Фотонне випромінювання (воно ж гамма воно ж рентгенівське воно ж гальмівне воно характерне). Насправді це назви одного всього ж випромінювання - фотонного, тільки при різних енергіях фотона і отримане різними способами.

При проходженні рентгенівських променів через якусь тверду, рідку або газоподібну речовину вони взаємодіють з електронами, при дуже великій жорсткості та ядрами атомів елементів, що входять до складу речовини і при цьому втрачають частину своєї енергії внаслідок:
1) справжнього поглинання, тобто. перетворення їх енергії на інші види енергії;
2) розсіювання, тобто. зміни напряму поширення променів без зміни довжини та зі зміною довжини хвилі.
Первинними елементарними процесами справжнього поглинання рентгенівського випромінювання, тобто. перетворення їх енергії на кінетичну енергію електронів є:
а) фотоелектричний ефект - виривання електронів з атомів поглинаючої речовини та повідомлення їм кінетичної енергії (фотоелектричне поглинання);
б) комптон-ефект - когерентне і некогерентне розсіювання, тобто. із зміною довжини хвилі та передачею частини енергії розсіюючому електрону; Ефектом Комптонуназивається пружне розсіювання короткохвильового електромагнітного випромінювання (рентгенівського та?-випромінювань) на вільних (або слабозв'язаних) електронах речовини, що супроводжується збільшенням довжини хвилі.
в) утворення елементарних пар зарядів - електрона та позитрона - та повідомлення їм кінетичної енергії. Утворення пар електрон-позитрон грає визначальну роль у поглинанні речовиною гамма-квантів високої енергії, а також, спільно з гальмівним випромінюванням, у виникненні так званих електронно-фотонних злив у космічних променях. Процеси анігіляції (народження фотоном електрон-позитронної пари) і народження пар інших частинок знайшли застосування в наукових дослідженнях. Так, розподіл виникають при анігіляції фотонів по їх кутах розльоту дозволяє знайти розподіл електронів у металах за швидкостями (так як ймовірність анігіляції позитрону в речовині сильно залежить від віднос. швидкості позитрону н бере участь у тепловому русі електрона). Знання цього розподілу необхідно, наприклад, для розрахунку питомої теплоємності металів за дуже низьких температур. Інший приклад: за народженням електрон-позитронних пар можна отримувати відомості про фотони, що утворюються в реакції, великої енергії. Фотон, як і будь-яку іншу незаряджену частинку, не можна спостерігати безпосередньо, оскільки він не залишає видимого сліду в детекторах частинок, таких, як камера Вільсона, бульбашкова камера, ядерна фотографічна емульсія та ін, і про його енергію, імпульс, а також про самому факті його освіти можна дізнатися тільки за народженою ним парою (а для фотона меншої енергії - за комптонопським електроном віддачі, див. Комптон-ефект).

Усі іонізуючі випромінювання поділяються на фотонні та корпускулярні.

До фотонного іонізуючого випромінювання відносяться:

• а) Y-випромінювання, що випромінюється при розпаді радіоактивних ізотопів або анігіляції частинок. Гамма-випромінювання за своєю є короткохвильовим електромагнітним випромінюванням, тобто. потоком високоенергетичних квантів електромагнітної енергії, довжина хвилі яких значно менша від міжатомних відстаней, тобто. y
• б) рентгенівське випромінювання, що виникає при зменшенні кінетичної енергії заряджених частинок та/або при зміні енергетичного стану електронів атома.

Корпускулярне іонізуюче випромінювання складається з потоку заряджених частинок (альфа-, бета-часток, протонів, електронів), кінетична енергія яких є достатньою для іонізації атомів при зіткненні. Нейтрони та інші елементарні частинки безпосередньо не виробляють іонізацію, але в процесі взаємодії з середовищем вивільняють заряджені частинки (електрони, протони), здатні іонізувати атоми та молекули середовища, через яке проходять:

а) нейтрони - єдині незаряджені частинки, що утворюються при деяких реакціях поділу ядер атомів урану чи плутонію. Оскільки ці частинки електронейтральні, вони глибоко проникають у будь-яку речовину, включаючи живі тканини. Відмінною особливістю нейтронного випромінювання є його здатність перетворювати атоми стабільних елементів їх радіоактивні ізотопи, тобто. створювати наведену радіацію, що різко підвищує небезпеку нейтронного випромінювання. Проникаюча здатність нейтронів можна порівняти з Y-випромінюванням. Залежно від рівня енергії, що носиться, умовно розрізняють нейтрони швидкі (що мають енергію від 0,2 до 20 Ме В) і теплові (від 0,25 до 0,5 Ме В). Ця відмінність враховується під час проведення захисних заходів. Швидкі нейтрони сповільнюються, втрачаючи енергію іонізації, речовинами з малою атомною вагою (так званими водневмісними: парафін, вода, пластмаси та ін.). Теплові нейтрони поглинаються матеріалами, що містять бор і кадмій (борна сталь, бораль, графіт борний, сплав кадмію зі свинцем).

