BZhD_Metodichka_1

КЛАССИФИКАЦИЯ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ

Ионизирующие излучения (ИИ)

Электромагнитные				Корпускулярные
Рентгеновское излучение (Х-гау)				Альфа-излучение (а)
				Ядра атома гелия с энергией
к = 10 нм — 5 пм				1,8-15 МэВ
v = 3»1016 — 6*1019 Гц					4Не2 +
Гамма-излучение (у)
X < 5 пм				Бета-излучение ((3)
V > 61019 Гц
	Нейтронное излучение			поток электронов		поток позитронов
				вы соких Энергий		вы соких энергий
		1	1 .	Протонное излучение
>
			01 П
поток нейтронов
низких энергий	нейтронов		поток нейтронов
	поток ?Я			!р +	\	У
(тепловы е нейтроны )	средних энергий		средних энергий
				поток протонов	' поток антипро тонов
				вы соких энергий	j	вы соких энергий |

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ИОНИЗИРУЮЩИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ

В зависимости от источника электромагнитные ИИ подразделяют­ ся на тормозное, характеристическое и у-излучение. Тормозное излуче­ ние возникает при замедлении в электрическом поле (например, окру­ жающем атомные ядра) ускоренных заряженных частиц. Характери­ стическое излучение обусловлено энергетическими перестройками внутренних электронных оболочек возбужденных атомов, а у-излучение

является продуктом ядерных превращений радиоактивных элементов (радиоизотопов).

Совокупность тормозного и характеристического излучений назы­ вают рентгеновским излучением («Х-ray»), в земных условиях оно всегда

11

имеет искусственное происхождение, у-излучение может иметь как ие кусственное, так и естественное происхождение.

Наиболее важные свойства электромагнитных ИИ в сравнение о световым видимым спектром излучения приведены в табл. 1.

Таблица 1.

Свойства электромагнитных ионизирующих излучений

Общие со свойствами

видимого света	Отличные от свойств видимого света
Распространяются прямоли­	Невидимы невооруженным глазом
нейно	Проникают сквозь непрозрачные для
Не отклоняются в магнитном	видимого света материалы
и электрическом полях	Частично задерживаются различными

Имеют интенсивность, обрат­ материалами в прямой зависимости oi

но пропорциональную квад­ плотности этих материалов

рату расстояния до их источ­ Не отражаются от зеркальных поверх­

ника	ностей
	Не фокусируются оптическими линза­
	ми и не преломляются оптическими
	призмами
	Не дают интерференционную картину
	при пропускании сквозь обычные ди­
	фракционные решетки
	Ионизируют газы и другие вещества
	Изменяют цвет стекла, минералов
	Засвечивают фотопластинки, заверну­
	тые в светонепроницаемую бумагу

Несмотря на значительные различия свойств рентгеновского излу­ чения и видимого света, они тождественны по своей природе, различа-

12

ясь лишь длиною волн. Самые длинные из волн рентгеновского излуче­ ния на порядок короче, чем волны видимого света, что объясняет их разное поведение на зеркальных поверхностях, в линзах и на дифракци­ онных решетках. С этим же связано и наличие у рентгеновских и у- лучей ионизирующих свойств.

Рассмотрим положение ИИ электромагнитной природы на шкале электромагнитных излучений - рис. 1.

Рис 1. Шкала ЭМИ.

Таким образом получается что X-ray имеет длины волн 10 -0,01 нм, а у- излучение менее 0,01 нм, при этом чем короче волна излучения, тем выше энергия его кванта и тем большая проникающая способность и способность к ионизации вещества.

Ионизация веществ лежит в основе биологической активности ИИ. Этот же феномен используется для их выявления и количественной оценки (дозиметрии).

Взаимодействие электромагнитного ИИ с атомами вещества мо­ жет протекать в формах фотоэффекта, Комптон-эффекта и образования электрон-позитронных пар.

13

Фотоэффект — поглощение одной из внешних электронных шп лочек атома всей энергии фотона с превращением ее в кинетическл ю энергию «выбитого» из атома электрона.

Комптон-эффект — передача электрону лишь части энергии <|>>> пчш; остальная энергия передается вторичному («рассеянному») ф о т пу, который взаимодействует с атомами по механизму фотоэффекта п т

Компгон-эффекта. Например, в случае проникающей радиации ядернот щрыва на долю Комптон-эффекта приходится до 99— 100% поглощен ной веществом энергии у-излучения.

