kompendium_po_fizike

ядер с вышележащих энергетических уровней на нижележащие.

2. Спектры -, - и -излучений

Спектром радиоактивного излучения будем называть зависимость числа частиц n , обладающих энергий E , от этой энергии n n(E) .

Спектр α-излучения будет линейчатым, так как при α-распаде дочернее ядро может находиться в разных возбужденных дискретных энергетических состояниях, соответственно, и энергия вылетающей α-частицы должна быть дискретной.

Спектр β-излучения непрерывный, так как при β-распаде энергия вылетающих из ядра частиц делится случайным образом между β-частицей и нейтрино.

Спектр γ-излучения линейчатый, так как γ-частицы при γ- распаде выделяются при переходах между дискретными энергетическими уровнями ядра.

3. Методы получения радионуклидов. Использование радионуклидов в медицине

Методы получения радионуклидов

Ядерная реакция условно обозначается следующим образом: вначале указывается символ исходного элемента (изотопа), а затем − образующегося в результате ядерной реакции. В скобках между ними первой указывается воздействующая, а за нею − вылетающая частица или квант излучения.

Например, 16О (t, n) 18F (t – тритон).

Для получения искусственно-радиоактивных нуклидов используют ядерные реакторы и ускорители заряженных

частиц.

1. Реакция радиационного захвата нейтронов, по реакции

(n, )

23Na (n, ) 24Na,

31P (n, ) 32P

241

2. По реакции деления U(n, f), например:

90Sr, 133Xe

3. Многие важные радионуклиды, применяемые в клинической радиодианостике, получают с достаточной удельной активностью, используя изотопно-обогащенные мишени.

Например, для получения 47Са облучают мишень, обогащенную по 46Са с 0,003 до 10-20%, для получения 59Fe – мишень с 58Fe, обогащенным с 0,31 до 80% и т.д.

В реакторе главным образом получают радионуклиды с избытком нейтронов, распадающиеся с -излучением.

Нейтронодефицитные радионуклиды в большинстве случаев получают на циклотронах, линейных ускорителях протонов и электронов (в последнем случае используется тормозное излучение) при энергиях ускоряемых частиц порядка десятков и сотен МэВ.

4. Так получают для медицинских целей радионуклиды по

реакциям:

51V (p, n) 51Cr, 67Zn (p, n) 67Ga, 109Ag ( , 2n) 111In, 44Ca ( , p) 43K,

5. Для получения многих короткоживущих радионуклидов непосредственно в клинических учреждениях используют так называемые изотопные генераторы, содержащие долгоживущий материнский радионуклид, при распаде которого образуется

нужный короткоживущий дочерний радионуклид, например:

99МТс, 87MSr, 113MIn, 132I.

4. Методы регистрации ионизирующих излучений. Дозиметрические и радиометрические приборы

Дозиметрические и радиометрические приборы

Дозиметр – это прибор, измеряющий суммарную дозу ионизирующего излучения, полученную людьми за время пребывания на радиоактивно зараженной местности.

Индикатор радиоактивности – это дозиметрический прибор для обнаружения радиоактивного заражения местности и приближенного измерения уровней радиации.

242

Радиометр − это прибор или установка для измерений:

*активности радионуклидов в источнике или образце;

*плотности потока ионизирующих частиц.

Дозиметр измеряет мощность дозы ионизирующего излучения непосредственно в том месте, где он находится.

Основное предназначение бытового дозиметра – измерение мощности дозы в том месте, где этот дозиметр находится (в руках человека, на грунте и т.д.) и проверка, тем самым, на радиоактивность подозрительных предметов. Однако, скорее всего, Вам удастся заметить только достаточно серьезные повышения мощности дозы. Поэтому индивидуальный дозиметр поможет, прежде всего, тем, кто часто бывает в районах, загрязненных в результате аварии на ЧАЭС (как правило, все эти места хорошо известны).

