ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 26.12.2021
Просмотров: 1960
Скачиваний: 3
Радіація: що це таке,
як її виміряти і звідки вона береться?
6
Менделєєва знаходиться на 2 клітинки ліворуч, тому що кількість протонів у ядрі, а,
отже, і заряд ядра, і номер елемента стали на дві одиниці менше. А маса ізотопу, що
утворився, відповідно на 4 одиниці менша.
Бета'випромінювання – це викид (випущення) з ядра бета'частинки – електрона або
позитрона. Швидкість вильоту бета'частинок з ядра складає 9/10 швидкості світла –
270 000 км/сек.
Бета'розпад – найбільш розповсюджений вид радіоактивного розпаду (і взагалі
радіоактивних перетворень), особливо серед штучних радіонуклідів. Він
спостерігається практично в усіх відомих на сьогодні хімічних елементах. Це означає,
що кожний хімічний елемент має принаймні один бета'активний, тобто схильний до
бета'розпаду, ізотоп.
Гамма'випромінювання – потік гамма'квантів (фотонів), що є електромагнітними
частинками, порціями електромагнітного випромінювання. Це небезпечне "жорстке"
випромінювання. Усі радіоактивні перетворення, за рідкісним винятком,
супроводжуються виділенням надлишку енергії у вигляді гамма'випромінювання.
"Місце народження" гамма'квантів – ядро атома.
Усі види мимовільних (спонтанних) радіоактивних перетворень – процес
випадковий, статистичний.
Усі види мимовільного радіоактивного розпаду характеризуються часом
життя радіонукліда та його активністю, тобто швидкістю розпаду.
Показником часу життя радіонукліда, швидкості його розпаду є період
напіврозпаду.
Період напіврозпаду (T
1/2
) – час, протягом якого половина радіоактивних
атомів розпадається і їх кількість зменшується вдвічі. Періоди
напіврозпаду радіонуклідів різні – від частинок секунди (короткоживучі радіонукліди)
до мільярдів років (довгоживучі).
Активність – це кількість розпадів (в основному – актів радіоактивних, ядерних
перетворень) на одиницю часу (як правило, на секунду). Одиницями виміру активності
є Беккерель і Кюрі.
Беккерель (Бк) – це один розпад на секунду (1 розп/сек). Одиницю названо на честь
французького фізика, лауреата Нобелівської премії Антуана Анрі Беккереля.
Кюрі (Кі) – 3,7х10
10
Бк (розп/сек). Ця одиниця виникла історично і є позасистемною:
таку активність має 1 грам радію'226 у рівновазі з дочірніми продуктами розпаду.
Саме з радієм'226 багато років працювали лауреати Нобелівської премії французькі
вчені подружжя П'єр Кюрі та Марія Склодовська'Кюрі.
Кратними одиницями для Беккереля є тисяча (кілоБеккерель, кБк), мільйон
(мегаБеккерель, мБк) і мільярд (гігаБеккерель, гБк).
Дільними одиницями для Кюрі є тисячна частка Кюрі – міліКюрі (мКі), і мільйонна
частка – мікроКюрі (мкКі, мКі):
1 мКі = 3,7х10
7
Бк; 1мкКі = 3,7 х 10
4
Бк.
Існує поняття "питома активність" (вагова або об'ємна) – це активність одиниці маси
(ваги) або об'єму речовини. Точніше, активність радіонукліда в одиниці ваги чи об'єму
речовини.
Які
характеристики
має
радіоактивний
розпад та у яких
одиницях вони
вимірюються?
Радіоактивним або іонізуючим випромінюванням (ІВ) називають всі
елементарні частинки, що вилітають з ядра атома під час радіоактивного
розпаду – альфа, бета, n, p, гамма і т.д., тому що усі вони під час
проходження через речовину:
' по'перше, призводять до її іонізації, до утворення гарячих
(високоенергетичних) і винятково реакційноздатних частинок: іонів і
вільних радикалів (осколків молекул, що не мають заряду)
' по'друге, можуть призводити до активації речовини і появі так званої наведеної
Чим
характеризуєть!
ся радіоактивне
випромінюва!
ння?
