Характеристика радиоактивных излучений и единицы их измерения

Характеристика радиоактивных  излучений и единицы их измерения 

Радиоактивность —  это способность некоторых природных  элементов (радия, урана, тория и  др.), а также искусственных радиоактивных  изотопов самопроизвольно распадаться, испуская при этом невидимые и  неощущаемые человеком излучения. Такие элементы называются радиоактивными. Самопроизвольное превращение (распад) приводит к изменению их атомного номера или массового числа. В  первом случае происходит превращение  одного химического элемента в другой, а во втором — превращение изотопов данного химического элемента. 

Если посмотреть на таблицу Менделеева, то можно  отметить, что у большинства химических элементов есть радиоактивные и  нерадиоактивные (стабильные) изотопы. Вещество, которое имеет в своем  составе радиоактивные нуклиды (радионуклиды), называют радиоактивным. Как уже  отмечалось выше, в результате радиоактивных  превращений возникают ядерные (ионизирующие) излучения. 

Радиоактивные вещества распадаются с определенной скоростью, измеряемой периодом полураспада, т. е. временем, в течение которого распадается  половина всех атомов. Радиоактивный  распад не может быть остановлен или  ускорен каким-либо способом. Это  природное свойство радиоактивных  веществ неподвластно человеку. 

Кроме скорости радиоактивного распада, к основным характеристикам  радиоактивности также относятся: активность (количество радиоактивного вещества), доза излучения, уровень  радиации (мощность дозы излучения), степень  загрязнения радиоактивными веществами. 

В любом радиоактивном  веществе происходит постепенный распад всех ядер его атомов. Чем больше период полураспада, т. е. чем меньше скорость распада, тем дольше «живет»  данный радиоактивный изотоп, создавая радиоактивные излучения. Для разных изотопов период полураспада колеблется в широких пределах. Так, например, период полураспада йода-131 составляет 8,04 суток; стронция-90 — 29,12 года; плутония-239 — 24 065 лет; урана-235 — 703,8 млн лет, а тория-232 — более 14 млрд лет. Последние три входили в состав ядерного топлива IV блока Чернобыльской атомной электростанции (ЧАЭС). Период полураспада характеризует скорость распада радиоактивного вещества, но не определяет его количества: активности. 

Измерение количества радиоактивного вещества по его массе  затруднительно, так как радиоактивные  изотопы находятся обычно в смеси  с другими веществами. Кроме того, различные изотопы при одной  и той же массе обладают различной  радиоактивностью, т. е. распад их происходит с различной скоростью. Поэтому  количество радиоактивного вещества принято  оценивать его активностью, под  которой понимают количество радиоактивных  распадов ядер атомов за единицу времени (распад в секунду). 

За единицу активности принято кюри, названная по фамилии  Марии Кюри — польской ученой, открывшей  искусственную радиоактивность. 

Кюри — это  такое количество радиоактивного вещества, в котором происходит 37 млрд распадов ядер атомов за секунду: 

1 кюри (Ки) = 3,7 • 1010 расп./с. 

Производными этой единицы активности являются: милликюри — тысячная доля кюри, и микрокюри — миллионная доля кюри. 

Однако кюри —  это внесистемная единица активности. В СССР с января 1982 г. на основе Стандарта  СЭВ 1052—78 и ГОСТ 8.417—81 введена Международная  система единиц (СИ) с десятичными  кратными и дольными единицами, обязательная для всех предприятий, учреждений и  ведомств. Соотношения между единицами  измерения СИ и внесистемными  приведены в таблице (приложение 1). 

Активность радиоактивного вещества непосредственно не характеризует  ионизирующего воздействия излучения: при одной и той же активности ионизирующее действие зависит от вида и энергии излучения, физических свойств облучаемой среды и Других факторов. Ионизирующее действие излучений, а следовательно, и их поражающее воздействие на организм характеризуется дозой излучения (облучения). 

Дозой облучения  называется энергия излучения, поглощенная  в единице объема или массы  вещества за все время воздействия  излучения. Энергия излучения, поглощенная  веществом, затрачивается на его  ионизацию. Следовательно, доза облучения, характеризует степень ионизации  вещества: чем больше доза, тем больше степень этой ионизации. Поэтому  именно доза излучения (или облучения) является мерой поражающего действия радиоактивных излучений на организм человека, животного или растения. Одна и та же доза может накапливаться  за разное время, причем биологический  эффект облучения зависит не только от величины дозы, но и от времени  ее накопления. Чем быстрее получена данная доза, тем больше ее поражающее действие, и наоборот. 

Есть три вида доз: экспозиционная, поглощенная и  эквивалентная. Доза излучения, ионизационный  эффект гамма-излучений в воздухе  называется экспозиционной. Именно ее и измеряют дозиметрическими приборами. Она характеризует источник и  радиоактивное поле, которое он создает. Это потенциальная опасность облучения. Человек может войти в это поле и облучиться, но может не войти и, следовательно, не подвергнуться облучению. Но поле с определенной дозой излучения остается. Ее измеряют рентгенах (Р), а в системе СИ — кулонах на килограмм (Кл/кг). 

