychyľované magnetickými a elektrickými poľami a majú výrazne väčšiu prenikavú silu. V určitých množstvách a po určitú dobu trvania expozície môže gama žiarenie spôsobiť chorobu z ožiarenia a viesť k rôznym rakovinám. Len ťažké chemické prvky ako olovo, ochudobnený urán a volfrám môžu zabrániť šíreniu toku gama častíc.

Neutrónové žiarenie

Zdrojom neutrónového žiarenia môžu byť jadrové výbuchy, jadrové reaktory, laboratórne a priemyselné zariadenia.

Samotné neutróny sú elektricky neutrálne, nestabilné (polčas rozpadu voľného neutrónu je cca 10 minút) častice, ktoré sa vďaka tomu, že nemajú náboj, vyznačujú vysokou penetračnou schopnosťou so slabým stupňom interakcie s hmotou. Neutrónové žiarenie je veľmi nebezpečné, preto sa na ochranu pred ním používa množstvo špeciálnych materiálov obsahujúcich najmä vodík. Neutrónové žiarenie najlepšie absorbuje obyčajná voda, polyetylén, parafín a roztoky hydroxidov ťažkých kovov.

Ako ionizujúce žiarenie ovplyvňuje látky?

Všetky druhy ionizujúceho žiarenia v tej či onej miere vplývajú na rôzne látky, no najvýraznejšie je to u častíc gama a neutrónov. Pri dlhšom pôsobení teda môžu výrazne meniť vlastnosti rôznych materiálov, meniť chemické zloženie látok, ionizovať dielektrika a pôsobiť deštruktívne na biologické tkanivá. Prirodzené žiarenie na pozadí nespôsobí človeku veľa škody, pri manipulácii s umelými zdrojmi ionizujúceho žiarenia by ste však mali byť veľmi opatrní a prijať všetky potrebné opatrenia na minimalizáciu úrovne vystavenia tela žiareniu.

Druhy ionizujúceho žiarenia a ich vlastnosti

Ionizujúce žiarenie je názov pre toky častíc a elektromagnetické kvantá, v dôsledku ktorých sa na médiu vytvárajú rôzne nabité ióny.

Rôzne druhy žiarenia sú sprevádzané uvoľňovaním určitého množstva energie a majú rôzne prenikavé schopnosti, preto majú na organizmus rôzne účinky. Najväčšie nebezpečenstvo pre človeka predstavuje rádioaktívne žiarenie, ako je y-, röntgenové, neutrónové, a- a b-žiarenie.

Röntgenové a y-lúče sú prúdy kvantovej energie. Gama žiarenie má kratšie vlnové dĺžky ako röntgenové žiarenie. Svojím charakterom a vlastnosťami sa tieto žiarenia od seba málo líšia, majú vysokú prenikavosť, priamosť šírenia a schopnosť vytvárať sekundárne a rozptýlené žiarenie v médiách, ktorými prechádzajú. Zatiaľ čo röntgenové lúče sa zvyčajne vyrábajú pomocou elektronického zariadenia, lúče y vyžarujú nestabilné alebo rádioaktívne izotopy.

Zvyšné typy ionizujúceho žiarenia sú rýchlo sa pohybujúce častice hmoty (atómy), z ktorých niektoré nesú elektrický náboj, iné nie.

Neutróny sú jediné nenabité častice vytvorené akoukoľvek rádioaktívnou transformáciou, s hmotnosťou rovnajúcou sa hmotnosti protónu. Keďže tieto častice sú elektricky neutrálne, prenikajú hlboko do akejkoľvek látky, vrátane živého tkaniva. Neutróny sú základné častice, ktoré tvoria jadrá atómov.

Pri prechode hmotou interagujú len s jadrami atómov, odovzdávajú im časť svojej energie a samy menia smer svojho pohybu. Jadrá atómov „vyskočia“ z elektrónového obalu a pri prechode hmotou produkujú ionizáciu.

