Fotonsko zračenje (to je i gama, također je i rendgensko zračenje, također je kočno zračenje, također je karakteristično). Zapravo, to su nazivi istog ukupnog zračenja – fotona, samo pri različitim energijama fotona i dobivenog na različite načine.

Kada X-zrake prolaze kroz neku čvrstu, tekuću ili plinovitu tvar, one stupaju u interakciju s elektronima, s vrlo velikom krutošću, i s jezgrama atoma elemenata koji čine tvar i pritom gube dio svoje energije zbog :
1) prava apsorpcija, tj. pretvaranje svoje energije u druge vrste energije;
2) raspršivanje, tj. promjene smjera prostiranja zraka bez promjene duljine i s promjenom valne duljine.
Primarni elementarni procesi prave apsorpcije X-zraka, t.j. pretvorba njihove energije u kinetičku energiju elektrona su:
a) fotoelektrični efekt - izvlačenje elektrona iz atoma apsorbirajuće tvari i predaja im kinetičke energije (fotoelektrična apsorpcija);
b) Comptonov učinak - koherentno i nekoherentno raspršenje, t.j. s promjenom valne duljine i prijenosom dijela energije na raspršeni elektron; Compton efekt zove se elastično raspršenje kratkovalnog elektromagnetskog zračenja (X-zraka i? zračenja) na slobodnim (ili slabo vezanim) elektronima tvari, praćeno povećanjem valne duljine.
c) formiranje elementarnih parova naboja - elektron i pozitron - i priopćavanje kinetičke energije njima. Formiranje parova elektron-pozitron igra odlučujuću ulogu u apsorpciji visokoenergetskih gama zraka od strane tvari, a također, zajedno s kočnim zračenjem, u pojavi tzv. elektron-fotonskih pljuskova u kozmičkim zrakama. Procesi anihilacije (stvaranje para elektron-pozitron fotonom) i stvaranje parova drugih čestica našli su primjenu u znanstvenim istraživanjima. Dakle, raspodjela fotona koji nastaju tijekom anihilacije po njihovim kutovima širenja omogućuje pronalaženje raspodjele brzina elektrona u metalima (budući da vjerojatnost anihilacije pozitrona u tvari jako ovisi o relativnoj brzini pozitrona i elektrona uključenih u toplinsko gibanje). Poznavanje ove raspodjele potrebno je, na primjer, za izračunavanje specifičnog toplinskog kapaciteta metala pri vrlo niskim temperaturama. Drugi primjer: proizvodnjom parova elektron-pozitron mogu se dobiti informacije o visokoenergetskim fotonima nastalim u reakciji. Foton, kao i svaka druga nenabijena čestica, ne može se promatrati izravno, jer ne ostavlja vidljiv trag u detektorima čestica, kao što su oblačna komora, mjehurasta komora, nuklearna fotografska emulzija i sl., te o njegovoj energiji, impulsu , a također i o samoj činjenici njegovog nastanka može se prepoznati samo po paru koji proizvodi (a za foton niže energije, po Comptonovom povratnom elektronu, vidi Comptonov efekt).

Sva ionizirajuća zračenja dijele se na fotonska i korpuskularna.

Fotonsko ionizirajuće zračenje uključuje:

• a) Y-zračenje emitirano tijekom raspada radioaktivnih izotopa ili anihilacije čestica. Gama zračenje je po sebi elektromagnetsko zračenje kratke valne duljine, tj. tok visokoenergetskih kvanta elektromagnetske energije, čija je valna duljina mnogo manja od međuatomskih udaljenosti, tj. g
• b) X-zračenje koje nastaje kada se kinetička energija nabijenih čestica smanji i/ili kada se promijeni energetsko stanje elektrona atoma.

Korpuskularno ionizirajuće zračenje sastoji se od struje nabijenih čestica (alfa, beta čestica, protona, elektrona), čija je kinetička energija dovoljna da ionizira atome u sudaru. Neutroni i druge elementarne čestice ne proizvode izravno ionizaciju, ali u procesu interakcije s medijem oslobađaju nabijene čestice (elektrone, protone) koje mogu ionizirati atome i molekule medija kroz koji prolaze:

a) neutroni - jedine nenabijene čestice nastale u nekim reakcijama fisije jezgri atoma urana ili plutonija. Budući da su te čestice električki neutralne, prodiru duboko u bilo koju tvar, uključujući i živa tkiva. Posebnost neutronskog zračenja je njegova sposobnost pretvaranja atoma stabilnih elemenata u njihove radioaktivne izotope, tj. stvaraju inducirano zračenje, što dramatično povećava opasnost od neutronskog zračenja. Prodorna moć neutrona usporediva je s Y-zračenjem. Ovisno o razini nošene energije, uvjetno se razlikuju brzi neutroni (s energijama od 0,2 do 20 MeV) i toplinski neutroni (od 0,25 do 0,5 MeV). Ova se razlika uzima u obzir pri provođenju zaštitnih mjera. Brze neutrone usporavaju, gubeći energiju ionizacije, tvari male atomske težine (tzv. one koje sadrže vodik: parafin, voda, plastika itd.). Toplinske neutrone apsorbiraju materijali koji sadrže bor i kadmij (bor čelik, boral, bor grafit, legura kadmija i olova).

