Источники и область применения ионизирующих излучений

Быстрое развитие ядерной энергетики и широкое применение источников ионизирующих излучений (ИИИ) в различных областях науки, техники и народного хозяйства создали потенциальную угрозу радиационной опасности для человека и загрязнения окружающей среды радиоактивными веществами. Поэтому вопросы защиты от ионизирующих излучений (радиационная безопасность) превращаются в одну из важнейших проблем.

Радиация (от латинского radiatio - излучение) характеризуется лучистой энергией. Ионизирующим излучением (ИИ) называют потоки частиц и электромагнитных квантов, образующихся при ядерных превращениях, т.е. в результате радиоактивного распада. Чаще всего встречаются такие разновидности ионизирующих излучений, как рентгеновское и гамма-излучения, потоки альфа-частиц, электронов, нейтронов и протонов. Ионизирующее излучение прямо или косвенно вызывает ионизацию среды, т.е. образование заряженных атомов или молекул - ионов.

Источниками ИИ могут быть природные и искусственные радиоактивные вещества, различного рода ядерно-технические установки, медицинские препараты, многочисленные контрольно-измерительные устройства (дефектоскопия металлов, контроль качества сварных соединений). Они используются также в сельском хозяйстве, геологической разведке, при борьбе со статическим электричеством и др.

Некоторые характеристики основных радиоактивных элементов представлены в табл. 3.2.

Таблица 3.2 - Характеристики основных радиоактивных элементов

Название элемента Характеристика элемента и меры предосторожности Период полураспада
Радон-222 Газ, испускающий альфа-частицы. Постоянно образуется в горных породах. Опасен при накоплении в шахтах, подвалах, на 1 этаже. Необходима вентиляция (проветривание). 3,8 суток
Ксенон-133 Газообразные изотопы. Постоянно образуются и распадаются в процессе работы атомного реактора. В качестве защиты используют изоляцию. 5 суток
Йод-131 Испускает бета-частицы и гамма-излучение. Образуется при работе атомного реактора. Вместе с зеленью усваивается жвачными животными и переходит в молоко. Накапливается в щитовидной железе человека. В качестве защиты от внутреннего облучения применяют "йодную диету", т.е. вводят в рацион человека стабильный йод. 8 суток
Криптон-85 Тяжёлый газ, испускающий бета-частицы и гамма-излучение. Входит в состав отработанного топливного элемента реактора. Выделяется при их хранении. Защита - изолированное помещение. 10 лет
Стронций-90 Металл, испускающий бета-частицы. Основной продукт деления в радиоактивных отходах. Накапливается в костных тканях человека. 29 лет
Цезий-137 Металл, испускающий бета-частицы и гамма-излучение. Накапливается в клетках мышечной ткани. 30 лет
Радий-226 Металл, испускающий гамма-излучение, альфа и бета-частицы. Защита - укрытия и убежища. 1600 лет
Углерод-14 Испускает бета-частицы. Естественный природный изотоп углерода. Используется при определении возраста археологического материала. 5500 лет
Плутоний-239 Испускает альфа-частицы. Содержится в радиоактивных отходах. Защита - качественное захоронение радиоактивных отходов. 24000 лет
Калий-40 Испускает бета-частицы и гамма-излучение. Содержится и замещается (выводится) во всех растениях и животных. 1,3 млрд. лет

Геодезисты могут сталкиваться с ионизирующими излучениями при выполнении работ на ускорителях заряженных частиц (синхрофазотронах, синхротронах, циклотронах), а также на атомных электростанциях, на урановых рудниках и др.

Альфа-частицы представляют собой положительно заряженные ядра атомов гелия. Эти частицы испускаются при радиоактивном распаде некоторых элементов с большим атомным номером, в основном это трансурановые элементы с атомными номерами более 92. Альфа-частицы распространяются в средах прямолинейно со скоростью около 20 тыс. км/с, создавая на своём пути ионизацию большой плотности. Альфа-частицы, обладая большой массой, быстро теряют свою энергию и поэтому имеют незначительный пробег: в воздухе - 20-110 мм, в биологических тканях - 30-150 мм, в алюминии - 10-69 мм.

Бета-частицы - это поток электронов или позитронов, обладающий большей проникающей и меньшей ионизирующей пособностью, чем альфа-частицы. Они возникают в ядрах атомов при радиоактивном распаде и сразу же излучаются оттуда со скоростью, близкой к скорости света. При средних энергиях пробег бета-частиц в воздухе составляет несколько метров, в воде - 1-2 см, в тканях человека - около 1 см, в металлах - 1 мм.

Рентгеновское излучение представляет собой электромагнитное излучение высокой частоты и с короткой длиной волны, возникающее при бомбардировке вещества потоком электронов. Важнейшим свойством рентгеновского излучения является его большая проникающая способность. Рентгеновские лучи могут возникать в рентгеновских трубках, электронных микроскопах, мощных генераторах, выпрямительных лампах, электронно-лучевых трубках и др.

Гамма-излучение относится к электромагнитному излучению и представляет собой поток квантов энергии, распространяющихся со скоростью света. Они обладают более короткими длинами волн, чем рентгеновское излучение. Гамма-излучение свободно проходит через тело человека и другие материалы без заметного ослабления и может создавать вторичное и рассеянное излучение в средах, через которые проходит. Интенсивность облучения гамма-лучами снижается обратно пропорционально квадрату расстояния от точечного источника.

Нейтронное излучение - это поток нейтральных частиц. Эти частицы вылетают из ядер атомов при некоторых ядерных реакциях, в частности, при реакциях деления ядер урана и плутония. Вследствие того, что нейтроны не имеют электрического заряда, нейтронное излучение обладает большой проникающей способностью. В зависимости от кинетической энергии нейтроны условно делятся на быстрые, сверхбыстрые, промежуточные, медленные и тепловые. Нейтронное излучение возникает при работе ускорителей заряженных частиц и реакторов, образующих мощные потоки быстрых и тепловых нейтронов. Отличительной особенностью нейтронного излучения является способность превращать атомы стабильных элементов в их радиоактивные изотопы, что резко повышает опасность нейтронного облучения.