Elektróny sú ľahké, negatívne nabité častice, ktoré existujú vo všetkých stabilných atómoch. Elektróny sa veľmi často používajú pri rádioaktívnom rozpade hmoty a potom sa nazývajú beta častice. Dajú sa získať aj v laboratórnych podmienkach. Energia stratená elektrónmi pri prechode hmotou sa vynakladá na excitáciu a ionizáciu, ako aj na tvorbu brzdného žiarenia.

Alfa častice sú jadrá atómov hélia, ktoré nemajú orbitálne elektróny a skladajú sa z dvoch protónov a dvoch neutrónov spojených dohromady. Majú kladný náboj, sú relatívne ťažké a pri prechode látkou spôsobujú ionizáciu látky s vysokou hustotou.

Častice alfa sú zvyčajne emitované počas rádioaktívneho rozpadu prírodných ťažkých prvkov (rádium, tórium, urán, polónium atď.).

Nabité častice (elektróny a jadrá atómov hélia), ktoré prechádzajú látkou, interagujú s elektrónmi atómov, pričom strácajú 35 a 34 eV. V tomto prípade sa jedna polovica energie minie na ionizáciu (oddelenie elektrónu od atómu) a druhá polovica na excitáciu atómov a molekúl média (prenos elektrónu do obalu vzdialenejšieho od jadra) .

Počet ionizovaných a excitovaných atómov vytvorených a-časticou na jednotku dĺžky dráhy v médiu je stokrát väčší ako počet p-častíc (tabuľka 5.1).

Tabuľka 5.1. Rozsah a- a b-častíc rôznych energií vo svalovom tkanive

Energia častíc, MeV	Počet najazdených kilometrov, mikróny	Energia častíc, MeV	Počet najazdených kilometrov, mikróny	Energia častíc, MeV	Počet najazdených kilometrov, mikróny


	—

Je to spôsobené tým, že hmotnosť a-častice je približne 7000-krát väčšia ako hmotnosť b-častice, teda pri rovnakej energii je jej rýchlosť podstatne menšia ako rýchlosť b-častice.

Častice alfa emitované počas rádioaktívneho rozpadu majú rýchlosť približne 20 tisíc km/s, zatiaľ čo rýchlosť častíc beta sa blíži rýchlosti svetla a dosahuje 200...270 tisíc km/s. Je zrejmé, že čím nižšia je rýchlosť častice, tým väčšia je pravdepodobnosť jej interakcie s atómami média, a teda tým väčšia je strata energie na jednotku dráhy v médiu - čo znamená menší počet najazdených kilometrov. Od stola 5.1 vyplýva, že rozsah a-častíc vo svalovom tkanive je 1000-krát menší ako rozsah beta-častíc rovnakej energie.

Ionizujúce žiarenie pri prechode živými organizmami nerovnomerne odovzdáva svoju energiu biologickým tkanivám a bunkám. Výsledkom je, že napriek malému množstvu energie absorbovanej tkanivami dôjde k výraznému poškodeniu niektorých buniek živej hmoty. Celkový účinok ionizujúceho žiarenia lokalizovaného v bunkách a tkanivách je uvedený v tabuľke. 5.2.

Tabuľka 5.2. Biologické účinky ionizujúceho žiarenia

Povaha dopadu		Účinok nárazu
Priamy účinok žiarenia	10 -24 … 10 -4 s 10 16 …10 8 s	Absorpcia energie. Počiatočné interakcie. Röntgenové a y-žiarenie, neutróny Elektróny, protóny, častice alfa
	10 -12 ... 10 -8 s	Fyzikálno-chemické štádium. Prenos energie vo forme ionizácie pozdĺž primárnej trajektórie. Ionizované a elektronicky excitované molekuly
	10 7…10 5 s, niekoľko hodín	Chemické poškodenie. S mojou činnosťou. Nepriama akcia. Voľné radikály vznikajúce z vody. Excitácia molekuly do tepelnej rovnováhy
Nepriame účinky žiarenia	Mikrosekundy, sekundy, minúty, niekoľko hodín	Biomolekulárne poškodenie. Zmeny v molekulách bielkovín a nukleových kyselín pod vplyvom metabolických procesov
	Minúty, hodiny, týždne	Skoré biologické a fyziologické účinky. Biochemické poškodenie. Bunková smrť, smrť jednotlivých živočíchov
	Roky, storočia	Dlhodobé biologické účinky Pretrvávajúca dysfunkcia. Ionizujúce žiarenie Genetické mutácie, účinky na potomstvo. Somatické účinky: rakovina, leukémia, skrátená dĺžka života, smrť organizmu

