Rrezatimi foton (është edhe gama, është edhe rreze x, është edhe bremsstrahlung, është gjithashtu karakteristik). Në fakt, këta janë emrat e të njëjtit rrezatim total - foton, vetëm në energji të ndryshme fotonike dhe të marra në mënyra të ndryshme.

Kur rrezet X kalojnë nëpër një substancë të ngurtë, të lëngët ose të gaztë, ato ndërveprojnë me elektronet, me ngurtësi shumë të lartë, dhe me bërthamat e atomeve të elementeve që përbëjnë substancën dhe në të njëjtën kohë humbasin një pjesë të energjisë së tyre për shkak të :
1) absorbimi i vërtetë, d.m.th. shndërrimi i energjisë së tyre në lloje të tjera të energjisë;
2) shpërndarje, d.m.th. ndryshimet në drejtimin e përhapjes së rrezeve pa ndryshuar gjatësinë dhe me ndryshimin e gjatësisë valore.
Proceset elementare parësore të përthithjes së vërtetë të rrezeve X, d.m.th. shndërrimi i energjisë së tyre në energji kinetike të elektroneve janë:
a) efekti fotoelektrik - tërheqja e elektroneve nga atomet e një substance thithëse dhe dhënia e energjisë kinetike në to (thithja fotoelektrike);
b) Efekti Compton - shpërndarje koherente dhe jokoherente, d.m.th. me një ndryshim në gjatësinë e valës dhe transferimin e një pjese të energjisë në elektronin shpërndarës; Efekti Compton quhet shpërhapje elastike e rrezatimit elektromagnetik me valë të shkurtër (rrezatimet me rreze X dhe?) në elektronet e lira (ose të lidhura dobët) të një lënde, shoqëruar me një rritje të gjatësisë valore.
c) formimi i çifteve elementare të ngarkesave - një elektron dhe një pozitron - dhe komunikimi i energjisë kinetike me to. Formimi i çifteve elektron-pozitron luan një rol vendimtar në përthithjen e rrezeve gama me energji të lartë nga materia, dhe gjithashtu, së bashku me bremsstrahlung, në shfaqjen e të ashtuquajturave shira elektron-foton në rrezet kozmike. Proceset e asgjësimit (prodhimi i një çifti elektron-pozitron nga një foton) dhe prodhimi i çifteve të grimcave të tjera kanë gjetur zbatim në kërkimin shkencor. Kështu, shpërndarja e fotoneve që lindin gjatë asgjësimit mbi këndet e tyre të zgjerimit bën të mundur gjetjen e shpërndarjes së shpejtësisë së elektroneve në metale (pasi probabiliteti i asgjësimit të pozitronit në një substancë varet fuqimisht nga shpejtësia relative e pozitronit dhe elektronit të përfshirë në lëvizjen termike). Njohja e kësaj shpërndarjeje është e nevojshme, për shembull, për të llogaritur kapacitetin termik specifik të metaleve në temperatura shumë të ulëta. Një shembull tjetër: me prodhimin e çifteve elektron-pozitron, mund të merret informacion për fotonet me energji të lartë të formuar në reaksion. Një foton, si çdo grimcë tjetër e pa ngarkuar, nuk mund të vëzhgohet drejtpërdrejt, pasi nuk lë gjurmë të dukshme në detektorët e grimcave, të tilla si një dhomë reje, një dhomë flluskë, një emulsion fotografik bërthamor, etj., dhe në lidhje me energjinë e tij, momentin. , dhe gjithashtu për vetë faktin e formimit të tij mund të njihet vetëm nga çifti që prodhon (dhe për një foton me energji më të ulët, nga elektroni i kthimit të Compton, shihni efektin Compton).

Të gjitha rrezatimet jonizuese ndahen në fotone dhe korpuskulare.

Rrezatimi foton-jonizues përfshin:

• a) Rrezatimi Y i emetuar gjatë zbërthimit të izotopeve radioaktive ose asgjësimit të grimcave. Rrezatimi gama është, për nga natyra e tij, rrezatim elektromagnetik me gjatësi vale të shkurtër, d.m.th. një rrymë kuantesh energjie elektromagnetike me energji të lartë, gjatësia valore e së cilës është shumë më e vogël se distancat ndëratomike, d.m.th. y
• b) Rrezatimi me rreze X që ndodh kur energjia kinetike e grimcave të ngarkuara zvogëlohet dhe/ose kur ndryshon gjendja energjetike e elektroneve të atomit.

Rrezatimi jonizues korpuskular përbëhet nga një rrymë grimcash të ngarkuara (grimca alfa, beta, protone, elektrone), energjia kinetike e të cilave është e mjaftueshme për të jonizuar atomet në një përplasje. Neutronet dhe grimcat e tjera elementare nuk prodhojnë drejtpërdrejt jonizimin, por në procesin e ndërveprimit me mjedisin ata lëshojnë grimca të ngarkuara (elektrone, protone) që mund të jonizojnë atomet dhe molekulat e mediumit nëpër të cilin kalojnë:

a) neutronet - të vetmet grimca të pakarikuara të formuara në disa reaksione të ndarjes së bërthamave të atomeve të uraniumit ose plutoniumit. Meqenëse këto grimca janë elektrikisht neutrale, ato depërtojnë thellë në çdo substancë, duke përfshirë indet e gjalla. Një tipar dallues i rrezatimit neutron është aftësia e tij për të shndërruar atomet e elementeve të qëndrueshme në izotopet e tyre radioaktive, d.m.th. krijojnë rrezatim të induktuar, i cili rrit në mënyrë dramatike rrezikun e rrezatimit neutron. Fuqia depërtuese e neutroneve është e krahasueshme me rrezatimin Y. Në varësi të nivelit të energjisë së bartur, me kusht dallohen neutronet e shpejta (me energji nga 0,2 deri në 20 MeV) dhe neutronet termike (nga 0,25 në 0,5 MeV). Ky ndryshim merret parasysh gjatë kryerjes së masave mbrojtëse. Neutronet e shpejta ngadalësohen, duke humbur energjinë e jonizimit, nga substancat me peshë atomike të ulët (të ashtuquajturat ato që përmbajnë hidrogjen: parafina, uji, plastika etj.). Neutronet termike absorbohen nga materialet që përmbajnë bor dhe kadmium (çelik bor, boral, grafit bor, aliazh kadmium-plumb).

