Происхождение ионизирующих излучений. Ионизирующие излучения

Ионизирующая радиация представляет собой особый вид лучистой энергии, возбуждающей в облучаемой среде процесс ионизации. Источниками ионизирующего излучения являются рентгеновские трубки, мощные высоковольтные и ускорительные установки, но главным образом радиоактивные вещества - естественные (уран, торий, радий) и искусственные (изотопы).

Радиоактивность - самопроизвольный процесс распада ядер атомов, в результате которого возникают излучения - электромагнитные и корпускулярные.

Основные виды работ, связанные с источниками ионизирующих излучений: гамма-дефектоскопия металлов и изделий, работы на рентгеновских аппаратах в медицинских учреждениях и в технических лабораториях, применение изотопов для контроля за производственными процессами, эксплуатация промышленных и научных мощных высоковольтных и ускорительных установок, использование атомных реакторов, применение радиоактивных веществ и излучений в медицинских учреждениях с диагностической и лечебной целью, добыча радиоактивных руд.

При работе с радиоактивными веществами, помимо внешнего облучения, может иметь место попадание радиоактивных элементов внутрь организма через легкие (вдыхание радиоактивной пыли или газов) и через желудочно-кишечный тракт. Некоторые вещества могут проникать через кожу.

Радиоактивные вещества, задержавшиеся в организме, разносятся кровью по различным тканям и органам, становясь в последних источником внутреннего облучения. Скорость выведения радиоактивных веществ из организма различна; быстрее выделяются хорошо растворимые вещества. Особенно опасны долгоживущие изотопы, так как, попав в организм, они могут в течение всей жизни пострадавшего быть источником ионизирующего излучения.

Виды излучения

При распаде ядра радиоактивных веществ испускают 4 вида излучения: а-, B-, у-лучи и нейтроны.

а-лучи - поток положительно заряженных частиц, обладающих большой массой (ядра атомов гелия). Внешнее облучение а-частицами мало опасно, так как они проникают в тканы неглубоко, поглощаются роговым слоем эпителия кожи. Попадание а-излучателей внутрь организма представляет большую опасность, так как происходит непосредственное облучение клеток энергией большой мощности.

B-лучи - поток частиц с отрицательным зарядом (электронов). B-лучи обладают большей проникающей способностью, чем а-лучи, их пробег в воздухе в зависимости от энергии составляет от долей сантиметра до 10-15 м, в воде, в тканях - от долей миллиметра до 1 см.

У-лучи представляют собой электромагнитные излучения высокой частоты. По своим свойствам они близки к рентгеновским лучам, но обладают меньшей длиной волны.

Энергия у-лучей варьирует в широких пределах. В зависимости от энергии у-лучи условно делятся на мягкие (0,1-0,2 МэВ), средней жесткости (0,2-1 МэВ), жесткие (1-10 МэВ) и сверхжесткие (свыше 10 МэВ).

Этот вид излучения является наиболее проникающим и наиболее опасным при внешнем облучении.

Нейтроны - частицы, не имеющие заряда. Они обладают большой проникающей способностью. Под влиянием нейтронного облучения элементы, входящие в состав тканей (такие, как фосфор и др.), могут стать радиоактивными.

Биологическое действие

Ионизирующая радиация вызывает сложные функциональные и морфологические изменения в тканях и органах. Под ее влиянием молекулы воды, входящей в состав тканей и органов, распадаются с образованием свободных атомов и радикалов, которые обладают большой окислительной способностью. Продукты радиолиза воды действуют на активные сульфгидрильные группы (SH) белковых структур и переводят их в неактивные - бисульфидные. В результате нарушается деятельность различных ферментных систем, ведающих синтетическими процессами, происходит подавление и извращение последних. Ионизирующая радиация действует также непосредственно на молекулы белков и липидов, оказывая денатурирующее действие. Ионизирующая радиация может вызывать в организме местные (ожоги) и общие (лучевая болезнь) поражения.

Предельно допустимая доза

Предельно допустимая доза (ПДД) облучения для всего организма (при непосредственной работе с источниками ионизирующего облучения) установлена в 0,05 Дж/кг (5 бэр) в течение одного года. В отдельных случаях допускается получение в течение одного квартала дозы до 0,03 Дж/кг, или 3 бэр (при сохранении общей дозы облучения в течение года в 0,05 Дж/кг, или 5 бэр). Такое повышение дозы не допускается для женщин моложе 30 лет (для них максимальная доза облучения в течение квартала 0,013 Дж/кг, или 1,3 бэр).

Энциклопедичный YouTube

1 / 5

✪ Подробнее о радиации

✪ Проникающая способность. Виды радиоактивного излучения

✪ Состав радиоактивного излучения

✪ Влияние радиоактивных излучений на живые организмы

✪ Правила поведения и действия населения при радиационных авариях и радиоактивном загрязнении местност