Primárne radiačno-chemické zmeny v molekulách môžu byť založené na dvoch mechanizmoch: 1) priamom pôsobení, kedy daná molekula zažíva zmeny (ionizáciu, excitáciu) priamo pri interakcii so žiarením; 2) nepriame pôsobenie, kedy molekula energiu ionizujúceho žiarenia priamo neabsorbuje, ale prijíma ju prenosom z inej molekuly.

Je známe, že v biologickom tkanive 60...70% hmoty tvorí voda. Uvažujme preto o rozdiele medzi priamymi a nepriamymi účinkami žiarenia na príklade ožiarenia vodou.

Predpokladajme, že molekula vody je ionizovaná nabitou časticou, čo spôsobí, že stratí elektrón:

H2O -> H20+e-.

Ionizovaná molekula vody reaguje s inou neutrálnou molekulou vody za vzniku vysoko reaktívneho hydroxylového radikálu OH":

H2O+H2O -> H3O+ + OH*.

Vyrazený elektrón tiež veľmi rýchlo prenáša energiu do okolitých molekúl vody, čo vedie k vysoko excitovanej molekule vody H2O*, ktorá disociuje za vzniku dvoch radikálov, H* a OH*:

H2O+e- -> H2O*H’ + OH’.

Voľné radikály obsahujú nepárové elektróny a sú mimoriadne reaktívne. Ich životnosť vo vode nie je dlhšia ako 10-5 s. Počas tejto doby sa buď navzájom rekombinujú, alebo reagujú s rozpusteným substrátom.

V prítomnosti kyslíka rozpusteného vo vode vznikajú aj ďalšie produkty rádiolýzy: voľný radikál hydroperoxid HO2, peroxid vodíka H2O2 a atómový kyslík:

H*+02 -> H02;
HO*2 + HO2 -> H202 +20.

V bunke živého organizmu je situácia oveľa komplikovanejšia ako pri ožarovaní vody, najmä ak sú absorbujúcou látkou veľké a viaczložkové biologické molekuly. V tomto prípade vznikajú organické radikály D*, ktoré sa vyznačujú aj mimoriadne vysokou reaktivitou. Keďže majú veľké množstvo energie, môžu ľahko viesť k rozpadu chemických väzieb. Práve tento proces sa najčastejšie vyskytuje v intervale medzi tvorbou iónových párov a tvorbou konečných chemických produktov.

Okrem toho sa biologický účinok zvyšuje vplyvom kyslíka. Vysoko reaktívny produkt DO2* (D* + O2 -> DO2*) vznikajúci ako výsledok interakcie voľného radikálu s kyslíkom vedie k tvorbe nových molekúl v ožiarenom systéme.

Voľné radikály a oxidačné molekuly vznikajúce pri procese rádiolýzy vody, ktoré majú vysokú chemickú aktivitu, vstupujú do chemických reakcií s molekulami bielkovín, enzýmov a iných štruktúrnych prvkov biologického tkaniva, čo vedie k zmenám biologických procesov v tele. V dôsledku toho sú metabolické procesy narušené, aktivita enzýmových systémov je potlačená, rast tkanív sa spomaľuje a zastavuje a objavujú sa nové chemické zlúčeniny, ktoré nie sú charakteristické pre telo - toxíny. To vedie k narušeniu životných funkcií jednotlivých systémov alebo organizmu ako celku.