Альфа-, бета-частинки і гамма-кванти мають енергію всього в кілька мегаелектронвольт, і створювати наведену радіацію не можуть;

• б) бета частки - електрони, що випускаються під час радіоактивного розпаду ядерних елементів з проміжною іонізуючою та проникаючою здатністю (пробіг у повітрі до 10-20 м).
• в) альфа частинки - позитивно заряджені ядра атомів гелію, а космічному просторі і атомів інших елементів, що випускаються при радіоактивному розпаді ізотопів важких елементів - урану чи радію. Вони мають малу проникаючу здатність (пробіг у повітрі - не більше 10 см), навіть людська шкіра є для них непереборною перешкодою. Небезпечні вони лише при попаданні всередину організму, оскільки здатні вибивати електрони з оболонки нейтрального атома будь-якої речовини, у тому числі й тіла людини, і перетворювати його на позитивно заряджений іон з усіма наслідками, про які буде сказано далі. Так, альфа частка з енергією 5 МеВ утворює 150 000 пар іонів.

Рис. 1

Кількісний вміст радіоактивного матеріалу в організмі людини або речовині визначається терміном активність радіоактивного джерела (радіоактивність). За одиницю радіоактивності в системі СІ прийнято беккерель (Бк), що відповідає одному розпаду в 1 с. Іноді практично застосовується стара одиниця активності - кюрі (Ки). Це активність такої кількості речовини, де за 1с відбувається розпад 37 млрд. атомів. Для перекладу користуються залежністю: 1 Бк = 2,7 х 10 Кі або 1 Кі = 3,7 х 10 Бк.

Кожен радіонуклід має постійний, властивий лише йому період напіврозпаду (час, необхідний втрати речовиною половини активності). Наприклад, в урану-235 він становить 4470 років, тоді як у йоду-131 - всього лише 8 діб.

Іонізуюче випромінювання - це сукупність різних видів мікрочастинок і фізичних полів, що мають здатність іонізувати речовину, тобто утворювати в ньому електрично заряджені частинки - іони.

РОЗДІЛ ІІІ. УПРАВЛІННЯ БЕЗПЕКОЮ ЖИТТЯДІЙНОСТІ ТА ЕКОНОМІЧНІ МЕХАНІЗМИ ЙОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ

Розрізняють декілька видів іонізуючих випромінювань: альфа-, бета-, гамма-випромінювання, а також нейтронне випромінювання.

Альфа-випромінювання

У формуванні позитивно заряджених альфа-частинок беруть участь 2 протони та 2 нейтрони, що входять до складу ядер гелію. Альфа-частинки утворюються при розпаді ядра атома і можуть мати початкову кінетичну енергію від 18 до 15 МеВ. Характерними особливостями альфа-випромінювання є висока іонізуюча та мала проникаюча здатність. Під час руху альфа-частинки дуже швидко втрачають свою енергію, і це обумовлює той факт, що її не вистачає навіть для подолання тонких пластмасових поверхонь. В цілому, зовнішнє опромінення альфа-частинками, якщо не брати до уваги високоенергійні альфа-частинки, отримані за допомогою прискорювача, не несе в собі жодної шкоди для людини, а ось проникнення частинок всередину організму може бути небезпечним для здоров'я., оскільки альфа-радіонукліди відрізняються великим періодом напіврозпаду і мають сильну іонізацію. У разі потрапляння всередину організму альфа-частинки часто можуть бути навіть небезпечнішими, ніж бета- та гамма-випромінювання.

Бета-випромінювання

Заряджені бета-частинки, швидкість яких близька до швидкості світла утворюються в результаті бета-розпаду. Бета-промені мають більшу проникаючу здатність, ніж альфа-промені - вони можуть викликати хімічні реакції, люмінесценцію, іонізувати гази, впливати на фотопластинки. Як захист від потоку заряджених бета-часток (енергією не більше 1МеВ) достатньо буде використовувати звичайну алюмінієву пластину завтовшки 3-5 мм.

Фотонне випромінювання: гамма-випромінювання та рентгенівське випромінювання

Фотонне випромінювання включає два види випромінювань: рентгенівське (може бути гальмівним і характеристичним) і гамма-випромінювання.

