Радиоктивность что это такое?

Радиоактивность впервые описал Антуаном Анри Беккерелем в далеком 1896 году, поэтому единицу радиоактивности назвали Беккерель, сокращенно Бк.

Радиоактивный распад можно охарактеризовать, как самопроизвольный процесс превращения атомного ядра, приводящий к изменению его заряда, массы или энергетического состояния. Тут обязательно подчеркнем слово «самопроизвольное», т.к. все другие процессы: вынужденное деление ядра, ядерные реакции, ионизация и возбуждение и др. происходят под воздействием внешних сил и не относятся к явлению радиоактивности».

Для измерения энергии в международной системе единиц физических величин СИ используется джоуль ( Дж), однако, до сих пор широко используется единица электронвольт (эВ) и производные – кэВ, МэВ

один электронвольт 1 эВ соответствует энергии приобретаемой электроном, ускоряющемся в электрическом поле с разностью потенциалов в 1В

α - излучение (Альфа-распад)

При альфе-распаде испускается α - частица, представляющая собой ядро изотопа гелия - ⁴₂Не

α - частица состоит из двух протонов и двух нейтронов. Такое соотношение протонов и нейтронов соответствует заполненным ядерным оболочкам и характеризуется высокой стабильностью. Всего насчитывается около 200 радионуклидов, претерпевающих α - распад, которые расположены за элементом Pb, т.е. их атомные номера Z больше 82. Альфа-распад и спонтанное деление присущи радионуклидам тесно сгруппированным в конце таблицы Д.И. Менделеева

β - излучение (Бета-распад)

β - распад наблюдается у радиоактивных элементов, разбросанных по всей таблице Д.И.Менделеева, начиная от изотопа водорода 31Н и заканчивая трансурановыми элементам

Например, стронций-90 — чистый бета-излучатель с периодом полураспада =28,8 лет и максимальной энергией 0,54 МэВ. При распаде он образует дочерний радионуклид ⁹⁰Y с T^1/2=64 ч. ⁹⁰Sr может находиться в растворимой и нерастворимой формах в воде. Радионуклид ⁹⁰Sr характеризуется большей подвижностью в почвах, его поглощение в основном обусловлено ионным обменом. Большая часть задерживается в верхних горизонтах.

Энергетический спектр β - распада:

антинейтрино уносит энергию, равную разности между максимальной энергией β - распада и энергией β – частиц. Поэтому энергия распределяется между β - частицей и V*, поэтому спектр β - распада на графике имеет непрерывный вид.

Ионизирующее излучение и его виды (Рентген или γ излучение)

Рентгеновское излучение, по своей сути это электромагнитное излучение, образующееся при взаимодействии ускоренных электронов с атомами материала анода рентгеновской трубки. Различают тормозное и характеристическое рентгеновское излучение.

Структура атома

Модель атома, впервые предложенную Резерфордом и модифицированную в 1913 году Нильсом Бором, можно представить как планетарную систему, в центре которой находится ядро, а на орбитах (электронных оболочках), расположенных на определенных расстояниях от ядра – электроны.

Ядра состоят из протонов и нейтронов, называемых нуклонами. Ядра определяют элемент и его атомную массу. Число протонов в ядре определяет атомный номер Z. Сумма протонов и нейтронов определяет массовое число М.

Атомы могут содержать разное число нейтронов. Атомы одного и того же химического элемента, имеющие различное число нейтронов, называются изотопами.

Нуклид это разновидность атомов, характеризующийся некоторым массовым числом, атомным номером, и энергетическим состоянием их ядер.

Изотопы это вид ядер одного и того же элемента, только отличающихся количеством нейтронов в ядре.

Изобары - нуклиды, имеющие одинаковое массовое число, например:

Происхождение радионуклидов

Радионуклиды делятся на естественные (ЕРН), т.е. образующиеся в природе без участия человека, и техногенные, появившиеся в результате деятельности человека.

Долгоживущие радионуклиды, образовавшиеся в недрах Земли несколько миллиардов лет назад:

Наиболее значимые космогенные радионуклиды:

Техногенные радионуклиды (всего более 1000, наиболее значимые из них):

ЕРН. Как в земной биосфере появляются углерод (С¹⁴) и тритий (H³)?

Техногенный йод

Иод-131, его период полураспада 8,02 суток, является дочерним продуктом β-распада нуклида ¹³¹Te (полуроспад последнего составляет 25,0 мин) и является β- и γ -радиоактивным. Он распадается с испусканием β-частиц с максимальной энергией 0,807 МэВ (наиболее вероятны каналы бета-распада с максимальными энергиями 0,248, 0,334 и 0,606 МэВ и вероятностями соответственно 2,1 %, 7,3 % и 89,9 %), а также с излучением γ-квантов с энергиями от 0,08 до 0,723 МэВ (наиболее характерная гамма-линия, используемая на практике для идентификации иода-131, имеет энергию 364,5 кэВ и излучается в 82 % распадов); излучаются также конверсионные электроны и рентгеновские кванты. При распаде ¹³¹I превращается в стабильный ¹³¹Xe:

Закон радиоактивного распада

Самопроизвольный распад радиоактивных ядер идущий по закону радиоактивного распада, согласно которому число ядер dN , распадающихся за бесконечно малый временной промежуток dt, прапорционально N – общему числу радиоактивных ядер, находящихся в данный момент времени t:

λ - коэффициент пропорциональности или постоянная радиоактивного распада

Отрицательная величина производной указывает на то, что количество радиоактивных ядер уменьшается во времени.