Grimcat alfa, beta dhe gama kanë një energji prej vetëm disa megaelektronvolt, dhe nuk mund të krijojnë rrezatim të induktuar;

• b) grimcat beta - elektronet e emetuara gjatë zbërthimit radioaktiv të elementeve bërthamore me një fuqi të ndërmjetme jonizuese dhe depërtuese (që qarkullojnë në ajër deri në 10-20 m).
• c) grimcat alfa - bërthama të ngarkuara pozitivisht të atomeve të heliumit, dhe në hapësirën e jashtme dhe atomet e elementeve të tjerë, të emetuara gjatë zbërthimit radioaktiv të izotopeve të elementeve të rënda - uraniumit ose radiumit. Ata kanë një aftësi të ulët depërtuese (vrapojnë në ajër - jo më shumë se 10 cm), madje edhe lëkura e njeriut është një pengesë e pakapërcyeshme për ta. Ato janë të rrezikshme vetëm kur hyjnë në trup, pasi janë në gjendje të nxjerrin elektronet nga guaska e një atomi neutral të çdo substance, përfshirë trupin e njeriut, dhe ta kthejnë atë në një jon të ngarkuar pozitivisht me të gjitha pasojat që pasojnë. të diskutohet më vonë. Kështu, një grimcë alfa me një energji prej 5 MeV formon 150,000 çifte jonesh.

Oriz. një

Përmbajtja sasiore e materialit radioaktiv në trupin ose substancën e njeriut përcaktohet me termin "aktiviteti i burimit radioaktiv" (radioaktiviteti). Njësia e radioaktivitetit në sistemin SI është bekereli (Bq), i cili korrespondon me një zbërthim në 1 s. Ndonjëherë në praktikë përdoret njësia e vjetër e veprimtarisë, kuri (Ci). Ky është aktiviteti i një sasie të tillë të një lënde në të cilën 37 miliardë atome kalbet në 1 sekondë. Për përkthim, përdoret varësia e mëposhtme: 1 Bq = 2,7 x 10 Ci ose 1 Ki = 3,7 x 10 Bq.

Çdo radionuklid ka një gjysmë jetë të pandryshueshme, unike (koha e nevojshme që substanca të humbasë gjysmën e aktivitetit të saj). Për shembull, për uranium-235 është 4,470 vjet, ndërsa për jod-131 është vetëm 8 ditë.

Rrezatimi jonizues është një kombinim i llojeve të ndryshme të mikrogrimcave dhe fushave fizike që kanë aftësinë të jonizojnë një substancë, domethënë të formojnë grimca të ngarkuara elektrike në të - jone.

SEKSIONI III. MENAXHIMI I SIGURISË TË JETES DHE MEKANIZMAT EKONOMIKE TË SIGURIMIT TË SAJ

Ekzistojnë disa lloje të rrezatimit jonizues: rrezatimi alfa, beta, gama dhe neutron.

rrezatimi alfa

Në formimin e grimcave alfa të ngarkuara pozitivisht, marrin pjesë 2 protone dhe 2 neutrone, të cilat janë pjesë e bërthamave të heliumit. Grimcat alfa formohen gjatë zbërthimit të bërthamës së një atomi dhe mund të kenë një energji kinetike fillestare nga 1.8 në 15 MeV. Karakteristikat karakteristike të rrezatimit alfa janë fuqia e lartë jonizuese dhe fuqia e ulët depërtuese. Kur lëvizin, grimcat alfa humbasin energjinë e tyre shumë shpejt dhe kjo shkakton faktin se nuk mjafton as të kapërcehen sipërfaqet e holla plastike. Në përgjithësi, rrezatimi i jashtëm me grimcat alfa, nëse nuk marrim parasysh grimcat alfa me energji të lartë të marra duke përdorur një përshpejtues, nuk shkakton ndonjë dëm për njerëzit, por depërtimi i grimcave në trup mund të jetë i rrezikshëm për shëndetin, pasi alfa radionuklidet kanë një gjysmë jetë të gjatë dhe janë shumë të jonizuar. Nëse gëlltitet, grimcat alfa shpesh mund të jenë edhe më të rrezikshme se rrezatimi beta dhe gama.

rrezatimi beta

Grimcat beta të ngarkuara, shpejtësia e të cilave është afër shpejtësisë së dritës, formohen si rezultat i zbërthimit beta. Rrezet beta janë më depërtuese se rrezet alfa - ato mund të shkaktojnë reaksione kimike, lumineshencë, jonizojnë gazra dhe të kenë një efekt në pllakat fotografike. Si një mbrojtje kundër rrjedhës së grimcave beta të ngarkuara (energjia jo më shumë se 1 MeV), do të jetë e mjaftueshme të përdorni një pllakë të zakonshme alumini 3-5 mm të trashë.

Rrezatimi foton: rrezatimi gama dhe rrezet x

Rrezatimi foton përfshin dy lloje të rrezatimit: rreze x (mund të jetë bremsstrahlung dhe karakteristik) dhe rrezatim gama.