Образование электрон-позитронных пар при прохождении у кванта в непосредственной близости от ядра атома — это основной шм взаимодействия фотонов с веществом при их энергии более 50 МэВ, ei о удается наблюдать лишь в лабораторных условиях.

Образующиеся при поглощении квантов электромагнитного излу­ чения ускоренные заряженные частицы (фотоэлектроны, комптоновские электроны) являются вторичным, но первостепенным по значимое) и фактором ионизации и возбуждения атомов в облучаемом веществе. 11о этому X-ray и у-лучи называют косвенно ионизирующими излучениями.

Энергия фотонов определяет не только их ионизирующую, но н проникающую способность. Высокоэнергетические - «жесткие» элек тромагнитные излучения легко проникают вглубь тела человека и ли потных, вызывая ионизацию во всех клетках организма. Напротив, «шм кие» рентгеновы лучи, которые получают при напряжении на анонс рентгеновской трубки величиной в несколько кВ, задерживаются в ое ионном кожей, не оказывая существенного прямого действия на глубоки лежащие ткани.

При прохождении электромагнитных ИИ через вещество интем еиниость их потока уменьшается. Практически удобным показателем

14

экранирующей способности материалов является толщина их слоя, при которой излучение ослабляется вдвое (слой половинного ослабления).

Коэффициент ослабления электромагнитных ИИ растет с увеличе­ нием порядкового номера в таблице Менделеева, а значит, и атомной массы входящих в вещество элементов. Поэтому наиболее эффективно экранируют от электромагнитных ИИ вещества, содержащие тяжелые металлы («защита экранированием»). Свинец и барий вводят в состав материалов, используемых при сооружении помещений для лучевой ди­ агностики и терапии. «Защита экранированием» дополняется «защитой расстоянием», основанной на зависимости интенсивности потока ИИ от расстояния до его источника, и «защитой временем» — минимизацией времени воздействия ИИ на персонал.

15

Тепловые

Медленные

Промежуточные

Быстрые Очень больших энергий

Сверхбыстрые (релятивистские)

Название

КОРПУСКУЛЯРНЫ Е ИОНИЗИРУЮ Щ ИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ

К корпускулярным ИИ относят нейтроны и ускоренные заряяч'м пые частицы.

Нейтронное излучение возникает при бомбардировке атомною щ ри ускоренной заряженной частицей или фотоном высокой энергии. I In мимо лабораторных условий, такой путь реализуется при взрывах атм них боеприпасов, где источником этих частиц служат цепные реакции деления ядер 235U или 239Ри. Другой путь образования нейтронов - сим тез ядер легких элементов — дейтерия (^D ), трития ( 3,Т) и лития ('.’I i ) происходящий при взрывах термоядерных (водородных) боеприпасов.

Нейтроны могут быть классифицированы по их энергии (табл. 2). Таблица 2.

Классификация нейтронов в зависимости от энергии Энергия частицы <0,1 эВ

0,1-500,0 эВ

0,5-100,0 кэВ

0,1-10,0 МэВ

10-1000 МэВ >1000МэВ

Ьольшинство нейтронов, образующихся при взрывах атомных w емрииасов, относится к быстрым нейтронам, а при взрывах водородных боеприпасов — к нейтронам очень больших энергий.

Гак как нейтроны не имеют заряда, они не оказывают непосредп пенного влияния на электронную оболочку атомов, взаимодействуя ЮЛ1.КО с ядрами. Сталкиваясь с ядрами, нейтроны либо отталкиваются

16

от них (рассеяние), либо поглощаются ими (участие в ядерных пере­ стройках). Ниже раскрывается содержание процессов взаимодействия нейтронов с атомами вещества.

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 энер­ гия передается «ядрам отдачи» — положительно заряженным частицам, имеющим высокую ионизирующую способность. Упругое рассеяние — основной путь потери энергии нейтронами, возникающими при атомных и водородных взрывах.

Неупругое рассеяние. В этом случае часть энергии расходуется нейтронами на возбуждение (разновидность колебательного движения) ядер-мишеней. В исходное состояние ядра возвращаются испуская фо­ тоны у-излучения.

Ядерные перестройки. При поглощении ядрами нейтронов проис­ ходит выброс протонов, а-частиц, у-квантов, возникают искусственные радиоактивные изотопы (это явление называется наведенной активно­ стью).

Образующиеся при взаимодействии нейтронов с веществом уско­ ренные заряженные частицы — ядра отдачи — вносят основной вклад в ионизацию и возбуждение атомов вещества. Поэтому нейтроны, так же как рентгеновы и у-лучи, называют косвенно ионизирующим излучением.

