Ионизирующие излучения

     Отрицательные пи-мезоны при входе в вещество в начале пути ведут себя подобно протонам, но затем поведение их меняется. Основная часть мезонов на определенной глубине останавливается и захватывается ядрами атомов, например ядрами атомов кислорода. В результате захвата пи-мезона ядро сильно возбуждается и распадается с испусканием нейтронов, протонов, дейтронов и альфа-частиц — происходит как бы атомный взрыв в миниатюре. А уже эти частицы вызывают сильную ионизацию вещества.

Быстрые нейтроны теряют свою энергию главным образом в  результате столкновений с ядрами атомов водорода. Последние вырываются из атомов и образуют в тканях короткие плотные скопления ионов.

     После замедления нейтроны захватываются атомными ядрами.

Часть ядер при этом расщепляется с выделением протонов высокой энергии, также дающих плотные короткие скопления  ионов. Другие ядра испускают после  захвата нейтронов гамма-кванты высокой энергии. Наконец, часть ядер, в частности ядра атомов натрия, фосфора, хлора, после взаимодействия с нейтронами становятся радиоактивными. Такую радиоактивность называют наведенной.

     Таким образом, в результате взаимодействия заряженных и нейтральных частиц со средой про и с ходит ионизация вещества.

Для каждого вида излучения  характерно определенное распределение  ионов (энергии) в веществе.

     Тип взаимодействия фотонов с атомами вещества зависит от энергии фотонов. При низких энергиях (5 — 50 кэВ) фотон часть своей энергии тратит на вырывание орбитального электрона из атома, а оставшуюся часть — на придание ему некоторой скорости движения. В результате сам фотон исчезает, а выбитый из атома электрон вызывает ионизацию окружающих атомов. Этот механизм (так называемый фотоэффект) играет существенную роль при рентгенотерапии.

Ионизирующая  способность излучений.

     Ионизирующей способностью обладают а-, р-частицы и -у-лучи. а-частица имеет меньшую скорость по сравнению с [5-частицей и проникает в живую ткань на весьма малые расстояния, создавая при этом высокую плотность ионизации. (З-частица, имея большую скорость и большую проникающую способность, вызывает меньшую ионизацию на поверхности, -улучи обладают наибольшей проникающей способностью.

     Для измерения разрежения н высоких давлении применяются манометры, основанные па использовании а-излучения, обладающего наивысшей ионизирующей способностью.

     Ионизирующая способность излучения определяется удельной ионизацией, т. е. числом пар ионов, создаваемых частицей в единице объема, массы или длины трека. Излучения различных видов обладают различной ионизирующей способностью.

     Рентгеновское излучение — электромагнитное излучение, возникает при торможении быстрых электронов в веществе. Практически рентгеновское излучение может возникать в любых электровакуумных установках, в которых применяются достаточно большие напряжения (десятки и сотни киловольт) для ускорения электронного пучка. Как и гамма-излучение оно обладает малой ионизирующей способностью и большой глубиной проникновения.

     Рентгеновские лучи, возникающие при бомбардировке вещества потоком электронов, являются также электромагнитным излучением. Они могут возникнуть в любых электровакуумных установках, обладают малой ионизирующей способностью и большой глубиной проникновения.

    Альфа-частицы обладают лучшей ионизирующей способностью по сравнению с бетта- и гамма- излучениями, а также в меньшей степени оказывают вредное биологическое воздействие на человека.

Так, ионизирующей способностью обладают потоки частиц (а, р, электроны, протоны, нейтроны и проч.), электромагнитные излучения (у рентгеновские и др.). Источниками названных потоков частиц и электромагнитных излучений могут являться радиоактивные вещества (РАВ) — радиоактивные элементы и их изотопы, всевозможные ускорители заряженных частиц.

     Рентгеновские лучи, возникающие при бомбардировке вещества потоком электронов, являются также электромагнитным излучением. Они могут возникнуть в любых электровакуумных установках, обладают малой ионизирующей способностью и большой глубиной проникновения.

     Альфа-частицы обладают лучшей ионизирующей способностью по сравнению с бетта- и гамма- излучениями, а также в меньшей степени оказывают вредное биологическое воздействие на человека.