Поглощенная доза облучения  — это количество энергии различных  видов ионизирующих излучений, поглощенное  единицей массы данной среды. За единицу  поглощенной дозы облучения принимают  джоуль на килограмм (Дж/кг) — грей, а широко распространенной внесистемной единицей является рад. 

Эквивалентная доза облучения учитывает то обстоятельство, что различные виды излучений  создают разный биологический поражающий эффект при одной и той же дозе излучения. Например, альфа-излучение  наносит человеку поражающий эффект в двадцать раз больший, чем такая же доза гамма-излучения. Чтобы учесть неравномерность поражения от различных видов излучений введен «коэффициент качества», на который необходимо умножить величину поглощенной дозы от определенного вида излучения, чтобы получить эквивалентную дозу. Все национальные и международные нормы установлены именно в эквивалентной дозе облучения. 

Внесистемной единицей этой дозы является бэр, а в системе  СИ — зиверт (Зв). 

Уровень радиации (мощность дозы) характеризует интенсивность  излучения (как правило, гамма-излучения). Это доза, создаваемая за единицу  времени и характеризующая скорость накопления дозы. Измеряется в рентгенах  в час (Р/ч). Чем больше уровень радиации (фон), тем меньше времени должны находиться на загрязненном участке люди, чтобы полученная ими Доза облучения не превысила допустимую. Так как уровень радиации пропорционален активности радиоактивных веществ, которая в соответствии с законом радиоактивного распада непрерывно уменьшается во времени, то и уровень радиации на местности после ее радиоактивного загрязнения также непрерывно снижается. Например, после аварии на ЧАЭС фон в г. Киеве 30 апреля 1986 г. превышал доаварийный в сотни раз, а к настоящему времени он значительно снизился и превышает доаварийный только в 1,5—2 раза, что в общем-то абсолютно безопасно, так как естественный фон на Земле колеблется в очень широких пределах. Даже в Советском Союзе он разный (в районе Алтайских гор в 10—20 раз выше, чем в г. Киеве). 

Степень загрязнения  радиоактивными веществами характеризуется  плотностью загрязнения, которая измеряется количеством радиоактивных распадов атомов, происходящих за единицу времени  на единице поверхности, в единице  массы или объема, т. е. единицами  удельной активности (см. приложение 1). Знание степени загрязнения позволяет  оценить вредное биологическое  воздействие радиоактивно загрязненных предметов и веществ при соприкосновении с ними или попадании их внутрь организма. Радиоактивное загрязнение может быть поверхностным (тонкий микронный слой) или же объемным и массовым (глубинное, структурное загрязнение). 

В полевых условиях часто достаточно определить не абсолютное значение радиоактивного загрязнения, а лишь установить, как загрязнен  объект: выше или ниже допустимого  значения. Для продовольствия, воды, фуража, попадающих внутрь организма человека или животного, допустимая степень загрязнения приводится также в единицах удельной активности. 
 
 

Активность радиоактивных  веществ  

Количество или  содержание радиоактивного материала  определяют термином «активность». При  этом совершенно понятна бессмысленность  выражения данной величины в единицах массы. Ранее в течение многих лет применяли старую единил; активности — кюри (Ки), названную так в честь Пьера и Мари Кюри — ученых, первыми выделившими чистый радий. Исторически сложилось так, что указанная единица была введена применительно к радию, один грамм которого и обладал активностью 1 Ки. Когда начали использовать эту единицу по отношению ко всем остальным радиоактивным элементам, 1 Ки стал выражать количество вещества, в котором за 1 с происходит распад 37 млрд атомов. Поскольку кюри относительно крупная единица радиоактивности, чаще применяют милликюри (одна тысячная часть кюри), микрокюри (одна миллионная часть кюри) и пикокюри (одна миллиардная часть кюри).  

Новая единица активности в Международной системе единиц — беккерель (Бк), названная в  честь первооткрывателя явления  радиоактивности А. А. Беккереля  и соответствующая 1 распаду в 1 с. Один беккерель — мелкая единица, по отношению к одному кюри (1 Бк = 27 пКи). Появление новой единицы  активности вызвало определенное негодование  среди ученых — представительниц прекрасного пола, сторонниц движения за равноправие женщин. Ведь в самом деле, из широкого употребления выводится единственная в мире единица измерения, названная в честь женщины!  

Важно осознать, что  определение активности радиоактивного изотопа (в беккерелях или кюри) само по себе еще ничего не говорит о  дозе радиации (в грэях или радах), а тем более об эквивалентной  дозе (в зивертах или бэрах). Активность всего лишь указывает на число атомов, распадающихся в секунду, и ничего не говорит о виде радиоактивного излучения или о величине его энергии. Более того, одинаковая активность различных радиоактивных веществ не подразумевает одну и ту же степень поражения биологических тканей. Например, активность полония, равная 37 мегабеккерелей (1 мКи), будет крайне опасной, тогда как та же самая по величине активность тритиевой воды вполне безвредна.