Андрей Смирнов
Время чтения: ~11 мин.
Просмотров: 0

Радиация: основные характеристики и самые популярные заблуждения

История

О существовании ионизирующего излучения стало известно в результате открытия в 1860-х годах катодных лучей (потоков электронов, ускоряемых в вакуумной трубке высоким напряжением). Следующим открытым видом ионизирующего излучения стали рентгеновские лучи (Вильгельм Рентген, 1895). В 1896 году Анри Беккерель обнаружил ещё один вид ионизирующего излучения — невидимые лучи, испускаемые ураном, проходящие сквозь плотное непрозрачное вещество и засвечивающие фотоэмульсию (в современной терминологии — гамма-излучение). В результате дальнейшего исследования явления радиоактивности было обнаружено (Эрнест Резерфорд, 1899), что в результате радиоактивного распада испускаются альфа-, бета- и гамма-лучи, отличающиеся по ряду свойств, в частности, по электрическому заряду. Впоследствии были обнаружены и другие виды ионизирующей радиации, возникающие при радиоактивном распаде ядер: позитроны, конверсионные и оже-электроны, нейтроны, протоны, осколки деления, кластеры (лёгкие ядра, испускаемые при кластерном распаде). В 1911—1912 годах были открыты космические лучи.

Знак радиационной опасности

Новый знак радиационной опасности

Международный условный («трилистник», «вентилятор») имеет форму трёх секторов шириной 60°, расставленных на 120° друг относительно друга, с небольшим кругом в центре. Выполняется чёрным цветом на жёлтом фоне.

В таблице символов Юникод есть символ знака радиационной опасности — (U+0x2622).

В 2007 году был принят новый знак радиационной опасности, в котором «трилистник» дополнен знаками «смертельно» («череп с костями») и «уходи!» (силуэт бегущего человека и указывающая стрелка). Новый знак призван стать более понятным для тех, кто не знаком со значением традиционного «трилистника».

Применение ионизирующих излучений

Ионизирующие излучения применяются в различных отраслях:

В технике

  • Интроскопия (в том числе для досмотра багажа и людей в аэропортах).
  • Стерилизация медицинских инструментов, расходных материалов и продуктов питания.
  • «Вечные» люминесцентные источники света широко использовались в середине XX века в циферблатах приборов, подсветке специального оборудования, ёлочных игрушках, рыболовецких поплавках и тому подобном.
  • Датчики пожара (задымления).
  • Радиоизотопные сигнализаторы обледенения
  • Агрегаты (высоковольтные блоки) системы запуска авиадвигателей
  • Датчики и счётчики предметов на принципе перекрытия предметом узкого гамма- или рентгеновского луча.
  • Некоторые виды изотопных генераторов электроэнергии. См. Бета-вольтаический элемент питания (англ.)русск..
  • Ионизация воздуха (например, для борьбы с пылью в прецизионной оптике или облегчения пробоя в автомобильных свечах зажигания).
  • Нейтронно-трансмутационное легирование полупроводников.

В медицине

См. также: Ядерная медицина, Радиотерапия и Радиохирургия

  • Для получения картины внутренних органов и скелета используются рентгенография, рентгеноскопия, компьютерная томография.
  • Для лечения опухолей и других патологических очагов используют лучевую терапию: облучение гамма-квантами, рентгеном, электронами, тяжёлыми ядерными частицами, такими как протоны, тяжёлые ионы, отрицательные π-мезоны и нейтроны разных энергий.
  • Введение в организм радиофармацевтических препаратов, как с лечебными, так и с диагностическими целями.

В аналитической химии

  • Радиоактивационный анализ путём бомбардировки нейтронами и анализа характера и спектра наведённой радиоактивности.
  • Анализ веществ с использованием спектров поглощения, испускания или рассеяния гамма- и рентгеновских лучей. См. рентгеноспектральный анализ, рентгенофлуоресцентный анализ.
  • Анализ веществ с использованием обратного рассеяния бета-частиц.

Основные единицы измерения ионизирующих излучений

Рентген (Р, R) – внесистемная единица экспозиционной дозы фотонного (гамма- и рентгеновского) излучений. Микрорентген – миллионная часть рентгена, мкР

Поглощённая доза (сокращённое обозначение – д о з а) – определяется двумя основными способами.