Субтитры

Здравствуйте. В этом выпуске канала TranslatorsCafe.com мы поговорим об ионизирующем излучении или радиации. Мы рассмотрим источники излучения, способы его измерения, влияние радиации на живые организмы. Более подробно мы поговорим о таких параметрах радиации, как мощность поглощенной дозы, а также об эквивалентной и эффективной дозах ионизирующего излучения. У радиации множество применений - от производства электроэнергии до лечения больных раком. В этом видеосюжете мы обсудим, как радиация влияет на ткани и клетки людей, животных и биоматериала, уделяя особое внимание тому, как быстро и насколько сильно происходит поражение облученных клеток и тканей. Излучение - природное явление, которое проявляется в том, что электромагнитные волны или элементарные частицы с высокой кинетической энергией движутся внутри среды. В этом случае среда может быть либо материей, либо вакуумом. Излучение - вокруг нас, и наша жизнь без него немыслима, так как выживание человека и других животных без излучения невозможно. Без излучения на Земле не будет таких необходимых для жизни природных явлений как свет и тепло. Не было бы ни мобильных телефонов, ни Интернета. В этом видеосюжете мы обсудим особый тип излучения, ионизирующее излучение или радиацию, которая окружает нас везде. Ионизирующее излучение обладает энергией, достаточной для отрыва электронов от атомов и молекул, то есть, для ионизации облучаемого вещества. Ионизирующее излучение в среде может возникнуть благодаря либо естественным, либо искусственным процессам. Естественные источники излучения включают солнечное и космическое излучения, некоторые минералы, например, гранит, а также излучение некоторых радиоактивных материалов, таких как уран и даже обычные бананы, содержащие радиоактивный изотоп калия. Радиоактивное сырье добывают в глубине земных недр и используют в медицине и промышленности. Иногда радиоактивные материалы попадают в окружающую среду в результате аварий на производстве и в отраслях, где используют радиоактивное сырье. Чаще всего это происходит из-за несоблюдения правил безопасности по хранению радиоактивных материалов и работе с ними или из-за отсутствия таких правил. Стоит заметить, что до недавнего времени радиоактивные материалы не считались опасными для здоровья. Даже наоборот, их использовали как целебные препараты, а также они ценились за их красивое свечение. Урановое стекло - пример радиоактивного материала, используемого в декоративных целях. Это стекло светится флуоресцентным зеленым светом благодаря добавлению в его состав оксида урана. Процент содержания урана в этом стекле относительно мал и количество выделяемой им радиации невелико, поэтому урановое стекло считают относительно безопасным для здоровья. Из него даже изготавливали стаканы, тарелки и другую посуду. Урановое стекло ценится за его необычное свечение. Солнце излучает ультрафиолет, поэтому урановое стекло светится и в солнечном свете, хотя это свечение намного более выражено под лампами ультрафиолетового света. При излучении поглощаются фотоны с более высокой энергией (ультрафиолет) и излучаются фотоны с более низкой энергией (зеленый цвет). Как вы убедились, эти бусы можно использовать для проверки дозиметров. Пакетик с бусами можно купить на eBay.com за пару долларов. Вначале рассмотрим некоторые определения. Существует множество способов измерять радиацию, в зависимости от того, что именно мы хотим узнать. Например, можно измерить общее количество радиации в данном месте; можно найти количество радиации, которое нарушает работу биологических тканей и клеток; или количество радиации, поглощенной телом или организмом, и так далее. Здесь мы рассмотрим два способа измерения радиации. Общее количество радиации в среде, измеряемое в единицу времени, называют суммарной мощностью дозы ионизирующего излучения. Количество радиации, поглощенное организмом за единицу времени, называют мощностью поглощенной дозы. Мощность поглощенной дозы находят, используя информацию о суммарной мощности дозы и о параметрах предмета, организма, или части тела, которая подвергается излучению. Эти параметры включают массу, плотность и объем. Значения поглощенной и экспозиционной дозы похожи для материалов и тканей, которые хорошо поглощают радиацию. Однако не все материалы - такие, поэтому часто поглощенная и экспозиционная дозы радиации отличаются, так как способность предмета или тела поглощать радиацию зависит от материала, из которого они состоят. Так, например, лист свинца поглощает гамма-излучение значительно лучше, чем лист алюминия той же толщины. Нам известно, что большая доза радиации, называемая дозой острого облучения, вызывает угрозу для здоровья, и чем выше эта доза - тем выше риск для здоровья. Нам также известно, что радиация влияет на разные клетки в организме по-разному. Наиболее сильно страдают от радиации клетки, которые подвергаются частому делению, а также неспециализированные клетки. Так, например, клетки в зародыше, кровяные клетки, и клетки репродуктивной системы больше всего подвержены отрицательному влиянию радиации. В то же время, кожа, кости, и мышечные ткани менее подвержены воздействию радиации. Но меньше всего радиация действует на нервные клетки. Поэтому в некоторых случаях общее разрушительное воздействие радиации на клетки, менее подверженные влиянию радиации, меньше, даже если на них действует большее количество радиации, чем на клетки, более подверженные влиянию радиации. Согласно теории радиационного гормезиса малые дозы радиации, наоборот, стимулируют защитные механизмы в организме, и в результате организм становится крепче, и менее подвержен заболеваниям. Необходимо заметить, что эти исследования находятся на начальной стадии, и пока неизвестно, удастся ли получить такие результаты за пределами лаборатории. Сейчас эти эксперименты проводят на животных и неизвестно, происходят ли эти процессы в организме человека. Из этических соображений трудно получить разрешение на такие исследования с участием людей. Поглощённая доза - величина отношения энергии ионизирующего излучения, поглощённой в данном объёме вещества, к массе вещества в этом объёме. Поглощенная доза является основной дозиметрической величиной и измеряется в джоулях на килограмм. Эта единица называется грэй. Ранее использовалась внесистемная единица рад. Поглощенная доза зависит не только от самой радиации, но и от материала, который ее поглощает: поглощенная доза мягкого рентгеновского излучения в костной ткани может быть вчетверо больше поглощенной дозы в воздухе. В то же время, в вакууме поглощенная доза равна нулю. Эквивалентная доза, характеризующая биологический эффект облучения человеческого организма ионизирующим излучением, измеряется в зивертах. Чтобы понять разницу между дозой и мощностью дозы, можно провести аналогию с чайником, в который наливают воду из-под крана. Объем воды в чайнике - это доза, а скорость наполнения, зависящая от толщины струйки воды, - это мощность дозы, то есть приращение дозы излучения в единицу времени. Мощность эквивалентной дозы измеряется в зивертах на единицу времени, например, в микрозивертах в час или миллизивертах в год. Радиация в основном не заметна невооруженным глазом, поэтому, чтобы определить наличие радиации, пользуются специальными измерительными приборами. Одно из широко используемых устройств - дозиметр на основе счетчика Гейгера-Мюллера. Счетчик состоит из трубки, в которой подсчитывается число радиоактивных частиц, и дисплея, который отображает количество этих частиц в разных единицах, чаще всего - как количество радиации за определенный срок времени, например за час. Приборы со счетчиками Гейгера часто издают короткие звуковые сигналы, например, щелчки, каждый из которых означает, что подсчитана новая излученная частица или несколько частиц. Этот звук обычно можно выключить. Некоторые дозиметры позволяет выбрать частоту щелчков. Например, можно настроить дозиметр, чтобы он издавал звук только после каждой двадцатой посчитанной частицы или реже. Кроме счетчиков Гейгера, в дозиметрах используют и другие датчики, например сцинтилляционные счетчики, которые позволяют лучше определить, какой вид радиации на данный момент преобладает в окружающей среде. Сцинтилляционные счетчики хорошо определяют как альфа, так и бета и гамма излучение. Эти счетчики преобразуют выделяемую при излучении энергию в свет, который затем преобразуется в фотоумножителе в электрический сигнал, который и измеряется. Во время измерений эти счетчики работают с большей поверхностью, чем счетчики Гейгера, поэтому измерения проходят более эффективно. У ионизирующего излучения очень высокая энергия, и поэтому оно ионизирует атомы и молекулы биологического материала. В результате от них отделяются электроны, что приводит к изменению их структуры. Эти изменения вызваны тем, что ионизация ослабляет или разрушает химические связи между частицами. Это повреждает молекулы внутри клеток и тканей и нарушает их работу. В некоторых случаях ионизация способствует образованию новых связей. Нарушение работы клеток зависит от того, насколько радиация повредила их структуру. В некоторых случаях нарушения не влияют на работу клеток. Иногда работа клеток нарушена, но повреждения невелики и организм постепенно восстанавливает клетки в рабочее состояние. Подобные нарушения нередко встречаются и в процессе нормальной работы клеток, при этом клетки сами возвращаются в норму. Поэтому если уровень радиации низок и нарушения невелики, то вполне возможно восстановление клеток до их обычного состояния. Если же уровень радиации высок, то в клетках происходят необратимые изменения. При необратимых изменениях клетки либо работают не так, как должны, либо перестают работать вовсе и отмирают. Повреждение радиацией жизненно важных и незаменимых клеток и молекул, например молекул ДНК и РНК, белков или ферментов вызывает лучевую болезнь. Повреждение клеток может также вызвать мутации, в результате которых у детей пациентов, чьи клетки поражены, могут развиться генетические заболевания. Мутации могут также вызвать чрезмерно быстрое деление клеток в организме пациентов - что, в свою очередь, увеличивает вероятность заболевания раком. Сегодня наши знания о влиянии радиации на организм и о том, в каких условиях это влияние усугубляется, ограничены, так как в распоряжении исследователей имеется совсем немного материала. Большая часть наших знаний основана на исследованиях историй болезни жертв атомных бомбардировок Хиросимы и Нагасаки, а также жертв взрыва на Чернобыльской АС. Стоит также отметить, что некоторые исследования влияния радиации на организм, которые проводили в 50-х - 70-х гг. прошлого века, были неэтичны и даже бесчеловечны. В частности, это исследования, проводимые военными в США и в Советском Союзе. Большая часть этих экспериментов была проведена на полигонах и в специально отведенных зонах для испытания ядерного оружия, например на полигоне в Неваде, США, на советском ядерном полигоне на Новой Земле, и на Семипалатинском испытательном полигоне на нынешней территории Казахстана. В некоторых случаях эксперименты проводили во время военных учений, как например, во время Тоцких войсковых учений (СССР, на нынешней территории России) и во время военных учений Desert Rock в штате Невада, США. Во время этих учений исследователи, если можно их так назвать, изучали воздействие радиации на организм человека после атомных взрывов. С 1946 по 1960-е эксперименты по влиянию радиации на организм проводили также в некоторых американских больницах без ведома и согласия больных. Спасибо за внимание! Если вам понравилась это видео, пожалуйста, не забудьте подписаться на наш канал!

