Typer av strålning med högsta penetrerande förmåga. Fördelarna och skadorna med radioaktiv strålning. Corpuskulära emission. Alfa partiklar

Begreppet "strålning" omfattar hela området av elektromagnetiska vågor, såväl som elektrisk ström, radiovågor och joniserande strålning. Med den senare förändras det fysiska tillståndet för atomer och deras kärnor, vilket gör dem till laddade joner eller produkter av kärnreaktioner. De minsta partiklarna har energi, som gradvis förloras när de interagerar med strukturella enheter. Som ett resultat av rörelsen joniseras ämnet genom vilket elementen tränger in. Inträngningsdjupet är olika för varje partikel. På grund av dess förmåga att förändra ämnen är radioaktivt ljus skadligt för kroppen. Vilka typer av strålning finns?

Corpuskulära emission. Alfa partiklar

Denna typ är ett flöde av radioaktiva grundämnen vars massa skiljer sig från noll. Ett exempel är alfa- och betastrålning, samt elektron, neutron, proton och meson. Alfa-partiklar är atomkärnor som släpps ut när vissa radioaktiva atomer sönderfaller. De består av två neutroner och två protoner. Alfastrålning kommer från heliumatomernas kärnor, som är positivt laddade. Naturliga utsläpp är typiska för instabila radionuklider av torium- och uranserien. Alfa-partiklar lämnar kärnan med hastigheter på upp till 20 tusen km/sek. Längs rörelsens väg bildar de en stark jonisering av mediet och river sönder elektroner från atomernas banor. Jonisering av strålar leder till kemiska förändringar i ämnet, såväl som till störningar av dess kristallstruktur.

Egenskaper för alfastrålning

Strålar av denna typ är alfapartiklar med en massa på 4,0015 atomenheter. Det magnetiska momentet och spinnet är noll, och partikelladdningen är dubbelt så stor som elementärladdningen. Energin hos alfastrålar ligger i intervallet 4-9 MeV. Joniserande alfastrålning uppstår när en atom förlorar sin elektron och blir en jon. Elektronen slås ut på grund av den stora vikten av alfapartiklar, som är nästan sju tusen gånger större än den. När partiklarna passerar genom en atom och bryter av varje negativt laddat element förlorar de sin energi och hastighet. Förmågan att jonisera materia går förlorad när all energi förbrukas och alfapartikeln omvandlas till en heliumatom.

Beta-strålning

Det är en process där elektroner och positroner produceras genom beta-sönderfall av element som sträcker sig från de lättaste till de tyngsta. Beta-partiklar samarbetar med elektronerna i atomskal, överför en del av energin till dem och river dem ur omloppsbana. I detta fall bildas en positiv jon och en fri elektron. Alfa- och betastrålning har olika rörelsehastigheter. Så för den andra typen av strålar närmar den sig ljusets hastighet. Beta-partiklar kan absorberas med ett 1 mm tjockt lager av aluminium.

Gammastrålar

De bildas under nedbrytningen av radioaktiva kärnor, såväl som elementarpartiklar. Detta är en kortvågig typ av elektromagnetisk strålning. Det bildas när en kärna övergår från ett mer exciterat energitillstånd till ett mindre exciterat. Den har en kort våglängd och har därför hög penetrerande kraft, vilket kan orsaka allvarliga skador på människors hälsa.

Egenskaper

Partiklar som bildas under sönderfallet av elementära kärnor kan interagera med miljön på olika sätt. Denna koppling beror på partiklarnas massa, laddning och energi. Egenskaperna för radioaktiv strålning inkluderar följande parametrar:

1. Penetrerande förmåga.

2. Jonisering av mediet.

3. Exoterm reaktion.

4. Påverkan på fotografisk emulsion.

5. Förmågan att orsaka glöd av självlysande ämnen.

6. Vid långvarig exponering är kemiska reaktioner och nedbrytning av molekyler möjliga. Till exempel ändras färgen på ett objekt.

De listade egenskaperna används för att upptäcka strålning på grund av människors oförmåga att upptäcka dem med sina sinnen.

Strålningskällor

Det finns flera orsaker till partikelutsläpp. Det kan vara mark- eller rymdobjekt som innehåller radioaktiva ämnen, tekniska anordningar som avger joniserande strålning. Orsakerna till uppkomsten av radioaktiva partiklar kan också vara kärntekniska installationer, kontroll- och mätanordningar, medicinska förnödenheter och förstörelse av lagringsanläggningar för strålningsavfall. Farliga källor delas in i två grupper:

1. Stängd. När man arbetar med dem tränger inte strålning in i miljön. Ett exempel skulle vara strålningsteknik vid kärnkraftverk, samt utrustning i röntgenrummet.
2. Öppen. I detta fall utsätts miljön för strålning. Källor kan vara gaser, aerosoler, radioaktivt avfall.

Grundämnena i serierna uran, aktinium och torium är naturligt förekommande radioaktiva grundämnen. När de sönderfaller släpps alfa- och beta-partiklar ut. Källorna till alfastrålning är polonium med atomvikter 214 och 218. Den senare är en sönderfallsprodukt av radon. Detta är en giftig gas i stora mängder som tränger in från jorden och samlas i huskällare.