Для малых и средних уровней облучения – применяют единицы Зиверт. Дальше – считают в единицах Грэй. По цифрам, эти ед-цы примерно равны.
Зиверт (Зв, Sv) – в системе единиц СИ, поглощенная доза с учётом, в виде коэффициентов,
энергии и типов излучения (эквивалентная) и радиочувствительности живых органов и тканей в теле человека (эффективная). Данная ед-ца используется до величин дозы – порядка 1.5 зиверта, для более высоких значений облучения – используют Грэи.

1 миллизиверт (мЗв. mSv) = 0.001 зиверт

1 микрозиверт (мкЗв. µSv) = 0.001 милизиверт

Для оценки влияния ионизирующего облучения на человека – служит величина индивидуальной эффективной дозы (ИЭД, мЗв/чел.) Медицинская компонента, обусловленная использованием ИИИ (источников ион. излучения) в медицинских целях – составляет от 20 до 30%.

бэр – биологический эквивалент рентгена; это старая, внесистемная единица поглощённой дозы; современная – Зиверт.

1 бэр ~ 1 сЗв (сантизиверт).

1 Зв ~ 100 бэр
Мощность дозы – д о з а  излучения за единицу времени:

0.10 мкЗв/час == 10 мкР/час
(двойной знак равенства означает здесь «примерно»)

1 зиверт == 100 рентген

Коэффициент качества излучения для гамма-квантов и бета-частиц равен единице (Q=1), для быстрых нейтронов Q=10, для альфа-частиц Q=20 и т.д.

Активность (А) радиоактивного вещества – число спонтанных ядерных превращений в этом вещ-ве на определённой площади, в единичном кубическом объёме («объёмная активность») или в единице веса («удельная активность») за малый промежуток времени. Единицей измерения активности, в системе СИ, является:

1 беккерель (Бк, Bq) = 1 ядерное превращение в секунду

109 Бк = 1 гигабеккерель (ГБк, GBq)

До сих пор ещё используется (особенно часто – на экологических картах радиоактивного заражения, в расчёте на квадратный километр) старая внесистемная единица измерения активности рад.вещ. в сист. СГС – К ю р и:
1 кюри (Ки, Ci) = 3,7 х 1010 беккерель = 37 гигабеккерель (ГБк, GBq)

1 мкКи (микрокюри) = 3,7 х 104 распадов в секунду = 2,22 х 106 расп. в минуту.

Человеческий организм содержит примерно 0,1 мкКи калия-40 натурального происхождения.
Верхнее значение безопасной (то есть, на уровне естественной) «минимально значимой активности» (МЗА) – находится в пределах от 3.7 кБк (килобеккерель) до 37 МБк (мегабеккерель), в зависимости от вида излучения (до удельных 74 кБк/кг – для твёрдых бета-активных,
менее 3.7 кБк/кг – для гаммаактивных, меньше 7.4 кБк/кг – для альфаактивных веществ, до 0.37 кБк/кг – для трансурановых).

Грэй (Гр, Gy) – в системе СИ, величина энергии ионизирующего излучения, переданная веществу.

1 Гр (ед. СИ) = 100 рад (внесистемная единица) == 100 рентген (с точностью 15-20%, для энергий 0.1-5 МэВ)

5 мГр == 500 мР = 0.5 Р (безопасная доза общего кратковременного облучения – исключаются клинически выраженные соматические эффекты; при медицинском обследовании или лечении – это как снимок флюорографии, сделанный на старом аппарате, раз в год).

При экспозиционной дозе в 1 рентген, поглощённая доза в воздухе будет 0,85 рад

Чем проверить наличие радиации

Проверить уровень радиации может возникнуть при покупке новой квартиры, квартиры в неблагополучном районе или использовании подозрительных материалов на строительстве дома. У человека нет органов чувств способных почувствовать радиацию и оценить опасность. Поэтому для её обнаружения необходимо наличие специализированных приборов — дозиметров.

Бытовые дозиметры для измерения радиации

Они могут быть бытовыми, профессиональными, промышленными или военными. В качестве чувствительного элемента могут использоваться различные датчики: газоразрядные, сцинтилляционные кристаллы, слюдяные счётчики Гейгера-Мюллера, термолюминесцентные лампы, пин-диоды.

Для замеров в домашних условиях нам доступны бытовые дозиметры. В зависимости от прибора он может выводить показания на дисплей в мкЗв/ч или мкР/ч. Некоторые приборы более близкие к профессиональным могут показывать в обоих вариантах. Следует учитывать, что бытовые дозиметры имеют довольно высокий уровень погрешности измерений.