Chemické reakcie vyvolané voľnými radikálmi zahŕňajú mnoho stoviek a tisícok molekúl neovplyvnených žiarením. Toto je špecifikum pôsobenia ionizujúceho žiarenia na biologické objekty. Žiadny iný druh energie (tepelná, elektrická atď.), absorbovaný biologickým objektom v rovnakom množstve, nevedie k takým zmenám, aké spôsobuje ionizujúce žiarenie.

Nežiaduce radiačné účinky žiarenia na ľudský organizmus sa bežne delia na somatické (soma - „telo“ v gréčtine) a genetické (dedičné).

Somatické účinky sa prejavujú priamo u ožarovaného človeka a genetické u jeho potomstva.

Za posledné desaťročia človek vytvoril veľké množstvo umelých rádionuklidov, ktorých použitie je dodatočnou záťažou prirodzeného radiačného pozadia Zeme a zvyšuje radiačnú dávku pre ľudí. Ionizujúce žiarenie zamerané výlučne na mierové využitie je však pre ľudí užitočné a dnes je ťažké identifikovať oblasť vedomostí alebo národného hospodárstva, ktoré nepoužívajú rádionuklidy alebo iné zdroje ionizujúceho žiarenia. Začiatkom 21. storočia našiel „mierový atóm“ svoje uplatnenie v medicíne, priemysle, poľnohospodárstve, mikrobiológii, energetike, vesmírnom prieskume a ďalších oblastiach.

Druhy žiarenia a interakcia ionizujúceho žiarenia s látkou

Využívanie jadrovej energie sa stalo nevyhnutnou nevyhnutnosťou pre existenciu modernej civilizácie a zároveň obrovskou zodpovednosťou, keďže tento zdroj energie treba využívať čo najracionálnejšie a najšetrnejšie.

Užitočná vlastnosť rádionuklidov

Vďaka rádioaktívnemu rozpadu rádionuklid „dáva signál“, čím určuje jeho polohu. Pomocou špeciálnych prístrojov, ktoré detegujú signál z rozpadu dokonca aj jednotlivých atómov, sa vedci naučili používať tieto látky ako indikátory, ktoré pomáhajú študovať širokú škálu chemických a biologických procesov prebiehajúcich v tkanivách a bunkách.

Druhy umelých zdrojov ionizujúceho žiarenia

Všetky umelé zdroje ionizujúceho žiarenia možno rozdeliť do dvoch typov.

Lekárske - používa sa na diagnostiku chorôb (napríklad röntgenové a fluorografické zariadenia) a na vykonávanie rádioterapeutických postupov (napríklad rádioterapeutických jednotiek na liečbu rakoviny). Medzi medicínske zdroje AI patria aj rádiofarmaká (rádioaktívne izotopy alebo ich zlúčeniny s rôznymi anorganickými alebo organickými látkami), ktoré je možné použiť ako na diagnostiku chorôb, tak aj na ich liečbu.
Priemyselné - človekom vyrobené rádionuklidy a generátory:
- v energetike (reaktory jadrových elektrární);
- v poľnohospodárstve (na chov a výskum účinnosti hnojív)
- v sektore obrany (palivo pre lode s jadrovým pohonom);
- v stavebníctve (nedeštruktívne skúšanie kovových konštrukcií).

Podľa statických údajov bol objem výroby rádionuklidových produktov na svetovom trhu v roku 2011 12 miliárd USD a do roku 2030 sa očakáva šesťnásobné zvýšenie tohto čísla.

Najrozmanitejšie typy ionizujúceho žiarenia sú takzvané rádioaktívne žiarenie, ktoré vzniká v dôsledku spontánneho rádioaktívneho rozpadu atómových jadier prvkov so zmenou fyzikálnych a chemických vlastností prvkov. Prvky, ktoré majú schopnosť rádioaktívneho rozpadu, sa nazývajú rádioaktívne; môžu byť prírodné, ako je urán, rádium, tórium atď. (spolu asi 50 prvkov), a umelé, pri ktorých sa rádioaktívne vlastnosti získavajú umelo (viac ako 700 prvkov).

