ВВЕДЕНИЕ

 
 
 

      Радиоактивность – отнюдь не новое явление; новизна  состоит лишь в том, как люди пытались ее использовать. И радиоактивность, и сопутствующие ей ионизирующие излучения существовали на Земле  задолго до зарождения на ней жизни  и присутствовали в космосе до возникновения самой Земли.

        Ионизирующее излучение сопровождало  и Большой взрыв, с которого, как мы сейчас полагаем, началось  существование нашей Вселенной  около 20 миллиардов лет назад.  С того времени радиация наполняет  космическое пространство. Радиоактивные материалы вошли в состав Земли с самого ее рождения. Даже человек слегка радиоактивен, так как во всякой живой ткани присутствует в следовых количествах радиоактивные вещества. Но с момента открытия этого универсального фундаментального открытия прошло лишь немногим более ста лет.

        В 1896 году французский ученый  Анри  Беккерель положил несколько  фотографических пластинок в  ящик стола, придавив их кусками  какого-то материала, содержащего  уран. Когда он проявил пластинки,  то, к своему удивлению, обнаружил на них следы каких-то излучений, которые он приписал урану. Вскоре этим явлением заинтересовалась Мария Кюри, молодой химик, полька по происхождению, которая и ввела в обиход слова “радиоактивность”. В 1898 году она и ее муж Пьер Кюри обнаружили, что уран после излучения превращается в другие химические элементы. Один из этих элементов супруги назвали полонием в память о родине Марии Кюри, а еще один – радием, поскольку по-латыни это слово обозначает “испускающий лучи”. И открытие Беккереля, и исследования супругов Кюри были подготовлены более ранним, очень важным событием в научном мире – открытием в 1895 году рентгеновских лучей; эти лучи были названы так по имени открывшего их (тоже, в общем, случайно) немецкого физика Вильгельма Рентгена.

      Беккерель один из первых столкнулся с самым неприятным свойством радиоактивного излучения: речь идет о его воздействии на ткани живого организма. Ученый положил пробирку с радием в карман и получил в результате ожог кожи. Мария Кюри умерла, по всей видимости, от одного из злокачественных заболеваний крови, поскольку слишком часто подвергалась воздействию радиоактивного излучения. По крайней мере, 336 человек, работавших с радиоактивными материалами в то время, умерли в результате облучения.

      Несмотря  на это, небольшая группа талантливых и большей частью молодых ученых  направила свои усилия на разгадку одной из самых волнующих загадок всех времен, стремясь проникнуть в самые сокровенные тайны материи.  
 
 
 
 
 
 

    Ионизация – образование положительных и отрицательных зарядов из электрически нейтральных атомов и молекул под воздействием излучений.

Для ионизации  среды необходима энергия. Энергию  излучения, которая расходуется  на ионизацию, измеряют во внесистемных единицах, производных от единицы  энергии джоуль (Дж), которая называется электрон-вольт (эВ)

Мерой самой ионизации, по определению, является ионизирующая способность излучения, которая, естественно, должна иметь размерность количества электричества, отнесенного к единице  массы ионизируемой среды, т.е. кулон,

деленный  на килограмм (Кл/кг). Таким образом, мерой ионизации, или облучения (воздействия  ионизирующего излучения на вещество), является показатель, характеризующий  величину появившихся под действием излучения зарядов электричества в единице массы вещества. Этот показатель называют экспозиционной дозой, измеряемый в рентгенах (Р). Ионизация вещества сопровождается распадом молекул, атомов и появлением зараженных частиц-ионов, которые меняют физико-химические свойства веществ, а в биологической ткани нарушают процессы жизнедеятельности, поражая живой организм. Чем больше ионизирующая способность излучения (количество образуемых ионов по длине в 1см – удельная ионизация), тем меньше его проникающая способность.

                                

    Ионизирующим излучением называется выделение энергии, вызывающее ионизацию среды (образование заряженных атомов или молекул - ионов). Ионизирующее излучение бывает корпускулярным и электромагнитным (фотоновым). Корпускулярное излучение представляет собой поток частиц с массой потока отличной от нуля (альфа и бета - частиц, протонов, нейтронов и др.). К электромагнитному излучению относятся гамма-излучение и рентгеновское излучение.

   Источником  ионизирующего излучения называют  объект, содержащий радиоактивный материал, или техническое устройство, испускающее или способное (при определенных условиях) испускать ионизирующее излучение. Источниками ионизации являются космические лучи; природные материалы на Земле, содержащие радиоактивные вещества; искусственные источники: ядерные реакторы, ускорители частиц, рентгеновские установки, контрольно-измерительная техника (использующая принципы диагностики за счет радиационного распада веществ - дефектоскопия металлов, геологическая разведка и т.д.)        

     Радиоактивность – это способность некоторых природных элементов (уран, радий, и др.), искусственных радиоактивных изотопов самопроизвольно распадаться, испуская при этом невидимые и неощущаемые человеком излучения. Такие элементы называются радиоактивными (²³⁴U, ²³⁵U, ²³⁸U, ⁴⁰K и др.). 

                                
 
 

Классификация источников излучения. 

    Современные ядерно-технические  установки обычно представляют собой сложные источники излучений. Например, источниками излучений действующего ядерного реактора, кроме активной зоны, являются система охлаждения, конструкционные материалы, оборудование и др. Поле излучения таких реальных сложных источников обычно представляется как суперпозиция полей излучения отдельных, более элементарных источников.

