"Основы безопасности жизнедеятельности", Фролов М.П. и др, ред. Воробьев Ю.Л.
Ионизирующее излучение — поток частиц или электромагнитных волн, способный изменять атомы вещества: выбивать из них электроны и создавать заряженные частицы — ионы. Оно возникает, в частности, при распаде нестабильных атомных ядер. Чтобы оценить источник и возможное воздействие на человека, различают активность источника, поглощённую и эквивалентную дозы. Их измеряют в беккерелях, греях и зивертах. Биологическое действие зависит не только от величины дозы, но и от вида излучения.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Ионизирующее излучение — поток частиц или электромагнитных волн, способный выбивать электроны из атомов и молекул. После потери или присоединения электронов появляются ионы, поэтому вещество изменяется. Понятие помогает отличить такое излучение от того, которое не вызывает ионизацию.
Активность радиоактивного источника — число распадов его нестабильных ядер за единицу времени. Её обозначают A и измеряют в беккерелях (Бк): 1 Бк равен одному распаду в секунду. Эта величина описывает источник, но сама по себе не показывает дозу, полученную человеком.
Поглощённая доза — энергия излучения, поглощённая единицей массы вещества. Её обозначают D и измеряют в греях (Гр); 1 Гр соответствует одному джоулю энергии на килограмм. По этой величине можно оценить, сколько энергии передано ткани или другому веществу.
Эквивалентная доза — оценка воздействия, учитывающая не только поглощённую энергию, но и вид излучения. Её измеряют в зивертах (Зв). Она нужна, потому что одинаковая поглощённая доза разных видов излучения может по-разному влиять на организм.
Ядра некоторых атомов нестабильны: их внутреннее состояние может измениться, и ядро переходит в более устойчивое. При таком распаде оно испускает частицы или электромагнитное излучение, а иногда одновременно — несколько видов излучения. Высвобождаемая энергия может передаваться электронам в окружающем веществе, поэтому излучение становится ионизирующим. Само явление радиоактивного распада происходит без участия человека.
Альфа-частица состоит из двух протонов и двух нейтронов, а бета-излучение представляет собой быстрые электроны или позитроны. Гамма-излучение — это электромагнитные волны высокой энергии, а нейтронное излучение — поток нейтронов без электрического заряда. Различия в массе, заряде и способе взаимодействия с веществом определяют, насколько далеко излучение проникает. Поэтому для каждого вида требуются разные материалы и способы защиты.
Пролетая через вещество, заряженная частица может передать энергию его электронам и выбить их из атомов; гамма-квант способен сделать это при взаимодействии с атомом. Так появляются ионы и меняются молекулы, в том числе те, из которых состоят живые клетки. Нейтроны тоже могут вызывать ионизацию, передавая энергию атомным ядрам и порождая заряженные частицы. Плотность передачи энергии и глубина её распределения у разных видов излучения различаются, поэтому их биологическое действие неодинаково.
Активность показывает, как часто происходят распады в источнике, а доза — сколько энергии получила определённая масса вещества или ткань. Между активностью источника и дозой человека нет простого равенства: воздействие зависит, например, от расстояния, времени и экранирования. Поглощённая доза учитывает переданную энергию, а эквивалентная дополнительно учитывает вид излучения. Поэтому для оценки биологического воздействия используют зиверты, а не только беккерели или греи.
Излучение может нарушать работу клеток, повреждать молекулы и мешать клеткам нормально делиться. Чем больше полученная доза, тем выше вероятность и серьёзность вредных последствий, но результат зависит и от того, какой орган облучён, за какое время набрана доза и насколько велика площадь воздействия. Значение имеют также вид излучения и то, попал ли радиоактивный материал внутрь организма. Немедленных ощущений может не быть, поэтому воздействие оценивают приборами и расчётами, а не по самочувствию.
| Вид излучения | Что представляет собой | Проникающая способность | Пример защиты |
|---|---|---|---|
| Альфа-излучение | Ядра гелия: два протона и два нейтрона | Низкая; задерживается бумагой или верхним слоем кожи | Лист бумаги; также не допускать попадания источника внутрь организма |
| Бета-излучение | Быстрые электроны или позитроны | Выше, чем у альфа-частиц; проходит через бумагу, но ослабляется экраном | Пластик или тонкий лист алюминия |
| Гамма-излучение | Электромагнитные волны высокой энергии | Высокая; для ослабления нужен массивный экран | Толстый слой свинца или бетона |
| Нейтронное излучение | Поток нейтронов — частиц без электрического заряда | Высокая; нейтроны могут проникать глубоко в вещество | Вода или бетон, содержащие водород |
Сравнивая виды излучения, сначала смотрите на их природу, а затем — на то, как они взаимодействуют с веществом. Примеры защиты показывают общий принцип, но не заменяют специальные правила работы с источниками. Защита выбирается с учётом конкретной ситуации и должна ослаблять именно тот вид излучения, который представляет опасность.