Измерение радиационного излучения

При слове «радиация» у многих людей в мозге возникает картины страшной аварии на Чернобыльской АЭС. Однако люди каждый день подвергаются воздействию тех или иных ионизирующих факторов. Для измерения этого ионизирующего излучения существует ряд приборов. Соответственно, существуют и единицы измерения, и допустимые нормы радиационного фона.

К основным источникам радиации относятся:

  • природные радиоактивные вещества, окружающие человека (70%);
  • медицинские аппараты: рентген, томограф и прочие (10%);
  • космическая солнечная радиация (именно от неё человечество защищает озоновый слой) (15%);
  • бытовые электроприборы (5%).

Проверку на величину радиационного фона и силу излучения проводят с помощью специальных приборов, которые позволят с точностью определить, насколько интенсивно излучение в исследуемом участке. Чаще всего замеры проводят в следующих местах и случаях:

  • при наличии рядом явного источника радиационного заражения (вблизи атомных электростанций);
  • во время путешествий и походов по неизвестной территории, где рядом может находиться радиоактивный источник;
  • перед строительством жилого дома или при приобретении квартиры.

Измерение уровня облучения радиацией

Человек испытывает на себе влияние излучения повсеместно. Радиоактивная доза в определенном количестве присутствует в организме всегда. Когда норма излучения в организме превышена во много раз, может наступить смерть.

Уровень радиации – это максимально допустимая дозировка фонового уровня ионизирующего излучения (измеряется в микрозивертах). Допустимый уровень радиации в закрытом помещении составляет 25 мкР/ч. Единица излучения радиации – микрозиверты в час. Вероятность развития рака резко повышается, если человек облучился дозой радиации свыше 11.42 МкЗв/час. Более половины людей, облучившихся дозой свыше 570.77 МкЗв за один раз, умирает за 3-4 недели. Предельно допустимый уровень излучения от источников естественного происхождения считается нормальным в пределах до 0,57 мкЗв/час. Нормальный радиационный фон, исключая влияние радона, составляет 0,07 мк/час.

Особую опасность излучение представляет для лиц, чья профессиональная деятельность предполагает постоянное столкновение с облучением. Мероприятия по предупреждению облучения среди медперсонала сводятся к установлению допустимого предела излучения.

Предельно допустимая концентрация (ПДК) радиоактивного излучения рассчитывается исходя из данных о виде и периоде распада ионизирующих частиц.

Если человек регулярно соприкасается с радиоактивными элементами, ему необходимо знать о том, как себя защитить. Разработаны и внедрены в практику допустимые уровни загрязнения одежды и средств защиты после дезинфекции. Максимально допустимый уровень загрязнения отражен в таблице ниже.

Объект загрязнения Число частиц в 1 минуту
Альфа-излучение Бета-излучение
До очистки После очистки До очистки После очистки
Руки 75 фон 5000 фон
Белье и полотенца 75 фон 5000 фон
Спецодежда из хлопчатобумажной ткани 500 100 25000 5000
Одежда из пленки 500 200 25000 10000
Обувь 500 200 25000

Существует средняя суточная норма для человека. Она равна 0,0027 млЗв / в сутки.

Что такое ионизирующая, поглощающая, проникающая радиация?

Радиация вокруг нас представляет достаточно сложный процесс

И есть еще несколько понятий, которые важно знать

Итак, первое — это ионизирующее излучение. Оно представляет собой поток частиц, которые могут привести к ионизации вещества. Во время этого процесса один или несколько электронов отрываются от атома или молекулы, а потом становятся положительно заряженными ионами. При этом, электроны могут присоединяться и к другим, образуя тем самым отрицательно заряженные ионы.


Проникающая радиация

Второе понятие — поглощенная радиация. Она представляет собой частичное превращение солнечной радиации в иные виды энергии. В атмосфере примерно 15% входящей энергии поглощается и большая часть приходится на земную поверхность. Так, поглощенная радиация представляет собой часть суммарной солнечной радиации, поглощаемой земной поверхностью.

Третье — проникающая радиация. Она является одним из поражающих факторов ядерного оружия. Это гамма-излучение и поток нейтронов. Более того, бывает ионизирующее излучение в виде альфа- и бета-частиц. Как правило, действует проникающая радиация примерно 10-15 секунд после взрыва. Кроме того, есть некоторые элементы, к примеру, плутоний, радий или уран, которые спонтанно превращаются. Они дают поток излучения. И это явление называется проникающей радиацией.