Alfa, beta i gama čestice imaju energiju od samo nekoliko megaelektronvolti, te ne mogu stvoriti inducirano zračenje;

• b) beta čestice - elektroni emitirani tijekom radioaktivnog raspada nuklearnih elemenata srednje ionizacijske i prodorne moći (trče u zraku do 10-20 m).
• c) alfa čestice - pozitivno nabijene jezgre atoma helija, a u svemiru i atoma drugih elemenata, emitirane tijekom radioaktivnog raspada izotopa teških elemenata - urana ili radija. Imaju nisku sposobnost prodora (trče u zraku - ne više od 10 cm), čak i ljudska koža za njih je nepremostiva prepreka. Opasni su samo kada uđu u tijelo, jer mogu izbaciti elektrone iz ljuske neutralnog atoma bilo koje tvari, pa tako i ljudskog tijela, i pretvoriti ga u pozitivno nabijen ion sa svim posljedicama koje iz toga proizlaze. raspravljati kasnije. Dakle, alfa čestica s energijom od 5 MeV formira 150 000 parova iona.

Riža. jedan

Kvantitativni sadržaj radioaktivnog materijala u ljudskom tijelu ili tvari definiran je pojmom "aktivnost radioaktivnog izvora" (radioaktivnost). Jedinica radioaktivnosti u SI sustavu je bekerel (Bq), što odgovara jednom raspadu u 1 s. Ponekad se u praksi koristi stara jedinica aktivnosti, curie (Ci). To je aktivnost takve količine tvari u kojoj se u 1 sekundi raspadne 37 milijardi atoma. Za prijevod se koristi sljedeća ovisnost: 1 Bq = 2,7 x 10 Ci ili 1 Ki = 3,7 x 10 Bq.

Svaki radionuklid ima nepromjenjivo, jedinstveno vrijeme poluraspada (vrijeme potrebno da tvar izgubi polovicu svoje aktivnosti). Na primjer, za uran-235 to je 4470 godina, dok je za jod-131 samo 8 dana.

Ionizirajuće zračenje je kombinacija raznih vrsta mikročestica i fizikalnih polja koja imaju sposobnost ionizirati tvar, odnosno u njoj stvarati električki nabijene čestice – ione.

ODJELJAK III. UPRAVLJANJE SIGURNOŠĆU ŽIVOTA I EKONOMSKI MEHANIZMI NJENOG OSIGURANJA

Postoji nekoliko vrsta ionizirajućeg zračenja: alfa, beta, gama i neutronsko zračenje.

alfa zračenje

U stvaranju pozitivno nabijenih alfa čestica sudjeluju 2 protona i 2 neutrona koji ulaze u sastav jezgri helija. Alfa čestice nastaju tijekom raspada jezgre atoma i mogu imati početnu kinetičku energiju od 1,8 do 15 MeV. Karakteristične značajke alfa zračenja su velika ionizirajuća i mala prodorna moć. Pri kretanju alfa čestice vrlo brzo gube energiju, a to uzrokuje da ona nije dovoljna ni za svladavanje tankih plastičnih površina. Općenito, vanjsko zračenje alfa česticama, ako ne računamo visokoenergetske alfa čestice dobivene pomoću akceleratora, ne šteti ljudima, ali prodiranje čestica u tijelo može biti opasno za zdravlje, jer alfa radionuklidi imaju dugo vrijeme poluraspada i visoko su ionizirani. Ako se progutaju, alfa čestice često mogu biti opasnije od beta i gama zračenja.

beta zračenje

Nabijene beta čestice, čija je brzina bliska brzini svjetlosti, nastaju kao rezultat beta raspada. Beta zrake su prodornije od alfa zraka - mogu izazvati kemijske reakcije, luminiscenciju, ionizirati plinove i djelovati na fotografske ploče. Kao zaštita od protoka nabijenih beta čestica (energija ne veća od 1 MeV), bit će dovoljno koristiti običnu aluminijsku ploču debljine 3-5 mm.

Fotonsko zračenje: gama zračenje i x-zrake

Fotonsko zračenje uključuje dvije vrste zračenja: rendgensko (može biti kočno i karakteristično) i gama zračenje.

