Тема нашего модуля "Радиация и экология". Модуль состоит из трех частей: Взаимодействие радиоактивного излучения с биологическими объектами. Поглощенная и эквивалентная доза. Способы защиты от излучений и правила радиационной безопасности. Переходим к первой части нашего модуля "Взаимодействие радиоактивного излучения с биологическими объектами". Ионизирующие излучения представляют собой потоки элементарных частиц и гамма-квантов, которые способные вызывать ионизацию атомов и молекул среды, в которой они движутся. К ионизирующим излучениям относятся: альфа-излучения, бета-излучения, нейтронное излучение, гамма-излучение. Альфа-излучение представляет собой поток ядер гелия, состоящих из двух протонов и двух нейтронов. Эти ядра имеют двойной положительный заряд и относительно большую массу, которая превышает в 7300 раз массу электрона. Энергии альфа-частиц и антинейтрино колеблются в пределах от 1 до 2 МэВ. Пробег альфа-частиц в воздухе в зависимости от их энергии составляет от 2 до 10 см. В биологических тканях он достигает порядка десятков микрон. Так как альфа-частицы массивны, и обладают большой энергией, то их путь в веществе прямолинеен. В воздухе на пути в 1 см альфа-частица образует от 150 000 до 250 000 пар ионов. Поэтому альфа-излучение при попадании в организм, крайне опасны для человека и животных. Бета-излучение представляют собой поток позитронов и электронов испускаемых ядрами при бета-распаде. Бета-частицы одного и того же радиоактивного элемента обладают разными энергиями. Это объясняется тем, что при бета-распаде вместе с позитронами и электронами, то есть с бета-частицами испускается нейтрино или антинейтрино. Энергия, освобождаемая при каждом бета-распаде, распределяется между бета-частицами и нейтрино или антинейтрино. Если большая часть энергии передается бета-частицам, то нейтрино вылетает с малой энергией, если же основная часть энергии передается нейтрино, то бета-частицы приобретают меньшую энергию. Поэтому энергетический спектр бета-излучений сплошной и непрерывный. Средняя бета-частица составляет примерно 1/3 от максимальной энергии. При движении в веществе бета-частиц изменяет направление движения под действием электрических полей встречных атомов. Поэтому путь бета-частиц в веществе не прямолинейный, а извилистый. Величина пробегов в среде так же не одинакова. Бета-излучение образует от 50 до 100 пар ионов на 1 см пути в воздухе. И имеет рассеянный тип ионизации. Пробег бета-частиц в воздухе в зависимости от энергии может составлять от 20 метров до 1 см. Скорость движения бета-частиц в вакууме может составлять от 0,3 скорости света до 0,99 скорости света. Различные радиоактивные изотопы значительно отличаются друг от друга по уровню бета-частиц. Энергия бета-частиц меняется в широких пределах от 0,005 МэВ – это мягкое бета-излучение до 3–12 МэВ – это жесткое бета-излучение. Нейтронное излучение представляет собой поток ядер частиц, не имеющих электрического заряда. Масса нейтрона приблизительно в четыре раза меньше, чем масса альфа-частиц. В зависимости от энергии различают медленные нейтроны с энергией менее 1 кэВ. Нейтроны промежуточных энергий от 1 кэВ до 500 кэВ и быстрые нейтроны от 500 кэВ до 20 МэВ. Среди медленных нейтронов различают тепловые нейтроны с энергией мене 0,2 эВ. Тепловые электроны находятся по существу в состоянии термодинамического равновесия с тепловым движением атомов среды. Наиболее вероятная скорость движения таких нейтронов при комнатной температуре составляет 2200 м/с. При неупругом взаимодействии нейтронов с ядрами атомов возникает вторичное излучение, состоящее из заряженных частиц и гамма-квантов. То бишь, гамма-излучение. При упругих взаимодействиях нейтронов с ядрами может наблюдаться обычная ионизация вещества. Проникающая способность нейтронов зависит от их энергии. Но она существенно выше, чем у альфа-частиц или бета-частиц. Так длина пробегов нейтронов промежуточных энергий составляет 15 м в воздушной среде и 3 см в биологической ткани. Аналогичный показатель для быстрых нейтронов соответственно равны 120 м и 10 см. Таким образом, нейтронное излучение обладает высокой проникающей способностью и представляет для человека наибольшую опасность из всех видов корпускулярного излучения. Гамма-излучение – представляет собой поток электромагнитных волн; это радиоволны, видимый и не видимый свет, ультрафиолетовые и инфракрасные лучи, а так же рентгеновское излучение. Различные виды электромагнитного излучения отличаются, как условиями образования, так свойствами: длиной волны и энергией. Рентгеновское излучение возникает при торможении быстрых электронов в электрическом поле ядра атомов вещества (так называемое тормозное излучение) или при перестройке электронных оболочек атомов при ионизации и возбуждении атомов и молекул (так называемое характеристическое рентгеновское излучение). При различных переходах атомов и молекул из возбужденного состояния в не возбужденное состояние, может происходить испускание видимого света, инфракрасных и ультрафиолетовых лучей. Гамма-кванты – это излучение ядерного происхождения. Они испускаются ядрами атомов при альфа- и бета-распаде природных и искусственных радионуклидов, в тех случаях, когда в дочернем ядре оказывается избыток энергии не захваченный излучением альфа- или бета-частиц. Этот избыток мгновенно высвечивается в виде гамма-квантов. Гамма-кванты лишены массы покоя – это значит, что фотоны существуют только в движении. Они не имеют заряда, и поэтому в электрическом и магнитном поле гамма-кванты не отклоняются. В веществе и вакууме гамма-лучи распространяются прямолинейно и равномерно во все стороны от источника. Скорость распространения их в вакууме равняется скорости света. Энергия гамма-излучений естественных радиоактивных элементов колеблется от нескольких кэВ до 2–3 МэВ, а иногда достигает 5–6 МэВ. Гамма-кванты, не имея заряда и массы покоя, вызывают слабое ионизирующее действие, но обладают большой проникающей способностью. Путь пробега в воздухе достигает 100–150 метров. Излучения разных видов оказывают неодинаковое воздействие на организм, что объясняется разной ионизирующей способностью. Так альфа-излучение не способно проникнуть через наружный слой кожи и не представляет опасности до тех пор, пока вещества, испускающие альфа-частицы, не попадут внутрь организма. Бета-излечение опасно для организма, особенно при попадании радиоактивных веществ на кожу или во внутрь организма. Нейтронное излучение обладает высокой проникающей способностью и представляет для человека наибольшую опасность из всех видов корпускулярного излучения. Гамма-излучение обладает сравнительно небольшой ионизирующей активностью, но в силу высокой проникающей способности представляет большую опасность для организмов. Все существа на Земле постоянно подвергаются воздействию ионизирующей радиации путем внешнего и внутреннего облучения за счет естественных и искусственных источников ионизируещего излучения. Естественные источники – это космическое излучение и природные радиоактивные вещества. Искусственные источники – это отходы атомной промышленности, радиоактивные изотопы, используемые в биологии, медицине, сельском хозяйстве и др. В следующей части лекции мы разберем понятие поглощенной дозы ионизирующего излучения.