Природа ионизирующего излучения

Наиболее значимы следующие типы ионизирующего излучения:

Коротковолновое электромагнитное излучение (поток фотонов высоких энергий):
Потоки частиц:
- бета-частиц (электронов и позитронов);
- протонов , мюонов и других элементарных частиц ;
- Ионов (осколков деления, возникающих при делении ядер), в том числе альфа-частиц .

Источники ионизирующего излучения

Спонтанный радиоактивный распад радионуклидов .
Термоядерные реакции , например на Солнце .
Индуцированные ядерные реакции в результате попадания в ядро высокоэнергетичных элементарных частиц или слияния ядер.

Искусственные источники ионизирующего излучения:

Искусственные радионуклиды .
Ускорители элементарных частиц (генерируют потоки заряженных частиц, а также тормозное фотонное излучение).
- Рентгеновский аппарат как разновидность ускорителей, генерирует тормозное рентгеновское излучение .

Наведённая радиоактивность

Многие стабильные атомы в результате облучения и соответствующей индуцированной ядерной реакции превращаются в нестабильные изотопы. В результате такого облучения стабильное вещество становится радиоактивным, причем тип вторичного ионизирующего излучения будет отличаться от первоначального облучения. Наиболее ярко такой эффект проявляется после нейтронного облучения.

Цепочка ядерных превращений

В процессе ядерного распада или синтеза возникают новые нуклиды, которые также могут быть нестабильны. В результате возникает цепочка ядерных превращений. Каждое превращение имеет свою вероятность и свой набор ионизирующих излучений. В результате интенсивность и характер излучений радиоактивного источника может значительно меняться со временем.

Измерение ионизирующих излучений

Методы измерения

Исторически первыми датчиками ионизирующего излучения были химические светочувствительные материалы , используемые в фотографии . Ионизирующие излучения засвечивали фотопластинку , помещенную в светонепроницаемый конверт. Однако от них быстро отказались из-за длительности и затратности процесса, сложности проявки и низкой информативности.