Кроме того, такой прибор может быть полезен в незнакомой удаленной от цивилизации местности (например, при сборе ягод и грибов в достаточно "диких" местах), при выборе места для строительства дома, для предварительной проверки привозного грунта при ландшафтном благоустройстве. Повторим, однако, что в этих случаях полезен он будет только при весьма существенных радиоактивных загрязнениях, которые встречаются нечасто.

Не очень сильные, но, тем не менее, небезопасные загрязнения бытовым дозиметром обнаружить очень трудно. Для этого нужны совершенно другие методы, которые могут использовать только специалисты.

Относительно возможности проверять с помощью бытового дозиметра соответствие радиационных параметров установленным нормам можно сказать следующее. Дозовые показатели (мощность дозы в помещениях, мощность дозы на местности) для отдельных точек проверить можно. Однако бытовым дозиметром очень трудно обследовать все помещение и добиться уверенности в том, что не пропущен локальный источник радиоактивности.

Почти бесполезно пытаться измерять радиоактивность продуктов питания или стройматериалов с помощью бытового дозиметра. Дозиметр способен выявить разве что ОЧЕНЬ

243

СИЛЬНО загрязненные продукты или строительные материалы, содержание радиоактивности в которых в десятки раз превосходит допустимые нормы. Напомним, что для продуктов и строительных материалов нормируется не мощность дозы, а содержание радионуклидов, а дозиметр принципиально не позволяет измерять этот параметр. Здесь опять же нужны другие методы и работа специалистов.

Правила пользования дозиметром

Следует пользоваться дозиметром в соответствии с прилагаемой к нему инструкцией.

Также необходимо учитывать, что при любых измерениях радиации присутствует естественный радиационный фон. Поэтому сначала выполняют измерение дозиметром уровня фона, характерного для данного участка местности (на достаточном удалении от предполагаемого источника радиации), после чего выполняют измерения уже в присутствии предполагаемого источника радиации. Наличие устойчивого превышения над уровнем фона может свидетельствовать об обнаружении радиоактивности.

В том, что показания дозиметра в квартире больше в 1,5–2 раза, чем на улице, нет ничего необычного.

Кроме того, необходимо учитывать, что при измерениях на "уровне фона" в одном и том же месте прибор может показать, например, 8, 15 и 10 мкР/час. Поэтому для получения достоверного результата рекомендуют провести несколько измерений и затем вычислить среднее арифметическое. В нашем примере среднее составит (8+15+10)/3 = 11 мкР/час.

244

ОСНОВЫ ДОЗИМЕТРИИ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ

1. Взаимодействие ионизирующих излучений (ИИ) с веществом (когерентное рассеяние, некогерентное рассеяние, фотоэффект, аннигиляция)

При попадании ИИ в вещество начинается взаимодействие между веществом и ИИ. Рассмотрим следующие виды взаимодействия:

А. Когерентное рассеяние – заключается в рассеянии излучения на частицах вещества, при этом энергия излучения не изменяется, а изменяется его направление. Характерно для рентгеновского и α- , β+-, γ-излучений, а также нейтронных потоков.

Б. Фотоэффект – заключается в том, что переданной излучением атому энергии достаточно для того, чтобы оторвать от этого атома электрон. Характерен для рентгеновского и γ- излучений.

В. Некогерентное рассеяние – заключается в рассеянии излучения на частицах вещества, при этом изменяется и энергия излучения и его направление. Характерно для рентгеновского и α- ,γ-излучений, а также нейтронных потоков.

Г. Аннигиляция – явление, состоящие в том, что при взаимодействии частицы и её античастицы обе исчезают, а вместо них образуются 2 кванта электромагнитного излучения, движущихся в противоположных направлениях. Характерна для β--излучения.

Д. Образование пар электрон-позитрон. Явление характерно для γ-излучения с энергией не меньшей 1.02 МэВ. При этом явлении вместо фотона γ-излучения появляется пара античастиц

– электрон и позитрон.