Najčešći oblik fotonskog zračenja je vrlo visoka energija na gama česticama ultrakratke valne duljine, koje su tok visokoenergetskih fotona bez naboja. Za razliku od alfa i beta zraka, gama čestice se ne odbijaju od magnetskih i električnih polja i imaju mnogo veću prodornu moć. U određenim količinama i pri određenom trajanju izloženosti, gama zračenje može uzrokovati radijacijsku bolest i dovesti do raznih onkoloških bolesti. Samo tako teški kemijski elementi kao što su, na primjer, olovo, osiromašeni uran i volfram mogu spriječiti širenje toka gama čestica.

neutronsko zračenje

Izvor neutronskog zračenja mogu biti nuklearne eksplozije, nuklearni reaktori, laboratorijska i industrijska postrojenja.

Sami neutroni su električki neutralne, nestabilne (vrijeme poluraspada slobodnog neutrona je oko 10 minuta) čestice, koje se, zbog činjenice da nemaju naboj, odlikuju velikom prodornom moći s niskim stupnjem interakcije s materijom. Neutronsko zračenje je vrlo opasno, stoga se za zaštitu od njega koriste brojni posebni materijali, uglavnom koji sadrže vodik. Najbolje od svega je što neutronsko zračenje apsorbira obična voda, polietilen, parafin i otopine hidroksida teških metala.

Kako ionizirajuće zračenje utječe na tvari?

Sve vrste ionizirajućeg zračenja u određenoj mjeri djeluju na različite tvari, no ono je najizraženije kod gama čestica i neutrona. Dakle, s produljenom izloženošću mogu značajno promijeniti svojstva različitih materijala, promijeniti kemijski sastav tvari, ionizirati dielektrike i imati destruktivan učinak na biološka tkiva. Prirodna pozadina zračenja neće donijeti veliku štetu osobi, međutim, pri rukovanju umjetnim izvorima ionizirajućeg zračenja treba biti vrlo oprezan i poduzeti sve potrebne mjere kako bi se razina izloženosti zračenju na tijelu svela na najmanju moguću mjeru.

Vrste ionizirajućeg zračenja i njihova svojstva

Ionizirajuće zračenje je tok čestica i elektromagnetskih kvanta, uslijed čega se na mediju stvaraju različito nabijeni ioni.

Različite vrste zračenja praćene su oslobađanjem određene količine energije i imaju različitu prodornu moć, pa različito djeluju na organizam. Najveću opasnost za čovjeka predstavljaju radioaktivna zračenja, kao što su y-, rendgensko, neutronsko, a- i b-zračenje.

X-zrake i y-zračenje su tokovi kvantne energije. Gama zrake imaju kraće valne duljine od x zraka. Po svojoj prirodi i svojstvima ova se zračenja ne razlikuju mnogo jedna od drugih, imaju veliku prodornu moć, pravocrtnost širenja i sposobnost stvaranja sekundarnog i raspršenog zračenja u mediju kroz koji prolaze. Međutim, dok se rendgenske zrake obično proizvode elektronički, y-zrake emitiraju nestabilni ili radioaktivni izotopi.

Preostale vrste ionizirajućeg zračenja su čestice tvari koje se brzo kreću (atomi) od kojih neke nose električni naboj, druge ne.

Neutroni su jedine nenabijene čestice nastale bilo kojom radioaktivnom transformacijom, čija je masa jednaka onoj protona. Budući da su te čestice električki neutralne, prodiru duboko u bilo koju tvar, uključujući i živa tkiva. Neutroni su osnovne čestice od kojih su građene jezgre atoma.

Pri prolasku kroz materiju stupaju u interakciju samo s jezgrama atoma, prenose im dio svoje energije i same mijenjaju smjer kretanja. Jezgre atoma "iskaču" iz elektronske ljuske i prolazeći kroz tvar proizvode ionizaciju.

Elektroni su lagane negativno nabijene čestice koje postoje u svim stabilnim atomima. Elektroni se vrlo često koriste pri radioaktivnom raspadu tvari i tada se nazivaju β-česticama. Mogu se dobiti i u laboratoriju. Energija koju elektroni gube pri prolasku kroz tvar troši se na pobuđivanje i ionizaciju, kao i na stvaranje kočnog zračenja.

Alfa čestice su jezgre atoma helija, bez orbitalnih elektrona i sastoje se od dva protona i dva neutrona koji su međusobno povezani. Imaju pozitivan naboj, relativno su teški i dok prolaze kroz tvar, proizvode ionizaciju tvari velike gustoće.

Obično se a-čestice emitiraju tijekom radioaktivnog raspada prirodnih teških elemenata (radij, torij, uran, polonij, itd.).

Nabijene čestice (elektroni i jezgre atoma helija), prolazeći kroz tvar, stupaju u interakciju s elektronima atoma, pri čemu gube 35, odnosno 34 eV. U tom slučaju jedna polovica energije troši se na ionizaciju (odvajanje elektrona od atoma), a druga polovica na pobuđivanje atoma i molekula medija (prijenos elektrona na ljusku udaljeniju od jezgre ).