В качестве датчиков излучения в быту и промышленности наибольшее распространение получили дозиметры на базе счётчиков Гейгера . Счетчик Гейгера - газоразрядный прибор, в котором ионизация газа излучением превращается в электрический ток между электродами. Как правило, такие приборы корректно регистрируют только гамма-излучение. Некоторые приборы снабжаются специальным фильтром , преобразующим бета-излучение в гамма-кванты за счет тормозного излучения. Счетчики Гейгера плохо селектируют излучения по энергии, для этого используют другую разновидность газоразрядного счетчика, т.н. пропорциональный счётчик .

Широкое применение в науке получили сцинтилляторы . Эти приборы преобразуют энергию излучения в видимый свет за счет поглощения излучения в специальном веществе. Вспышка света регистрируется фотоэлектронным умножителем . Сцинтилляторы хорошо разделяют излучение по энергиям.

Для исследования потоков элементарных частиц применяют множество других методов, позволяющих полнее исследовать их свойства, например пузырьковая камера , камера Вильсона .

Единицы измерения

Эффективность взаимодействия ионизирующего излучения с веществом зависит от типа излучения, энергии частиц и сечения взаимодействия облучаемого вещества. Важные показатели взаимодействия ионизирующего излучения с веществом:

линейная передача энергии (ЛПЭ), показывающая, какую энергию излучение передаёт среде на единице длины пробега при единичной плотности вещества.
поглощённая доза излучения, показывающая, какая энергия излучения поглощается в единице массы вещества.

Корпускулярное ионизирующее излучение также характеризуется кинетической энергией частиц. Для измерения этого параметра наиболее распространена внесистемная единица электронвольт (русское обозначение: эВ , международное: eV ). Как правило радиоактивный источник генерирует частицы с определенным спектром энергий. Датчики излучений также имеют неравномерную чувствительность по энергии частиц.

Свойства ионизирующих излучений

По механизму взаимодействия с веществом выделяют непосредственно потоки заряженных частиц и косвенно ионизирующее излучение (потоки нейтральных элементарных частиц - фотонов и нейтронов). По механизму образования - первичное (рождённое в источнике) и вторичное (образованное в результате взаимодействия излучения другого типа с веществом) ионизирующее излучение.

Энергия частиц ионизирующего излучения лежит в диапазоне от нескольких сотен электронвольт (рентгеновское излучение, бета-излучение некоторых радионуклидов) до 10 15 - 10 20 и выше электронвольт (протоны космического излучения, для которых не обнаружено верхнего предела по энергии).

Длина пробега и проникающая способность сильно различаются - от микрометров в конденсированной среде (альфа-излучение радионуклидов, осколки деления) до многих километров (высокоэнергетические мюоны космических лучей).

Воздействие на конструкционные материалы

Длительное воздействие корпускулярных излучений или фотонных излучений сверхвысоких энергий может существенно изменять свойства конструкционных материалов. Изучением этих изменений занимается инженерная дисциплина радиационное материаловедение . Раздел физики, занимающийся исследованием поведения твердых тел под облучением, получил название радиационная физика твердого тела . Наиболее значимыми типами радиационных повреждений является:

разрушение кристаллической решетки вследствие выбивания атомов из узлов;
ионизация диэлектриков;
Изменение химического состава веществ вследствие ядерных реакций.

Учёт радиационных повреждений инженерных конструкций наиболее актуален для ядерных реакторов и полупроводниковой электроники, рассчитанной на работу в условиях радиации.

Воздействие на полупроводники

Биологическое действие ионизирующих излучений

Разные типы ионизирующего излучения обладают разным разрушительным эффектом и разным способом воздействия на биологические ткани. Соответственно, одной и той же поглощённой дозе соответствует разная биологическая эффективность излучения. Поэтому для описания воздействия излучения на живые организмы вводят понятие относительной биологической эффективности излучения , которая измеряется с помощью коэффициента качества . Для рентгеновского, гамма- и бета-излучений коэффициент качества принят за 1. Для альфа-излучения и осколков ядер коэффициент качества 10…20. Нейтроны - 3…20 в зависимости от энергии. Для заряженных частиц биологическая эффективность прямо связана с линейной передачей энергии данного типа частиц (средняя потеря энергии частицей на единицу длины пробега частицы в ткани).

Единицы измерения

Для учёта биологического эффекта поглощённой дозы была введена эквивалентная поглощённая доза ионизирующего излучения, численно равная произведению поглощённой дозы на коэффициент биологической эффективности. В системе СИ эффективная и эквивалентная поглощенная доза измеряется в зивертах (русское обозначение: Зв ; международное: Sv ).

Ранее широко применялась единица измерения эквивалентной дозы бэр (от б иологический э квивалент р ентгена для гамма-излучения; русское обозначение: бэр ; международное: rem ). Первоначально единица определялась как доза ионизирующего излучения, производящего такое же биологическое действие, как и доза рентгеновского или гамма-излучения, равная 1 Р. После принятия системы СИ под бэром стали понимать единицу, равную 0,01 Дж/кг. 1 бэр = 0,01 Зв = 100 эрг /г .

Помимо биологической эффективности, необходимо учитывать проникающую способность излучений. Например, тяжёлые ядра атомов и альфа-частицы имеют крайне малую длину пробега в сколько-нибудь плотном веществе, поэтому радиоактивные альфа-источники опасны при попадании внутрь организма. Наоборот, гамма-излучение обладает значительной проникающей способностью.

Некоторые радиоактивные изотопы способны встраиваться в процесс обмена веществ живого организма, замещая неактивные элементы. Это приводит к удержанию и накоплению радиоактивного вещества непосредственно в живых тканях, что существенно увеличивает опасность контакта. Например, широко известны йод-131 , изотопы стронция , плутония и т.п.. Для характеристики этого явления используется понятие период полувыведения изотопа из организма.

Механизмы биологического воздействия

Прямое действие ионизирующих излучений - это прямое попадание в биологические молекулярные структуры клеток и в жидкие (водные) среды организма.