Lloji më i zakonshëm i rrezatimit të fotonit është energjia shumë e lartë në grimcat gama me gjatësi vale ultra të shkurtër, të cilat janë një rrymë fotonesh me energji të lartë dhe pa ngarkesë. Ndryshe nga rrezet alfa dhe beta, grimcat gama nuk devijohen nga fusha magnetike dhe elektrike dhe kanë një fuqi shumë më të madhe depërtuese. Në sasi të caktuara dhe për një kohëzgjatje të caktuar ekspozimi, rrezatimi gama mund të shkaktojë sëmundje nga rrezatimi dhe të çojë në sëmundje të ndryshme onkologjike. Vetëm elementë kimikë të tillë të rëndë si plumbi, uraniumi i varfëruar dhe tungsteni mund të parandalojnë përhapjen e rrjedhës së grimcave gama.

rrezatimi neutron

Burimi i rrezatimit neutron mund të jenë shpërthimet bërthamore, reaktorët bërthamorë, instalimet laboratorike dhe industriale.

Vetë neutronet janë grimca elektrike neutrale, të paqëndrueshme (gjysma e jetës së një neutroni të lirë është rreth 10 minuta), të cilat, për faktin se nuk kanë ngarkesë, karakterizohen nga fuqia e lartë depërtuese me një shkallë të ulët ndërveprimi me materien. Rrezatimi neutron është shumë i rrezikshëm, prandaj, një numër materialesh speciale, kryesisht me përmbajtje hidrogjeni, përdoren për të mbrojtur kundër tij. Më e mira nga të gjitha, rrezatimi neutron absorbohet nga uji i zakonshëm, polietileni, parafina dhe tretësirat e hidroksideve të metaleve të rënda.

Si ndikojnë rrezatimet jonizuese në substanca?

Të gjitha llojet e rrezatimit jonizues në një farë mase ndikojnë në substanca të ndryshme, por ai është më i theksuar në grimcat gama dhe neutronet. Pra, me ekspozim të zgjatur, ato mund të ndryshojnë ndjeshëm vetitë e materialeve të ndryshme, të ndryshojnë përbërjen kimike të substancave, të jonizojnë dielektrikët dhe të kenë një efekt shkatërrues në indet biologjike. Sfondi natyror i rrezatimit nuk do t'i sjellë shumë dëm një personi, megjithatë, kur trajtoni burime artificiale të rrezatimit jonizues, duhet të jeni shumë të kujdesshëm dhe të merrni të gjitha masat e nevojshme për të minimizuar nivelin e ekspozimit ndaj rrezatimit në trup.

Llojet e rrezatimit jonizues dhe vetitë e tyre

Rrezatimi jonizues është një rrymë grimcash dhe kuantesh elektromagnetike, si rezultat i të cilave në mjedis formohen jone të ngarkuar ndryshe.

Llojet e ndryshme të rrezatimit shoqërohen me çlirimin e një sasie të caktuar energjie dhe kanë fuqi të ndryshme depërtuese, pra kanë efekte të ndryshme në organizëm. Rreziku më i madh për njerëzit është rrezatimi radioaktiv, si rrezatimi y, rreze X, neutron, a- dhe rrezatimi b.

Rrezet X dhe rrezatimi y janë rrjedha të energjisë kuantike. Rrezet gama kanë gjatësi vale më të shkurtër se rrezet x. Për nga natyra dhe vetitë e tyre, këto rrezatime nuk ndryshojnë shumë nga njëra-tjetra, ato kanë një fuqi të lartë depërtuese, drejtësi të përhapjes dhe aftësinë për të krijuar rrezatim dytësor dhe të shpërndarë në mediat nëpër të cilat kalojnë. Megjithatë, ndërsa rrezet X zakonisht prodhohen në mënyrë elektronike, rrezet y emetohen nga izotopë të paqëndrueshëm ose radioaktivë.

Llojet e mbetura të rrezatimit jonizues janë grimca me lëvizje të shpejtë të materies (atom), disa prej të cilave mbajnë një ngarkesë elektrike, të tjerat jo.

Neutronet janë të vetmet grimca të pangarkuara të prodhuara nga çdo transformim radioaktiv, me një masë të barabartë me atë të një protoni. Meqenëse këto grimca janë elektrikisht neutrale, ato depërtojnë thellë në çdo substancë, duke përfshirë indet e gjalla. Neutronet janë grimcat bazë nga të cilat ndërtohen bërthamat e atomeve.

Kur kalojnë nëpër materie, ata ndërveprojnë vetëm me bërthamat e atomeve, transferojnë një pjesë të energjisë së tyre tek ata dhe vetë ndryshojnë drejtimin e lëvizjes së tyre. Bërthamat e atomeve "kërcejnë" nga guaska elektronike dhe, duke kaluar nëpër substancë, prodhojnë jonizimin.

Elektronet janë grimca të lehta të ngarkuara negativisht që ekzistojnë në të gjithë atomet e qëndrueshme. Elektronet përdoren shumë shpesh gjatë zbërthimit radioaktiv të materies, dhe më pas quhen grimca β. Ato mund të merren edhe në laborator. Energjia e humbur nga elektronet kur kalon nëpër materie shpenzohet për ngacmim dhe jonizimin, si dhe në formimin e bremsstrahlung.

Grimcat alfa janë bërthamat e atomeve të heliumit, pa elektrone orbitale dhe që përbëhen nga dy protone dhe dy neutrone të lidhura së bashku. Ata kanë një ngarkesë pozitive, janë relativisht të rënda dhe kur kalojnë nëpër substancë, prodhojnë jonizimin e një lënde me densitet të lartë.