Broj ioniziranih i pobuđenih atoma koje formira a-čestica po jedinici duljine staze u mediju stotinama je puta veći od broja p-čestica (tablica 5.1).

Tablica 5.1. Raspon a- i b-čestica različitih energija u mišićnom tkivu

To je zbog činjenice da je masa a-čestice oko 7000 puta veća od mase beta-čestice, stoga je pri istoj energiji njezina brzina puno manja od brzine beta-čestice.

α-čestice emitirane tijekom radioaktivnog raspada imaju brzinu od približno 20 tisuća km/s, dok je brzina β-čestica bliska brzini svjetlosti i iznosi 200...270 tisuća km/s. Očito je da što je manja brzina čestice, to je veća vjerojatnost njezine interakcije s atomima medija, a samim tim i veći gubitak energije po jedinici puta u mediju, što znači manji domet. Iz tablice. 5.1 proizlazi da je domet a-čestica u mišićnom tkivu 1000 puta manji od dometa β-čestica iste energije.

Kada ionizirajuće zračenje prolazi kroz žive organizme, ono svoju energiju neravnomjerno prenosi na biološka tkiva i stanice. Kao rezultat toga, unatoč maloj količini energije koju apsorbiraju tkiva, neke stanice žive tvari bit će značajno oštećene. Ukupni učinak ionizirajućeg zračenja lokaliziranog u stanicama i tkivima prikazan je u tablici. 5.2.

Tablica 5.2. Biološki učinak ionizirajućeg zračenja

Primarne radijacijsko-kemijske promjene u molekulama mogu se temeljiti na dva mehanizma: 1) izravno djelovanje, kada određena molekula prolazi kroz promjene (ionizaciju, ekscitaciju) neposredno nakon interakcije sa zračenjem; 2) neizravno djelovanje, kada molekula ne apsorbira izravno energiju ionizirajućeg zračenja, već je prima prijenosom od druge molekule.

Poznato je da u biološkom tkivu 60...70% mase čini voda. Stoga razmotrimo razliku između izravnih i neizravnih učinaka zračenja na primjeru zračenja vode.

Pretpostavimo da je molekula vode ionizirana nabijenom česticom, zbog čega gubi elektron:

H2O -> H20+e - .

Ionizirana molekula vode reagira s drugom neutralnom molekulom vode, što rezultira stvaranjem visoko reaktivnog hidroksilnog radikala OH:

H2O + H2O -> H3O + + OH *.

Izbačeni elektron također vrlo brzo prenosi energiju na okolne molekule vode, iu ovom slučaju nastaje visoko pobuđena molekula vode H2O*, koja disocira na dva radikala, H* i OH*:

H2O + e- -> H2O*H' + OH'.

Slobodni radikali sadrže nesparene elektrone i izuzetno su reaktivni. Njihov životni vijek u vodi nije duži od 10-5 s. Tijekom tog vremena oni se međusobno rekombiniraju ili reagiraju s otopljenim supstratom.

U prisutnosti kisika otopljenog u vodi nastaju i drugi produkti radiolize: slobodni radikal hidroperoksida HO2, vodikov peroksid H2O2 i atomski kisik:

H * + O2 -> HO2;
HO*2 + HO2 -> H2O2 +20.

U stanici živog organizma situacija je znatno složenija nego u slučaju zračenja vode, pogotovo ako je apsorbirajuća tvar velike i višekomponentne biološke molekule. U tom slučaju nastaju organski radikali D*, koji se također odlikuju izrazito visokom reaktivnošću. S velikom količinom energije lako mogu dovesti do kidanja kemijskih veza. Upravo se taj proces najčešće događa u intervalu između stvaranja ionskih parova i stvaranja konačnih kemijskih proizvoda.

Osim toga, biološki učinak pojačan je utjecajem kisika. Visoko reaktivni produkt DO2* (D* + O2 -> DO2*), koji također nastaje kao rezultat interakcije slobodnog radikala s kisikom, dovodi do stvaranja novih molekula u ozračenom sustavu.

Slobodni radikali i molekule oksidansa proizvedene u procesu radiolize vode, visoke kemijske aktivnosti, stupaju u kemijske reakcije s proteinskim molekulama, enzimima i drugim strukturnim elementima biološkog tkiva, što dovodi do promjene bioloških procesa u organizmu. Kao rezultat toga, metabolički procesi su poremećeni, aktivnost enzimskih sustava je potisnuta, rast tkiva usporava se i zaustavlja, pojavljuju se novi kemijski spojevi koji nisu karakteristični za tijelo - toksini. To dovodi do poremećaja vitalne aktivnosti pojedinih sustava ili organizma u cjelini.