активності, тобто до перетворення стабільних атомів у радіоактивні – появі
радіонуклідів активаційного походження.
Тому основними характеристиками ІВ є енергія частинок, їхній пробіг у різних
середовищах або проникаюча здатність, а також їхня іонізуюча здатність (особливо в
контексті небезпеки для біологічних об'єктів).
Енергію частинок вимірюють в електрон'Вольтах (еВ). Електрон'Вольт – це енергія,
яку здобуває електрон під дією електричного поля з різницею потенціалів (напругою) у
1 Вольт.
1 еВ = 1,6 х 10
'12
ерг = 1,6 х 10
'19
Дж = 3,83 х 10
'20
Кал
Реальна енергія частинок ІВ коливається в широких межах і складає зазвичай тисячі
та мільйони еВ, тому її виражають у кіло' і мегаелектрон'Вольтах (кеВ і МеВ).
1 кілоелектрон'Вольт (кеВ) = 103 еВ.
1 мегаелектрон'Вольт (МеВ) = 106 еВ.
У відношенні альфа'частинок говорять про пробіг, оскільки вони мають велику масу
(4 атомні одиниці), заряд (+2) і енергію, та у будь'якому середовищі рухаються
прямолінійно.
Енергія альфа'частинок під час природного розпаду складає 4–9 МеВ, швидкість
вильоту – 12–20 тис. км/сек.
Пробіг альфа'частинок залежить від початкової енергії і зазвичай коливається в
межах від 3 до 7 (рідко – до 13) см у повітрі, а в щільних середовищах складає соті
частини мм (у склі – 0,04 мм). Альфа'випромінювання не пробиває лист паперу та
шкіру людини.
Через свою масу та заряд альфа'частинки мають найбільшу іонізуючою здатність,
вони руйнують усе на своєму шляху. І тому альфа'активні радіонукліди є найбільш
небезпечними для людини і тварин при потраплянні всередину.
Бета'частинки слабше взаємодіють із речовиною, через яку проходять, але рухаються
далі. Обумовлено це малою масою (вона в 1836 разів менша за масу протону), зарядом
('1) і розміром, при цьому шлях бета'частинки в речовині не є прямолінійним. Тому
говорять про їхню проникаючу здатність, що також залежить від енергії.
Проникаюча здатність бета'частинок, що утворилися під час радіоактивного розпаду,
у повітрі сягає 2–3 м, у воді й інших рідинах вимірюється сантиметрами, у твердих
тілах – міліметрами. У тканині організму бета'випромінювання проникає на глибину
1–2 см. Надійним захистом від бета'випромінювання є шар води в кілька (до 10) см.
Потік бета'частинок з досить великою для природного розпаду енергією в 10 МеВ
практично цілком поглинається шарами: повітря – 4 м; алюмінію – 2,16 см; заліза –
7,55 мм; свинцю – 5,18 мм.
Через малі розміри, масу і заряд бета'частинки мають набагато меншу іонізуючу
здатність, ніж альфа'частинки, але природно, що за умови потрапляння усередину
бета'активні ізотопи набагато небезпечніші, ніж при зовнішньому опроміненні.
Найбільш проникаючими видами випромінювання є нейтронне і гамма'
випромінювання. Їхній пробіг у повітрі може сягати десятків і сотень метрів (також у
залежності від енергії), але при меншій іонізуючій здатності.
У більшості ізотопів енергія гамма'квантів не перевищує 1–3 МеВ, хоча дуже рідко
може сягати і великих величин – 6–7 МеВ. Як захист від n' і гамма'випромінювання
застосовують товсті шари з бетону, свинцю, сталі й т.п., і мову ведуть уже про кратність
ослаблення.
Так, для 10'кратного ослаблення гамма'випромінювання кобальту'60 потрібний
захист зі свинцю товщиною близько 5 см, а для 100'кратного – 9,5 см; захист із бетону
повинен бути відповідно близько 55 см, а товщина шару води – 115 см.
У будь'якому випадку потрібно пам'ятати, що найбільш раціональним "захистом" від
будь'якого випромінювання є якомога більша відстань від джерела випромінювання
(звісно, у розумних межах) і якомога менший час перебування в зоні підвищеної
радіації.