245

2. Количественные характеристики взаимодействия ИИ с веществом (удельная ионизация, удельные ионизационные потери, полный пробег частиц)

Взаимодействие ИИ с веществом описывается следующими

количественными характеристиками:

а) удельная ионизация (удельная плотность ионизации) – количество пар ионов одного знака создаваемых излучением на единицу пути i dn / dl ,

б) удельные ионизационные потери (линейная тормозная способность) – количество энергии теряемой излучением на единицу пути S dE / dl .

в) полный пробег частиц (средний линейный пробег) – расстояние, проходимое излучением в веществе до полного поглощения.

3. Особенности взаимодействия с веществом -, - и -

излучений и нейтронов. Физические принципы защиты от

ИИ

Методы защиты от ИИ

От источника радиации защищаются временем, расстоянием и веществом.

Временем − вследствие того, что чем меньше время пребывания вблизи источника радиации, тем меньше полученная от него доза облучения.

Расстоянием − благодаря тому, что излучение уменьшается с удалением от компактного источника (пропорционально квадрату расстояния). Если на расстоянии 1 метр от источника радиации дозиметр фиксирует 1000 мкР/час, то уже на расстоянии 5 метров показания снизятся приблизительно до 40 мкР/час.

Веществом − необходимо стремиться, чтобы между Вами и источником радиации оказалось как можно больше вещества: чем его больше и чем оно плотнее, тем большую часть радиации оно поглотит.

Что касается главного источника облучения в помещениях –

246

радона и продуктов его распада,– то регулярное проветривание позволяет значительно уменьшить их вклад в дозовую нагрузку.

Кроме того, если речь идет о строительстве или отделке собственного жилья, которое, вероятно, прослужит не одному поколению, следует постараться купить радиационно безопасные стройматериалы − благо их ассортимент ныне чрезвычайно богат.

Алкоголь, принятый незадолго до облучения, в некоторой степени способен ослабить последствия облучения. Однако его защитное действие уступает современным противорадиационным препаратам.

4. Основные биологические эффекты при действии ИИ

При воздействии ИИ на живой организм необходимо рассматривать отдельно воздействие ИИ на биомолекулы и воздействие ИИ на воду. Под действием ИИ происходят химические превращения вещества, которые получили название радиолиза.

При радиолизе воды возможно образование гидроперекиси и перекиси водорода.

При радиолизе биомолекул возможно образование возбуждённых молекул, ионов, радикалов и перекисей.

Из вышесказанного следует, что получившиеся в результате радиолиза высокоактивные химические соединения будут взаимодействовать с другими биомолекулами, что приведёт к нарушению функций мембран, клеток, и, следовательно, всего организма.

ИИ воздействуют в первую очередь на быстроделящиеся клетки, поэтому в первую очередь поражаются: слизистая оболочка желудка и кишечника, кроветворная ткань, половые клетки; особо опасно это воздействие для детского организма. Для воздействия ИИ характерен т.н. латентный период, т.е. действие ИИ проявляется не сразу, а спустя некоторое время.

247

5. Поглощенная, экспозиционная и эквивалентная дозы. Мощность дозы. Связь мощности дозы с активностью источника ИИ

Единицы измерения радиоактивности и доз облучения. Радиоактивность – свойство неустойчивости ядер

некоторых атомов, которое состоит в самопроизвольном превращении (распаде) их в ядра других атомов, сопровождающееся испусканием ионизирующего излучения (излучения, способного осуществлять ионизацию атомов и молекул) или части. Характеризовать радиоактивность можно с разных позиций:

спозиции, которая определяет лишь способность радиоактивного вещества к самопроизвольному распаду, не затрагивая его ионизирующих способностей и его воздействие на объекты природы (живые и неживые);

спозиций способности ионизировать вещества;

по воздействию на живые и неживые объекты.

Поэтому в дозиметрии ионизирующих излучений (ИИ) применяются различные физические величины и единицы их измерений. Приведенная ниже таблица 4 позволяет систематизировать физические величины, характеризующие радиоактивность и дозиметрию ИИ.

248

249

Таблица 4. Дозы излучения

250