    Любой источник излучения характеризуется:

1. Видом излучения – основное внимание уделяется наиболее часто встречающимся на практике источникам g-излучения, нейтронов, a-, b⁺-, b^--частиц.
2. Геометрией источника (формой и размерами) – геометрически источники могут быть точечными и протяженными. Протяженные источники представляют суперпозицию точечных источников и могут быть линейными, поверхностными или объемными с ограниченными, полубесконечными или бесконечными размерами. Физически точечным можно считать такой источник, максимальные размеры которого много меньше расстояния до точки детектирования и длины свободного пробега в материале источника (ослаблением излучения в источнике можно пренебречь). Поверхностные источники имеют толщину много меньшую, чем расстояние до точки детектирования и длина свободного пробега в материале источника. В объемном источнике излучатели распределены в трехмерной области пространства.
3. Мощностью и ее распределением по источнику – источники излучения наиболее часто распределяются по протяженному излучателю равномерно, экспоненциально, линейно или по косинусоидальному закону.
4. Энергетическим составом – энергетический спектр источников может быть моноэнергетическим (испускаются частицы одной фиксированной энергии), дискретным (испускаются моноэнергетические частицы нескольких энергий) или непрерывным (испускаются частицы разных энергий в пределах некоторого энергетического диапазона).
5. Угловым распределением излучения – среди многообразия угловых распределений излучений источников для решения большинства практических задач достаточно рассматривать следующие: изотропное, косинусоидальное, мононаправленное. Иногда встречаются угловые распределения, которые можно записать в виде комбинаций изотропных и косинусоидальных угловых распределений излучений.

Естественные  источники радиации:

• Космические лучи:

Радиационный  фон, создаваемый космическими лучами, дает чуть меньше половины внешнего облучения, получаемого населением от естественных источников радиации. Космические лучи в основном приходят к нам из глубин Вселенной, но некоторая их часть рождается на Солнце во время вспышек. Они взаимодействуют с атмосферой Земли, порождая вторичное излучение и приводя к образованию различных радионуклидов. 

• Земная радиация:

Основные  радиоактивные изотопы, встречающиеся в горных породах Земли, - это калий-40, рубидий-87 и члены двух радиоактивных семейств, берущих начало соответственно от урана-238 и тория-232 – долгоживущих изотопов, включившихся в состав Земли с самого ее рождения.

Средняя эффективная эквивалентная доза, которую человек получает за год от земных источников радиации, составляет примерно 350 микрозивертов.

• Внутреннее облучение:

В среднем  примерно 2/3  эффективной эквивалентной  дозы облучения, которую человек  получает от естественных источников радиации, поступает от радиоактивных веществ (калий-40, свинец-210, полоний-210 и пр.), попавших в организм с пищей, водой и воздухом.

• Радон:

Это невидимый, не имеющий вкуса и запаха тяжелый (в 7,5 раза тяжелее воздуха) газ. Радон  вместе со своими дочерними продуктами распада ответствен примерно за 3/4 годовой индивидуальной эффективной эквивалентной дозы. Встречается в двух основных формах: радон-222 и радон-220.

Он высвобождается из земной коры повсеместно, но основную часть дозы облучения человек  получает, находясь в закрытом, непроветриваемом помещении.

Источники, созданные человеком: 

• Источники, использующиеся в медицине: 

     Рентген; Компьютерная томография; Радиотерапевтические установки для лечения рака; Радиоизотопы, использующиеся для исследования различных  процессов в организме;

      Средняя индивидуальная доза за счет этого  источника во всем мире составляет ~ 400 мкЗв на человека в год. Таким  образом, коллективная эффективная  эквивалентная доза для всего  населения равна примерно 1600000 чел-Зв в год.

• Ядерные взрывы:

      Наиболее  опасны воздушные взрывы. Часть радиоактивного материала выпадает неподалеку от места  испытания, какая-то часть задерживается  тропосфере (самом нижнем слое атмосферы), подхватывается ветром и перемещается на большие расстояния, оставаясь  примерно на одной и той же широте. Находясь в воздухе в среднем около месяца, радиоактивные вещества во время этих перемещений постепенно выпадают на землю. Однако большая часть радиоактивного материала выбрасывается в стратосферу – следующий слой атмосферы, лежащий на высоте 10-50 км., где он остается многие месяцы, медленно опускаясь и рассеиваясь по всей поверхности земного шара.

• АЭС:

Вносят  весьма незначительный вклад в суммарное  облучение населения. При нормальной работе ядерных установок выбросы  радиоактивных материалов очень невелики.  
 
 

Виды  ионизирующих излучений

 
 

 
 

• α-излучение:

   Представляет собой поток ядер атомов гелия, называемых α–частицами. Начальная скорость альфа-частиц достигает 10000-20000 км./сек. Они обладают большой ионизирующей способностью. Длина пробега альфа-частиц в воздухе составляет всего 10 см., а в твердых телах еще меньше.

  Одежда, индивидуальные средства защиты полностью задерживают альфа-частицы. Внешнее их воздействие не опасно для человека. Из-за высокой ионизирующей способности альфа-частицы крайне опасны при попадании внутрь организма.

• β-излучение:

  Это поток электронов, называемых β–частицами.  Скорость бета-частиц может в некоторых случаях достигать скорости света.

  Проникающая способность их меньше, чем гамма-излучения. Одежда и индивидуальные средства защиты значительно ослабляют бета-излучение.

Ионизирующее  действие бета-излучения в сотни  раз сильнее гамма-излучения.

• γ-излучение:

  Это электромагнитные волны, аналогичные рентгеновским лучам и лучам света, распространяющиеся в воздухе со скоростью 300000км./сек. На сотни метров.

Они способны проникнуть через толщи защитных материалов и через индивидуальные средства защиты.

  Гамма излучение представляет основную опасность для людей. При радиоактивном заражении местности гамма-излучение действует в течение суток, недель и месяцев.