Найбільш поширеним видом фотонного випромінювання є володіють дуже високою енергією при ультракороткій довжині хвилі гамма-частинки, які являють собою потік високоенергійних фотонів, що не володіють зарядом. На відміну від альфа- і бета-променів гамма-частинки не відхиляються магнітними та електричними полями і мають значно більшу проникаючу здатність. У певних кількостях та за певної тривалості впливу гамма-випромінювання може викликати променеву хворобу, призвести до виникнення різних онкологічних захворювань. Перешкоджати поширенню потоку гамма-частинок можуть лише такі важкі хімічні елементи, як, наприклад, свинець, збіднений уран та вольфрам.

Нейтронне випромінювання

Джерелом виникнення нейтронного випромінювання можуть бути ядерні вибухи, ядерні реактори, лабораторні та промислові установки.

Самі нейтрони є електрично нейтральні, нестабільні (період напіврозпаду вільного нейтрону становить близько 10 хвилин) частинки, які завдяки тому, що у них відсутній заряд, відрізняються великою проникаючою здатністю при слабкому ступені взаємодії з речовиною. Нейтронне випромінювання дуже небезпечне, тому для захисту від нього використовують ряд спеціальних, в основному водневмісних матеріалів. Найкраще нейтронне випромінювання поглинається звичайною водою, поліетиленом, парафіном, а також розчинами гідроксидів важких металів.

Як іонізуючі випромінювання впливають на речовини?

Усі види іонізуючих випромінювань у тому чи іншою мірою впливають різні речовини, але найсильніше воно виражено в гамма-частиц і в нейтронів. Так, при тривалому впливі вони можуть істотно змінити властивості різних матеріалів, змінити хімічний склад речовин, іонізувати діелектрики та руйнівний ефект на біологічні тканини. Природне радіаційне тло не завдасть людині особливої ​​шкоди, проте при поводженні зі штучними джерелами іонізуючих випромінювань варто бути дуже обережними і вживати всіх необхідних заходів, щоб до мінімуму знизити рівень впливу випромінювання на організм.

Види іонізуючих випромінювань та їх властивості

Іонізуючим випромінюванням називають потоки частинок та електромагнітних квантів, внаслідок впливу яких на середу утворюються різнозаряджені іони.

Різні види випромінювань супроводжуються вивільненням певної кількості енергії і мають різну проникаючу здатність, тому вони надають неоднаковий вплив на організм. Найбільшу небезпеку для людини становлять радіоактивні випромінювання, такі як у-, рентгенівське, нейтронне, а-і в-випромінювання.

Рентгенівське та у-випромінювання є потоками квантової енергії. Гамма-випромінювання має більш короткі довжини хвиль порівняно з рентгенівським. За своєю природою і властивостями ці випромінювання мало відрізняються один від одного, мають велику проникаючу здатність, прямолінійність поширення і властивість створювати вторинне і розсіяне випромінювання в середовищах, через які проходять. Однак якщо рентгенівські промені зазвичай отримують за допомогою електронного апарату, то промені випускаються нестабільними або радіоактивними ізотопами.

Інші типи іонізуючого випромінювання являють собою частинки речовини (атома), що швидко рухаються, одні з яких несуть електричний заряд, інші — ні.

Нейтрони - єдині незаряджені частинки, що утворюються при будь-якому радіоактивному перетворенні, з масою, що дорівнює масі протона. Оскільки ці частинки електронейтральні, вони глибоко проникають у будь-яку речовину, включаючи живі тканини. Нейтрони є основними частинками, з яких побудовані ядра атомів.

При проходженні через речовину вони взаємодіють лише з ядрами атомів, передають їм частину своєї енергії, а самі змінюють напрямок свого руху. Ядра атомів "вискакують" з електронної оболонки і, проходячи через речовину, виробляють іонізацію.

Електрони – легкі негативно заряджені частинки, які у всіх стабільних атомах. Електрони дуже часто використовуються під час радіоактивного розпаду речовини, і тоді їх називають частинками. Їх можна отримувати й у лабораторних умовах. Енергія, що втрачається електронами при проходженні через речовину, витрачається на збудження та іонізацію, а також на утворення гальмівного випромінювання.

Альфа-частинки - ядра атомів гелію, позбавлені орбітальних електронів і складаються з двох протонів і двох нейтронів, зчеплених разом. Мають позитивний заряд, відносно важкі, у міру проходження через речовину виробляють іонізацію речовини великої густини.

Зазвичай а-частки випускаються при радіоактивному розпаді природних важких елементів (радій, торій, уран, полоній та ін.).