Основным источником информации о стохастических эффектах воздействия ионизирующего излучения являются данные наблюдений за здоровьем людей, переживших атомные бомбардировки или радиационные аварии . Специалисты наблюдали 87 500 человек , переживших атомные бомбардировки. Средняя доза их облучения составила 240 миллизиверт . При этом прирост онкологических заболеваний за последующие годы составил 9 %. При дозах менее 100 миллизиверт отличий между ожидаемой и наблюдаемой в реальности заболеваемостью никто в мире не установил.

Гигиеническое нормирование ионизирующих излучений

Нормирование осуществляется по санитарным правилам и нормативам СанПин 2.6.1.2523-09 «Нормы радиационной безопасности (НРБ-99/2009) ». Устанавливаются дозовые пределы эффективной дозы для следующих категорий лиц:

персонал - лица, работающие с техногенными источниками излучения (группа А) или находящиеся по условиям работы в сфере их воздействия (группа Б);
все население, включая лиц из персонала, вне сферы и условий в их производственной деятельности.

Основные пределы доз и допустимые уровни облучения персонала группы Б равны четверти значений для персонала группы А.

Эффективная доза для персонала не должна превышать за период трудовой деятельности (50 лет ) 1000 мЗв , а для обычного населения за всю жизнь - 70 мЗв . Планируемое повышенное облучение допускается только для мужчин старше 30 лет при их добровольном письменном согласии после информирования о возможных дозах облучения и риске для здоровья.

Ионизирующее излучение - это совокупность различных видов микрочастиц и физических полей, обладающих способностью ионизировать вещество, то есть образовывать в нем электрически заряженные частицы - ионы. Различают несколько видов ионизирующих излучений: альфа-, бета-, гамма-излучение, а также нейтронное излучение.

Альфа-излучение

В формировании положительно заряженных альфа-частиц принимают участие 2 протона и 2 нейтрона, входящих в состав ядер гелия. Альфа-частицы образуются при распаде ядра атома и могут иметь начальную кинетическую энергию от 1,8 до 15 МэВ. Характерными особенностями альфа-излучения являются высокая ионизирующая и малая проникающая способности. При движении альфа-частицы очень быстро теряют свою энергию, и это обуславливает тот факт, что ее не хватает даже для преодоления тонких пластмассовых поверхностей. В целом, внешнее облучение альфа-частицами, если не брать в расчет высокоэнергичные альфа-частицы, полученные с помощью ускорителя, не несет в себе никакого вреда для человека, а вот проникновение частиц внутрь организма может быть опасно для здоровья., поскольку альфа-радионуклиды отличаются большим периодом полураспада и обладают сильной ионизацией. В случае попадания внутрь организма альфа-частицы часто могут быть даже опаснее, чем бета- и гамма-излучение.

Бета-излучение

Заряженные бета-частицы, скорость которых близка к скорости света, образуются в результате бета-распада. Бета-лучи обладают большей проникающей способностью, чем альфа-лучи - они могут вызывать химические реакции, люминесценцию, ионизировать газы, оказывать эффект на фотопластинки. В качестве защиты от потока заряженных бета-частиц (энергией не более 1МэВ) достаточно будет использовать обычную алюминиевую пластину толщиной 3-5 мм.

Фотонное излучение: гамма-излучение и рентгеновское излучение

Фотонное излучение включает в себя два вида излучений: рентгеновское (может быть тормозным и характеристическим) и гамма-излучение.

Наиболее распространенным видом фотонного излучения являются обладающие очень высокой энергией при ультракороткой длине волны гамма-частицы, которые представляют собой поток высокоэнергичных, не обладающих зарядом фотонов. В отличие от альфа- и бета-лучей гамма-частицы не отклоняются магнитными и электрическими полями и обладают значительно большей проникающей способностью. В определенных количествах и при определенной продолжительности воздействия гамма-излучение может вызвать лучевую болезнь, привести к возникновению различных онкологических заболеваний. Препятствовать распространению потока гамма-частиц могут только такие тяжелые химические элементы, как, например, свинец, обедненный уран и вольфрам.

Нейтронное излучение

Источником возникновения нейтронного излучения могут быть ядерные взрывы, ядерные реакторы, лабораторные и промышленные установки. Сами нейтроны представляют собой электрически нейтральные, нестабильные (период полураспада свободного нейтрона составляет около 10 минут) частицы, которые благодаря тому, что у них отсутствует заряд, отличаются большой проникающей способностью при слабой степени взаимодействия с веществом. Нейтронное излучение очень опасно, поэтому для защиты от него используют ряд специальных, в основном водородосодержащих, материалов. Лучше всего нейтронное излучение поглощается обычной водой, полиэтиленом, парафином, а также растворами гидроксидов тяжелых металлов.

Как ионизирующие излучения воздействуют на вещества?

Все виды ионизирующих излучений в той или иной степени оказывают воздействие на различные вещества, но сильнее всего оно выражено у гамма-частиц и у нейтронов. Так, при длительном воздействии они могут существенно изменить свойства различных материалов, изменить химический состав веществ, ионизировать диэлектрики и оказывать разрушительный эффект на биологические ткани. Естественный радиационный фон не принесет человеку особого вреда, однако при обращении с искусственными источниками ионизирующих излучений стоит быть очень осторожными и предпринимать все необходимые меры, чтобы до минимума снизить уровень воздействия излучения на организм.

Ионизирующее излучение – вид радиации, которая у всех ассоциируется исключительно со взрывами атомных бомб и авариями на АЭС.

Однако на деле ионизирующее излучение окружает человека и представляет собой естественный радиационный фон: оно образуется в бытовых приборах, на электрических вышках и т.д. При воздействии с источниками происходит облучение человека данным излучением.

Стоит ли бояться серьезных последствий – лучевой болезни или поражения органов?

Сила действия излучения зависит от продолжительности контакта с источником и его радиоактивности. Бытовые приборы, создающие незначительный «шум», не опасны для человека.