Počas rádioaktívneho rozpadu existujú tri hlavné typy ionizujúceho žiarenia: alfa, beta a gama.

Alfa častica je kladne nabitý héliový ión vznikajúci pri rozpade jadier, zvyčajne ťažkých prírodných prvkov (rádium, tórium atď.). Tieto lúče neprenikajú hlboko do pevných ani tekutých médií, takže na ochranu pred vonkajšími vplyvmi sa stačí chrániť akoukoľvek tenkou vrstvou, hoci aj kúskom papiera.

Beta žiarenie je prúd elektrónov produkovaný rozpadom jadier prírodných aj umelých rádioaktívnych prvkov. Beta žiarenie má väčšiu prenikavú silu v porovnaní s alfa lúčmi, a preto sú na ochranu pred nimi potrebné hustejšie a hrubšie obrazovky. Typom beta žiarenia vznikajúceho pri rozpade niektorých umelých rádioaktívnych prvkov sú. pozitróny. Od elektrónov sa líšia iba kladným nábojom, takže keď je zväzok lúčov vystavený magnetickému poľu, sú vychýlené opačným smerom.

Gama žiarenie alebo energetické kvantá (fotóny) sú tvrdé elektromagnetické vibrácie vznikajúce pri rozpade jadier mnohých rádioaktívnych prvkov. Tieto lúče majú oveľa väčšiu prenikavú silu. Na tienenie sú preto potrebné špeciálne zariadenia z materiálov, ktoré dokážu tieto lúče dobre blokovať (olovo, betón, voda). Ionizačný účinok gama žiarenia je spôsobený najmä priamym výdajom vlastnej energie a ionizačným účinkom elektrónov vyrazených z ožarovanej látky.

Röntgenové žiarenie vzniká pri prevádzke röntgenových trubíc, ako aj zložitých elektronických inštalácií (betatróny atď.). Röntgenové lúče sú svojou povahou podobné lúčom gama, líšia sa však pôvodom a niekedy aj vlnovou dĺžkou: röntgenové lúče majú vo všeobecnosti dlhšie vlnové dĺžky a nižšie frekvencie ako lúče gama. K ionizácii v dôsledku vystavenia röntgenovému žiareniu dochádza z veľkej časti v dôsledku elektrónov, ktoré vyraďujú, a len mierne v dôsledku priameho plytvania ich vlastnou energiou. Tieto lúče (najmä tvrdé) majú tiež výraznú prenikavú silu.

Neutrónové žiarenie je prúd neutrálnych, teda nenabitých častíc neutrónov (n), ktoré sú neoddeliteľnou súčasťou všetkých jadier s výnimkou atómu vodíka. Nemajú náboje, takže samy o sebe nemajú ionizačný efekt, ale veľmi výrazný ionizačný efekt nastáva vďaka interakcii neutrónov s jadrami ožiarených látok. Látky ožiarené neutrónmi môžu nadobudnúť rádioaktívne vlastnosti, to znamená prijať takzvanú indukovanú rádioaktivitu. Neutrónové žiarenie vzniká pri prevádzke urýchľovačov častíc, jadrových reaktorov a pod. Neutrónové žiarenie má najväčšiu prenikavú silu. Neutróny sú zadržiavané látkami obsahujúcimi vo svojich molekulách vodík (voda, parafín atď.).

Všetky druhy ionizujúceho žiarenia sa navzájom líšia rôznymi nábojmi, hmotnosťou a energiou. V rámci jednotlivých typov ionizujúceho žiarenia existujú aj rozdiely, ktoré spôsobujú väčšiu alebo menšiu penetračnú a ionizačnú schopnosť a ich ďalšie vlastnosti. Intenzita všetkých druhov rádioaktívneho žiarenia, rovnako ako u iných druhov energie žiarenia, je nepriamo úmerná druhej mocnine vzdialenosti od zdroja žiarenia, to znamená, že keď sa vzdialenosť zdvojnásobí alebo strojnásobí, intenzita žiarenia sa zníži o 4 a 9 krát, resp.