Kemijske reakcije izazvane slobodnim radikalima uključuju mnoge stotine i tisuće molekula na koje zračenje ne utječe. To je specifičnost djelovanja ionizirajućeg zračenja na biološke objekte. Niti jedna druga vrsta energije (toplinska, električna itd.), koju biološki objekt apsorbira u istoj količini, ne dovodi do takvih promjena kao što ih uzrokuje ionizirajuće zračenje.

Neželjeni učinci zračenja izloženosti zračenju na ljudski organizam uvjetno se dijele na somatske (soma – grčki “tijelo”) i genetske (nasljedne).

Somatski učinci očituju se izravno u samoj ozračenoj osobi, a genetski u njegovom potomstvu.

Tijekom proteklih desetljeća čovjek je stvorio velik broj umjetnih radionuklida čija je uporaba dodatno opterećenje prirodne radijacijske pozadine Zemlje i povećava dozu zračenja za ljude. No, usmjereno isključivo u miroljubive svrhe, ionizirajuće zračenje je korisno za čovjeka, te je danas teško navesti područje znanja ili nacionalno gospodarstvo koje ne koristi radionuklide ili druge izvore ionizirajućeg zračenja. Do početka 21. stoljeća "miroljubivi atom" našao je svoju primjenu u medicini, industriji, poljoprivredi, mikrobiologiji, energetici, istraživanju svemira i drugim područjima.

Vrste zračenja i međudjelovanje ionizirajućeg zračenja s materijom

Korištenje nuklearne energije postalo je vitalna nužnost za postojanje suvremene civilizacije, a ujedno i ogromna odgovornost, budući da se ovaj izvor energije mora koristiti što je moguće racionalnije i pažljivije.

Korisna značajka radionuklida

Zbog radioaktivnog raspada, radionuklid "daje signal", određujući time svoju lokaciju. Koristeći posebne uređaje koji bilježe signal raspada čak i pojedinačnih atoma, znanstvenici su naučili koristiti te tvari kao indikatore za pomoć u istraživanju raznih kemijskih i bioloških procesa koji se odvijaju u tkivima i stanicama.

Vrste tehnogenih izvora ionizirajućeg zračenja

Svi umjetni izvori ionizirajućeg zračenja mogu se podijeliti u dvije vrste.

• Medicinski - koristi se i za dijagnosticiranje bolesti (na primjer, rendgenski i fluorografski uređaji) i za provođenje postupaka radioterapije (na primjer, radioterapijske jedinice za liječenje raka). Također, u medicinske izvore AI spadaju i radiofarmaci (radioaktivni izotopi ili njihovi spojevi s različitim anorganskim ili organskim tvarima), koji se mogu koristiti kako za dijagnostiku bolesti tako i za njihovo liječenje.
• Industrijski - umjetni radionuklidi i generatori:
  • u energetskom sektoru (reaktori nuklearnih elektrana);
  • u poljoprivredi (za selekciju i istraživanje učinkovitosti gnojiva)
  • u sferi obrane (gorivo za brodove na nuklearni pogon);
  • u graditeljstvu (ispitivanje metalnih konstrukcija bez razaranja).

Prema statičkim podacima, obujam proizvodnje radionuklidnih proizvoda na svjetskom tržištu u 2011. iznosio je 12 milijardi dolara, a do 2030. očekuje se da će se ta brojka ušesterostručiti.

Prva istraživanja ionizirajućeg zračenja provedena su krajem 19. stoljeća. Godine 1895. njemački fizičar V.K. Roentgen je otkrio "X-zrake", kasnije nazvane x-zrake. Godine 1896. francuski fizičar A. Becquerel otkrio je tragove prirodne radioaktivnosti uranovih soli na fotografskim pločama. Godine 1898. supružnici Marie i Pierre Curie otkrili su da se uran nakon zračenja pretvara u druge kemijske elemente. Jedan od tih elemenata nazvali su "radij" (Ra) (od latinskog "zračeći").

Ionizirajuće zračenje je zračenje čija interakcija s okolinom dovodi do stvaranja iona različitih predznaka. Ionizirajuće zračenje dijeli se na korpuskularno i fotonsko.

Korpuskularno zračenje uključuje: a, b-, protonsko i neutronsko zračenje.

a-zračenje je tok jezgri helija nastalih radioaktivnim raspadom. Imaju masu 4 i naboj +2. Oko 160 prirodnih i tehnogenih radionuklida pripada a-emiteru, od kojih se većina nalazi na kraju periodnog sustava elemenata (nuklearni naboj > 82). a-čestice se šire u medijima ravnom linijom, imaju neznatan domet (udaljenost na kojoj čestice gube svoju energiju u interakciji s materijom): u zraku - manje od 10 cm; u biološkim tkivima 30-150 mikrona. a - čestice imaju visoku ionizirajuću i malu prodornu moć.