     Воздействие различных радиоактивных излучений на живые ткани зависит от проникающей и ионизирующей способности излучения. Разные виды излучений при одинаковых значениях поглощенной дозы вызывают различный биологический эффект. Поэтому для оценки радиационной опасности введено понятие эквивалентной дозы ДЭК!, единицей которой является бэр (биологический эквивалент рада).

     Для потоков частиц и фотонов разной физической природы, проникающей, ионизирующей способности и т. д. значения приведенных выше показателей сильно различаются.

     Коэффициент качества дает количественную оценку биологического действия каждого вида излучения, которая зависит от его ионизирующей способности.

     Воздействие различных радиоактивных излучений на живые ткани зависит от проникающей и ионизирующей способности излучения. Разные виды излучений при одинаковых значениях поглощенной дозы вызывают различный биологический эффект. Поэтому для оценки радиационной опасности введено понятие эквивалентной дозы Дэкв, единицей которой является бэр (биологический эквивалент рада).

     Доза излучения основана на ионизирующей способности. Единицей дозы рентгеновского и гамма-излучения является рентген. Производные от рентгена: миллирентген и микрорентген. Доза излучения, отнесенная к единице времени, называется мощностью дозы (1 Р/ч, 1 мкР/с и т. д.). Поглощенная энергия любого ионизирующего излучения, отнесенная к единице массы среды, характеризует поглощенную дозу. Единицей поглощенной энергии является рад. При равных поглощенных дозах различные виды излучения обусловливают разный биологический эффект.    Для оценки действия одного из компонентов смешанного излучения введено понятие биологической эквивалентной дозы, измеряемой в биологических эквивалентах рентгена,— бэр.

          Эквивалентная доза вводится для оценки радиационной опасности облучения человека от разных видов излучения и определятся как произведение поглощенной дозы на коэффициент качества излучения, который дает количественную оценку биологического действия каждого вида излучения, зависящую от его ионизирующей способности. Д,кв = Дпог ¦ Q , где Q-коэффициент качества ИИ. Для фотонов Q=l, для а-частиц Q =20. Единицей эквивалентной дозы принят зиверт (Зв) 13в = 1 Гр . Q = 1 Дж/кг.   Применяется специальная единица эквивалентной дозы - бэр (биологический эквивалент рада 1 бэр = 0,01 Зв.

     Таким образом, последствия облучения человека от двух источников различной природы, но одинаковой ионизирующей способности относительно воздуха, т.е. с одинаковыми экспозиционными дозами, например в IP, могут различаться в 20 раз.

Проникающая способность  излучения

     Проникающая способность излучения определяет состав и толщину эффективно поглощающего его материала.

     А-излучение - наименее проникающее. Оно эффективно поглощается слоем воздуха толщиной несколько сантиметров, слоем воды толщиной около 0,1 мм или, например, листом бумаги.

     В-излучение обладает существенно большей проникающей способностью; чтобы его задержать, нужен, например, слой алюминия толщиной в несколько миллиметров, а пробег b-частиц в биологической ткани достигает нескольких сантиметров. Для g-излучения все эти преграды почти прозрачны. Чтобы его задержать, нужен очень толстый (десятки сантиметров и даже метры) слой вещества, при этом обладающего как можно большим атомным номером (например, свинца).

 

4. Какими единицами  характеризуется действие радиации  на любые вещества, в том числе  на биологическую ткань?

     Вещества, способные создавать ионизирующие излучения, различаются активностью (А), т.е. числом радиоактивных превращений в единицу времени. В системе СИ за единицу активности принято одно ядерное превращение в секунду (распад/с). Эта единица получила название беккерель (Бк). Внесистемной единицей измерения активности является кюри (Ки), равная активности нуклида, в котором происходит 3,7 · 1010 актов распада в одну секунду, т.е.

     Для характеристики ионизирующих излучений введено понятие дозы облучения. Различают три дозы облучения: поглощённая, эквивалентная и экспозиционная.

     Поглощённая доза - энергия, поглощённая единицей массы облучаемого вещества. За единицу поглощённой дозы облучения принимается грей (Гр), определяемый как джоуль на килограмм (Дж/кг). Соответственно

1 Гр = 1 Дж/кг.

     В радиобиологии и радиационной гигиене широкое применение получила внесистемная единица поглощённой дозы - рад. Рад - это такая поглощённая доза, при которой количество поглощённой энергии в 1г любого вещества составляет 100 эрг независимо от вида и энергии излучения.

