Конспект урока: Методы регистрации ионизирующих радиоактивных ядерных излучений. Биологическое действие радиоактивных излучений. Дозиметрия

Взаимодействие ядерных излучений с веществом

Существуют исследования, показывающие положительное влияние на организм незначительной радиации. Параллельно с этим стоит отметить, что радиоактивные излучения представляют опасность. При движении через вещество быстрые заряжённые частицы взаимодействуют с электронными оболочками и ядрами атомов, встречающихся на пути. В результате взаимодействия быстрой заряжённой частицы с электроном оболочки последний получает дополнительную энергию и переходит на одну из более удалённых от ядра оболочек или совсем покидает атом. В первом случае происходит возбуждение, во втором — ионизация атома. При прохождении вблизи атомного ядра быстрая заряжённая частица испытывает торможение в его электрическом поле. Торможение заряжённых частиц сопровождается испусканием квантов тормозного рентгеновского излучения. Потери энергии на испускание тормозного излучения увеличиваются с ростом энергии частиц. Особенно велики они у самых лёгких заряжённых частиц — электронов.

Гамма-лучи и потоки нейтронов — наиболее проникающие виды ионизирующих излучений, поэтому при внешнем облучении они представляют для человека наибольшую опасность.

Доза ионизирующего излучения

Степень отрицательного воздействия радиации зависит от вида частиц и их энергии. Чем большей энергией обладают частицы, тем более серьёзные нарушения в организме они вызовут. 

Доза излучения есть отношение энергии $E$, поглощённой телом, к массе $m$ этого тела: 

$D=\frac{E}{m}$.
 

Единица поглощённой дозы получила название грэй (Гр): 

$1 \mathrm{Гр}=\frac{1 \mathrm{Дж}}{1 \mathrm{кг}}$.
 

Раньше поглощённую дозу измеряли в рентгенах ($\mathrm{P}$): $1 \mathrm{P}\approx 8,4·{10}^{-3} \mathrm{Гр}$. Приближённо можно считать, что 1 Р равен 1/100 (или 10^-2) Гр.

Ясно, что время, за которое организм получает ту или иную дозу излучения, является важным фактором. Чем меньше этот промежуток времени, тем большую опасность представляет для организма поглощённое излучение. Соответственно, можно ввести следующую величину, называемую мощностью поглощённой дозы и равную отношению поглощённой дозы $D$ к времени $t$ облучения: 

$P=\frac{D}{t}$.
 

Единица мощности поглощённой дозы в СИ — грей в секунду (Гр/с).

Биологическое действие ионизирующих излучений

Физическое воздействие ионизирующей радиации любого вида на ткани живого организма заключается в процессах возбуждения и ионизации атомов и молекул среды. Возбуждённые атомы и ионы обладают высокой химической активностью; поэтому в клетках организма появляются новые химические соединения, чуждые здоровому организму. Под действием ионизирующей радиации разрушаются отдельные сложные молекулы и элементы клеточных структур. Лучевое поражение, нанесённое при небольшой дозе облучения, живой организм может перенести легко, без каких-либо болезненных симптомов; большие дозы облучения могут привести к серьёзному заболеванию или к смерти. В результате воздействия естественного фона (космическое излучение, радиоактивное излучение Земли и др.) организм человека за год поглощает дозу $~2·{10}^{-3} \mathrm{Гр}$. Такая доза не представляет опасности для здоровья.

Биологическое действие различных видов излучения при одинаковой поглощённой дозе зависит от типа излучения. Для того чтобы учесть тип излучения, вводят коэффициент биологической активности $k$. Этот коэффициент равен отношению дозы полученного организмом излучения к дозе гамма-лучей, которые производят такой же биологический эффект. Для рентгеновского излучения и электронов $k=1$, для тепловых нейтронов $k=3$, для быстрых нейтронов $k=7$, для протонов $k=10$. 

В СИ единица эквивалентной дозы — зиверт (Зв). Наряду с этой единицей часто используют так называемый биологической эквивалент рентгена (бэр): 1 бэр = 1/100 Зв.

1 Зв — эквивалентная доза, при которой поглощённая доза гамма-излучения равна 1 Гр.

Первые признаки общего острого поражения организма взрослого человека возникают примерно с эквивалентной дозы от 0,5 до 1 Зв ( или 50–100 бэр). При разовых эквивалентных дозах 10–50 Зв смерть наступает примерно через 1–2 недели. Дополнительно отметим, что предельно допустимая доза (ПДД) для лиц, работающих с источниками излучения, равна 50 мЗв (или 5 бэр) за год. При разовом аварийном облучении ПДД равна 250 мЗв (или 25 бэр).