b-zračenje je tok elektrona i pozitrona. Njihova masa je nekoliko desetaka tisuća puta manja od mase a-čestica. U b-emitere spada oko 690 prirodnih i tehnogenih emitera. Domet b-čestica u zraku je nekoliko metara, au biološkim tkivima - oko 1 cm.Imaju veću moć prodora od a-čestica, ali manje ionizirajuće.

protonsko zračenje je tok jezgri vodika.

neutronsko zračenje je tok nuklearnih čestica koje nemaju naboj s masom bliskom masi protona. Slobodne neutrone hvataju jezgre. U tom slučaju jezgre prelaze u pobuđeno stanje i fisiraju uz oslobađanje g-kvanta, neutrona i odgođenih neutrona. Zahvaljujući odgođenim neutronima kontrolira se reakcija fisije u nuklearnim reaktorima. Neutronsko zračenje ima veću ionizirajuću sposobnost u usporedbi s drugim vrstama korpuskularnog zračenja.

Foton je kvant energije elektromagnetskog zračenja visoke frekvencije. Fotonsko zračenje se dijeli na rendgensko i g-zračenje. Imaju visoku prodornu i nisku sposobnost ioniziranja.

rendgensko zračenje- radi se o umjetnom elektromagnetskom zračenju koje nastaje u rendgenskim cijevima ("X - zrake").

g zračenje – To je elektromagnetsko zračenje prirodnog porijekla. g-zrake se šire pravocrtno, ne odstupaju u električnim i magnetskim poljima i imaju veliki domet u zraku.

Izravno ionizirajuće zračenje- ovo je zračenje koje se sastoji od nabijenih čestica, na primjer, a, b-čestica. Neizravno ionizirajuće zračenje je zračenje koje se sastoji od nenabijenih čestica kao što su neutroni ili fotoni. Oni stvaraju sekundarno zračenje u mediju kroz koji prolaze.

Ionizirajuće zračenje opisuje se sljedećim fizikalnim veličinama

Djelovanje tvari A određeno brzinom radioaktivnog raspada:

gdje je: dN broj spontanih nuklearnih transformacija tijekom vremena dt.

Jedinice aktivnosti:

u SI sustavu - Becquerel: 1 Bq = 1 spread / s

jedinica izvan sustava - Curie: 1 Ci = 3,7. 10 10 rasp/s, što odgovara aktivnosti 1 g čistog Ra.

Vrijeme poluraspada T 1/2- vrijeme potrebno za smanjenje aktivnosti radionuklida za 2 puta. Za U-238 T 1/2 = 4,56. 10 9 godina, za Ra-226 T 1/2 = 1622 godine.

Doza izloženosti X je energija ionizirajućeg zračenja, koja uzrokuje stvaranje naboja dQ istog predznaka u zraku u elementarnom volumenu, s masom dm.

Jedinice ekspozicije:

u SI sustavu 1 C/kg = 3880 R.

jedinica izvan sustava - RTG: 1 R

Apsorbirana doza D određena je količinom apsorbirane energije dE po jedinici mase ozračene tvari dm.

Jedinice apsorbirane doze:

SI sivo: 1 Gy

jedinica izvan sustava 1 rad = 0,01 Gy

1 P = 0,87 rad

1 rad = 1,14 R

Naziv "rad" - od prvih slova pojma "apsorbirana doza zračenja".

Ekvivalentna doza HR pokazuje opasnost od različitih vrsta izloženosti zračenju bioloških tkiva i jednaka je:

gdje je: W R težinski koeficijent koji odražava opasnost od jedne ili druge vrste ionizirajućeg zračenja za tijelo.

x-zrake, g-zračenje, b-zračenje W R = 1;

neutroni W R = 5-20;

a-čestica W R = 20.

Jedinice ekvivalenta doze:

u SI sustavu 1 Sv u čast švedskog znanstvenika Sieverta

izvansustavna jedinica - 1 rem = 0,01 Sv

rem je biološki ekvivalent rad.

Efektivna ekvivalentna doza H E- to je vrijednost rizika od dugotrajnih učinaka izloženosti cjelokupnog ljudskog tijela i njegovih pojedinih organa, uzimajući u obzir njihovu radioosjetljivost. Različiti organi i tkiva imaju različitu osjetljivost na zračenje. Na primjer, za istu ekvivalentnu dozu HR zračenja veća je vjerojatnost pojave raka pluća nego raka štitnjače. Stoga je uveden koncept efektivne ekvivalentne doze.

gdje je: W T težinski faktor za biološko tkivo.

Zavod za onkologiju, radioterapiju i radijacijsku dijagnostiku

glava odjel: prof., d.m.s. Redkin Aleksandar Nikolajevič

Predavač: dr. sc. Čerkasova Irina Ivanovna

Sažetak na temu: "Fizika ionizirajućeg zračenja"

Dovršila: Vasilchenko Marina Gennadievna

Zračenje koje se koristi u medicinskoj radiologiji dijeli se u 2 skupine:

1) Ionizirajuće zračenje

2) Neionizirajuće zračenje, koje uključuje radio valove, infracrveno zračenje i ultrazvučne valove u rasponu od 1-15 MHz.