Zakonisht grimcat a emetohen gjatë zbërthimit radioaktiv të elementeve të rënda natyrore (radium, torium, uranium, polonium, etj.).

Grimcat e ngarkuara (elektronet dhe bërthamat e atomeve të heliumit), duke kaluar nëpër substancë, ndërveprojnë me elektronet e atomeve, duke humbur përkatësisht 35 dhe 34 eV. Në këtë rast, gjysma e energjisë shpenzohet për jonizimin (ndarja e një elektroni nga një atom), dhe gjysma tjetër për ngacmimin e atomeve dhe molekulave të mediumit (transferimi i një elektroni në një guaskë më të largët nga bërthama ).

Numri i atomeve të jonizuar dhe të ngacmuar të formuar nga një grimcë a për njësi të gjatësisë së rrugës në një mjedis është qindra herë më i madh se ai i një grimce p (Tabela 5.1).

Tabela 5.1. Gama e grimcave a- dhe b me energji të ndryshme në indet e muskujve

Kjo për faktin se masa e një grimce a është rreth 7000 herë më e madhe se masa e një grimce beta, prandaj, në të njëjtën energji, shpejtësia e saj është shumë më e vogël se ajo e një grimce beta.

Grimcat α të emetuara gjatë zbërthimit radioaktiv kanë një shpejtësi afërsisht 20 mijë km/s, ndërsa shpejtësia e grimcave β është afër shpejtësisë së dritës dhe arrin në 200...270 mijë km/s. Është e qartë se sa më e ulët të jetë shpejtësia e grimcës, aq më e madhe është probabiliteti i ndërveprimit të saj me atomet e mediumit dhe, rrjedhimisht, aq më e madhe është humbja e energjisë për njësi rrugë në mjedis, që do të thotë sa më i ulët është diapazoni. Nga Tabela. 5.1 rrjedh se diapazoni i grimcave a në indin muskulor është 1000 herë më i vogël se diapazoni i grimcave β të së njëjtës energji.

Kur rrezatimi jonizues kalon nëpër organizmat e gjallë, ai transferon energjinë e tij në indet biologjike dhe qelizat në mënyrë të pabarabartë. Si rezultat, pavarësisht sasisë së vogël të energjisë së përthithur nga indet, disa qeliza të lëndës së gjallë do të dëmtohen ndjeshëm. Efekti total i rrezatimit jonizues të lokalizuar në qeliza dhe inde është paraqitur në Tabelën. 5.2.

Tabela 5.2. Efekti biologjik i rrezatimit jonizues

Ndryshimet primare të rrezatimit-kimike në molekula mund të bazohen në dy mekanizma: 1) veprimi i drejtpërdrejtë, kur një molekulë e caktuar pëson ndryshime (jonizimi, ngacmimi) drejtpërdrejt me ndërveprimin me rrezatimin; 2) veprim indirekt, kur molekula nuk e thith drejtpërdrejt energjinë e rrezatimit jonizues, por e merr duke e transferuar nga një molekulë tjetër.

Dihet se në indet biologjike 60...70% e masës është ujë. Prandaj, le të shqyrtojmë ndryshimin midis efekteve direkte dhe indirekte të rrezatimit duke përdorur shembullin e rrezatimit të ujit.

Le të supozojmë se një molekulë uji jonizohet nga një grimcë e ngarkuar, si rezultat i së cilës humbet një elektron:

H2O -> H20+e - .

Një molekulë uji e jonizuar reagon me një molekulë tjetër neutrale të ujit, duke rezultuar në formimin e një radikal OH hidroksil shumë reaktiv:

H2O + H2O -> H3O + + OH *.

Elektroni i nxjerrë gjithashtu shumë shpejt transferon energji në molekulat e ujit përreth, dhe në këtë rast, lind një molekulë uji shumë e ngacmuar H2O*, e cila shkëputet për të formuar dy radikale, H* dhe OH*:

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

Radikalet e lira përmbajnë elektrone të paçiftuara dhe janë jashtëzakonisht reaktive. Jetëgjatësia e tyre në ujë nuk është më shumë se 10-5 s. Gjatë kësaj kohe, ato ose rikombinohen me njëri-tjetrin ose reagojnë me substratin e tretur.

Në prani të oksigjenit të tretur në ujë, formohen edhe produkte të tjera të radiolizës: radikali i lirë i hidroperoksidit HO2, peroksidi i hidrogjenit H2O2 dhe oksigjeni atomik:

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

Në një qelizë të një organizmi të gjallë, situata është shumë më e ndërlikuar sesa në rastin e rrezatimit të ujit, veçanërisht nëse substanca thithëse është molekula biologjike e madhe dhe shumëkomponente. Në këtë rast, formohen radikalet organike D*, të cilat karakterizohen gjithashtu nga reaktivitet jashtëzakonisht i lartë. Me një sasi të madhe energjie, ato lehtë mund të çojnë në thyerjen e lidhjeve kimike. Është ky proces që ndodh më shpesh në intervalin midis formimit të çifteve jonike dhe formimit të produkteve kimike përfundimtare.

Përveç kësaj, efekti biologjik përmirësohet nga ndikimi i oksigjenit. Produkti shumë reaktiv DO2* (D* + O2 -> DO2*), i cili gjithashtu formohet si rezultat i ndërveprimit të një radikal të lirë me oksigjenin, çon në formimin e molekulave të reja në sistemin e rrezatuar.

