Радиационная безопасность Общие сведения об ионизирующих излучениях
Радиационная опасность обусловлена воздействием на окружающую среду ионизирующих излучений, которые составляют часть общего понятия – радиация, включающего в себя также радиоволны, видимый свет, ультрафиолетовое и инфракрасное излучения.
Ионизирующим называется излучение, взаимодействие которого со средой приводит к образованию ионов разных знаков. К ним относятся:
, , - излучения, обусловленные естественной и искусственной радиоактивностью химических элементов;
рентгеновские излучения, создающиеся в рентгеновских аппаратах, а также образующиеся при радиоактивном распаде ядер некоторых элементов;
потоки нейронов и - квантов, возникающих при ядерных реакциях деления и синтеза;
излучения, генерируемые на ускорителях;
излучения, приходящие из космоса и т.д.
Различают корпускулярное и фотонное ионизирующие излучения.
Корпускулярное излучение – поток элементарных частиц с массой покоя, отличной от нуля ( и - частицы, нейтроны, протоны, электроны и др.). Кинетическая энергия этих частиц достаточна для ионизации атомов при столкновении – называется непосредственно ионизирующим излучением.
Фотонное излучение – электромагнитное излучение. К нему относятся: - 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. Фотоны имеют массу покоя, равную нулю.
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. Поэтому его еще называют косвенно ионизирующим излучением.
Частицы корпускулярного излучения и фотоны принято называть ионизирующими частицами.
Радиоактивность – свойство неустойчивых атомных ядер одних химических элементов самопроизвольно превращаться в ядра атомов других химических элементов с испусканием одной или нескольких ионизирующих частиц. Процесс такого спонтанного ядерного превращения называется радиоактивным распадом. При этом образовавшееся новое (дочернее) ядро оказывается в более устойчивом состоянии, чем исходное материнское.
Радиоактивность может быть естественной и искусственной.
Естественная радиоактивность наблюдается у существующих в природе неустойчивых изотопов. К ним относятся тяжелые ядра элементов, расположенных в Периодической системе за свинцом (Z82), а также некоторые легкие и средние ядра (например, ядро калия-40).
Искусственной называется радиоактивность изотопов, полученных в результате ядерных реакций в ядерных реакторах, на ускорителях, при ядерных взрывах и др.
Основные характеристики радиоизотопов
Основными характеристиками радиоизотопов (радионуклидов) являются:
Активность.
Тип (способ) распада.
Период полураспада.
Вид и энергия излучения.
Активность радионуклида А в источнике (образце) есть отношение числа dN спонтанных ядерных превращений, происходящих в источнике (образце) за интервал времени dt, к этому интервалу:
|
(4.1) |
Единица активности радионуклида в СИ – Беккерель (Бк). Беккерель равен активности радионуклида в источнике (образце), в котором за 1с происходит одно спонтанное ядерное превращение.
Активность радионуклида с течением времени уменьшается по закону радиоактивного распада:
|
(4.2) |
где A(t), A0 – активность нуклида в источнике в текущий и начальный (t=0) моменты времени соответственно; –постоянная распада, имеющая смысл вероятности распада ядра за 1 секунду и равная доле ядер, распадающихся за единицу времени; T1/2 –период полураспада - время, в течение которого распадается половина первоначального количества ядер, при этом активность радионуклида уменьшается в 2 раза.
Для смеси радионуклидов суммарная активность определяется из уравнения:
|
(4.3) |
где A0i – активность i–го нуклида в момент времени t=0; λi – постоянная распада i-го нуклида.
Каждый радионуклид распадается вполне определенным способом, при этом распад ядер сопровождается испусканием:
– частиц (ядер атомов гелия ) при –распаде,
β–– частиц (электронов) – при электронном (β–) – распаде,
β+– частиц (протонов) – при протонном (β+) – распаде и др.
Образующиеся в результате указанных распадов дочерние ядра, как правило, оказываются возбужденными. Снятие энергии возбуждения и переход дочернего ядра в основное (стабильное) или менее возбужденное состояние происходит путем испускания гамма-кванта (фотона).
Переход ядра из возбужденного состояния в невозбужденное с испусканием –излучения называется изомерным переходом.
Фотон может и не вылетать из атома, а поглотиться одним из электронов внутренних оболочек, который в результате перейдет в свободное состояние. Это явление называется внутренней конверсией –лучей. Электроны, образовавшиеся вследствие такого внутреннего фотоэффекта, называются конверсионными.
В ряде случаев вся энергия -излучения расходуется на явление внутренней конверсии и вместо вылета фотонов из атома наблюдается вылет только электронов конверсии. Внутренняя конверсия сопровождается испускание рентгеновского характеристического излучения.
Таким образом, радиоактивный распад сопровождается испусканием корпускулярных частиц (, β+ , β–, конверсионные электроны) и фотонов.