Корпускулярные ионизирующие излучения
К корпускулярным ИИ относят нейтроны (частицы с атомарной массой 1и не имеющие заряда).
Большинство нейтронов, образующихся при взрывах атомных боеприпасов, относится к быстрым нейтронам, а при взрывах водородных боеприпасов - к нейтронам очень больших энергий.
Так как нейтроны не имеют заряда, они взаимодействуют только с ядрами. Сталкиваясь с ядрами, нейтроны либо отталкиваются от них (рассеяние), либо поглощаются ими.
Процессы взаимодействия нейтронов с атомами вещества:
1) Упругое рассеяние. При столкновении с ядрами углерода, азота, кислорода, фосфора нейтроны теряют 10-15% , а при столкновении с ядрами водорода - до 2/3 своей энергии. Потерянная нейтронами энергия передается положительно заряженным частицам, имеющим высокую ионизирующую способность. Упругое рассеяние - основной путь потери энергии нейтронами, возникающими при атомных и водородных взрывах.
2) Неупругое рассеяние. В этом случае часть энергии расходуется нейтронами на возбуждение ядер. В исходное состояние ядра возвращаются испуская фотоны g-излучения.
3) Ядерные перестройки. При поглощении ядрами нейтронов происходит выброс протонов, a-частиц, g-квантов, возникают радиоактивные изотопы (это явление называется наведенной активностью).
Образующиеся при взаимодействии нейтронов с веществом ускоренные заряженные частицы вносят основной вклад в ионизацию и возбуждение атомов вещества. Поэтому нейтроны, так же как рентгеновы и g-лучи, называют косвенно ионизирующим излучением.
Проникающая способность нейтроновнесколько меньше, чем у g-излучения, но существенно больше, чем у ускоренных заряженных частиц. При ядерных и водородных взрывах нейтронный поток распространяется на сотни метров, легко проникая сквозь стальную броню и железобетон. Энергия нейтронов наиболее эффективно передается ядрам легких атомов. Поэтому вещества, богатые атомами водорода, бериллия, углерода, находят применение в экранировании от нейтронного излучения.
Ускоренные заряженные частицы- это перемещающиеся в пространстве источники электрического поля (поток электронов - b-частиц, протонов, ядер атома гелия - a-частиц).
При прохождении через вещество заряженные частицы могут взаимодействовать с его атомами. Формы этого взаимодействия:
1) Упругое рассеяние — изменение траектории заряженной частицы в результате отталкивания от атомных ядер без потери энергии. Чем меньше масса частицы, тем больше ее отклонение от прямого направления. Поэтому траектории b-частиц в веществе изломаны, а протонов и -частиц -практически прямые.
2) Неупругое торможение-электрон при прохождении вблизи атомного ядра теряет скорость и энергию. При этом может испускаться фотон тормозного излучения, летящий в том же направлении, что и электрон.
3) Ионизация и возбуждение атомовв результате взаимодействия частицы с их электронными оболочками - основной путь потери энергии ускоренных заряженных частиц в веществе. Под действием их электрического поля происходит возмущение электронных оболочек атомов с переходом последних в возбужденное или ионизированное состояние. Способность ускоренных заряженных частиц непосредственно взаимодействовать с электронными оболочками атомов позволила определить их как первично ионизирующие излучения.
Проникающая способностьускоренных заряженных частиц, как правило, невелика. Пробег b-частиц в воздухе составляет десятки сантиметров, а a-частиц - миллиметры. Одежда надежно защищает человека от воздействия этих излучений извне. Однако поступление их источников внутрь организма является опасным.
Количественная оценка ионизирующих излучений
Основы дозиметрии
Выявление ИИ и количественная оценка уровня радиационных воздействий называется дозиметрией. Для количественной характеристики уровня лучевого воздействия введено понятие дозы излучения. Применяются три основных вида дозы -экспозиционная, поглощенная и эквивалентная.