Radikalet e lira dhe molekulat oksidante të prodhuara në procesin e radiolizës së ujit, me aktivitet të lartë kimik, hyjnë në reaksione kimike me molekulat e proteinave, enzimat dhe elementët e tjerë strukturorë të indeve biologjike, gjë që çon në një ndryshim në proceset biologjike në trup. Si rezultat, proceset metabolike janë të shqetësuara, aktiviteti i sistemeve enzimë është i shtypur, rritja e indeve ngadalësohet dhe ndalet, shfaqen komponime të reja kimike që nuk janë karakteristike për trupin - toksina. Kjo çon në ndërprerje të aktivitetit jetësor të sistemeve individuale ose të organizmit në tërësi.

Reaksionet kimike të shkaktuara nga radikalet e lira përfshijnë qindra e mijëra molekula që nuk ndikohen nga rrezatimi. Kjo është specifika e veprimit të rrezatimit jonizues në objektet biologjike. Asnjë lloj tjetër energjie (termike, elektrike, etj.), e zhytur nga një objekt biologjik në të njëjtën sasi, nuk çon në ndryshime të tilla që shkakton rrezatimi jonizues.

Efektet e padëshiruara të rrezatimit të ekspozimit ndaj rrezatimit në trupin e njeriut ndahen me kusht në somatik (soma - greqisht për "trup") dhe gjenetik (të trashëguar).

Efektet somatike manifestohen drejtpërdrejt tek vetë personi i rrezatuar, dhe ato gjenetike tek pasardhësit e tij.

Gjatë dekadave të fundit, një numër i madh i radionuklideve artificiale janë krijuar nga njeriu, përdorimi i të cilave është një ngarkesë shtesë në sfondin e rrezatimit natyror të Tokës dhe rrit dozën e rrezatimit tek njerëzit. Por, që synon ekskluzivisht përdorimin paqësor, rrezatimi jonizues është i dobishëm për njerëzit dhe sot është e vështirë të tregohet një fushë e njohurive ose ekonomia kombëtare që nuk përdor radionuklide ose burime të tjera të rrezatimit jonizues. Nga fillimi i shekullit të 21-të, "atomi paqësor" ka gjetur aplikimin e tij në mjekësi, industri, bujqësi, mikrobiologji, energji, eksplorimin e hapësirës dhe fusha të tjera.

Llojet e rrezatimit dhe ndërveprimi i rrezatimit jonizues me lëndën

Përdorimi i energjisë bërthamore është bërë një domosdoshmëri jetike për ekzistencën e qytetërimit modern dhe, në të njëjtën kohë, një përgjegjësi e madhe, pasi ky burim energjie duhet të përdoret sa më racionalisht dhe me kujdes.

Një tipar i dobishëm i radionuklideve

Për shkak të kalbjes radioaktive, radionuklidi "jap një sinjal", duke përcaktuar kështu vendndodhjen e tij. Duke përdorur pajisje speciale që regjistrojnë sinjalin nga kalbja e atomeve të vetme, shkencëtarët kanë mësuar t'i përdorin këto substanca si tregues për të ndihmuar në hetimin e një sërë procesesh kimike dhe biologjike që ndodhin në inde dhe qeliza.

Llojet e burimeve teknogjene të rrezatimit jonizues

Të gjitha burimet e krijuara nga njeriu i rrezatimit jonizues mund të ndahen në dy lloje.

• Mjekësi - përdoret si për diagnostikimin e sëmundjeve (për shembull, aparatet me rreze x dhe fluorografi) dhe për kryerjen e procedurave të radioterapisë (për shembull, njësitë e radioterapisë për trajtimin e kancerit). Gjithashtu, burimet mjekësore të AI përfshijnë radiofarmaceutikë (izotopet radioaktive ose përbërjet e tyre me substanca të ndryshme inorganike ose organike), të cilat mund të përdoren si për diagnostikimin e sëmundjeve ashtu edhe për trajtimin e tyre.
• Radionuklide dhe gjeneratorë industrialë të prodhuar nga njeriu:
  • në sektorin e energjisë (reaktorët e centraleve bërthamore);
  • në bujqësi (për përzgjedhjen dhe kërkimin mbi efektivitetin e plehrave)
  • në sferën e mbrojtjes (karburant për anijet me energji bërthamore);
  • në ndërtim (testim jo destruktiv i konstruksioneve metalike).

Sipas të dhënave statike, vëllimi i prodhimit të produkteve radionuklidike në tregun botëror në vitin 2011 arriti në 12 miliardë dollarë dhe deri në vitin 2030 kjo shifër pritet të gjashtëfishohet.

Studimet e para të rrezatimit jonizues u kryen në fund të shekullit të 19-të. Në 1895, fizikani gjerman V.K. Roentgen zbuloi "rrezet X", të quajtura më vonë rreze X. Në vitin 1896, fizikani francez A. Becquerel zbuloi gjurmë të radioaktivitetit natyror të kripërave të uraniumit në pllaka fotografike. Në vitin 1898, bashkëshortët Marie dhe Pierre Curie zbuluan se uraniumi, pas rrezatimit, shndërrohet në elementë të tjerë kimikë. Një nga këta elementë ata e quajtën "radium" (Ra) (nga latinishtja "rrezatues").

Rrezatimi jonizues është rrezatim, ndërveprimi i të cilit me mjedisin çon në formimin e joneve të shenjave të ndryshme. Rrezatimi jonizues ndahet në korpuskular dhe foton.