Но некоторые типы источников могут нанести серьезный вред организму. Чтобы предотвратить негативное воздействие, нужно знать базовую информацию: что такое ионизирующее излучение и откуда оно исходит, а также как влияет на человека.

Ионизирующее излучение возникает при распаде радиоактивных изотопов.

Таких изотопов множество, они используются в электронике, атомной промышленности, добыче энергии:

уран-238;
торий-234;
уран-235 и т.д.

Изотопы радиоактивного характера естественным образом распадаются с течением времени. Скорость распада зависит от вида изотопа и исчисляется в периоде полураспада.

По истечению определенного срока времени (у одних элементов этом могут быть несколько секунд, у других – сотни лет) количество радиоактивных атомов снижается ровно вдвое.

Энергия, которая высвобождается при распаде и уничтожении ядер, высвобождается в виде ионизирующего излучения. Оно проникает в различные структуры, выбивая из них ионы.

Ионизирующие волны основаны на гамма-излучении, измеряются в гамма-квантах. Во время передачи энергии не выделяются никакие частицы: атомы, молекулы, нейтроны, протоны, электроны или ядра. Воздействие ионизирующего излучения чисто волновое.

Проникающая способность излучения

Все виды разнятся по проникающей способности, то есть способность быстро преодолевать расстояния и проходить сквозь различные физические преграды.

Наименьшим показателем отличается альфа-излучение, а в основе ионизирующего излучения лежат гамма-лучи – самые проникающие из трех типов волн. При этом альфа-излучение оказывает самое отрицательное действие.

Что отличает гамма-излучение?

Оно опасно из-за следующих характеристик:

распространяется со скоростью света;
проходит через мягкие ткани, дерево, бумагу, гипсокартон;
останавливается только толстым слоем бетона и металлическим листом.

Для задержки волн, которыми распространяется данное излучение, на АЭС ставят специальные коробы. Благодаря им радиации не может ионизировать живые организмы, то есть нарушать молекулярную структуру людей.

Снаружи коробы состоят из толстого бетона, внутренняя часть обита листом чистого свинца. Свинец и бетон отражают лучи или задерживают их в своей структуре, не позволяя распространиться и нанести вред живому окружению.

Виды источников радиации

Мнение, что радиация возникает только в результате жизнедеятельности человека, ошибочно. Слабый радиационный фон есть почти у всех живых объектов и у самой планеты соответственно. Поэтому избежать ионизирующего излучения очень сложно.

На основе природы возникновения все источники делятся на природные и антропогенные. Наиболее опасны антропогенные, такие, как выброс отходов в атмосферу и водоемы, аварийная ситуация или действие электроприбора.

Опасность последнего источника спорна: считается, что небольшие излучающие устройства не создают серьезной угрозы для человека.

Действие индивидуально: кто-то может почувствовать ухудшение самочувствия на фоне слабого излучения, другой же индивид окажется абсолютно не подвержен естественному фону.

Природные источники радиации

Основную опасность для человека представляют минеральные породы. В их полостях скапливается наибольшее количество незаметного для человеческих рецепторов радиоактивного газа – радона.

Он естественным образом выделяется из земной коры и плохо регистрируется проверочными приборами. При поставке строительных материалов возможен контакт с радиоактивными породами, и как результат – процесс ионизации организма.

Опасаться следует:

гранита;
пемзы;
мрамора;
фосфогипса;
глинозема.

Это наиболее пористые материалы, которые лучше всего задерживают в себе радон. Данный газ выделяется из строительных материалов или грунта.

Он легче воздуха, поэтому поднимается на большую высоту. Если вместо открытого неба над землей обнаружено препятствие (навес, крыша помещения), газ будет скапливаться.

Большая насыщенность воздуха его элементами приводит к облучению людей, компенсировать которое можно только выведением радона из жилых зон.

Чтобы избавиться от радона, требуется начать простое проветривание. Нужно стараться не вдыхать воздух в том помещении, где произошло заражение.

Регистрация возникновения скопившегося радона осуществляется только при помощи специализированных симптомов. Без них сделать вывод о скоплении радона можно только на основе не специфичных реакций человеческого организма (головная боль, тошнота, рвота, головокружение, потемнение в глазах, слабость и жжение).

При обнаружении радона вызывается бригада МЧС, которая устраняет радиацию и проверяет эффективность проведенных процедур.

Источники антропогенного происхождения

Другое название созданных человеком источников – техногенные. Основной очаг излучения – АЭС, расположенные по всему миру. Нахождение в зонах станций без защитной одежды влечет за собой начало серьезных заболеваний и летальный исход.

На расстоянии нескольких километров от АЭС риск сводится к нулю. При правильной изоляции все ионизирующие излучения остаются внутри станции, и можно находиться в непосредственной близости от рабочей зоны, при этом не получая никакой дозы облучения.

Во всех сферах жизнедеятельности можно столкнуться с источником излучения, даже не проживая в городе близ АЭС.

Искусственная ионизирующая радиация повсеместно используется в различных отраслях:

медицине;
промышленности;
сельском хозяйстве;
наукоемких отраслях.

Однако получить облучение от аппаратов, которые изготавливаются для данных отраслей, невозможно.

Единственное, что допустимо – минимальное проникновение ионных волн, которое не наносит вреда при малой продолжительности воздействия.

Радиоактивные осадки

Серьезная проблема современности, связанная с недавними трагедиями на АЭС – распространение радиоактивных дождей. Выбросы в атмосферу радиации заканчиваются накоплением изотопов в атмосферной жидкости – облаках. При переизбытке жидкости начинаются осадки, которые представляют серьезную угрозу для сельскохозяйственных культур и человека.

Жидкость впитывается в земли сельскохозяйственных угодий, где произрастает рис, чай, кукуруза, тростник. Данные культуры характерны для восточной части планеты, где наиболее актуальна проблема радиоактивных дождей.

