Jenis radiasi dengan kemampuan tembus tertinggi. Manfaat dan bahaya radiasi radioaktif. Emisi sel darah. Partikel alfa

Konsep “radiasi” mencakup seluruh rentang gelombang elektromagnetik, serta arus listrik, gelombang radio, dan radiasi pengion. Dengan yang terakhir, keadaan fisik atom dan intinya berubah, mengubahnya menjadi ion bermuatan atau produk reaksi nuklir. Partikel terkecil memiliki energi, yang secara bertahap hilang ketika berinteraksi dengan unit struktural. Akibat pergerakan tersebut, zat yang dilalui unsur-unsur tersebut menjadi terionisasi. Kedalaman penetrasi berbeda untuk setiap partikel. Karena kemampuannya mengubah zat, cahaya radioaktif berbahaya bagi tubuh. Jenis radiasi apa yang ada?

Emisi sel darah. Partikel alfa

Jenis ini merupakan aliran unsur radioaktif yang massanya berbeda dari nol. Contohnya adalah radiasi alfa dan beta, serta elektron, neutron, proton, dan meson. Partikel alfa adalah inti atom yang dipancarkan ketika atom radioaktif tertentu meluruh. Mereka terdiri dari dua neutron dan dua proton. Radiasi alfa berasal dari inti atom helium yang bermuatan positif. Emisi alami merupakan ciri khas radionuklida tidak stabil dari seri thorium dan uranium. Partikel alfa keluar dari inti dengan kecepatan hingga 20 ribu km/detik. Sepanjang jalur pergerakannya, mereka membentuk ionisasi medium yang kuat, merobek elektron dari orbit atom. Ionisasi oleh sinar menyebabkan perubahan kimia pada suatu zat, serta terganggunya struktur kristalnya.

Karakteristik radiasi alfa

Sinar jenis ini merupakan partikel alfa dengan massa 4,0015 unit atom. Momen magnet dan putarannya nol, dan muatan partikelnya dua kali lipat muatan elementernya. Energi sinar alfa berada pada kisaran 4-9 MeV. Radiasi alfa pengion terjadi ketika sebuah atom kehilangan elektronnya dan menjadi ion. Elektron tersingkir karena beratnya partikel alfa yang besar, yang hampir tujuh ribu kali lebih besar darinya. Ketika partikel melewati atom dan memisahkan setiap unsur bermuatan negatif, mereka kehilangan energi dan kecepatannya. Kemampuan untuk mengionisasi materi hilang ketika seluruh energi habis dan partikel alfa diubah menjadi atom helium.

Radiasi beta

Ini adalah proses di mana elektron dan positron dihasilkan oleh peluruhan beta unsur-unsur mulai dari yang paling ringan hingga yang paling berat. Partikel beta bekerja sama dengan elektron kulit atom, mentransfer sebagian energinya dan mengeluarkannya dari orbit. Dalam hal ini, ion positif dan elektron bebas terbentuk. Radiasi alfa dan beta memiliki kecepatan gerak yang berbeda. Jadi, untuk jenis sinar yang kedua mendekati kecepatan cahaya. Partikel beta dapat diserap menggunakan lapisan aluminium setebal 1 mm.

Sinar gamma

Mereka terbentuk selama penguraian inti radioaktif, serta partikel elementer. Ini adalah jenis radiasi elektromagnetik gelombang pendek. Ini terbentuk ketika inti bertransisi dari keadaan energi yang lebih tereksitasi ke keadaan energi yang kurang tereksitasi. Ia memiliki panjang gelombang yang pendek dan oleh karena itu memiliki daya tembus yang tinggi, yang dapat menyebabkan bahaya serius bagi kesehatan manusia.

Properti

Partikel yang terbentuk selama peluruhan inti unsur dapat berinteraksi dengan lingkungan dengan berbagai cara. Hubungan ini bergantung pada massa, muatan, dan energi partikel. Sifat-sifat radiasi radioaktif meliputi parameter berikut:

1. Kemampuan penetrasi.

2. Ionisasi medium.

3. Reaksi eksotermik.

4. Dampak terhadap emulsi fotografi.

5. Kemampuan menyebabkan pancaran zat luminescent.

6. Dengan paparan yang terlalu lama, reaksi kimia dan pemecahan molekul dapat terjadi. Misalnya warna suatu benda berubah.