Заряджені частинки (електрони та ядра атомів гелію), проходячи через речовину, взаємодіють з електронами атомів, втрачаючи при цьому 35 і 34 еВ відповідно. У цьому одна половина енергії витрачається на іонізацію (відрив електрона від атома), іншу — на збудження атомів і молекул середовища (переведення електрона більш віддалену від ядра оболонку).

Число іонізованих і збуджених атомів, що утворюються а-частинкою на одиниці довжини шляху в середовищі, у сотні разів більше, ніж у р-частки (табл. 5.1).

Таблиця 5.1. Пробіг а- та в-часток різної енергії в м'язовій тканині

Це зумовлено тим, що маса а-частки приблизно в 7000 разів більша за масу в-частки, отже, при одній і тій же енергії її швидкість значно менше, ніж у в-частки.

А-частки, що випускаються при радіоактивному розпаді, мають швидкість приблизно 20 тис. км/с, тоді як швидкість-часток близька до швидкості світла і становить 200...270 тис. км/с. Очевидно, що чим менша швидкість частинки, тим більша ймовірність її взаємодії з атомами середовища, а отже, більше й втрати енергії на одиниці шляху в середовищі — отже, менший пробіг. З табл. 5.1 слід, що пробіг а-частинок у м'язовій тканині в 1000 разів менший за пробіг у-частинок тієї ж енергії.

Коли іонізуюче випромінювання проходить крізь живі організми, воно передає свою енергію біологічним тканинам та клітинам нерівномірно. В результаті, незважаючи на невелику кількість поглиненої тканинами енергії, деякі клітини живої матерії будуть значно пошкоджені. Сумарний ефект іонізуючого випромінювання, локалізованого в клітинах та тканинах, представлений у табл. 5.2.

Таблиця 5.2. Біологічна дія іонізуючого випромінювання

В основі первинних радіаційно-хімічних змін молекул можуть лежати два механізми: 1) пряма дія, коли дана молекула зазнає змін (іонізацію, збудження) безпосередньо при взаємодії з випромінюванням; 2) непряма дія, коли молекула безпосередньо не поглинає енергію іонізуючого випромінювання, а отримує її шляхом передачі від іншої молекули.

Відомо, що у біологічній тканині 60…70% маси становить вода. Тому розглянемо різницю між прямим і непрямим дією випромінювання з прикладу опромінення води.

Припустимо, що молекула води іонізується зарядженою часткою, внаслідок чого вона втрачає електрон:

Н2О -> Н20+е - .

Іонізована молекула води реагує з іншою нейтральною молекулою води, внаслідок чого утворюється високореактивний радикал гідроксилу ВІН:

Н2О+Н2О -> Н3О+ + ВІН*.

Вирваний електрон також дуже швидко передає енергію навколишнім молекулам води, при цьому виникає сильно збуджена молекула води Н2О*, яка дисоціює з освітою двох радикалів, Н* і ОН*:

Н2О+е- -> Н2О*Н' + ВІН'.

Вільні радикали містять неспарені електрони та відрізняються надзвичайно високою реакційною здатністю. Час їхнього життя у воді не більше 10-5 с. За цей час вони або рекомбінують один з одним або реагують з розчиненим субстратом.

У присутності розчиненого у воді кисню утворюються інші продукти радіолізу: вільний радикал гідропероксиду НО2, пероксид водню Н2О2 і атомний кисень:

Н * + О2 -> НО2;
АЛЕ *2 + АЛЕ2 -> Н2О2 +20.

У клітині живого організму ситуація значно складніша, ніж при опроміненні води, особливо в тому випадку, якщо поглинаючою речовиною є великі та багатокомпонентні біологічні молекули. У цьому випадку утворюються органічні радикали D*, які також відрізняються вкрай високою реакційністю. Маючи в своєму розпорядженні велику кількість енергії, вони легко можуть призвести до розриву хімічних зв'язків. Саме цей процес і відбувається найчастіше у проміжку між утворенням іонних пар та формуванням кінцевих хімічних продуктів.

З іншого боку, біологічна дія посилюється з допомогою впливу кисню. Високореакційний продукт DО2* (D* + О2 -> DО2*), що утворюється в результаті взаємодії вільного радикалу з киснем, призводить до утворення нових молекул в опромінюваній системі.

Отримані в процесі радіолізу води вільні радикали і молекули окислювача, володіючи високою хімічною активністю, вступають у хімічні реакції з молекулами білка, ферментів та інших структурних елементів біологічної тканини, що призводить до зміни біологічних процесів в організмі. В результаті порушуються обмінні процеси, пригнічується активність ферментних систем, сповільнюється та припиняється зростання тканин, виникають нові хімічні сполуки, не властиві організму, – токсини. Це призводить до порушення життєдіяльності окремих систем чи організму загалом.