Радіація: що це таке,
як її виміряти і звідки вона береться?
7
Радіація: що це таке,
як її виміряти і звідки вона береться?
8
Різні джерела іонізуючого випромінювання (ДІВ) по'різному впливають на
речовину. Тому основним показником для характеристики ДІВ є оцінка
їхньої іонізуючої здатності, тобто тієї енергії, яку вони втрачають під час
проходження через речовину і яка стає поглиненою цією речовиною. Різні
органи і тканини людини мають різну чутливість до впливу іонізуючих
випромінювань.
Для виміру іонізуючих випромінювань використовується поняття "доза", а
для оцінки їх впливу на біологічні об'єкти – "поправочні коефіцієнти".
Існує кілька різновидів доз.
Експозиційна доза (для рентгенівського і гамма'випромінювання) визначається за
іонізацією повітря. Одиницею виміру в системі СІ є "кулон на кг" (Кл/кг), що відповідає
утворенню в 1 кг повітря такої кількості іонів, сумарний заряд яких дорівнює 1 Кл
(кожного знака). Позасистемною одиницею виміру є "рентген".
Поглинена доза (від грецького – частинка, порція) – енергія іонізуючого
випромінювання (ІВ), поглинена речовиною, що опромінюється, і розрахована на
одиницю його маси. (Одиниці виміру дивіться у наступному розділі.) Позначається
зазвичай DT.
Еквівалентна доза HT розраховується для біологічних об'єктів (людини) і враховує
іонізуючу здатність випромінювання. Вона дорівнює добутку поглиненої дози на
зважуючий радіаційний фактор WR:
HT=DT*WR
Ось ці коефіцієнти:
Ефективна доза враховує ще й різну чутливість різних тканин організму до
опромінення; дорівнює еквівалентній дозі, отриманій конкретним органом, тканиною
(з урахуванням їх ваги), помноженої на відповідний зважуючий фактор тканини WT.
Для організму в цілому цей коефіцієнт прийнято вважати за 1, а для деяких органів має
такі значення:
Для оцінки повної ефективної дози, отриманої людиною, розраховують ефективні дози
для кожного органа і потім їх підсумовують.
Потужність дози – доза, отримана за одиницю часу (секунда, година).
Фон – потужність експозиційної дози іонізуючого випромінювання в даному місці.
Природний фон – потужність експозиційної дози іонізуючого випромінювання,
створюване всіма природними джерелами іонізуючого випромінювання.
Як вимірюється
вплив
іонізуючого
випромінюван!
ня?
Радіація: що це таке,
як її виміряти і звідки вона береться?
9
Історично склалося так, що для виміру доз застосовувалися рентген, рад і
бер, але це позасистемні одиниці виміру. В даний час здійснюється перехід
на стандартні одиниці виміру системи СІ. Тому для кожного виду доз
(експозиційної, поглиненої й еквівалентної) приведено по дві одиниці
виміру – системна і позасистемна.
Експозиційна доза
1 Кл/кг – одиниця експозиційної дози в системі СІ. Це така кількість гама' або
рентгенівського випромінювання, що у 1 кг сухого повітря утворить 6,24 х 10
18
пар
іонів, що несуть заряд у 1 Кулон кожного знака.
Рентген (Р) – позасистемна одиниця експозиційної дози фотонного випромінювання
(гамма' або рентгенівського випромінювання), при проходженні якого через 1 см
3
сухого повітря ( що має за нормальних умов вагу 0,001293 г) утворить 2,082 х 10
9
пар
іонів, і ці іони несуть заряд у 1 електростатичну одиницю кожного знака.
Співвідношення між рентгеном і Кл/кг такі:
1 Р = 2,58 х 10
'4
Кл/кг – точно.
1 Кл/кг = 3,88 х 10
3
Р – приблизно.
Поглинена доза
Грей (Гр) – одиниця поглиненої дози в системі одиниць СІ. Відповідає енергії
випромінювання в 1 Дж, поглиненої 1 кг речовини.
Рад – позасистемна одиниця поглиненої дози. Відповідає енергії випромінювання
100 ерг, поглиненої речовиною масою 1 грам (сота частина Гр).