     Коэффициент качества (Ккач) характеризует зависимость неблагоприятных биологических последствий облучения человека от способности ионизирующего излучения различного вида передавать энергию облучаемой среде.

     В качестве единицы измерения эквивалентной дозы в системе СИ принят зиверт (Зв). Зиверт - эквивалентная доза любого вида ионизирующего излучения, поглощённая 1 кг биологической ткани и приносящая такой же биологический эффект (вред), как и поглощённая доза фотонного излучения в 1 Гр.

5. Понятия поглощенной  и экспозиционной доз облучения  и мощностей этих доз.

Ответ:

Экспозиционная  доза

     Является мерой ионизационного действия фотонного излучения, определяемой по ионизации воздуха в условиях электронного равновесия. Непосредственно измеряемой физической величиной при

определении экспозиционной дозы фотонного излучения является суммарный электрический заряд ионов одного знака, образованных в воздухе за время облучения. Для фотонов с энергией менее 3 МэВ воздух служит хорошей моделью мышечной ткани при оценке ионизационного эффекта.

     Экспозиционная доза определяется как концентрация ионов одного знака в воздухе и равна отношению суммарного заряда всех ионов одного знака, созданных в воздухе излучением при полном торможении вторичных электронов и позитронов, образующихся в элементарном объеме, к массе воздуха в этом объеме. Единица экспозиционной дозы - один кулон на килограмм (Кл/кг). Внесистемная единица экспозиционной дозы - рентген (Р). Один рентген равен 2,58Ч10-4 Кл/кг.

     С открытием нейтрона и деления ядер возникли новые мощные источники излучения: потоки нейтронов, ускоренных электронов, позитронов и тяжелых заряженных частиц. Необходимость защиты от воздействия различных излучений привела к созданию универсальной энергетической концепции, применимой к любым видам ионизирующего излучения и ко всем средам.

 

 

 

 

 

Поглощенная доза

     Поглощенная доза (D) - это количество энергии, вносимое ионизирующим излучением в единицу массы вещества.

     Веществом, например, может быть биологическая ткань. Единицей поглощенной дозы является грей (Гр). Один грей равен одному джоулю поглощенной энергии на один килограмм вещества.

Одинаковые поглощенные  дозы излучения от разных видов излучения  могут иметь разные биологические  эффекты. Так 1 Гр, полученный тканью от a-излучения, является более повреждающим в биологическом отношении, чем 1 Гр от b-излучения, так как a-частица перемещающаяся более медленно и имеющая больший заряд, производит большую степень ионизации на единице своего пути в ткани.

     Для сравнения всех ионизирующих излучений в отношении возможного возникновения вредных воздействий необходима была другая величина. Такой величиной стала эквивалентная доза, которая введена была в качестве меры ущерба при облучении отдельной ткани или органа человека.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Понятия эквивалентной  и эффективной доз облучения  и мощностей этих доз.

Ответ:

Эквивалентная доза

     Эквивалентная доза облучения органа или ткани равна поглощенной дозе в органе или ткани, умноженной на соответствующий взвешивающий коэффициент излучения WR.

     Единица эквивалентной дозы является Зиверт (Зв).

Русскоязычный термин "эквивалентная  доза" относится к величине, равной произведению поглощенной дозы на коэффициент  качества излучения, и является неверным переводом англоязычного термина, обозначающего эквивалент дозы.

     Взвешивающие коэффициенты данного вида излучений получаются в результате обобщения имеющейся информации об особенностях действия различных видов ионизирующего излучения на экспериментальных животных.

     Разные органы тела человека по-разному экранируются другими частями человеческого тела, что приводит к существенной разнице между эквивалентными дозами их облучения. Вот почему указание на облучаемый орган является существенным в определении эквивалентной дозы облучения органа.

     Ожидаемая эквивалентная доза внутреннего облучения органа или ткани, НT(t) является аналогом эквивалентной дозы внешнего излучения при облучении отдельной ткани или отдельного органа человека источниками внутреннего излучения.

    Ожидаемая эквивалентная доза определена как временной интеграл мощности эквивалентной дозы в органе или ткани, которая формируется в течение некоторого времени t после поступления радиоактивного вещества в организм стандартного человека.