Материалы с повышенной радиоактивностью

При строительстве в советское время все материалы проходили проверку по ГОСТ. Поэтому разговоры о том что «хрущёвские» пятиэтажки имеют радиоактивность, не более чем миф. Основным источником радиации в квартире или любом другом помещении является газ радон.

Он относится к естественным источникам радиации, так как присутствует в земной коре и выделяется в окружающую среду, внося свою долю в общий радиационный фон. Проникая в помещение через фундамент и полы, он накапливается , увеличивая нормальный радиоактивный фон. Поэтому не стоит делать помещения слишком герметичными. Дополнительным источником поступления радона в дом является вода поступающая из артезианских скважин и газ.

Средняя радиоактивность некоторых строительных материалов

Основные строительные материалы: бетон, кирпич и дерево не представляют опасности и являются самыми безвредными. Однако в строительстве и в быте мы используем материалы, выделяющие довольно большое количество радона. К ним относятся:

  • пемза;
  • гранит;
  • туф;
  • графит.

Все материалы залегающие или добытые из земной коры могут иметь повышенный уровень радиации. Поэтому неплохо контролировать её самостоятельно.

Фон ионизирующего излучения

Фон ионизирующего излучения (или радиационный фон) — суммарное излучение от природных и техногенных источников.

В России радиационный мониторинг окружающей среды осуществляют федеральная служба Росгидромет и государственная корпорация Росатом. На международном уровне сбором информации и оценкой влияния радиоактивного излучения на человека и окружающую среду занимается Научный комитет по действию атомной радиации (НКДАР) при Организации объединённых наций.

Основными составляющими естественного (природного) радиационного фона являются космические лучи и излучение от радионуклидов земного происхождения, повсеместно содержащихся в земной коре.

Согласно данным НКДАР среднемировая мощность эффективной дозы от действия космических лучей (включая вторичное нейтронное излучение) на поверхности земли вне укрытий составляет 0,036 мкЗв/ч. С увеличением высоты над уровнем моря это значение существенно меняется и в зоне полётов гражданской авиации (9—12 км) может составлять 5—8 мкЗв/ч. Исходя из этого эффективная доза от действия космических лучей при трансатлантическом перелёте из Европы в Северную Америку достигает 30—45 мкЗв. Кроме того мощность дозы рассматриваемого излучения зависит от геомагнитной широты и состояния 11-летнего цикла солнечной активности. Вклад каждого из двух факторов в мощность дозы излучения составляет около 10 % .

Второй существенной составляющей естественного радиационного фона является γ-излучение от радионуклидов земного происхождения таких как 40K и продуктов распада урана-238 и тория-232 (226Th, 228Ac, 214Pb, 214Bi). Средняя мощность эффективной дозы от внешнего облучения этими радионуклидами в зависимости от региона находится в диапазоне от 0,030 до 0,068 мкЗв/ч. Как исключения, в мире имеются регионы с повышенным естественным радиационным фоном, обусловленным наличием монацитового песка с большим содержанием тория (города Гуарапари в Бразилии, Янцзян в Китае, штаты Керала и Мадрас в Индии, дельта Нила в Египте), вулканическими почвами (штат Минас-Жерайс в Бразилии, остров Ниуэ в Тихом океане) или наличием радия-226 в пресной воде (город Рамсар в Иране).

По данным Росгидромета на территории Российской Федерации мощность экспозиционной дозы γ-излучения (МЭД) находится в основном в пределах колебаний естественного радиационного фона (9—16 мкР/ч).

Превышение значений МЭД зафиксировано на загрязнённых после аварии на ЧАЭС территориях в Брянской, Калужской, Курской, Орловской и Тульской областях в диапазоне 19—25 мкР/ч. В 100-км зонах радиохимических предприятий и АЭС наблюдаются кратковременные повышения МЭД до 20 мкР/ч, однако среднегодовые значения находятся в пределах колебания фона — 9—14 мкР/ч.

Средняя годовая эффективная доза, получаемая человеком и обусловленная природными факторами, составляет 2400 мкЗв, в эту цифру кроме внешнего облучения от источников рассмотренных выше, входит внутренне облучение от радионуклидов попадающих в организм человека с воздухом, пищей и водой (суммарно 1500 мкЗв). В последнее время техногенное облучение в развитых странах приближается к вкладу от естественных источников. При этом доза от медицинских исследований и терапии с использованием источников ионизирующего излучения составляет 95 % всего антропогенного радиационного воздействия на человека.

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Максим Иванов
Наш эксперт
Написано статей
129
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации