159

закону:

N(t)= N(0)exp(−λt),

где N(0) – количество радиоактивных атомов в начальный момент

времени (t=0); λ – постоянная распада, характеризующая скорость уменьшения числа радиоактивных ядер, с-1.

Активность (А) радионуклида связана с числом радиоактивных атомов

(N) в источнике в данный момент времени соотношением:

A = λ N = 0,693 N T12 .

Масса одного атома равна mA NA (где mA – атомная масса, NA = 6,022 1023

(моль-1) – число Авогадро), поэтому полная масса радионуклида m, соответствующая активности А=1 Бк, равна (г/Бк)

	m = N	mA	=	T12	,
				6,022 1023 0,693
где Т12		N A
	– период полураспада, с.

3.6.3 Некоторые характеристики ионизирующих излучений

Альфа-излучение (α-частица) – это поток частиц, являющихся ядрами атома гелия и обладающих двумя единицами заряда. Энергия α-частиц, испускаемых различными радионуклидами, лежит в пределах 2-8 МэВ. При этом все ядра данного радионуклида испускают α-частицы, обладающие одной и той же энергией. Чем больше энергия частицы, тем больше ионизация среды в единице объема массы среды или на единице длины пути. Альфа-частицы обладают наибольшей ионизирующей способностью и наименьшей проникающей способностью по сравнению с другими ионизирующими излучениями. Их удельная ионизация изменяется от 25 до 60 тыс. пар ионов на 1 см пути в воздухе, а длина пробега, т.е. путь, пройденный частицей в веществе до ее полной остановки (поглощения), в воздухе составляет 8-9 см, а в биологической ткани несколько десятков микрон (порядка 30-100 мкм).

Альфа-частицы используются для ионизации газов, создания атомных батарей и источников высокого напряжения.

Опасными участками облучения α-частицами являются долго незаживающие ожоги на коже после контакта с их мощными источниками. Особенно опасно попадание α-частиц внутрь организма.

Бета-излучение представляет собой поток электронов ( β − ) или протонов ( β + ). При распаде ядер β -активного радионуклида, в отличие от α-распада, различные ядра данного радионуклида испускают β -частицы различной энергии, поэтому энергетический спектр β -частиц непрерывен. Максимальная энергия β -частиц у известных в настоящее время радионуклидов может достигать 3,0 – 3,5 МэВ. По сравнению с α-частицами, β -излучение имеет

160

существенно меньшую ионизирующую способность (около 100 пар ионов на 1 см пути в воздухе) и значительно большую проникающую способность. Пробег β -частиц в воздухе составляет 1500 – 1800 см, а в биологических тканях – до

2,5 см.

Бета-частицы используются для определения плотности некоторых веществ, толщины листовых материалов и покрытий и в других измерительных приборах. Они представляют повышенную опасность для глаз, вызывая катаракту.

Нейтральное излучение (нейтроны) представляют собой поток электрически нейтральных элементарных частиц. Нейтроны возникают при ядерных реакциях и работе ускоряющих и энергетических ядерных установок. Так как нейтроны не имеют электрического заряда, то при прохождении через вещество они взаимодействуют только с ядрами атомов. В результате этих процессов образуются либо заряженные частицы (ядра отдачи, протоны, нейтроны), либо γ-излучение, т.е. вторичное излучение вызывающее ионизацию среды.

По характеру взаимодействия со средой, зависящему от уровня энергии нейтронов, они условно разделяются на четыре группы: тепловые нейтроны (до 0,5 кэВ); промежуточные нейтроны (0,5-200 кэВ); быстрые нейтроны (200 кэВ – 20 МэВ); релятивистские нейтроны (свыше 20 МэВ).

Нейтроны обладают большой пропускательной способностью, которая зависит от их энергии и состава атомов вещества, с которыми они взаимодействуют.

Фотонные виды излучения, имеющие электромагнитную природу (γ- излучение, рентгеновское излучение) обладают наименьшей ионизирующей и наибольшей проникающей способностью, чем особенно опасны, т.к. приводят к глубинному поражению внутренних органов.

Гамма-излучение (1020 −1022 Гц) возникает при ядерных превращениях или при аннигиляции частиц, т.е. в результате радиоактивного распада некоторых нуклидов распада возбужденных состояний ядер атома (перехода атомов из одного энергетического состояния в другое) в процессе ядерных реакций. Максимальная энергия γ-лучей достигает 3 МэВ.

Рентгеновское излучение (1017 −1019 Гц) возникает, кроме ядерных превращений, в рентгеновских трубках в результате электронной бомбардировки анода (характеристическое излучение) и резкого торможения электронов в вещество (тормозное излучение). Бомбардировка анода электронами приводит к выравниванию электронов из внутренних оболочек некоторых атомов анода, в результате чего на их места переходят электроны из внешних оболочек тех же атомов, что сопровождается характеристическим излучением. Взаимодействуя с энергетическим полем ядра атома, электроны тормозятся и их энергия преобразуется в энергию тормозного излучения.

Рентгеновские излучения могут возникать в любых электровакуумных приборах, в которых анодное напряжение составляет порядка десятков и сотен киловольт. Энергия рентгеновских лучей достигает 1 МэВ и определяется по

161

формуле

E = h ν = hλc ,

где h – постоянная Планка, равная 6,623 10-27 эрг/с; ν – частота излучения, с-1; с – скорость распространения излучения в вакууме, равная 3 1010 см/с; λ – длина волны, см.

Рентгеновские лучи обладают незначительным ионизирующим действием (несколько пар ионов на 1 см пробега в воздухе) и большой глубиной проникновения, чем также как и гамма-лучи опасны для внутренних органов человека.

Прохождение фотонного излучения (γ-излучение, рентгеновское излучение) через вещество в общем не может быть охарактеризовано понятием пробега. Это обусловливается тем, что ослабление потока электромагнитного излучения в веществе происходит по экспоненциальному закону, особенностью которого является отсутствие возможности экспоненциальных кривых пересекаться с осью абсцисс. Это означает, что какой бы ни была толщина слоя вещества, полностью ослабить интенсивность фотонного излучения невозможно. Для заряженных же частиц (α, β, n) существует минимальная толщина слоя вещества-поглотителя (пробег), где происходит полное поглощение их потока.

3.6.4 Воздействие ионизирующих излучений на организм человека

Степень воздействия ионизирующих излучений на организм человека, его реакция зависит от дозы излучения, ее мощности, плотности ионизации излучения, вида облучения, продолжительности воздействия, индивидуальной чувствительности, психофизиологического состояния организма и др. Под влиянием ионизирующих излучений в живой ткани в результате поглощения энергии могут происходить сложные физические и биологические процессы. Ионизация и возбуждение тканей приводят к разрыву молекулярных связей и изменение химической структуры различных соединений, механизма митоза (деления) клеток, хромосомного аппарата, блокирование процессов обновления и дифференцирования клеток.

Наиболее чувствительными к действию радиации являются клетки постоянно обновляющихся тканей и органов (костный мозг, половые железы, селезенка и др.).

Указанные изменения на клеточном уровне могут приводить к нарушениям функций отдельных органов и межорганных связей, нарушению нормальной жизнедеятельности всего организма и к его гибели.

Облучение организма может быть внешним, когда источник излучения находится вне организма и внутренним – при попадании радионуклидов внутрь организма через пищеварительный тракт, органы дыхания и кожу.

При внешнем облучении наиболее опасными являются нейтронное, гамма и рентгеновское излучения. Альфа- и бета-частицы из-за их незначительной

162

проникающей способности приводят в основном к кожным поражениям. Внутреннее облучение опасно тем, что оно вызывает на различных

органах долго незаживающие язвы.

Нарушения биологических процессов могут быть либо обратимыми, когда нормальная работа клеток облученной ткани полностью восстанавливается, либо необратимыми, ведущими к поражению отдельных органов или всего организма и возникновению лучевой болезни – острой или хронической.

Острая форма лучевой болезни возникает в результате облучения большими дозами в короткий промежуток времени. Хронические поражения развиваются в результате систематического облучения и малыми дозами. Негативные биологические эффекты хронического облучения накапливаются в организме в течение длительного времени и мало зависят от мощности дозы.

Облучение людей ионизирующими излучениями может привести к соматическим, сомато-стохастическим и генетическим последствиям.

Соматические эффекты проявляются в виде острой или хронической лучевой болезни всего организма, а также в виде локальных лучевых повреждений.

Сомато-стохастические реакции относятся к отдаленным повреждениям в виде сокращения продолжительности жизни, злокачественных изменений кровообразующих клеток (лейкозы), опухоли различных органов и клеток.

Генетические эффекты проявляются в последующих поколениях в виде генных мутаций как результат действия облучения на половые клетки при уровнях дозы не опасных данному индивиду.

Острая лучевая болезнь характеризуется цикличностью протекания со следующими периодами: период первичной реакции; скрытый период; период формирования болезни; восстановительный период; период отдаленных последствий и исходов заболевания.

Хроническая лучевая болезнь формируется постепенно при длительном и систематическом облучении дозами, превышающими допустимые (и близкими к ним), при внешнем и внутреннем облучении.

Лучевая болезнь может быть легкой (I ступень), средней (II ступень) и тяжелая (III ступень).

Первая ступень лучевой болезни проявляется в виде незначительной головной боли, вялости, слабости, нарушении сна, аппетита и др.

Вторая ступень характеризуется усилением указанных симптомов и нервно-регуляторных нарушений с появлением функциональной недостаточности пищеварительных желез, нервной и сердечно-сосудистой систем, нарушением некоторых обменных процессов, стойкой лейко- и тромбоцитопенией.

При тяжелой (III) степени, кроме того, развивается анемия, появляется резкая лейко- и тромбоцитопения, возникают атрофические процессы в слизистой желудочно-кишечного тракта и др. (изменения в центральной нервной системе, выпадение волос).