Ионное излучение оказывает меньшее воздействие на другие части света, потому что осадки не доходят до Европы и островных государств в области Великобритании. Однако в США и Австралии дожди иногда проявляются радиационные свойства, поэтому при покупке овощей и фруктов оттуда нужно проявлять осторожность.

Радиоактивные осадки могут выпадать над водоемами, и тогда жидкость по каналам водоочистки и водопроводным системам может попасть в жилые дома. Очистные сооружения не обладают достаточной для снижения радиации аппаратурой. Всегда есть риск, что принимаемая вода – ионная.

Как обезопасить себя от радиации

Прибор, который измеряет, есть ли в фоне продукта ионные излучения, находится в свободном доступе. Его можно приобрести за небольшие деньги и использовать для проверки покупок. Название проверочного устройства – дозиметр.

Вряд ли домохозяйка будет проверять покупки прямо в магазине. Обычно мешает стеснение перед посторонними. Но хотя бы дома те продукты, что поступили из подверженных радиоактивным дождям зон, нужно проверять. Достаточно поднести счетчик к предмету, и он покажет уровень испускания опасных волн.

Влияние ионизирующего излучения на человеческий организм

Научно доказано, что радиация оказывает на человека отрицательное действие. Это было выяснено и на реальном опыте: к сожалению, аварии на Чернобыльской АЭС, в Хиросиме и т.д. доказали биологическую и излучения.

Влияние радиации основано на полученной «дозе» — количестве переданной энергии. Радионуклид (испускающий волны элементы) может оказывать влияние как изнутри, так и снаружи организма.

Полученная доза измеряется в условных единицах – Греях. Нужно учитывать, что доза может быть равной, а вот влияние радиации – разным. Это связано с тем, что различные излучения вызывают разные по силе реакции (самая выраженная у альфа-частиц).

Также на силу воздействия влияет и то, на какую часть организма пришлось попадание волн. Наиболее подвержены структурным изменениям половые органы и легкие, меньше – щитовидная железа.

Результат биохимического воздействия

Радиация влияет на структуру клеток организма, вызывая биохимические изменения: нарушения в циркуляции химических веществ и в функциях организма. Влияние волн проявляется постепенно, а не сразу после облучения.

Если человек попал под допустимую дозу (150 бэр), то отрицательные эффекты не будут выражены. При большем облучении ионизационный эффект увеличивается.

Естественное излучение равно примерно в 44 бэр в год, максимум – 175. Максимальное число лишь немного выходит за рамки нормы и не вызывает отрицательных изменений в организме, кроме головных болей или слабой тошноты у гиперчувствительных людей.

Естественное излучение складывается на основе радиационного фона Земли, употребления зараженных продуктов, использования техники.

Если доля превышена, развиваются следующие заболевания:

генетические изменения организма;
нарушения половой функции;
раковые образования мозга;
дисфункции щитовидной железы;
рак легких и дыхательной системы;
лучевая болезнь.

Лучевая болезнь является крайней стадией всех связанных с радионуклидами заболеваний и проявляется лишь у тех, кто попал в зону аварии.

Человек подвергается воздействию ионизирующего излучения повсеместно. Для этого необязательно попадать в эпицентр ядерного взрыва, достаточно оказаться под палящим солнцем или провести рентгенологическое исследование легких.

Ионизирующее излучение – это поток лучевой энергии, образующийся при реакциях распада радиоактивных веществ. Изотопы, способные повысить радиационный фонд, находятся в земной коре, в воздухе, человеку радионуклиды могут попадать в организм через желудочно-кишечный тракт, дыхательную систему и кожные покровы.

Минимальные показатели радиационного фона не представляют угрозы для человека. По-другому дело обстоит, если ионизирующее излучение превышает допустимые нормы. Организм мгновенно не отреагирует на вредные лучи, но спустя годы появятся патологические изменения, которые могут привести к плачевным последствиям, вплоть до летального исхода.

Что такое ионизирующее излучение?

Освобождение вредного излучения получается после химического распада радиоактивных элементов. Самыми распространенными являются гамма- , бета- и альфа -лучи. Попадая в организм, излучение разрушительно воздействует на человека. Все биохимические процессы нарушаются, находясь под влиянием ионизации.

Виды излучения:

Лучи типа альфа обладают повышенной ионизацией, но мизерной проникающей способностью. Альфа-излучение попадает на кожу человека, внедряясь на расстояние менее одного миллиметра. Представляет собой пучок из высвобожденных ядер гелия.
В бета-лучах движутся электроны или позитроны, в воздушном потоке они способны преодолеть расстояние до нескольких метров. Если вблизи источника появится человек, бета-излучение проникнет глубже, чем альфа- , но ионизирующие способности у данного вида намного меньше.
Одно из самых высокочастотных электромагнитных излучений является разновидность гамма- , которое обладает повышенной способностью проникновения, но очень маленьким ионизирующим действием.
характеризуется короткими электромагнитными волнами, которые возникают при контакте бета-лучей с веществом.
Нейтронное – высокопроникающие пучки лучей, состоящие из незаряженных частиц.

Откуда берется излучение?

Источниками ионизирующих излучений могут стать воздух, вода и продукты питания. Вредоносные лучи встречаются в природе или создаются искусственно для медицинских или промышленных целей. В окружающей среде всегда присутствует радиация:

исходит из космоса и составляет большую часть от общего процента излучения;
радиационные изотопы свободно находятся в привычных природных условиях, содержатся в горных породах;
радионуклиды попадают в организм с пищей или воздушным путем.

Искусственное излучение создано в условиях развивающейся науки, ученые смогли открыть уникальность рентгеновских лучей, с помощью которых возможна точная диагностика многих опасных патологий, в том числе и инфекционных заболеваний.

В промышленном масштабе используется ионизирующее излучение в диагностических целях. Люди, работающие на подобных предприятиях, несмотря на все меры безопасности, применяемые по санитарным требованиям, находятся во вредных и опасных условиях труда, неблагоприятно отражающихся на здоровье.

Что происходит с человеком при ионизирующем излучении?