Expozičná dávka (X). Ako kvantitatívne meranie röntgenového žiarenia a žiarenia sa zvyčajne používa expozičná dávka v mimosystémových jednotkách, určená nábojom sekundárnych častíc (dQ) vytvorených v hmote (dm) s úplnou inhibíciou všetkých nabité častice:

Jednotkou expozičnej dávky je Roentgen (R). Röntgen je expozičná dávka röntgenového žiarenia a
- žiarenie vytvorené v 1 kubickom cm vzduchu pri teplote 0°C a tlaku 760 mm Hg. celkový náboj iónov rovnakého znamienka do jednej elektrostatickej jednotky elektriny. Expozičná dávka 1 R
zodpovedá 2,08·109 párom iónov (2,08·109 = 1/(4,8·10 -10)). Ak vezmeme priemernú energiu tvorby 1 páru iónov vo vzduchu rovnajúcu sa 33,85 eV, potom pri expozičnej dávke 1 P sa energia prenesie na jeden kubický centimeter vzduchu rovnajúci sa:
(2,08·109)·33,85·(1,6·10-12) = 0,113 erg,
a jeden gram vzduchu:
0,113/vzduch = 0,113/0,001293 = 87,3 erg.

Dávkový príkon(intenzita ožiarenia) - prírastok zodpovedajúcej dávky pod vplyvom daného žiarenia za jednotku času. Má rozmer zodpovedajúcej dávky (absorbovanej, expozície atď.) vydelenej jednotkou času. Povolené je použitie rôznych špeciálnych jednotiek (napríklad Sv/hod, rem/min, sSv/rok atď.).

Intenzita žiarenia gama je charakterizovaná úrovňou žiarenia. Rovná sa dávke

vytvorené za jednotku času, t.j. charakterizuje rýchlosť akumulácie dávky. úroveň

Žiarenie sa meria v roentgénoch za hodinu (r/h).

Ekvivalentná dávka (N). Na posúdenie možného poškodenia zdravia ľudí v podmienkach chronickej expozície v oblasti radiačnej bezpečnosti sa používa pojem ekvivalentná dávka H, ktorá sa rovná súčinu absorbovanej dávky D r vytvorenej žiarením - r a spriemerovanej na analyzovaný orgán, resp. cez celé telo, bol zavedený váhovým faktorom w r (nazývaným aj koeficient kvality žiarenia)
(Tabuľka 11).

Jednotkou ekvivalentnej dávky je Joule na kilogram. Má špeciálny názov Sievert (Sv).

Holý(biologický ekvivalent röntgenu), angl. rem ( roentgen ekvivalentný človek ) - zastaraná nesystémová jednotka merania ekvivalentnej dávky. Do roku 1963 sa táto jednotka chápala ako „biologický ekvivalent röntgenu“, pričom 1 rem zodpovedá vystaveniu živého organizmu tomuto typu žiarenia, čo má za následok rovnaký biologický účinok ako pri expozičnej dávke gama. žiarenie 1 röntgenu. V sústave SI má rem rovnaký rozmer a hodnotu ako rad - obe jednotky sa rovnajú 0,01 J/kg pre žiarenie s faktorom kvality rovným jednej.

100 rem sa rovná 1 sievertu.

Pretože rem je veľká jednotka merania, ekvivalentná dávka sa zvyčajne meria v milireme (mrem, 10−3 rem) alebo mikrosievert (μSv, 10−6 Sv). 1 mrem = 10 µSv.

Otázka 36.