Rrezatimi korpuskular përfshin: rrezatim a, b-, proton dhe neutron.

a-rrezatimiështë rrjedha e bërthamave të heliumit e prodhuar nga zbërthimi radioaktiv. Kanë masë 4 dhe ngarkojnë +2. Rreth 160 radionuklide natyrore dhe teknologjike i përkasin a-emiterit, shumica e të cilëve janë në fund të sistemit periodik të elementeve (ngarkesa bërthamore > 82). a-grimcat përhapen në media në një vijë të drejtë, kanë një gamë të parëndësishme (distanca në të cilën grimcat humbasin energjinë e tyre kur ndërveprojnë me lëndën): në ajër - më pak se 10 cm; në indet biologjike 30-150 mikron. a - grimcat kanë një fuqi të lartë jonizuese dhe të ulët depërtuese.

b-rrezatimiështë rrjedha e elektroneve dhe pozitroneve. Masa e tyre është dhjetëra mijëra herë më e vogël se masa e grimcave a. Rreth 690 emetues natyrorë dhe teknogjenë i përkasin b-emetuesve. Gama e grimcave b në ajër është disa metra, dhe në indet biologjike - rreth 1 cm.Ato kanë një fuqi më të madhe depërtuese se grimcat a, por më pak jonizuese.

rrezatimi protonështë fluksi i bërthamave të hidrogjenit.

rrezatimi neutronështë rrjedha e grimcave bërthamore që nuk kanë një ngarkesë me një masë afër masës së një protoni. Neutronet e lira kapen nga bërthamat. Në këtë rast, bërthamat kalojnë në një gjendje të ngacmuar dhe ndarje me lëshimin e g-kuanteve, neutroneve dhe neutroneve të vonuara. Falë neutroneve të vonuar, reaksioni i ndarjes në reaktorët bërthamorë kontrollohet. Rrezatimi neutron ka një aftësi më të lartë jonizuese në krahasim me llojet e tjera të rrezatimit korpuskular.

Fotonështë një kuant i energjisë së rrezatimit elektromagnetik me frekuencë të lartë. Rrezatimi i fotonit ndahet në rreze X dhe rrezatim g. Ata kanë një aftësi të lartë depërtuese dhe të ulët jonizuese.

rrezatimi me rreze x- ky është një rrezatim elektromagnetik artificial që ndodh në tubat me rreze x ("rrezet X").

g rrezatim – Është rrezatim elektromagnetik me origjinë natyrore. rrezet g përhapen në mënyrë drejtvizore, nuk devijojnë në fushat elektrike dhe magnetike dhe kanë një rreze të gjatë në ajër.

Rrezatimi direkt jonizues- ky është rrezatim i përbërë nga grimca të ngarkuara, për shembull, a, b-grimca. Rrezatimi jonizues indirekt është rrezatim që përbëhet nga grimca të pangarkuara si neutronet ose fotonet. Ata krijojnë rrezatim dytësor në mediat nëpër të cilat kalojnë.

Rrezatimi jonizues përshkruhet nga sasitë fizike të mëposhtme

Aktiviteti i substancës A përcaktuar nga shkalla e zbërthimit radioaktiv:

ku: dN është numri i transformimeve spontane bërthamore gjatë kohës dt.

Njësitë e aktivitetit:

në sistemin SI - Becquerel: 1 Bq = 1 përhapje / s

Njësia jashtë sistemit - Curie: 1 Ci = 3.7. 10 10 rasp/s, që korrespondon me aktivitetin e 1 g Ra të pastër.

Gjysma e jetës T 1/2- koha e nevojshme për të reduktuar aktivitetin e radionuklideve me 2 herë. Për U-238 T 1/2 = 4,56. 10 9 vjet, për Ra-226 T 1/2 = 1622 vjet.

Doza e ekspozimit Xështë energjia e rrezatimit jonizues, që shkakton formimin e një ngarkese dQ të së njëjtës shenjë në ajër në një vëllim elementar, me masë dm.

Njësitë e ekspozimit:

në sistemin SI 1 C/kg = 3880 R.

Njësia jashtë sistemit - rreze X: 1 R

Doza e absorbuar D përcaktohet nga sasia e energjisë së përthithur dE për njësi masë të substancës së rrezatuar dm.

Njësitë e dozës së absorbuar:

SI Gri: 1 Gy

njësi jashtë sistemit 1 rad = 0,01 Gy

1 P = 0,87 rad

1 rad = 1,14 R

Emri "rad" - nga shkronjat e para të termit "dozë e absorbuar nga rrezatimi".

Dozë ekuivalente HR tregon rrezikun e llojeve të ndryshme të ekspozimit ndaj rrezatimit të indeve biologjike dhe është i barabartë me:

ku: W R është një koeficient peshe që pasqyron rrezikun e një ose një lloji tjetër të rrezatimit jonizues për trupin.

rreze x, g-rrezatim, b-rrezatim W R = 1;

neutronet W R = 5-20;

a-grimca W R = 20.

Njësitë ekuivalente të dozës:

në sistemin SI 1 Sv për nder të shkencëtarit suedez Sievert

njësi jashtë sistemit - 1 rem = 0,01 Sv

rem është ekuivalenti biologjik i një rad.

Doza ekuivalente efektive H E- kjo është vlera e rrezikut të efekteve afatgjata të ekspozimit ndaj të gjithë trupit të njeriut dhe organeve të tij individuale, duke marrë parasysh ndjeshmërinë e tyre ndaj radios. Organe dhe inde të ndryshme kanë ndjeshmëri të ndryshme ndaj rrezatimit. Për shembull, për të njëjtën dozë ekuivalente të rrezatimit HR, kanceri i mushkërive ka më shumë gjasa të ndodhë sesa kanceri i tiroides. Prandaj, koncepti i dozës ekuivalente efektive është prezantuar.

ku: W T është faktori peshues për indin biologjik.