Ionizirana radiacija- to su elektromagnetska zračenja koja nastaju ionizacijom atoma, njihovim radioaktivnim raspadom, tvoreći ione različitih predznaka u interakciji s okolinom.

Ionizirajuće zračenje se uvjetno dijeli u 2 skupine:

1) Korpuskularni

2) fotonski (kvantni)

Korpuskularno ionizirajuće zračenje

Ovo zračenje je tok elementarnih čestica:

α – čestice, β – čestice (elektroni, pozitroni), protoni, neutroni, mezoni itd. Imaju naboj, masu i energiju, za razliku od fotona.

alfa zračenje predstavlja struju jezgri atoma helija, ima masu 4 c.u. i napuni +2. Energija alfa čestica je 4-7 MeV. Domet alfa čestica u zraku doseže 8-10 cm, u biološkom tkivu 50-70 mikrometara (mk). Budući da je domet alfa čestica u tvari mali, a energija vrlo visoka, gustoća ionizacije po jedinici duljine dometa je vrlo visoka (do 10 tisuća parova iona po 1 cm).

beta zračenje - protok elektrona ili pozitrona tijekom radioaktivnog raspada. Beta čestice imaju masu jednaku 1/1838 mase atoma vodika, jedan negativan (beta čestica) ili pozitivan (pozitron) naboj. Energija beta zračenja ne prelazi nekoliko MeV. Raspon u zraku je od 0,5 do 2 m, u tkivima - 1-2 cm Njihova ionizirajuća sposobnost je niža od alfa čestica (nekoliko desetaka parova iona po 1 cm staze).

Neutroni su neutralne čestice koje imaju masu atoma vodika. U interakciji s materijom gube energiju u elastičnim i neelastičnim sudarima.

Kada korpuskularno zračenje stupa u interakciju s materijom, elementarne čestice predaju svoju energiju atomima tkiva, uzrokujući njihovu ionizaciju i raspad u suprotno nabijene čestice (ione).

Protoni i α-čestice, velike mase, naboja i energije, kreću se u tkivima pravocrtno i tvore guste nakupine iona.

Elektron, male mase, putuje vijugavom stazom u tkivima i mijenja smjer kretanja pod djelovanjem električnih polja atoma.

Ovisno o masi jezgre i energiji neutrona, potonji se dijele na brze i spore. Brzi neutroni gube energiju kao rezultat sudara s jezgrama vodika ili istiskuju protone. Spore i toplinske hvataju atomi lakih elemenata poput natrija, fosfora, klora i postaju radioaktivni (tzv. inducirana radioaktivnost).

Kvantno ionizirajuće zračenje

To je elektromagnetsko zračenje koje se sastoji od fotona, čestica koje nemaju masu i naboj, ali imaju veliku energiju i kreću se brzinom svjetlosti.

Kvantno ionizirajuće zračenje uključuje:

- γ-zračenje

X-zračenje (kočno zračenje; karakteristika)

γ zračenje- fotonsko zračenje koje nastaje pri promjeni energetskog stanja atomskih jezgri, tijekom nuklearnih transformacija ili tijekom anihilacije čestica. Ima energiju od nekoliko tisuća do nekoliko milijuna elektron volti. Širi se, poput X-zraka, u zraku brzinom svjetlosti. Ionizirajuća sposobnost γ-zračenja mnogo je manja od sposobnosti α- i β-čestica. γ-zračenje ima veliku prodornu moć, koja varira u širokom rasponu.

rendgensko zračenje- fotonsko zračenje, koje se sastoji od kočnog i (ili) karakterističnog zračenja, javlja se u rendgenskim cijevima, akceleratorima elektrona, s energijom fotona ne većom od 1 MeV. Zauzima područje elektromagnetskog spektra između gama i ultraljubičastog zračenja i predstavlja elektromagnetsko zračenje valne duljine od 10 -14 do 10 -7 m.

A) Kočno zračenje - fotonsko zračenje s kontinuiranim energetskim spektrom, koje nastaje kada kinetička energija nabijenih čestica opada.

B) Karakteristično zračenje je fotonsko zračenje s diskretnim energetskim spektrom koje nastaje kada elektroni mijenjaju energetske razine.

X-zračenje, kao i gama-zračenje, ima veliku prodornu moć i nisku gustoću ionizacije medija.