Absorbovaná dávka (D)- základná dozimetrická veličina. Rovná sa pomeru priemernej energie dE prenesenej ionizujúcim žiarením na látku v elementárnom objeme k hmotnosti dm látky v tomto objeme:

Jednotkou absorbovanej dávky je šedá (Gy). Extrasystémová jednotka Rad bola definovaná ako absorbovaná dávka akéhokoľvek ionizujúceho žiarenia rovnajúca sa 100 erg na 1 gram ožiarenej látky.

Na kvantitatívne a kvalitatívne hodnotenie ionizujúceho žiarenia potrebné na zaistenie radiačnej bezpečnosti sa používajú rádiometre, dozimetre a spektrometre.
Rádiometre sú určené na stanovenie množstva rádioaktívnych látok (rádionuklidov) alebo toku žiarenia (napríklad počítadlá plynových výbojov Geimer-Muller).
Dozimetre umožňujú merať absorbovaný alebo expozičný dávkový príkon.
Spektrometre sa používajú na zaznamenávanie a analýzu energetického spektra a na tomto základe identifikujú emitujúce rádionuklidy.
Všetky prístroje na meranie a záznam prenikavého žiarenia využívajú rovnaký princíp, ktorý umožňuje merať účinky, ktoré vznikajú pri interakcii žiarenia s hmotou.
Najbežnejšou metódou záznamu ionizujúceho žiarenia je ionizačná metóda, založená na meraní stupňa ionizácie prostredia, ktorým žiarenie prechádza. Táto metóda sa realizuje pomocou ionizačných komôr alebo počítadiel, ktoré slúžia ako senzory. Ionizačná komora je kondenzátor pozostávajúci z dvoch elektród, medzi ktorými je plyn. Elektrické pole medzi elektródami je vytvorené z vonkajšieho zdroja. V neprítomnosti rádioaktívneho zdroja nedochádza v komore k ionizácii a prístroj na meranie prúdu indikuje jej neprítomnosť. Pod vplyvom ionizujúceho žiarenia sa v plyne komory objavujú kladné a záporné ióny. Pod vplyvom elektrického poľa sa záporné ióny pohybujú smerom k kladne nabitej elektróde a kladné ióny sa pohybujú smerom k zápornej elektróde. V dôsledku toho vzniká prúd, ktorý je zaznamenaný meracím zariadením.
Scintilačná metóda záznamu žiarenia je založená na meraní intenzity svetelných zábleskov, ktoré vznikajú v luminiscenčnej látke, keď ňou prechádza ionizujúce žiarenie. Na záznam svetelných zábleskov sa používajú fotonásobiče.
Scintilačné čítače sa používajú na meranie počtu kontaminovaných častíc, gama lúčov, rýchlych a pomalých neutrónov, ako aj na meranie dávkového príkonu z beta, gama a neutrónového žiarenia. Okrem toho sa takéto čítače používajú na štúdium spektier gama a neutrónového žiarenia.
Fotografická metóda je založená na fotochemických procesoch, ku ktorým dochádza, keď je fotografický film alebo platňa vystavená žiareniu. Schopnosť fotografickej emulzie detegovať žiarenie umožňuje stanoviť vzťah medzi stupňom stmavnutia filmu a absorbovanou dávkou. Najčastejšie sa táto metóda používa na individuálnu kontrolu dávky röntgenového, gama, beta a neutrónového žiarenia.
Na meranie veľkých dávkových príkonov sa používajú menej citlivé metódy, ako sú chemické systémy, v ktorých vplyvom žiarenia dochádza k zmenám sfarbenia roztokov a tuhých látok, zrážaniu koloidov a uvoľňovaniu plynov zo zlúčenín. Na ten istý účel sa používajú rôzne sklá, ktoré vplyvom žiarenia menia svoju farbu, ale aj kalorimetrické metódy založené na meraní tepla uvoľneného v absorbujúcej látke.
V poslednej dobe sa čoraz viac rozširujú polovodičové, foto- a termoluminiscenčné detektory ionizujúceho žiarenia.