Разрушающее влияние ионизирующего излучения на организм человека объясняется способностью радиоактивных ионов вступать в реакцию с составляющими клеток. Общеизвестно, что человек на восемьдесят процентов состоит из воды. При облучении вода разлагается и в клетках в результате химических реакций образуется перекись водорода и гидратный окисел.

В дальнейшем происходит окисление в органических соединениях организма, вследствие чего клетки начинают разрушаться. После патологического взаимодействия у человека нарушается обмен веществ на клеточном уровне. Последствия могут быть обратимыми, когда контакт с излучением был незначительным, и необратимыми при длительном облучении.

Влияние на организм может проявляться в форме лучевой болезни, когда поражены все органы, радиоактивные лучи могут вызывать генные мутации, которые передаются по наследству в виде уродств или тяжелых заболеваний. Нередки случаи перерождения здоровых клеток в раковые с последующим разрастанием злокачественных опухолей.

Последствия могут появиться не сразу после взаимодействия с ионизирующим излучением, а через десятки лет. Длительность бессимптомного течения напрямую зависит от степени и времени, в течение которого человек получал радиоактивное облучение.

Биологические изменения при действии лучей

Воздействие ионизирующего излучения влечет значительные изменения в организме в зависимости от обширности участка кожных покровов, подвергающегося внедрению лучевой энергии, времени, в течение которого излучение остается активным, а также состояния органов и систем.

Чтобы обозначить силу излучения за определенный период времени, единицей измерения принято считать Рад. В зависимости от величины пропущенных лучей у человека могут развиться следующие состояния:

до 25 рад – общее самочувствие не меняется, человек чувствует себя хорошо;
26 – 49 рад – состояние в общем удовлетворительное, при такой дозировке кровь начинает изменять свой состав;
50 – 99 рад – пострадавший начинает ощущать общее недомогание, усталость, плохое настроение, в крови появляются патологические изменения;
100 – 199 рад – облученный находится в плохом состоянии, чаще всего человек не может трудиться из-за ухудшающегося здоровья;
200 – 399 рад – большая доза излучения, которая развивает множественные осложнения, а иногда приводит к летальному исходу;
400 – 499 рад – половина людей, попавших в зону с такими значениями радиации, умирают от резвившихся патологий;
облучение более 600 рад не дает шанса на благополучный исход, смертельная болезнь уносит жизни всех пострадавших;
единовременное получение дозы излучения, которая в тысячи раз больше допустимых цифр – погибают все непосредственно во время катастрофы.

Возраст человека играет большую роль: наиболее восприимчивы к негативному влиянию ионизирующей энергии дети и молодые люди, не достигшие двадцатипятилетнего возраста. Получение больших доз радиации во время беременности можно сопоставить с облучением в раннем детском возрасте.

Патологии головного мозга возникают только, начиная с середины первого триместра, с восьмой недели и до двадцать шестой включительно. Риск возникновения раковых образований у плода значительно возрастает при неблагоприятном радиационном фоне.

Чем грозит попадание под влияние ионизирующих лучей?

Единовременное или регулярное попадание радиации в организм имеет свойство к накоплению и последующим реакциям через некоторый период времени от нескольких месяцев до десятилетий:

невозможность зачать ребёнка, данное осложнение развивается как у женщин, так и у мужской половины, делая их стерильными;
развитие аутоиммунных заболеваний невыясненной этиологии, в частности рассеянного склероза;
лучевая катаракта, приводящая к потере зрения;
появление раковой опухоли – одно из наиболее частых патологий с видоизменением тканей;
заболевания иммунного характера, нарушающие привычную работу всех органов и систем;
человек, подвергающийся излучению, живет намного меньше;
развитие мутирующих генов, которые вызовут серьезные пороки в развитии, а также появление в ходе развития плода аномальных уродств.

Удаленные проявления могут развиться непосредственно у облученного индивидуума или передаться по наследству и возникать у последующих поколений. Непосредственно у больного места, через которое проходили лучи, возникают изменения, при которых ткани атрофируются и уплотняются с появлением узелков множественного характера.

Данный симптом может затронуть кожные покровы, легкие, кровеносные сосуды, почки, клетки печени, хрящевая и соединительная ткани. Группы клеток становятся неэластичными, грубеют и утрачивают способность выполнять свое предназначение в организме человека с лучевой болезнью.

Лучевая болезнь

Одно из самых грозных осложнений, разные этапы развития которого способны привести к смерти пострадавшего. Заболевание может иметь острое течение при единовременном облучении или хронический процесс при постоянном нахождении в зоне радиации. Патология характеризуется стойким изменением всех органов и клеток и аккумуляцией патологической энергии в организме больного.

Проявляется недуг следующими симптомами:

общая интоксикация организма с рвотой, диареей и повышенной температурой тела;
со стороны сердечно-сосудистой системы отмечается развитие гипотонии;
человек быстро устает, возможно возникновение коллапсов;
при больших дозах воздействия кожа краснеет и покрывается синими пятнами в участках, которые испытывают недостаток в снабжении кислородом, тонус мышц снижается;
второй волной симптоматики является тотальное выпадение волос, ухудшение самочувствия, сознание остается замедленным, наблюдается общая нервозность, атония мышечной ткани, нарушения в головном мозге, способные вызвать помутнения сознания и отек мозга.

Как защититься от облучения?

Определение эффективной защиты от вредных лучей лежит в основе профилактики поражения человека во избежание появления негативных последствий. Чтобы спастись от облучения необходимо:

Сократить время воздействия элементов распада изотопов: человек не должен находиться в опасной зоне длительный период. К примеру, если человек работает на вредном производстве, пребывание работника в месте потока энергии должно сократиться до минимума.
Увеличить расстояние от источника, сделать это возможно при использовании множественных инструментов и средств автоматизации, позволяющих выполнять работу на значительном расстоянии от внешних источников с ионизирующей энергией.
Уменьшить площадь, на которую попадут лучи, необходимо с помощью защитных средств: костюмов, респираторов.