Лекции / Лекция 21 Радиация

Радиационная безопасность

Ионизирующим называется излучение, взаимодействие которого со средой приводит к образованию ионов разных знаков.

К нему относятся:

1) ᵅ , ᵝ и ᵞ - излучения, обусловленные естественной и искусственной радиоактивностью химических элементов;

2)рентгеновские излучения, создающиеся в рентгеновских аппаратах, а также образующиеся при радиоактивном распаде ядер некоторых элементов;

3)потоки нейтронов и ᵞ-квантов, возникающих при ядерных реакциях деления и синтеза;

4)излучения, генерируемые на ускорителях;

5)излучения, приходящие из космоса и т.д.

Радиоактивность – свойство неустойчивых атомных ядер одних химических элементов самопроизвольно превращаться в ядра атомов других химических элементов с испусканием одной или нескольких ионизирующих частиц.

кафедра ИЭиОТ НИУ "МЭИ"

Ионизирующие излучения

Корпускулярное излучение – поток элементарных частиц с массой покоя,

отличной от нуля (ᵅ , ᵝ - частицы, нейтроны, протоны и др.).

Кинетическая энергия этих частиц достаточна для ионизации атомов при столкновении.

Фотонное излучение – электромагнитное излучение. К нему относятся:

ᵞ - излучение, возникающее при изменении энергетического состояния ядер; тормозное излучение, возникающее при уменьшении кинетической энергии

заряженных частиц; характеристическое излучение, возникающее при изменении энергетического

состояния электронов атома; рентгеновское излучение, состоящее из тормозного и (или) характеристического

излучения.

Фотонное излучение, а также нейтроны и другие незаряженные частицы непосредственно ионизацию не производят, но в процессе взаимодействия со средой они высвобождают заряженные частицы, способные ионизировать атомы и молекулы данной среды.

кафедра ИЭиОТ НИУ "МЭИ"

Радиоактивность

Основные характеристики радиоизотопов :

•активность

•тип (способ) распад

•период полураспада

•вид и энергия излучения.

Активность радионуклида А в источнике - это отношение числа спонтанных ядерных превращений dN, происходящих в источнике за интервал времени dt, к этому интервалу:

A=dN/dt.

Единица измерения активности: беккерель (Бк) 1 Бк= 1 распад в секунду

Ки (Кюри) – внесистемная единица измерения активности; 1 Ки=3,7х1010 Бк

кафедра ИЭиОТ НИУ "МЭИ"

Строение атомного ядра Модель ядра

Протонно-нейтронная модель

кафедра ИЭиОТ НИУ "МЭИ"

Изото́пы — разновидности атомов какого-либо химического элемента, которые имеют одинаковый атомный (порядковый) номер, но при этом разные массовые числа.

Название связано с тем, что все изотопы одного атома помещаются в одно и то же место (в одну клетку) таблицы Менделеева.

Химические свойства атома зависят от строения электронной оболочки, которая, в свою очередь, определяется в основном зарядом ядра Z (то есть количеством протонов в нём), и почти не зависят от его массового числа A (то есть суммарного числа протонов Z и нейтронов

N).

Все изотопы одного элемента имеют одинаковый заряд ядра, отличаясь лишь числом нейтронов.

Примеры изотопов:

изотопы природного урана - U-234, U-235, U-238 (234U, 235U, 238U )

изотопы водорода - 1H (протий), 2H (дейтерий), 3H (тритий)

кафедра ИЭиОТ НИУ "МЭИ"

Типы (способы) распада

Альфа-распад – самопроизвольный распад атомного ядра на дочернее ядро и альфа-частицу (ядро гелия) (U-238, Pu-239, Rn222)

сопровождающийся испусканием из ядра электрона и электронного антинейтрино (Sr-90, Cs-137)

Позитронный распад (бета) – радиоактивный распад,

сопровождающийся испусканием из ядра позитрона и электронного нейтрино (Be-7, Mg-23)

кафедра ИЭиОТ НИУ "МЭИ"

Типы (способы) распада

Гамма-распад – электромагнитное излучение, характеризующееся чрезвычайно малой длиной волны и представляющее собой поток фотонов высокой энергии (Ва-137, I-131 ).

Нейтронное излучение – поток нейтронов, нейтральных тяжелых частиц. Это техногенное излучение, возникающие в различных ядерных реакторах и при атомных взрывах (расщепление - U-235, Pu-239 или синтез ядер – D+T, D+He-3 и др.). Также нейтронная радиация излучается звездами, в которых идут активные термоядерные реакции.

Не обладая зарядом, нейтронное излучение сталкиваясь с веществом, слабо взаимодействует с элементами атомов на атомном уровне, поэтому обладает высокой проникающей способностью. Остановить нейтронное излучение можно с помощью материалов с высоким содержанием водорода, например, емкостью с водой. Так же нейтронное излучение плохо проникает через полиэтилен.

Нейтронное излучение при прохождении через биологические ткани, причиняет клеткам серьезный ущерб, так как обладает значительной массой и более высокой скоростью чем альфа излучение

кафедра ИЭиОТ НИУ "МЭИ"

Период полураспада

Уровень нестабильности радионуклидов различен. Одни распадаются очень быстро, другие – очень медленно.

Время, в течение которого распадается половина всех радионуклидов данного типа называется периодом полураспада (Т/2).

Закон радиоактивного распада:

A(t)=A0exp(- λt),

где A(t), A0 – активность нуклида в источнике в текущий и начальный (t=0) моменты времени соответственно; λ=ln2/T1/2 - постоянная распада; Т1/2 – период полураспада.

Например, период полураспада урана-238 равен 4,47 млрд. лет, а протоактиния-234

– чуть больше одной минуты.

Период полураспада – одна из основных характеристик радиоактивного вещества, которая не может быть изменена известными на данный момент человеку способами.

кафедра ИЭиОТ НИУ "МЭИ"

Энергия распада – энергия, выделяющаяся при радиоактивном распаде

кафедра ИЭиОТ НИУ "МЭИ"

Воздействие ионизирующих излучений на человека

1. Детерминированные – биологические эффекты излучения, в отношении которых предполагается существование дозового порога, выше которого тяжесть эффекта зависит от дозы.

К детерминированным эффектам относятся:

-острая лучевая болезнь

Вслучае однократного равномерного внешнего фотонного облучения ОЛБ (костномозговая форма) возникает при поглощенной дозе D ≥1 Гр и подразделяется на четыре степени:

•I – легкая (D = 1÷2 Гр) смертельный исход отсутствует.

•II – средняя (D = 2÷4 Гр) через 2 ÷ 6 недель после облучения смертельный исход

•возможен в 20% случаев.

•III – тяжелая (D = 4÷6 Гр) средняя летальная доза – в течение 30 дней возможен

•летальный исход в 50% случаев.

•IV – крайней тяжести (D > 6 Гр) – абсолютно смертельная доза – в 100% случаев

наступает смерть от кровоизлияний или от инфекционных заболеваний вследствие потери иммунитета (при отсутствии лечения). При лечении смертельный исход может быть исключен даже при дозах около 10 Гр.

кафедра ИЭиОТ НИУ "МЭИ"