Otázka 38-39

Prirodzené radiačné pozadie Zeme. Kozmické žiarenie.

Každý obyvateľ Zeme je vystavený žiareniu z prírodných zdrojov žiarenia, ale niektorí z nich dostávajú vyššie dávky ako iní Dávka žiarenia závisí aj od životného štýlu ľudí. Niektoré stavebné materiály, plyn na varenie, otvorené uhoľné kotly, tesniace miestnosti a dokonca aj lietanie v lietadlách zvyšujú expozíciu v dôsledku prírodných zdrojov žiarenia. Pozemné zdroje žiarenia sú kolektívne zodpovedné za väčšinu ožiarenia, ktorému sú ľudia vystavení prostredníctvom prirodzeného žiarenia. K zvyšku prispieva kozmické žiarenie, najmä prostredníctvom vonkajšieho ožiarenia. Prirodzené ionizujúce žiarenie (NIR) sa vyskytuje vo vesmíre a na Zem sa dostáva vo forme kozmického žiarenia. Na samotnej Zemi sú zdrojmi EIZ pôda, vzduch, voda, potrava a telo. Dávky ožiarenia ľudí z EIZ majú najväčší podiel na kolektívnej efektívnej dávke prijatej obyvateľstvom. Magnetické pole Zeme vytvára 2 radiačné pásy: vonkajší - vo vzdialenosti od 1 do 8 polomerov Zeme a vnútorný - vo vzdialenosti 100-10 000 km. Vznikajú tak, že sa nabité častice pohybujú pozdĺž siločiar magnetického poľa v špirále. Radiačné pásy Zeme zachytávajú protóny a ich energiu.

Kozmické častice spôsobujú takzvané primárne žiarenie. Prevláda v nadmorských výškach 45 km a viac. Kozmické žiarenie pohlcuje aj zemská atmosféra  sekundárne žiarenie obsahujúce takmer všetky známe častice a fotóny (-kvantá, neutróny, mezóny, - a iné častice s výrazne nižšou energiou ako protóny). Sekundárne žiarenie dosahuje max. hodnoty vo výškach 20–25 km. Na ceste k zemskému povrchu sa pohltí aj toto sekundárne žiarenie. Takmer nikdy nedosiahne Zem. Ale vo vysokých horách, kde je vzduch riedky, je intenzita kozmického žiarenia vysoká. Výsledkom je, že na zemský povrch sa dostáva veľmi nehomogénne žiarenie pozostávajúce z mezónov, elektrónov, pozitrónov a vysokoenergetických fotónov. Toto žiarenie veľmi nízkej intenzity je súčasťou prirodzeného žiarenia pozadia Zeme.

Zemské žiarenie. Rádionuklidy sa vždy nachádzajú v zemskej kôre. Väčšina z nich sa nachádza v žule, oxide hlinitom, pieskovcoch a vápencoch.

Hlavné rádioaktívne izotopy nachádzajúce sa v zemských horninách, pôdach a vodách patria do radu uránu, tória a aktínia, ako aj draslíka-40 a rubídia-87.

Uránová rodina (urán-238 s T=4,5 miliardy rokov atď.).

Čeľaď tória (tórium-232 T=10 miliárd rokov atď.).

Aktíniová rodina (urán-235 T=700 rokov).

Všetky tieto rádionuklidy sú zdrojmi vonkajšieho žiarenia.

Priemerná efektívna ekvivalentná dávka vonkajšieho žiarenia, ktorú človek dostane za rok z terestrických zdrojov prírodného žiarenia, je približne 350 μSv, t.j. o niečo viac ako je priemerná individuálna dávka žiarenia v dôsledku žiarenia pozadia vytvoreného kozmickými lúčmi na hladine mora.

Prírodné zdroje tvoria 85 % ľudskej dávky v dôsledku:

radón v budovách - 50%,

 lúče zo zeme a budov - 14 %,

jedlo a nápoje - 11,5 %,

kozmické žiarenie - 10%.