Індуковані вільними радикалами хімічні реакції залучають до цього багато сотень і тисяч молекул, не порушених випромінюванням. У цьому полягає специфіка дії іонізуючого випромінювання на біологічні об'єкти. Ніякий інший вид енергії (теплової, електричної та інших.), поглиненої біологічним об'єктом у тому кількості, не призводить до змін, які викликає іонізуюче випромінювання.

Небажані радіаційні ефекти впливу опромінення на організм людини умовно поділяються на соматичні (soma - по-грецьки "тіло") та генетичні (спадкові).

Соматичні ефекти виявляються безпосередньо у самого опроміненого, а генетичні – у його потомства.

За останні десятиліття людиною було створено велику кількість штучних радіонуклідів, використання яких є додатковим навантаженням до природного радіаційного фону Землі та збільшує дозу опромінення людей. Але, спрямовані виключно на використання в мирних цілях, іонізуючі випромінювання корисні для людини, і сьогодні важко вказати галузь знань чи народного господарства, яка не використовує радіонукліди або інші джерела іонізуючих випромінювань. Вже до початку 21 століття «мирний атом» знайшов своє застосування в медицині, промисловості, сільському господарстві, мікробіології, енергетиці, освоєнні космосу та інших галузях.

Види випромінювання та взаємодія іонізуючого випромінювання з речовиною

Застосування ядерної енергії стало життєво важливою необхідністю існування сучасної цивілізації і водночас величезною відповідальністю, оскільки використовувати це джерело енергії необхідно максимально раціонально та обережно.

Корисна особливість радіонуклідів

Завдяки радіоактивному розпаду радіонуклід «подає сигнал», визначаючи цим своє місцезнаходження. Використовуючи спеціальні прилади, що фіксують сигнал від розпаду навіть одиничних атомів, вчені навчилися використовувати ці речовини як індикатори, які допомагають досліджувати різні хімічні та біологічні процеси, що проходять у тканинах і клітинах.

Види техногенних джерел іонізуючого випромінювання

Усі техногенні джерела іонізуючого випромінювання можна поділити на два види.

• Медичні - використовуються як для діагностики захворювань (наприклад, рентгенівський та флюорографічний апарати), так і для проведення радіотерапевтичних процедур (наприклад, радіотерапевтичні установки для лікування раку). Також до медичних джерел ІІ належать радіофармацефтичні препарати (радіоактивні ізотопи або їх сполуки з різними неорганічними або органічними речовинами), які можуть застосовуватися як для діагностики захворювань, так і для їх лікування.
• Промислові - вироблені людиною радіонукліди та генератори:
  • в енергетиці (реактори атомних електростанцій);
  • у сільському господарстві (для селекціонування та дослідження ефективності добрив)
  • у оборонній сфері (паливо для атомоходів);
  • у будівництві (неруйнівний контроль металоконструкцій).

За статичними даними, обсяг виробництва радіонуклідної продукції на світовому ринку у 2011 році становив 12 млрд. доларів, а до 2030 року очікується шестиразове збільшення цього показника.

Перші дослідження іонізуючого випромінювання було проведено наприкінці ХІХ ст. 1895 р. німецький фізик В.К. Рентген відкрив «Х-промені», названі згодом рентгенівським випромінюванням. У 1896 р. французький фізик А. Беккерель виявив сліди природної радіоактивності солей урану на фотографічних платівках. У 1898 р. подружжя Марія та П'єр Кюрі встановили, що уран після випромінювання перетворюється на інші хімічні елементи. Один з цих елементів вони назвали «радій» (Ra) (від латів. «Промені, що випускають»).

Іонізуюче випромінювання – це випромінювання, взаємодія якого із середовищем призводить до утворення іонів різних знаків. Іонізуючі випромінювання поділяються на корпускулярне та фотонне.

До корпускулярного випромінювання відносяться: a, b-, протонні та нейтронні випромінювання.

a-випромінювання- Це потік ядер гелію, що утворюються при радіоактивному розпаді. Вони мають масу 4 та заряд +2. До a-випромінювачів відносяться близько 160 природних та техногенних радіонуклідів, більшість яких знаходяться наприкінці періодичної системи елементів (заряд ядра > 82). a-частки поширюються у середовищах прямолінійно, мають незначний пробіг (відстань, на якій частки втрачають свою енергію, взаємодіючи з речовиною): у повітрі – менше 10 см; у біологічних тканинах 30-150 мкм. a - частинки мають високу іонізуючу і низьку проникаючу здатність.

b-випромінювання– це потік електронів та позитронів. Їх маса в десятки тисяч разів менша за масу a-частинок. До b-випромінювачів відносяться близько 690 природних та техногенних випромінювачів. Пробіг b-частинок становить у повітрі кілька метрів, а в біологічних тканинах - близько 1 см. Вони мають більш високу, ніж a - частинки, що проникає здатністю, але меншою іонізуючою.