Задача 1. Активность источника равна 300 Бк. Сколько распадов в среднем происходит за 10 секунд? Беккерель означает один распад за секунду, поэтому искомое число можно найти, умножив активность на время. Речь идёт о среднем числе распадов, поскольку отдельные радиоактивные распады происходят случайно.
Ответ: за 10 секунд в среднем происходит 3000 распадов. Единицы времени согласованы с определением беккереля: активность дана в распадах за секунду, а время — в секундах. Это число не является дозой, полученной человеком.
Задача 2. Поглощённая доза составила 0,004 Гр. Выразите её в миллигреях. Приставка «милли» означает одну тысячную, поэтому в одном грее содержится 1000 миллигреев. Чтобы получить меньшую единицу, значение в греях нужно умножить на 1000.
Ответ: 0,004 Гр = 4 мГр. Проверка: миллигрей меньше грея в тысячу раз, поэтому число при переводе из грей должно увеличиться. Вид величины не меняется: это по-прежнему поглощённая доза.
Задача 3. Человек находился в поле излучения с мощностью дозы 2 мкЗв/ч в течение 3 часов. Какую дозу он получил, если мощность оставалась постоянной? Мощность дозы показывает, сколько зивертов набирается за час. При неизменной мощности общую дозу находят умножением на время воздействия.
Ответ: человек получил дозу 6 мкЗв. Часы сокращаются при умножении мкЗв/ч на часы, поэтому остаётся единица дозы — мкЗв. Результат верен при условии, что мощность дозы всё время была постоянной.
Беккерель иногда принимают за единицу дозы, потому что эта величина связана с радиоактивным источником. Но Бк считает распады за секунду, а не энергию, поглощённую человеком. Проверьте себя вопросом: вы измеряете свойства источника или воздействие на организм? Для активности нужны беккерели, для дозы — греи или зиверты.
Грей и зиверт путают, поскольку обе единицы относятся к дозиметрии. Грей показывает поглощённую энергию на единицу массы, а зиверт учитывает вид излучения при оценке биологического эффекта. Проверьте, какую величину спрашивают в задаче: энергию, полученную веществом, или оценку воздействия на организм.
Неверно считать, что равные поглощённые дозы любых излучений всегда одинаково опасны. Это предположение возникает, если учитывать только количество переданной энергии и забывать о том, как она распределяется в ткани. Сверьте вид излучения: биологическое действие различается, поэтому для его оценки используют эквивалентную дозу.
Отсутствие немедленных ощущений не означает, что излучения не было. Ионизирующее излучение нельзя надёжно распознать по самочувствию, а последствия могут проявиться не сразу. Проверяйте наличие и уровень воздействия специальными приборами и соблюдайте правила безопасности, не полагаясь на собственные ощущения.
Для понимания темы пригодятся знания о строении атома и ядра: распад связан с изменениями в ядре, а ионизация — с электронами атомов. Представления об электрическом заряде и энергии помогают объяснить взаимодействие излучения с веществом. Эти знания позволяют понять, почему разные частицы по-разному передают энергию.
Понятия активности и дозы нужны для изучения радиационной безопасности и правил поведения при радиационной аварии. Они помогают отличать свойства источника от полученного человеком воздействия и понимать, почему важны время, расстояние и экранирование. Оценку радиационной обстановки проводят приборами, а не по ощущениям.
Радиоактивные источники применяют в медицине, промышленности и научных исследованиях. В каждой области важно учитывать активность источника и возможные дозы для людей. Знание единиц измерения помогает правильно понимать результаты измерений и соблюдать меры безопасности.
Чем ионизирующее излучение отличается от обычного света?
Обычный видимый свет обычно не обладает достаточной энергией, чтобы выбивать электроны из атомов и создавать ионы. Ионизирующее излучение может это делать, поэтому способно изменять вещество и повреждать клетки.
Почему альфа-излучение опасно внутри организма, хотя снаружи его задерживает лист бумаги?
Снаружи альфа-частицы останавливаются верхним слоем кожи или листом бумаги и почти не проникают внутрь. Если источник попал в организм с воздухом, пищей или водой, частицы передают энергию непосредственно тканям и могут сильно повредить их.
Что измеряют в беккерелях?
В беккерелях измеряют активность радиоактивного источника — число распадов ядер за секунду. Один беккерель равен одному распаду в секунду; это не мера дозы, полученной человеком.
Чем поглощённая доза отличается от эквивалентной?
Поглощённая доза показывает, сколько энергии излучения пришлось на единицу массы вещества, и измеряется в греях. Эквивалентная доза учитывает также вид излучения и оценивает его биологическое воздействие; её измеряют в зивертах.
Можно ли определить наличие радиации по запаху или самочувствию?
Нет, ионизирующее излучение нельзя надёжно обнаружить по запаху, вкусу или обычным ощущениям. Для измерения нужны специальные приборы, а отсутствие немедленных симптомов не доказывает, что воздействия не было.
§ 15. Ионизирующее излучение: природа, единицы измерения, биологические эффекты