Properti yang terdaftar digunakan dalam mendeteksi radiasi karena ketidakmampuan manusia untuk mendeteksinya dengan indranya.

Sumber radiasi

Ada beberapa alasan emisi partikel. Ini bisa berupa benda terestrial atau luar angkasa yang mengandung zat radioaktif, perangkat teknis yang memancarkan radiasi pengion. Selain itu, penyebab munculnya partikel radioaktif dapat berupa instalasi nuklir, alat kendali dan pengukuran, perbekalan kesehatan, dan rusaknya fasilitas penyimpanan limbah radiasi. Sumber berbahaya dibagi menjadi dua kelompok:

1. Tertutup. Saat bekerja dengan mereka, radiasi tidak menembus ke lingkungan. Contohnya adalah teknologi radiasi di pembangkit listrik tenaga nuklir, serta peralatan di ruang sinar-X.
2. Membuka. Dalam hal ini, lingkungan terkena radiasi. Sumbernya bisa berupa gas, aerosol, limbah radioaktif.

Unsur-unsur seri uranium, aktinium, dan torium merupakan unsur radioaktif alami. Ketika mereka membusuk, partikel alfa dan beta dipancarkan. Sumber sinar alfa adalah polonium dengan berat atom 214 dan 218. Yang terakhir adalah produk peluruhan radon. Ini adalah gas beracun dalam jumlah besar yang menembus dari tanah dan terakumulasi di ruang bawah tanah rumah.

Sumber radiasi alfa berenergi tinggi adalah berbagai akselerator partikel bermuatan. Salah satu perangkat tersebut adalah fasotron. Ini adalah akselerator resonansi siklik dengan medan magnet kontrol konstan. Frekuensi percepatan medan listrik akan bervariasi secara perlahan seiring periode. Partikel-partikel tersebut bergerak dalam spiral yang tidak berliku dan dipercepat hingga energi 1 GeV.

Kemampuan untuk menembus zat

Radiasi alfa, beta, dan gamma mempunyai jangkauan tertentu. Dengan demikian, pergerakan partikel alfa di udara mencapai beberapa sentimeter, sedangkan partikel beta dapat menempuh jarak beberapa meter, dan sinar gamma dapat menempuh jarak hingga ratusan meter. Jika seseorang pernah mengalami radiasi alfa eksternal yang kekuatan penetrasinya sama dengan lapisan permukaan kulit, maka ia akan berada dalam bahaya hanya jika terjadi luka terbuka di tubuhnya. Makan makanan yang diiradiasi dengan unsur-unsur ini menyebabkan kerusakan parah.

Partikel beta hanya dapat menembus tubuh hingga kedalaman tidak lebih dari 2 cm, namun partikel gamma dapat menyebabkan penyinaran ke seluruh tubuh. Sinar partikel terakhir hanya dapat dihentikan dengan lempengan beton atau timah.

Radiasi alfa. Dampak pada manusia

Energi partikel yang terbentuk selama peluruhan radioaktif ini tidak cukup untuk mengatasi lapisan awal kulit, sehingga paparan eksternal tidak membahayakan tubuh. Namun jika sumber pembentukan partikel alfa adalah akselerator dan energinya mencapai di atas puluhan MeV, maka terdapat ancaman terhadap fungsi normal tubuh. Penetrasi langsung zat radioaktif ke dalam tubuh menyebabkan kerugian yang sangat besar. Misalnya melalui menghirup udara beracun atau melalui saluran pencernaan. Radiasi alfa, dalam dosis minimal, dapat menyebabkan penyakit radiasi pada manusia, yang seringkali berakhir dengan kematian korbannya.

Sinar alfa tidak dapat dideteksi menggunakan dosimeter. Begitu berada di dalam tubuh, mereka mulai menyinari sel-sel di dekatnya. Tubuh memaksa sel-sel untuk membelah lebih cepat untuk mengisi kekosongan tersebut, namun sel-sel yang dilahirkan kembali akan terkena efek berbahaya. Hal ini menyebabkan hilangnya informasi genetik, mutasi, dan pembentukan tumor ganas.