1 Гр = 1 Дж/кг = 104 ерг/м = 100 рад
1 рад = 100 ерг/м = 0,01 Дж/кг = 0,01 Гр
Еквівалентна доза
Зіверт (Зв) – одиниця еквівалентної та ефективної еквівалентної доз у системі СІ. 1 Зв
дорівнює еквівалентній дозі, при якій добуток величини поглиненої дози в Гр (у
біологічній тканині) на коефіцієнт К буде дорівнювати 1 Дж/кг. Іншими словами, це
така поглинена доза, при якій у 1 кг речовини виділяється енергія в 1 Дж.
1 Зв=1Дж/кг
Бер – біологічний еквівалент рада (у деяких книгах – рентгена ). Позасистемна одиниця
виміру еквівалентної дози. У загальному випадку:
1 бер = 0,01 Зв
Особливо необхідно відзначити такий факт. Ще в 50'х роках було встановлено, якщо
при експозиційній дозі в 1 рентген повітря поглинає 83,8–88,0 ерг/м (фізичний
еквівалент рентгена), то біологічна тканина поглинає 93–95 ерг/м (біологічний
еквівалент рентгена). Тому при оцінці доз можна вважати (з мінімальною похибкою),
що експозиційна доза в 1 рентген для біологічної тканини відповідає (еквівалентна)
поглиненій дозі в 1 рад і еквівалентній дозі в 1 бер (при К=1).
Які одиниці
виміру
іонізуючих
випромінювань?
Для виміру іонізуючих випромінювань (ІВ) створено багато різних
приладів і установок, які поділяються на три типи.
Радіометри – призначені для виміру щільності потоку ІВ й активності
радіонуклідів.
Спектрометри – для вивчення розподілу випромінювань за енергіями,
зарядами, масами частинок ІВ (тобто для аналізу зразків будь'яких
матеріалів, джерел ІВ).
Дозиметри – для виміру доз, потужностей доз та інтенсивності ІВ.
Серед вказаних є універсальні прилади, що поєднують ті або інші функції. Існують
прилади для виміру активності речовини (тобто кількості розпадів на сек), прилади
для реєстрації альфа', бета' та інших випромінювань і т.д. Це, як правило, стаціонарні
установки.
Які існують
прилади для
виміру
радіоактивного
випромінюван!
ня?
Радіація: що це таке,
як її виміряти і звідки вона береться?
10
Є спеціальні польові, або пошукові прилади, призначені для пошуку, виявлення
джерел іонізуючого випромінювання, оцінки фону і т.п., здатні фіксувати гамма і бета'
випромінювання й оцінювати його рівень (рентгенометри, радіометри і т.п.).
Існують індикаторні прилади, призначені тільки для одержання відповіді на питання,
є чи немає випромінювання в даному місці, що часто працюють за принципом "більше
– менше".
Але, на жаль, випускається мало приладів, що відносяться до класу дозиметрів, тобто
таких, що спеціально призначені для виміру дози або потужності дози.
Ще менше дозиметрів універсальних, за допомогою яких можна вимірювати різні
види випромінювань – альфа', бета', гамма.
Основні вітчизняні дозиметри призначені для виміру потужності дози рентгенівського
і гамма'випромінювання і можуть бути переносними або малогабаритними
(кишеньковими). Тому виявлення з їхньою допомогою і замірювання потужності
гамма'випромінювання зовсім не означає, що в цьому місці присутнє альфа і бета'
випромінювання. І навпаки, відсутність рентгенівського і гамма'випромінювання
зовсім не означає, що відсутні альфа' і бета'випромінювачі.
У будь'якому випадку, перш ніж використовувати якийсь прилад для виміру
потужності або величини експозиційної дози, варто вивчити інструкцію і з'ясувати,
для яких цілей він призначений. Можливо, виявиться, що для дозиметричних вимірів
він не придатний. Завжди варто звертати увагу на те, в яких одиницях виміру
проградуйовано прилад.
Крім зазначених приладів, існують також прилади (пристрої, касети, датчики і т.п.)
для індивідуального дозиметричного контролю осіб, що безпосередньо працюють із
джерелами іонізуючих випромінювань.