Departamenti i Onkologjisë, Terapisë me Rrezatim dhe Diagnostifikimit me Rrezatim

kokë departamenti: prof., d.m.s. Redkin Alexander Nikolaevich

Ligjërues: Ph.D. Cherkasova Irina Ivanovna

Abstrakt me temën: "Fizika e rrezatimit jonizues"

Përfunduar nga: Vasilchenko Marina Gennadievna

Rrezatimi i përdorur në radiologjinë mjekësore ndahet në 2 grupe:

1) Rrezatimi jonizues

2) Rrezatimi jojonizues, i cili përfshin valët e radios, rrezatimin infra të kuqe dhe valët ultrasonike në intervalin 1-15 MHz.

rrezatimi jonizues- këto janë rrezatime elektromagnetike që krijohen gjatë jonizimit të atomeve, zbërthimit të tyre radioaktiv, duke formuar jone të shenjave të ndryshme kur ndërveprojnë me mjedisin.

Rrezatimi jonizues ndahet me kusht në 2 grupe:

1) Korpuskulare

2) Fotonike (kuantike)

Rrezatimi jonizues korpuskular

Ky rrezatim është një rrymë grimcash elementare:

α - grimcat, β - grimcat (elektronet, pozitronet), protonet, neutronet, mezonet etj. Ata kanë ngarkesë, masë dhe energji, ndryshe nga fotonet.

rrezatimi alfa përfaqëson një rrymë bërthamash të një atomi heliumi, ka një masë prej 4 c.u. dhe ngarkoni +2. Energjia e grimcave alfa është 4-7 MeV. Gama e grimcave alfa në ajër arrin 8-10 cm, në indet biologjike 50-70 mikrometra (mk). Meqenëse diapazoni i grimcave alfa në materie është i vogël dhe energjia është shumë e lartë, dendësia e jonizimit për njësi gjatësi të diapazonit është shumë e lartë (deri në 10 mijë palë jonesh për 1 cm).

rrezatimi beta - rrjedha e elektroneve ose pozitroneve gjatë zbërthimit radioaktiv. Grimcat beta kanë një masë të barabartë me 1/1838 të masës së një atomi hidrogjeni, një ngarkesë të vetme negative (grimcë beta) ose pozitive (pozitron). Energjia e rrezatimit beta nuk i kalon disa MeV. Gama në ajër është nga 0,5 në 2 m, në inde - 1-2 cm Aftësia e tyre jonizuese është më e ulët se grimcat alfa (disa dhjetëra çifte jonesh për 1 cm rrugë).

Neutronet janë grimca neutrale që kanë masën e një atomi hidrogjeni. Kur ndërveprojnë me materien, ata humbasin energjinë e tyre në përplasje elastike dhe joelastike.

Kur rrezatimi korpuskular ndërvepron me materien, grimcat elementare transferojnë energjinë e tyre në atomet e indeve, duke shkaktuar jonizimin dhe zbërthimin e tyre në grimca të ngarkuara të kundërta (joneve).

Protonet dhe grimcat α, që kanë një masë, ngarkesë dhe energji të madhe, lëvizin në inde në një vijë të drejtë dhe formojnë grupime të dendura jonesh.

Një elektron, me një masë të vogël, përshkon një shteg dredha-dredha në inde dhe ndryshon drejtimin e lëvizjes nën veprimin e fushave elektrike të atomeve.

Në varësi të masës së bërthamave dhe energjisë së neutroneve, këto të fundit ndahen në të shpejta dhe të ngadalta. Neutronet e shpejta humbasin energjinë si rezultat i përplasjes me bërthamat e hidrogjenit ose shtyjnë jashtë protonet. I ngadalshëm dhe termik kapen nga atomet e elementeve të lehta si natriumi, fosfori, klori dhe ato bëhen radioaktive (i ashtuquajturi radioaktivitet i induktuar).

Rrezatimi kuantik jonizues

Është një rrezatim elektromagnetik i përbërë nga fotone, grimca që nuk kanë masë dhe ngarkesë, por kanë energji të lartë dhe lëvizin me shpejtësinë e dritës.

Rrezatimi kuantik jonizues përfshin:

- γ-rrezatim

Rrezatimi me rreze X (bremsstrahlung; karakteristik)

rrezatimi γ- rrezatimi i fotonit që ndodh kur ndryshon gjendja energjetike e bërthamave atomike, gjatë transformimeve bërthamore ose gjatë asgjësimit të grimcave. Ka energji nga disa mijëra deri në disa milionë elektron volt. Ai përhapet, si rrezet X, në ajër me shpejtësinë e dritës. Aftësia jonizuese e rrezatimit γ është shumë më e vogël se ajo e grimcave α- dhe β. rrezatimi γ ka një fuqi të madhe depërtuese, e cila ndryshon në një gamë të gjerë.

rrezatimi me rreze x- rrezatimi foton, i përbërë nga bremsstrahlung dhe (ose) rrezatim karakteristik, ndodh në tubat e rrezeve X, përshpejtuesit elektronikë, me një energji fotoni jo më shumë se 1 MeV. Ai zë rajonin e spektrit elektromagnetik midis rrezatimit gama dhe ultravjollcë dhe përfaqëson rrezatimin elektromagnetik me një gjatësi vale nga 10 -14 deri në 10 -7 m.

A) Bremsstrahlung - rrezatim fotonish me spektër të vazhdueshëm të energjisë, i cili ndodh kur energjia kinetike e grimcave të ngarkuara zvogëlohet.

B) Rrezatimi karakteristik është një rrezatim fotonish me një spektër diskret të energjisë që ndodh kur elektronet ndryshojnë nivelet e energjisë.

Rrezatimi me rreze X, si rrezatimi gama, ka një fuqi të lartë depërtuese dhe një densitet të ulët jonizimi të mediumit.