Batas paparan yang diijinkan

Standar radiasi pengion di Rusia diatur oleh “Standar Keamanan Radiasi” dan “Peraturan Sanitasi Dasar untuk Bekerja dengan Zat Radioaktif dan Sumber Radiasi Pengion Lainnya.” Menurut dokumen-dokumen ini, batas paparan dikembangkan untuk kategori berikut:

1. "A". Ini termasuk pekerja yang bekerja dengan sumber radiasi secara permanen atau sementara. Batas yang diizinkan dihitung sebagai dosis setara individu dari radiasi eksternal dan internal per tahun. Inilah yang disebut dosis maksimum yang diperbolehkan.

2. "B". Kategori ini mencakup porsi populasi yang mungkin terpapar sumber radiasi karena mereka tinggal atau bekerja di dekat sumber tersebut. Dalam hal ini juga dihitung dosis yang diperbolehkan per tahun, dimana gangguan kesehatan tidak akan terjadi selama 70 tahun.

3. "B". Jenis ini mencakup penduduk suatu wilayah, wilayah atau negara yang terpapar radiasi. Pembatasan paparan terjadi melalui penerapan standar dan pengendalian radioaktivitas benda di lingkungan, emisi berbahaya dari pembangkit listrik tenaga nuklir, dengan mempertimbangkan batasan dosis untuk kategori sebelumnya. Dampak radiasi terhadap populasi tidak diatur, karena tingkat paparannya sangat rendah. Jika terjadi kecelakaan radiasi di wilayah tersebut, semua tindakan keselamatan yang diperlukan diterapkan.

Langkah-langkah keamanan

Proteksi radiasi alfa tidak menjadi masalah. Sinar radiasi terhalang seluruhnya oleh selembar kertas tebal dan bahkan pakaian manusia. Bahaya hanya timbul dari pengaruh internal. Untuk menghindarinya, digunakan alat pelindung diri. Ini termasuk baju terusan (overall, helm kulit tikus tanah), celemek plastik, baju luar, sarung tangan karet, dan sepatu khusus. Untuk melindungi mata, digunakan pelindung kaca plexiglass, produk dermatologis (pasta, salep, krim), dan respirator juga digunakan. Perusahaan-perusahaan menggunakan langkah-langkah perlindungan kolektif. Sedangkan untuk perlindungan terhadap gas radon yang dapat terakumulasi di basement dan kamar mandi, dalam hal ini ruangan perlu sering diberi ventilasi dan diisolasi dari dalam basement.

Karakteristik radiasi alfa membawa kita pada kesimpulan bahwa jenis ini memiliki throughput yang rendah dan tidak memerlukan tindakan perlindungan yang serius selama paparan eksternal. Partikel radioaktif ini menyebabkan kerusakan besar ketika masuk ke dalam tubuh. Elemen jenis ini meluas pada jarak minimal. Radiasi alfa, beta, dan gamma berbeda satu sama lain dalam sifat, kemampuan penetrasi, dan dampaknya terhadap lingkungan.

Melewati materi, mikropartikel radiasi membuang energinya saat bertabrakan dengan elektron orbital, serta saat berinteraksi dengan medan listrik dan magnet yang kuat saat partikel terbang di dekat nukleus. Sebagian besar tumbukan dan interaksi terjadi bukan dengan inti atom, tetapi dengan elektron pada kulit atom. Mengeluarkan elektron dari atom menyebabkan pembentukan ion, yaitu ionisasi.
Energi partikel yang dipancarkan selama peluruhan radioaktif adalah sekitar mega- atau kiloelektronvolt, dan dalam satu tumbukan rata-rata sekitar 33-35 eV energi diserap (ditransfer ke atom-atom medium), yang berarti bahwa pemborosan seluruh energi akan memerlukan sejumlah besar peristiwa ionisasi. Misalnya, dengan energi rata-rata radiasi β 90Y sama dengan 930 keV, penyerapan sempurnanya akan terjadi dalam ~10,4 tumbukan.
Panjang lintasan total suatu partikel bergantung pada kepadatan mediumnya. Di meja 2.5 menunjukkan perkiraan nilai kemampuan penetrasi berbagai jenis radiasi pada berbagai bahan. Secara umum, rasio daya tembus berbagai jenis radiasi dapat direpresentasikan sebagai γ > β > α.