Проникающая способность нейтронов несколько меньше, чем у у- излучения, но существенно'больше, чем у ускоренных заряженных час­ тиц. При ядерных и водородных взрывах нейтронный поток распростра­ няется на сотни метров, легко проникая сквозь стальную броню и желе­ зобетон. Энергия нейтронов наиболее эффективно передается ядрам легких атомов. Поэтому вещества, богатые атомами водорода, бериллия, углерода, находят применение в экранировании от нейтронного излуче­

17

ния. Тяжелые металлы, плохо задерживающие нейтроны, могут прпмг мяться для ослабления вторичного у-излучения, возникающего в JICIMIV

материалах в результате неупругого рассеяния нейтронов и ядерных m рестроек.

Ускоренные заряженные частицы — это перемещающиеся в при

странстве источники электрического поля (поток электронов

|1

частиц, протонов, ядер атома гелия — а-частиц). Естественными ....

никами ускоренных заряженных частиц являются некоторые из прироч ных радиоизотопов. К искусственным источникам относятся искусе! венные радиоизотопы и ускорители заряженных частиц.

При прохождении через вещество заряженные частицы мои i взаимодействовать с его атомами. Ниже раскрываются формы эюю взаимодействия.

Упругое рассеяние — изменение траектории заряженной частицы и результате отталкивания от атомных ядер без потери энергии. Чем меньше масса частицы, тем больше ее отклонение от прямого напраилс ния. Поэтому траектории Р-частиц в веществе изломаны, а протонов и « частиц — практически прямые.

Неупругое торможение. Электрон при прохождении вблизи атом ного ядра теряет скорость и энергию. При этом может испускаться фо тон тормозного излучения, летящий в том же направлении, что и элек трон.

Ионизация и возбуждение атомов в результате взаимодействии частицы с их электронными оболочками — основной путь потери энер гии ускоренных заряженных частиц в веществе. Под действием их элек трического поля происходит возмущение электронных оболочек атомом с переходом последних в возбужденное или ионизированное состояние Способность ускоренных заряженных частиц непосредственно взаимо­

18

действовать с электронными оболочками атомов позволила определить их как первично ионизирующие излучения.

Проникающая способность ускоренных заряженных частиц, как правило, невелика. Она прямо пропорциональна энергии, массе и квад­ рату скорости частицы. Напротив, связь проникающей способности с абсолютной величиной заряда частиц является отрицательной. Пробег Р- частиц в воздухе составляет десятки сантиметров, а а-частиц — милли­ метры. Одежда надежно защищает человека от воздействия этих излу­ чений извне. Однако поступление их источников внутрь организма яв­ ляется опасным, поскольку пробег а- или [3-частиц в тканях превышает размеры клеток, что создает условия для воздействия излучения на чув­ ствительные к нему субклеточные структуры.

19

ПЛОТНОИОНИЗИРУЮЩИЕ И РЕДКОИОНИЗИРУЮЩШ

ИЗЛУЧЕНИЯ

Первичные изменения атомов и молекул сводятся к ионизации и им

возбуждению и качественно не зависят от вида действующего ни ии\

ИИ. Однако при одном и том же количестве энергии, поглощенной v.w

ницею массы вещества, микропространственное распределение ч>>н энергии в облученном объеме различно. Это различие определяется т

нейной передачей энергии (ЛПЭ) — количеством энергии, передаваем)hi частицей веществу в среднем на единицу длины пройденного в нем m ти:

ЛПЭ = ^

Дх

где Е — энергия частицы (эВ); х — путь частицы (мкм).

ЛПЭ зависит от вида ИИ и плотности вещества. Значения ищи показателя, приводимые в справочных таблицах, обычно соответствии! величине ЛПЭ конкретного ИИ в воде. ЛПЭ электромагнитных ИИ и нейтронов определяется величиной ЛПЭ первичных ионизируют:^ факторов (электронов и ядер отдачи, соответственно).

Зная величину ЛПЭ, можно определить среднее число ионои, пи разующихся на единицу длины пути частицы ИИ. Для этого надо pa t'le лить величину ЛПЭ на величину энергии, необходимой для образовании одной пары ионов. Количество пар ионов, образующихся в среднем па I мкм пути частицы ИИ в веществе, называется линейной плотнопш-ш ни низации (ЛПИ).

В зависимости от величины ЛПЭ все ионизирующие излучении делят на редко- и плотноионизирующие (табл. 3).

20