Kryesor Vetitë rrezet x

Padukshmëria- qelizat e ndjeshme të retinës njerëzore nuk reagojnë ndaj rrezeve X, pasi gjatësia e valës së tyre është mijëra herë më e vogël se ajo e dritës së dukshme;

Përhapja drejtvizore- rrezet thyhen, polarizohen (shpërndahen në një rrafsh të caktuar) dhe difraktohen, si drita e dukshme. Indeksi i thyerjes ndryshon shumë pak nga uniteti;

veprim fotografik- zbërthejnë përbërjet e halogjenit të argjendit, përfshirë ato që gjenden në emulsionet fotografike, gjë që bën të mundur marrjen e rrezeve x;

fuqi depërtuese, mbi të cilën bazohet diagnostifikimi me rreze X, varet nga dendësia e indeve. Kështu, indi kockor ka densitetin më të lartë, dhe rrjedhimisht aftësinë thithëse, prandaj gjatë ekzaminimit me rreze X jep një errësim me intensitet të lartë. Organet parenkimale gjithashtu duken si errësim, por ato vonojnë 2 herë më pak rrezet X dhe errësimi ka një intensitet mesatar. Ajri nuk i mban rrezet dhe krijon ndriçim, si p.sh. indet e mushkërive, të cilat përfaqësohen nga alveola të mbushura me ajër.

Veprim ndriçues- shkaktojnë ndriçimin e një sërë përbërjesh kimike (fosforeve), kjo është baza e teknikës së transmetimit të rrezeve X. Intensiteti i shkëlqimit varet nga struktura e substancës fluoreshente, sasia e saj dhe largësia nga burimi i rrezeve x. Fosforet përdoren jo vetëm për të marrë një imazh të objekteve në studim në një ekran fluoroskopik, por edhe në radiografi, ku bëjnë të mundur rritjen e ekspozimit ndaj rrezatimit ndaj një filmi radiografik në një kasetë për shkak të përdorimit të ekraneve intensifikuese, shtresa sipërfaqësore e së cilës përbëhet nga substanca fluoreshente;

veti jonizueseështë se nën veprimin e rrezeve X në çdo mjedis nëpër të cilin ato kalojnë formohen jone, nga numri i të cilëve gjykohet doza e rrezatimit. Metoda e dozimetrisë bazohet në këtë veti - matja e dozës duke përdorur lloje të ndryshme pajisjesh speciale - dozimetra. Dozimetria kryhet nga shërbimet speciale të departamentit.

Efekt biologjik ose dëmtues Rrezatimi jonizues në trupin e njeriut e bën të nevojshme mbrojtjen e personelit të dhomave me rreze X dhe pacientëve prej tij gjatë zbatimit të metodave të diagnostikimit me rreze X. Në të njëjtën kohë, kjo veti përdoret në terapinë me rrezatim për trajtimin e sëmundjeve tumorale dhe jo tumorale.

Ligji i kundërt i katrorit- për një burim pikësor të rrezatimit me rreze X, intensiteti zvogëlohet në raport me katrorin e distancës nga burimi.

Llojet e bashkëveprimit të fotoneve me atomet e mediumit:

A) Efekti fotoelektrik (në energji të ulëta fotonike) - një foton tërheq elektronet nga një atom, duke i dhënë atij energjinë e tij.

B) Shpërndarja joelastike e elektroneve të komptonit në atome (me energji deri në 1 MeV) - si vetë fotoni ashtu edhe elektronet mbrapsht të formuara prej tij shkaktojnë gjithashtu jonizimin e materies. Fotoni e rrëzon elektronin, duke hequr dorë nga një pjesë e energjisë dhe duke ndryshuar drejtimin e tij. Të dyja këto efekte shkaktojnë thithjen maksimale të energjisë në shtresën sipërfaqësore të indeve (deri në 0,5 cm), këtu formohet numri më i madh i elektroneve dytësore.

C) Formimi i çifteve të grimcave elementare (me një energji më të madhe se 1 MeV) - shkakton një maksimum aktesh jonizuese në thellësi të indeve. Formohen çiftet elektron-pozitron. Vetë fotoni zhduket. Pozitroni shpejt humbet energjinë dhe kombinohet me elektronin që vjen. Pas kësaj, të dyja grimcat zhduken (asgjësohen) dhe në vend të tyre shfaqen 2 fotone, të cilat ndryshojnë në drejtime të kundërta. Energjia e tyre është 2 herë më pak se fotoni origjinal.

Njësitë e dozës së rrezatimit

Doza e përthithur

Doza e përthithur(D) - një vlerë e barabartë me raportin e energjisë ΔΕ të transferuar në elementin e substancës së rrezatuar me masën Δm të këtij elementi:

Njësia SI e dozës së absorbuar është gri (Gy), për nder të fizikanit dhe radiobiologut anglez Louis Harold Grey.

1 gr - Kjo është doza e absorbuar e rrezatimit jonizues të çdo lloji, në të cilën 1 kg e masës së një lënde thith energjinë prej 1 J energji rrezatimi.

Në dozimetrinë praktike, zakonisht përdoret një njësi e dozës së absorbuar jashtë sistemit - i gëzuar(1 i gëzuar= 10 -2 gr).

Doza ekuivalente

Vlera doza e absorbuar merr parasysh vetëm energjinë e transferuar në objektin e rrezatuar, por nuk merr parasysh "cilësinë e rrezatimit". koncept cilësia e rrezatimit karakterizon aftësinë e një lloji të caktuar rrezatimi për të prodhuar efekte të ndryshme rrezatimi. Për të vlerësuar cilësinë e rrezatimit, futet një parametër - faktor cilësorËshtë një vlerë e rregulluar, vlerat e saj përcaktohen nga komisione speciale dhe përfshihen në standardet ndërkombëtare të krijuara për të kontrolluar rrezikun nga rrezatimi.