Период полураспада

На практике чаще всего пользуются величиной периода полураспада T_1/2, который определяется как промежуток времени, в течение которого распадается половина первоначального количества радиоактивных ядер.

Радиация негативные эффекты на биологический организм

Радиация может вызывать два основных вида неблагоприятных эффектов, которые медициной практикой относятся к болезням:

Именно по беспороговым эффектам оценивается степень вредности условий труда – т.е. по стохастическим (понадобится в дальнейшем при оценке рисков от ИИИ).

Различная радиочувствительность органов и тканей человека.

Облучение всего тела и основные симптомы

Амбиентный эквивалент дозы

Международная комиссия по радиологическим единицам и радиационной защите предложила для оценки облучения человека измерять дозу на глубине d, равной 10 мм. Измеряемая величина дозы на этой глубине получила название - амбиентный эквивалент дозы.

ambient (от лат. аmbi - кругом, вокруг, с обеих сторон)

Амбиентный эквивалент дозы H×(d) – эквивалент дозы, который был бы создан на глубине d (мм) от поверхности шара из тканеэквивалентного материала фантом МКРЕ диаметром 30 см. Для оценки облучения всего тела человека величина d равна 10 мм.

За единицу измерения H×(10) принят 1 Зв (зиверт) это огромная величина, поэтому на практике используются меньшии величины: миллизиверт (мЗв) и микрозиверт (мкЗв):

Радиационные величины, используемые для радиационного контроля

10 мкЗв/год - величина, соответствующая пожизненному индивидуальному риску в результате облучения в течение года 10^-6.

Для оценки мощности дозы используется мощность амбиентного эквивалента дозы Н*₍₁₀₎

Экспозиционная доза: dQ - суммарный заряд всех ионов одного знака, созданных в воздухе при полном торможении электронов и позитронов, освобожденных фотонным излучением в массе воздуха dm, т.е.: 1. определена только для фотонного излучения - 2. определена только для воздуха.

Поглощенная доза – энергия, переданная излучением веществу, находящемуся в элементарном объеме:

Единица измерения Дж/кг = Гр (Грей)=100 рад≈100 Р. Определена для всех видов излучений и всех веществ.

Поглощенная доза равна эквивалентной для гамма-излучения: 1 Гр=1 Зв.

Эквивалентная доза - Различные виды излучения дают при одинаковой поглощенной дозе различный по величине биологический эффект

Эквивалентная доза H – поглощенная доза в органе или ткани, умноженная на взвешивающий коэффициент W для данного вида излучения:

Для разных видов излучений:

Единица измерения эквивалентной дозы– Зиверт (Зв).

Эффективная доза - Различные органы и ткани имеют разную чувствительность к воздействию излучения Взвешивающие коэффициенты W_T характеризуют чувствительность различных органов и тканей

Эффективная доза – мера риска для организма в целом, она численно равна:

Единица измерения эффективной дозы Зиверт (Зв)

Разница между эквивалентной и эффективной дозой?: Эффективная доза – показатель уровня радиационной безопасности.

Для расчетов эффективных доз внешнего облучения мощность дозы гамма-излучения (Н_i) в жилых домах и зданиях должна определяться с учетом уровня собственного фона дозиметра (Нф) и отклика его на космическое излучение (Нк) по формуле:

Где: Н_id - показания дозиметра в i-ой точке измерений. H_ф+H_к определяется для каждого дозиметра индивидуально путем многократных измерений, выполненных над водной поверхностью при глубине воды не менее 5 м на расстоянии от берега 50 м или более. Не менее 5 точек. Это только рекомендация, когда нет аномалий!!!

Значение индивидуальной годовой эффективной дозы внутреннего облучения взрослых жителей за счет короткоживущих дочерних продуктов изотопов радона в воздухе рассчитывается по данным измерений среднегодовых значений ЭРОА изотопов радона в воздухе по формуле:

где 9,45 × 10_-6 [мЗв/(ч×Бк/м³)] - дозовый коэффициент; А_экв - среднегодовое значение ЭРОА изотопов радона в воздухе жилых, общественных, производственных зданий или на открытой местности, Бк/м³; Т - время облучения в течение года за счет пребывания в производственных зданиях, ч (т.е. 1700 или 2000 ч).

Контролируемой величиной в жилых домах и общественных зданиях и сооружениях является разность {Н_i = Н_id - (Н_ф + Н_к)} между мощностью эквивалентной дозы гамма-излучения в помещениях и на прилегающей территории, которая не должна превышать 0,3 мкЗв/ч.

Контролируемой величиной в производственных зданиях и сооружениях, сдающихся в эксплуатацию после окончания строительства, капитального ремонта или реконструкции, является мощность эквивалентной дозы гамма-излучения в помещениях, которая не должна превышать 0,6 мкЗв/ч с учетом фона.