Протонне випромінювання- Потік ядер водню.

Нейтронне випромінювання- Потік ядерних частинок, що не мають заряду з масою, близькою до маси протона. Вільні нейтрони захоплюються ядрами. При цьому ядра переходять у збуджений стан і діляться з виділенням g-квантів, нейтронів і нейтронів, що запізнюються. Завдяки нейтронам, що запізнюються, реакція поділу в ядерних реакторах є керованою. Нейтронне випромінювання має більш високу іонізуючу здатність порівняно з іншими видами корпускулярного випромінювання.

Фотон- Це квант енергії електромагнітного випромінювання високої частоти. Фотонне випромінювання ділиться на рентгенівське та g-випромінювання. Вони мають високу проникаючу і малу іонізуючу здатність.

Рентгенівське випромінювання– це штучне електромагнітне випромінювання, що у рентгенівських трубках («Х – промені»).

g-випромінювання – це електромагнітне випромінювання природного походження. g-промені поширюються прямолінійно, не відхиляються в електричних та магнітних полях, мають великий пробіг у повітрі.

Безпосередньо іонізуюче випромінювання– це випромінювання, що складається із заряджених частинок, наприклад, a, b-часток. Непрямо іонізуюче випромінювання - це випромінювання, що складається з незаряджених частинок, наприклад, нейтронів або фотонів. Вони створюють вторинне випромінювання у середовищах, якими проходять.

Іонізуюче випромінювання описується такими фізичними величинами

Активність речовини Aвизначається швидкістю радіоактивного розпаду:

де: dN - Число спонтанних ядерних перетворень за час dt.

Одиниці активності:

у системі СІ - Беккерель: 1 Бк = 1 розп/с

позасистемна одиниця - Кюрі: 1 Кі = 3.7. 10 10 расп/с, що відповідає активності 1 р чистого Ra.

Період напіврозпаду Т 1/2– час, необхідний зменшення активності радіонуклідів вдвічі. Для U-238 Т 1/2 = 4,56. 10 9 років, для Rа-226 Т 1/2 = 1622 року.

Експозиційна доза X- Енергія іонізуючого випромінювання, що викликає освіту в повітрі заряду dQ одного знака в елементарному обсязі, масою dm.

Одиниці експозиційної дози:

у системі СІ 1 Кл/кг = 3880 Р.

позасистемна одиниця – Рентген: 1 Р

Поглинена доза D визначається кількістю поглиненої енергії dE на одиницю маси речовини, що опромінюється dm.

Одиниці поглиненої дози:

в системі СІ Грей: 1 Гр

позасистемна одиниця 1 рад = 0,01 Гр

1 Р = 0.87 рад

1 рад = 1.14 Р

Назва "рад" - від перших літер терміну "radiation absorbed dose".

Еквівалентна доза H Rпоказує небезпеку різних видів радіаційного опромінення біологічних тканин і дорівнює:

де: W R - Ваговий коефіцієнт, що відображає небезпеку того чи іншого виду іонізуючого випромінювання для організму.

рентгенівське, g-випромінювання, b-випромінювання W R = 1;

нейтрони W R = 5-20;

a-частки W R = 20.

Одиниці еквівалентної дози:

в системі СІ 1 Зв на честь шведського вченого Зіверта

позасистемна одиниця - 1 бер = 0.01 Зв

бер - біологічний еквівалент рада.

Ефективна еквівалентна доза H E- Це величина ризику виникнення віддалених наслідків опромінення всього тіла людини та окремих її органів з урахуванням їхньої радіочутливості. Різні органи та тканини мають різну чутливість до опромінення. Наприклад, при однаковій еквівалентній дозі опромінення H R виникнення раку легень ймовірніше, ніж щитовидної залози. Тому введено поняття ефективної еквівалентної дози.

де: W T - Ваговий коефіцієнт для біологічної тканини.

Кафедра онкології, променевої терапії та променевої діагностики

Зав. кафедрою: проф., д.м.н. Редькін Олександр Миколайович

Викладач: к.м.н. Черкасова Ірина Іванівна

Реферат на тему: «Фізика іонізуючих випромінювань»

Виконала: Васильченко Марина Геннадіївна

Випромінювання, що використовуються в медичній радіології, ділять на 2 групи:

1) Іонізуючі випромінювання

2) Неіонізуючі випромінювання, до яких відносяться радіохвилі, інфрачервоне випромінювання, а також ультразвукові хвилі в діапазоні 1-15 МГц.

Іонізуючі випромінювання- це електромагнітні випромінювання, що створюються при іонізації атомів, їх радіоактивному розпаді, формуючи при взаємодії із середовищем іони різних знаків.

Іонізуючі випромінювання умовно поділяють на 2 групи:

1) Корпускулярні

2) Фотонні (квантові)

Корпускулярне іонізуюче випромінювання

Дане випромінювання є потоками елементарних частинок:

α – частинки, β – частинки (електрони, позитрони), протони, нейтрони, мезони та ін. Вони мають заряд, масу та енергію на відміну від фотонів.

Альфа-випромінювання є потік ядер атома гелію, має масу 4 у.о. та заряд +2. Енергія альфа-часток становить 4-7 МеВ. Пробіг альфа-часток у повітрі досягає 8-10 см, у біологічній тканині 50-70 мікрометрів (мк). Так як пробіг альфа-частинок у речовині невеликий, а енергія дуже велика, то щільність іонізації на одиницю довжини пробігу вони дуже висока (на 1 см до десятка тисяч пар-іонів).

Бета-випромінювання - Потік електронів або позитронів при радіоактивному розпаді. Бета-частинки мають масу, що дорівнює 1/1838 маси атома водню, одиничний негативний (бета-частка) або позитивний (позитрон) заряди. Енергія бета-випромінювання вбирається у кількох Мев. Пробіг у повітрі становить від 0,5 до 2 м, у тканинах - 1-2 см. Їх іонізуюча здатність нижче за альфа-частки (кілька десятків пар-іонів на 1 см шляху).

Нейтрони - Нейтральні частинки, що мають масу атома водню. Вони при взаємодії з речовиною втрачають свою енергію в пружних та непружних зіткненнях.

При взаємодії корпускулярних випромінювань із речовиною елементарні частинки передають свою енергію атомам тканин, викликаючи їх іонізацію та розпад на протилежні заряджені частинки (іони).

Протони і α – частинки, маючи велику масу, заряд та енергію, рухаються у тканинах прямолінійно та утворюють густі скупчення іонів.

Електрон, маючи невелику масу, проходить у тканинах звивистий шлях і змінює напрямок руху під дією електричних полів атомів.

Залежно від маси ядер та енергії нейтронів, останні поділяються на швидкі та повільні. Швидкі нейтрони втрачають енергію внаслідок зіткнення з ядрами водню або виштовхують протони. Повільні та теплові захоплюються атомами легких елементів, таких як натрій, фосфор, хлор, і вони стають радіоактивними (так звана радіоактивність наведена).

Квантове іонізуюче випромінювання

Є електромагнітним випромінюванням, що складається з фотонів, частинок, що не мають маси і заряду, але мають велику енергію і рухаються зі швидкістю світла.

До квантового іонізуючого випромінювання відносять:

- γ- випромінювання

Рентгенівське випромінювання (гальмівне; характеристичне)

γ-випромінювання- фотонне випромінювання, що виникає при зміні енергетичного стану атомних ядер, при ядерних перетвореннях або анігіляції частинок. Має енергію від кількох тисяч до кількох мільйонів електрон-вольт. Поширюється воно, як і рентгенівське випромінювання, повітря зі швидкістю світла. Іонізуюча здатність -випромінювання значно менше, ніж у - і -частинок. γ-випромінювання має велику проникаючу здатність, що змінюється в широких межах.

Рентгенівське випромінювання- фотонне випромінювання, що складається з гальмівного та (або) характеристичного випромінювання, виникає в рентгенівських трубах, прискорювачах електронів, з енергією фотонів не більше 1 Мев. Займає область електромагнітного спектру між гамма-і ультрафіолетовим випромінюваннями і є електромагнітним випромінюванням з довжиною хвилі від 10 -14 до 10 -7 м.

А) Гальмівне випромінювання - фотонне випромінювання з безперервним енергетичним спектром, що виникає при зменшенні кінетичної енергії заряджених частинок.

Б) Характеристичне випромінювання - це фотонне випромінювання з дискретним енергетичним спектром, що виникає за зміни електронами енергетичних рівнів.

Рентгенівське випромінювання, так само як і гамма-випромінювання, має високу проникаючу здатність і малу щільність іонізації середовища.

Основні властивостірентгенівських променів

Невидимість- чутливі клітини сітківки ока людини не реагують на рентгенівські промені, оскільки довжина їхньої хвилі у тисячі разів менша, ніж у видимого світла;

Прямолінійне поширення– промені заломлюються, поляризуються (поширюються у певній площині) та дифрагують, як і видиме світло. Коефіцієнт заломлення дуже мало відрізняється від одиниці;

Фотографічна дія- розкладають галоїдні сполуки срібла, у тому числі що знаходяться у фотоемульсіях, що дозволяє отримувати рентгенівські знімки;

Проникаюча здатність, на якій і заснована рентгенодіагностика, залежить від густини тканин. Так, кісткова тканина має найбільшу щільність, а значить, і поглинаючу здатність, тому при рентгенологічному дослідженні дає затемнення високої інтенсивності. Паренхіматозні органи також виглядають як затемнення, але вони в 2 рази менше затримують рентгенівські промені, і затемнення має середню інтенсивність. Повітря не затримує промені та створює просвітлення, як, наприклад, легенева тканина, яка представлена ​​альвеолами, заповненими повітрям.

Люмінесцентна дія- Викликають люмінесценцію ряду хімічних сполук (люмінофорів), на цьому заснована методика рентгенівського просвічування. Інтенсивність світіння залежить від будови флюоресцентної речовини, її кількості та відстані від джерела рентгенівського випромінювання. Люмінофори використовують не тільки для отримання зображення досліджуваних об'єктів на рентгеноскопічному екрані, але і при рентгенографії, де вони дозволяють збільшити променеву дію на рентгенографічну плівку в касеті завдяки застосуванню екранів, що підсилюють, поверхневий шар яких виконаний з флюоресціюючих речовин;

Іонізуюча властивістьполягає в тому, що під дією рентгенівських променів у будь-якому середовищі, через яке вони проходять, утворюються іони, за кількістю яких судять про дозу випромінювання. На цій властивості заснований метод дозиметрії – вимірювання дози за допомогою різних видів спеціальних приладів – дозиметрів. Дозиметрію здійснюють спеціальні відомчі служби.

Біологічна або шкідлива діяна організм людини іонізуючих випромінювань викликає необхідність захисту від нього як персоналу рентгенівських кабінетів, і пацієнтів під час здійснення методів рентгенодіагностики. У той самий час цю властивість використовують у променевої терапії на лікування як пухлинних, і непухлинних захворювань.

Закон зворотних квадратів- для точкового джерела рентгенівського випромінювання інтенсивність зменшується пропорційно квадрату відстані джерела.

Типи взаємодії фотонів з атомами середовища:

А) Фотоефект (за низьких енергій фотонів) – фотон вириває електрони з атома, віддаючи йому свою енергію.

Б) Комптонівське непружне розсіювання електронів на атомах (з енергією до 1 МеВ) - як сам фотон, так і утворювані ним електрони віддачі також викликають іонізацію речовини. Фотон вибиває електрон, віддаючи частину енергії та змінює свій напрямок. Ці обидва ефекти зумовлюють максимум поглинання енергії в поверхневому шарі тканин (до 0,5 см), утворюється тут найбільша кількість вторинних електронів.

В) Утворення пар елементарних частинок (при енергії більше 1 МеВ) – викликає максимум актів іонізації у глибині тканин. Утворюються електронно-позитронні пари. Сам фотон зникає. Позитрон швидко втрачає енергію та поєднується із зустрічним електроном. Після чого обидві частинки зникають (анігіляція) і замість них виникають 2 фотони, які розходяться в протилежні сторони. Їхня енергія в 2 рази менша від вихідного фотона.

Одиниці доз випромінювання

Поглинена доза

Поглинена доза(D) - величина, що дорівнює відношенню енергії ΔΕ, переданої елементу опромінюваної речовини, до маси Δm цього елемента:

У СІ одиницею поглиненої дози є грей (Гр),на честь англійського фізика-радіобіолога Луї Гарольда Грея.

1 Гр -це поглинена доза іонізуючого випромінювання будь-якого виду, при якій 1 кг маси речовини поглинається енергія 1 Дж енергії випромінювання.

У практичній дозиметрії зазвичай користуються позасистемною одиницею поглиненої дози. радий(1 радий= 10 -2 Гр).

Еквівалентна доза

Величина поглиненої дозивраховує тільки енергію, передану об'єкту, що опромінюється, але не враховує «якість випромінювання». Концепція якості випромінюванняхарактеризує здатність цього виду випромінювання виробляти різні радіаційні ефекти. Для оцінки якості випромінювання вводять параметр - коефіцієнт якості (quality factor).Він є регламентованою величиною, його значення визначено спеціальними комісіями та включено до міжнародних норм, призначених для контролю над радіаційною небезпекою.