Экспозиционная доза (X) - мера количества ИИ, определяющая суммарный заряд ионов одного знака, образующихся при облучении воздуха в его единичной массе:
X=DQ/Dm,
где DQ - суммарный заряд всех ионов одного знака, возникающих в воздухе при полном торможении всех вторичных электронов, образовавшихся в малом объеме пространства, Dm - масса воздуха в этом объеме.
В системе СИ единицей экспозиционной дозы является кулон, деленный на килограмм (Кл/кг). Более часто, однако, применяется внесистемная единица экспозиционной дозы -рентген (Р), соответствующая образованию 2,1 • 109 пар ионов в 1 см3 сухого воздуха при нормальных условиях. 1 Кл/кг = 3876 Р; 1 P = 2,58 • 10-4 Кл/кг.
Изменения, вызываемые излучением в воздухе и в других средах, количественно различны. Это связано с разным количеством энергии, передаваемой излучением одинаковым по массе количествам разных веществ. Учесть этот фактор можно выражая количество ИИ в единицах поглощенной дозы (D). Поглощенная доза - количество энергии, передаваемой излучением единичной массе вещества:
D = DЕ/Dm,
где DЕ - энергия излучения, поглощенная малой массой вещества Dm.
В системе СИ поглощенную дозу выражают в греях (Гр). 1 Гр = 1 Дж/кг. Часто пользуются внесистемной единицей поглощенной дозы рад. Рад равен сантигрею (1 рад = 10-2 Гр).
Мощность дозы излучения (уровень радиации). Этот показатель характеризует интенсивность лучевого воздействия. Мощность дозы понимают экспозиционную, поглощенную или эквивалентную, регистрируемую за единицу времени. В системе СИ мощность экспозиционной дозы выражают в Кл/(кг·с), т. е. А/кг. Часто пользуются внесистемной единицей мощности дозы - Р/ч. Единицами мощности поглощенной дозы служат Гр/с, рад/с. При длительных воздействиях недифференцированных потоков ИИиспользуют внесистемные единицы мощности эквивалентной дозы - Зв/год и бэр/год.
В зависимости от величины мощности дозы различают кратковременное, пролонгированное и хроническое облучение.Кратковременным облучение считается при мощности дозы свыше 0,02 Гр/мин. Непрерывное радиационное воздействие в течение нескольких месяцев или лет называют хроническим, а пролонгированное облучение занимает промежуточное положение между первыми двумя. В случае облучения организма человека, если не менее 80% всей дозы регистрируются не более чем за 4 сут, облучение называется однократным.
В зависимости от распределения дозы во времени различают непрерывное и фракционированноеоблучение. Если доза ИИ разделена на части, чередующиеся с интервалами времени, в течение которых облучения не происходит, облучение называют фракционированным. Если эти интервалы меньше суток, облучение является непрерывным.
Значение мощности дозы излучения состоит в том, что при равной дозе облучения радиобиологические эффекты выражены тем сильнее, чем больше мощность дозы излучения. Основные дозиметрические величины и единицы их измерения представлены в таблице 7:
Совокупность потоков ИИ, происходящих из естественных источников, называется природным радиационным фоном Земли.
Извне на организм воздействует в основном g-излучение, источником которого преимущественно являются радиоактивные вещества, присутствующие в земной коре. По мере увеличения высоты над поверхностью моря, возрастает космическая составляющая природного радиационного фона.
Искусственные источники ИИ включают в себя рентгеновские трубки, ускорители заряженных частиц, а также устройства, содержащие радионуклиды. Последняя группа подразделяется на открытые (имеющие непосредственный контакт с атмосферой) и закрытые (заключенные в герметичную оболочку) источники ИИ.
Источники ИИ, наиболее актуальные в военное время. В случае применения ядерного оружия или крупномасштабных аварий на объектах ядерной энергетики ожидается многократное возрастание интенсивности лучевых воздействий на организм. Основными радиационными факторами ядерного взрыва являются проникающая радиация и радиоактивное заражение местности (РЗМ).