Selain kemampuan penetrasi, indikator penting lain dari radiasi adalah kepadatan ionisasi, yang didefinisikan sebagai jumlah rata-rata pasangan ion yang terbentuk per satuan panjang lintasan suatu partikel. Tentu saja kedua indikator ini saling berkaitan dalam hubungan yang berbanding terbalik. Kerapatan ionisasi antara lain bergantung pada ukuran partikel radiasi: semakin besar partikel, semakin besar kemungkinan tumbukan ketika melewati atom-atom medium dan semakin tinggi kerapatan ionisasi. Nilai tertinggi dari indikator ini adalah untuk radiasi α dan n, jauh lebih rendah untuk radiasi β (aliran elektron dan positron), dan sangat kecil untuk foton, terutama karena foton belum memiliki muatan listrik, dan oleh karena itu tidak dapat membelokkan medan magnet dan listrik dalam suatu atom. Namun urutan besarnya kerapatan ionisasi radiasi α-, β- dan γ pada jenis media yang sama berbeda dengan perbandingan sekitar 10:4:10:2:1.
Jejak pergerakan partikel dalam suatu medium disebut lintasan. Dari tumbukan dengan elektron orbital, arah gerak partikel besar seperti (massanya kira-kira 7400 kali lebih besar dari massa elektron) praktis tidak berubah, tetapi lintasan partikel cahaya (elektron bebas atau positron) ternyata sangat patah dan zigzag. Mari kita perhatikan ciri-ciri lewatnya berbagai jenis radiasi melalui materi.
α-radiasi. Sesuai dengan kepadatan ionisasi tertinggi dari partikel α, jangkauannya di semua media sangat kecil: bahkan di udara, radiasi α merambat pada jarak tidak melebihi 3-7 cm, dan di media padat jangkauannya bahkan lebih pendek. Dalam jaringan biologis, jangkauan partikel α jarang melebihi 40-60 µm, sehingga pengaruhnya biasanya dibatasi oleh ukuran satu sel. Rendahnya kemampuan penetrasi radiasi α membuat perlindungan apa pun dari sumber radiasi α yang tidak tertutup praktis tidak diperlukan.
-radiasi. Kisaran partikel beta sangat bervariasi tergantung pada energinya. Ada radiasi lunak dengan energi kurang dari 0,5 MeV dan radiasi keras dengan energi lebih besar dari 1 MeV. Kisaran partikel β dari penghasil emisi keras (misalnya, 32P atau 90Y) mencapai 10 m atau lebih di udara, tetapi di media padat hanya beberapa mm. Kisaran sebenarnya (sesuai dengan ketebalan bahan yang menyerap radiasi sepenuhnya) bahkan lebih kecil lagi karena lintasan zigzag partikel β. Oleh karena itu, jika permukaan tanah terkontaminasi, radiasi eksternal dari isotop pemancar β (dari radiostrontium, misalnya) tidak menimbulkan bahaya yang serius, karena radiasi tidak mencapai permukaan tanah ketika radionuklida sudah berada pada kedalaman lebih dari 1 cm. .
Di laboratorium, layar kaca organik setebal 10 mm digunakan untuk melindungi dari radiasi β. Untuk bekerja dengan pemancar β lunak, bahkan perlindungan seperti itu tidak diperlukan, karena jangkauan maksimum radiasi β di udara dari 14C (energi maksimum 0,156 MeV) hanya 15 cm, dari tritium (2H, energi maksimum 0,019 MeV) - kurang dari 5mm.
γ-radiasi. Secara komparatif, daya tembus radiasi γ adalah yang paling besar, namun dengan mempertimbangkan faktor hamburan geometrik yang sebanding dengan kuadrat jarak, jangkauan sebenarnya sumber γ di area terbuka adalah 200-300 m. Dengan bantuan pesawat terbang atau helikopter yang dilengkapi peralatan sensitif, radiasi γ dapat mengidentifikasi dan memetakan tingkat pencemaran radioaktif suatu daerah; dalam kartografi, hal ini dilakukan dengan menggunakan metode survei gamma udara. Namun, kita harus ingat bahwa hasil yang paling dapat diandalkan dan akurat adalah ketika terbang pada ketinggian 25-50 hingga 200-254) m, namun tidak lebih tinggi.
Pada media padat, radiasi γ dapat menembus ketebalan puluhan bahkan ratusan sentimeter. Untuk melindungi radiasi γ, dipilih bahan dengan kepadatan tinggi, seperti timbal. Ketebalan pelindung pelindung ditentukan oleh aktivitas sumber secara keseluruhan; untuk perlindungan yang andal, ketebalan timah hingga 5-30 cm (atau bahkan lebih) mungkin diperlukan.
Radiasi neutron. Penyerapan neutron pada media padat terjadi pada kerapatan ionisasi yang relatif tinggi, sehingga daya tembusnya rendah. Pada masukan, neutron cepat diperlambat menjadi energi rendah pada jarak sekitar 8 cm, di tanah atau struktur bangunan - hingga 20-40 cm. Mekanisme penyerapan neutron sangat spesifik, sehingga perlu dipilih yang khusus bahan untuk melindungi terhadap neutron cepat atau lambat.