Glavni Svojstva x-zrake

Nevidljivost- osjetljive stanice ljudske mrežnice ne reagiraju na x-zrake, budući da je njihova valna duljina tisućama puta manja od vidljive svjetlosti;

Pravocrtno širenje- zrake se lome, polariziraju (šire u određenoj ravnini) i prelamaju, poput vidljive svjetlosti. Indeks loma se vrlo malo razlikuje od jedinice;

fotografska akcija- razgrađuju spojeve srebrnog halida, uključujući one koji se nalaze u fotografskim emulzijama, što omogućuje dobivanje x-zraka;

prodorna moć, na kojem se temelji rendgenska dijagnostika, ovisi o gustoći tkiva. Dakle, koštano tkivo ima najveću gustoću, a time i apsorpcijsku sposobnost, stoga tijekom rendgenskog pregleda daje zamračenje visokog intenziteta. Parenhimski organi također izgledaju kao zamračenje, ali odgađaju X-zrake 2 puta manje, a zamračenje ima prosječan intenzitet. Zrak ne zadržava zrake i stvara prosvjetljenje, poput, na primjer, plućnog tkiva, koje predstavljaju alveole ispunjene zrakom.

Luminescentno djelovanje- uzrokuju luminiscenciju niza kemijskih spojeva (fosfora), to je osnova tehnike prijenosa X-zraka. Intenzitet sjaja ovisi o strukturi fluorescentne tvari, njezinoj količini i udaljenosti od izvora x-zraka. Fosfori se koriste ne samo za dobivanje slike predmeta koji se proučavaju na fluoroskopskom ekranu, već iu radiografiji, gdje omogućuju povećanje izloženosti zračenju radiografskom filmu u kaseti zbog upotrebe pojačavajućih ekrana, površinski sloj koji je izrađen od fluorescentnih tvari;

ionizirajuće svojstvo je da pod djelovanjem X-zraka u bilo kojem mediju kroz koji prolaze nastaju ioni po čijem se broju prosuđuje doza zračenja. Na tom se svojstvu temelji metoda dozimetrije - mjerenje doze pomoću raznih vrsta posebnih uređaja - dozimetara. Dozimetriju provode posebne službe odjela.

Biološki ili štetni učinak ionizirajućeg zračenja na ljudsko tijelo čini nužnom zaštititi i osoblje rendgenskih soba i pacijente pri provođenju metoda rendgenske dijagnostike. Istodobno se ovo svojstvo koristi u terapiji zračenjem za liječenje tumorskih i netumorskih bolesti.

Zakon inverznog kvadrata- kod točkastog izvora X-zračenja intenzitet opada proporcionalno kvadratu udaljenosti do izvora.

Vrste interakcije fotona s atomima medija:

A) Fotoelektrični efekt (pri niskim energijama fotona) - foton izvlači elektrone iz atoma dajući mu svoju energiju.

B) Comptonovo neelastično raspršenje elektrona na atomima (s energijama do 1 MeV) - i sam foton i od njega formirani povratni elektroni također uzrokuju ionizaciju tvari. Foton izbacuje elektron, gubi dio energije i mijenja svoj smjer. Oba ova učinka uzrokuju maksimalnu apsorpciju energije u površinskom sloju tkiva (do 0,5 cm), gdje se formira najveći broj sekundarnih elektrona.

C) Stvaranje parova elementarnih čestica (pri energiji većoj od 1 MeV) – uzrokuje maksimalne ionizacijske radnje u dubini tkiva. Nastaju parovi elektron-pozitron. Sam foton nestaje. Pozitron brzo gubi energiju i spaja se s nadolazećim elektronom. Nakon toga obje čestice nestaju (anihilacija) i umjesto njih se pojavljuju 2 fotona koji se razilaze u suprotnim smjerovima. Njihova energija je 2 puta manja od izvornog fotona.

Jedinice doze zračenja

Apsorbirana doza

Apsorbirana doza(D) - vrijednost jednaka omjeru energije ΔΕ prenesene na element ozračene tvari i mase Δm ovog elementa:

SI jedinica apsorbirane doze je siva (Gy), u čast engleskog fizičara i radiobiologa Louisa Harolda Greya.

1 gr - To je apsorbirana doza ionizirajućeg zračenja bilo koje vrste, pri kojoj 1 kg mase tvari apsorbira energiju 1 J energije zračenja.

U praktičnoj dozimetriji obično se koristi izvansustavna jedinica apsorbirane doze - radostan(1 radostan= 10 -2 Gr).

Ekvivalent doze

Vrijednost apsorbirana doza uzima u obzir samo energiju prenesenu na ozračeni objekt, ali ne uzima u obzir "kvalitetu zračenja". koncept kvaliteta zračenja karakterizira sposobnost određene vrste zračenja da proizvede različite učinke zračenja. Za procjenu kvalitete zračenja uvodi se parametar - faktor kvalitete To je regulirana vrijednost, njezine vrijednosti utvrđuju posebne komisije i uključene su u međunarodne standarde namijenjene kontroli opasnosti od zračenja.