Ян Мархоцкий - Радиационная и экологическая безопасность атомной энергетики

Зная радиоактивность в беккерелях, нетрудно перейти к активности в кюри и наоборот:

1 Ки = 3,7 10 10Бк;

1 мКи = 3,7 10 7Бк;

1 мкКи = 3,7 10 4кБк.

Производными единицами являются:

1 пКи = 1 10 -12Ки;

1 нКи = 1 10 -9Ки;

1 мкКи = 1 10 -6Ки;

1 мКи = 1 10 -3Ки;

1 кКи = 1 10 3Ки;

1 МКи = 1 10 6Ки.

Излучение и ионизация.По масштабам времени α-, β-частицы и γ-кванты существуют мгновение. Как они пропадают и куда девается их огромная энергия? Согласно закону сохранения энергии, она не возникает и не исчезает, она лишь переходит из одной формы в другую. При любых превращениях часть ее теряется в виде тепла. Энергия излучений передается веществу, в которое попала излученная из ядра элементарная частица или γ-квант. Для облученного вещества это не проходит бесследно:

• нарушаются кристаллические решетки;

• образуются отрицательные и положительные заряды;

• разрываются молекулы с наименее прочными связями.

Характерно, что α- и β-частицы растрачивают свою энергию в отдельных актах ионизации – образовании пар ионов заряженных частиц, на которые распадаются атомы. На каждую ионизацию требуется около 30 эВ. Можно подсчитать, что частица с энергией 600 КэВ на своем пути в воздухе способна создать примерно 20 тыс. пар ионов.

Радиационный эффект и дозы. Водной из своих лекций А. Беккерель заявил, что очень любит радий, но на него в обиде, так как на руках у ученого появились незаживающие язвы. Как видно, первые опыты с радиоактивными веществами были небезопасны. Не знали об опасности невидимых лучей М. Кюри и ее дочь Ирен, выделившие в чистом виде радий и полоний. Обе умерли от лейкоза. Большое количество рака легких отмечалось у шахтеров, добывающих уран. Работницы часовых заводов, раскрашивающие циферблаты часов люминесцентной краской, содержащей радий, смачивали кисточки во рту для придания им остроконечной формы. Как следствие, работницы часто заболевали лейкозом и раком костей.

Проведенные исследования позволили установить, что факторов для неблагоприятного радиационного воздействия множество:

• радиоактивность снаружи и внутри организма;

• пути ее поступления;

• вид и энергия излучения при распаде;

• биологическая роль органов и облучаемых тканей.

Показателем, связующим их, является количество поглощенной энергии излучения от ионизации, которую энергия производит в рассматриваемой массе вещества. Данная величина называется дозой.

Экспозиционная доза и ее мощность.Экспозиционная доза – это поле радиации воздуха вокруг объекта, что указывает на количественную оценку радиационной обстановки дозы излучения в воздухе. Поскольку человеческое тело имеет линейные размеры, сравнимые с пробегом частиц, необходимо учитывать пространственное распределение экспозиционной дозы каким-либо физическим методом. Оказалось, что эффективные атомные номера воздуха и мягких тканей практически совпадают. Это позволило, измеряя ионизационный эффект, производимый радиационным излучением в воздухе, оценивать ионизацию в мягкой ткани, помещенной в ту же зону излучения.

Человек может находиться на местности, загрязненной разными радионуклидами. Короткопробежные α-частицы поглотятся нижней поверхностью обуви, одежды, не затрагивая жизненно важных органов. Учитывая проникающую способность β-излучения, большая часть его поглотится одеждой и кожей. Облучение организма γ-квантами и рентгеновскими излучениями будет равномерным. Таким образом, экспозиционная доза определяется только для воздуха и только для квантового излучения (γ-кванты и рентгеновские лучи).

Единицей экспозиционной дозы в системе СИ является кулон на килограмм (Кл/кг); 1 Кл/кг – это экспозиционная доза излучения, при которой в 1 кг массы сухого воздуха при нормальных условиях создаются ионы, несущие заряд в 1 Кл (каждого знака).

В медицинской практике используется внесистемная единица экспозиционной дозы – рентген; 1 Р = 1000 мР или 1 000 000 мкР. Это такая доза рентгеновского или γ-излучения, которая в результате своего ионизирующего воздействия образует 2·10 9пар ионов в 1 см 3чистого сухого воздуха при нормальных условиях.

1 Р = 2,58 10 -4Кл/кг;

1 Кл/кг ≈ 3880 Р.

Уровень радиации может изменяться, поэтому для количественной характеристики излучения введено понятие мощности экспозиционной дозы , которую определяют как величину дозы за определенный промежуток времени (Р/ч, мР/ч, мкР/ч). В системе СИ мощность экспозиционной дозы выражают в амперах, деленных на килограмм (А/кг). Экспозиционная доза и ее мощность используются только для измерения степени ионизации воздуха.

В случае, когда воздух загрязнен одновременно α-, β- и γ-излучением (выпадение радиоактивных осадков после взрыва или аварии), можно воспользоваться единицами концентрации радиоактивности, например Бк/м 3воздуха, а для мощности экспозиционной радиации во внешней среде применяют Бк/(м 3с) или Бк/(кг воздуха • с).

Поглощенная дозаи ее мощность.В настоящее время используются новые мощные источники излучений. Кроме рентгеновских и γ-квантов, нашли применение потоки ускоренных электронов, позитронов, тяжелых заряженных частиц, а также потоки нейтронов. Поэтому необходимо знать поглощенную энергию в различных средах. При расчете дозы, полученной человеком, необходимо учитывать как внешнее, так и внутреннее облучение, так как радионуклиды могут попадать в организм с пищей, водой, вдыхаемым воздухом, при некоторых диагностических процедурах. Значит, поражающее действие будет от трех излучений, которые вызвали ионизацию в организме.

Поглощенной дозой называют энергию излучения, переданную массе вещества, т. е. количество энергии, поглощенное единицей массы облучаемого вещества. Единицей поглощенной дозы в системе СИ служит грей (Гр); 1 Гр = 1 Дж/кг; 1 грей – это доза, при поглощении которой 1 кг вещества получает 1 Дж энергии. Внесистемной единицей измерения энергии является 1 рад (Ірад = 10 -2Гр, 1 Гр = 100 рад).

В воздухе и в мягких тканях организма человека одинаковая мощность экспозиционной дозы рентгеновского или γ-излучения (с энергией не более 3 МэВ) создает примерно одинаковое число ионов в 1 см 3. Поэтому можно оценивать поглощение энергии мягкими тканями не по поглощенной дозе, а по мощности экспозиционной дозы.

Поглощенная доза в 1 рад примерно соответствует 1 Р или, точнее, 1 Р = 0,88 рад. Мощностью поглощенной дозы называется отношение поглощенной дозы ко времени.

Поглощенную дозу можно экспериментально установить в любом объекте. В человеческом организме это сделать трудно. Для этого нужны эквивалентные дозиметры с детекторами, по составу подобные органической ткани, которые размещают в полостях тела.