Berbagai jenis radiasi disertai dengan pelepasan jumlah energi yang berbeda-beda dan mempunyai kemampuan penetrasi yang berbeda-beda, sehingga mempunyai pengaruh yang berbeda-beda terhadap jaringan organisme hidup.

Semakin besar energi radiasi dan kedalaman penetrasi sinar, semakin parah cedera radiasinya.

Dengan demikian, daya tembus radiasi g, yang bergerak dengan kecepatan cahaya, sangat tinggi: hanya timah tebal atau pelat beton yang dapat menghentikannya.

Jika terjadi paparan eksternal pada seseorang:

partikel alfa tertahan seluruhnya oleh lapisan permukaan kulit;

partikel beta tidak dapat menembus lebih dalam ke dalam tubuh manusia dari beberapa milimeter;

Sinar gamma dapat menyebabkan penyinaran ke seluruh tubuh.

Setengah hidup

Jumlah peluruhan per detik pada suatu sumber radioaktif disebut aktivitas. Satuan kegiatan – becquerel (Bq,Bq): 1 Bq sama dengan satu peluruhan per detik.

Waktu di mana rata-rata setengah dari seluruh radionuklida dari jenis tertentu dalam sumber radioaktif meluruh disebut waktu paruh. Penurunan konsentrasi radionuklida dalam tubuh hingga setengahnya disebut waktu paruh. Misalnya, di wilayah Ukraina, akibat kecelakaan Chernobyl, radionuklida berikut dengan waktu paruh dan waktu paruh turun: karbon masing-masing 14 - 5730 tahun dan 200 hari; cesium masing-masing 137, 30 tahun dan 100 hari; strontium masing-masing 90 – 29 dan 20 tahun; yodium masing-masing 131 – 8 dan 138 hari. Area tersebut menjadi aman untuk ditinggali dan digunakan setelah sekitar 10 waktu paruh.

Latar belakang radioaktif alami

Populasi dunia terus-menerus terpapar radiasi latar alami. Ini adalah radiasi kosmik (proton, partikel alfa, sinar gamma), radiasi dari zat radioaktif alami yang ada di dalam tanah, dan radiasi dari zat radioaktif (juga alami) yang masuk ke tubuh manusia melalui udara, makanan, dan air. Dosis total yang dihasilkan oleh radiasi alam sangat bervariasi di berbagai wilayah di bumi. Di Ukraina berkisar antara 70 hingga 200 mrem/tahun.

Latar belakang alam menyediakan sekitar sepertiga dari apa yang disebut sebagai dosis populasi dari latar belakang umum. Sepertiga orang lainnya menerimanya selama prosedur diagnostik medis - rontgen, fluorografi, rontgen, dll. Sisa dosis populasi berasal dari manusia yang tinggal di gedung-gedung modern. Pembangkit listrik tenaga panas berbahan bakar batubara juga berkontribusi terhadap peningkatan radiasi latar, karena batubara mengandung unsur radioaktif yang tersebar. Saat terbang dengan pesawat, seseorang juga menerima radiasi pengion dalam dosis kecil. Namun semua ini dalam jumlah yang sangat kecil yang tidak menimbulkan efek berbahaya bagi kesehatan manusia.

Pengaruh radiasi pengion

Di organ dan jaringan benda biologis, seperti di lingkungan mana pun, selama iradiasi, sebagai akibat dari penyerapan energi, terjadi proses ionisasi dan eksitasi atom.

Efek radiasi pengion adalah radiolisis molekul air. Seperti yang Anda ketahui, air membentuk sekitar 80% massa seluruh organ dan jaringan tubuh manusia.

Ketika air terionisasi, radikal terbentuk yang memiliki sifat pengoksidasi dan pereduksi.

RADIKAL BEBAS - partikel dengan elektron tidak berpasangan pada orbital atom atau molekul terluar

Zat peroksida (atau radikal bebas) memiliki sifat oksidasi dan toksik yang kuat. Jika digabungkan dengan zat organik, mereka menyebabkan perubahan kimia yang signifikan pada sel dan jaringan, denaturasi protein dan struktur organik lainnya dengan pembentukan zat beracun seperti histamin.

Radiasi beta adalah aliran elektron atau positron yang dipancarkan oleh inti atom zat radioaktif selama peluruhan radioaktif. Kisaran maksimum di udara adalah 1800 cm, dan di jaringan hidup - 2,5 cm. Kemampuan ionisasi partikel p lebih rendah, dan daya tembusnya lebih tinggi daripada partikel oc, karena massanya jauh lebih kecil dan mempunyai daya tembus yang lebih besar. energi yang sama dengan partikel a mempunyai muatan yang lebih kecil.

Radiasi neutron adalah aliran neutron yang mengubah energinya menjadi interaksi elastis dan non-elastis dengan inti atom. Selama interaksi inelastis, radiasi sekunder muncul, yang dapat terdiri dari partikel bermuatan dan kuanta gamma (radiasi gamma). Dalam interaksi elastis, ionisasi biasa suatu zat dimungkinkan. Daya tembus neutron tinggi.

Air adalah bahan pemadam yang paling banyak digunakan. Ia memiliki kapasitas panas yang signifikan dan panas penguapan yang sangat tinggi (-2,22 kJ/g), sehingga memiliki efek pendinginan yang kuat pada api. Kerugian yang paling signifikan dari air termasuk kemampuan pembasahan yang tidak mencukupi (dan, oleh karena itu, penetrasi) ketika memadamkan bahan berserat (kayu, kapas, dll.) dan mobilitas yang tinggi, yang menyebabkan hilangnya air dalam jumlah besar dan kerusakan pada benda-benda di sekitarnya. Untuk mengatasi kelemahan ini, surfaktan (bahan pembasah) dan zat penambah viskositas (natrium karboksimetilselulosa) ditambahkan ke dalam air.

Di daerah yang mudah meledak, penetral radioisotop digunakan, yang tindakannya didasarkan pada ionisasi udara oleh radiasi alfa plutonium-239 dan radiasi beta prometium-147. Kemampuan penetrasi partikel alfa di udara adalah beberapa sentimeter, jadi penggunaan sumber alfa aman bagi personel.

Tergantung pada ukuran tetesan, pancarannya adalah tetesan (diameter tetesan > 0,4 ​​mm), diatomisasi (diameter tetesan 0,2-0,4 mm) dan diatomisasi halus (seperti kabut, diameter tetesan
Saat memadamkan dengan pancaran air, kemampuan penetrasinya sangat penting, yang ditentukan oleh tekanan

Tekanan pancaran air ditentukan secara eksperimental oleh kecepatan pergerakan tetesan air dan aliran udara yang masuk. Kemampuan penetrasi menurun dengan menurunnya tekanan jet dan ukuran tetesan. Jika diameter tetesan lebih dari 0,8 mm, kemampuan penetrasi tidak bergantung pada tekanan pancaran.

Isotop radioaktif memancarkan berbagai jenis radiasi yang tidak terlihat oleh mata: sinar a (sinar alfa), sinar 3 (sinar beta), sinar (sinar gamma) dan neutron. Mereka mampu menembus benda padat, cair dan gas, dan untuk berbagai jenis radiasi, kemampuan penetrasinya tidak sama: sinar memiliki kemampuan penetrasi terbesar. Untuk menahannya, diperlukan lapisan timah setebal 15 cm.)