Källor för alfastrålning med hög energi är en mängd olika laddade partikelacceleratorer. En sådan anordning är en fasotron. Det är en cyklisk resonansaccelerator med ett konstant kontrollmagnetfält. Frekvensen för det accelererande elektriska fältet kommer att variera långsamt med perioden. Partiklarna rör sig i en avlindningsspiral och accelereras till en energi på 1 GeV.

Förmåga att penetrera ämnen

Alfa-, beta- och gammastrålning har ett visst intervall. Således är rörelsen av alfapartiklar i luften flera centimeter, medan beta-partiklar kan färdas flera meter, och gammastrålar kan färdas upp till hundratals meter. Om en person har upplevt extern alfastrålning, vars penetrationskraft är lika med hudens ytskikt, kommer han att vara i fara endast i fallet med öppna sår på kroppen. Att äta mat bestrålad med dessa element orsakar allvarlig skada.

Beta-partiklar kan penetrera kroppen endast till ett djup av högst 2 cm, men gamma-partiklar kan orsaka bestrålning av hela kroppen. Strålarna från de sista partiklarna kan bara stoppas av betong eller blyplattor.

Alfastrålning. Inverkan på människor

Energin hos dessa partiklar som bildas under radioaktivt sönderfall är inte tillräckligt för att övervinna det initiala hudlagret, så extern bestrålning skadar inte kroppen. Men om källan till bildandet av alfapartiklar är en accelerator och deras energi når över tiotals MeV, är det ett hot mot kroppens normala funktion. Direkt penetrering av ett radioaktivt ämne i kroppen orsakar enorm skada. Till exempel genom inandning av förgiftad luft eller genom mag-tarmkanalen. Alfastrålning kan i minimala doser få en person att utveckla strålsjuka, som ofta slutar med att offret dör.

Alfastrålar kan inte detekteras med en dosimeter. Väl i kroppen börjar de bestråla närliggande celler. Kroppen tvingar celler att dela sig snabbare för att fylla tomrummet, men de som är födda på nytt utsätts igen för skadliga effekter. Detta leder till förlust av genetisk information, mutationer och bildandet av maligna tumörer.

Tillåtna exponeringsgränser

Standarden för joniserande strålning i Ryssland regleras av "Strålningssäkerhetsstandarder" och "Grundläggande sanitära regler för arbete med radioaktiva ämnen och andra källor till joniserande strålning." Enligt dessa dokument har exponeringsgränser utvecklats för följande kategorier:

1. "A". Detta inkluderar anställda som arbetar med en strålkälla på permanent basis eller tillfälligt. Den tillåtna gränsen beräknas som en individuell ekvivalent dos av extern och intern strålning per år. Detta är den så kallade högsta tillåtna dosen.

2. "B". Kategorin omfattar den del av befolkningen som kan utsättas för strålningskällor på grund av att de bor eller arbetar nära dem. I detta fall beräknas också den tillåtna dosen per år, vid vilken hälsoproblem inte kommer att uppstå på 70 år.

3. "B". Denna typ inkluderar befolkningen i en region, region eller land som utsätts för strålning. Begränsning av exponering sker genom införande av standarder och kontroll av radioaktivitet av föremål i miljön, skadliga utsläpp från kärnkraftverk, med hänsyn tagen till dosgränser för de tidigare kategorierna. Strålningens inverkan på befolkningen är inte föremål för reglering, eftersom exponeringsnivåerna är mycket låga. Vid strålolyckor i regionerna tillämpas alla nödvändiga säkerhetsåtgärder.

Säkerhetsåtgärder

Alfastrålskydd är inget problem. Strålningsstrålar blockeras helt av ett tjockt pappersark och till och med mänskliga kläder. Faran uppstår endast från intern exponering. För att undvika det används personlig skyddsutrustning. Dessa inkluderar overaller (overaller, moleskin-hjälmar), plastförkläden, oversleeves, gummihandskar och specialskor. För att skydda ögonen används plexiglassköldar, dermatologiska produkter (pastor, salvor, krämer) och andningsskydd används också. Företag tar till kollektiva skyddsåtgärder. När det gäller skydd mot radongas, som kan ackumuleras i källare och badrum, är det i det här fallet nödvändigt att ofta ventilera lokalerna och isolera källarna från insidan.

Alfastrålningens egenskaper leder oss till slutsatsen att denna typ har en låg genomströmning och inte kräver allvarliga skyddsåtgärder vid extern exponering. Dessa radioaktiva partiklar orsakar stor skada när de tränger in i kroppen. Element av denna typ sträcker sig över minimala avstånd. Alfa-, beta- och gammastrålning skiljer sig från varandra i sina egenskaper, penetreringsförmåga och påverkan på miljön.

Strålningsmikropartiklar slösar genom materia och slösar bort sin energi i kollisioner med orbitala elektroner, såväl som i interaktioner med kraftfulla elektriska och magnetiska fält när partiklar flyger nära kärnan. De flesta kollisioner och interaktioner sker inte med kärnor, utan med elektroner på atomens skal. Att slå ut en elektron ur en atom leder till bildandet av en jon, d.v.s. jonisering.
Energin hos partiklar som sänds ut under radioaktivt sönderfall är av storleksordningen mega- eller kiloelektronvolt, och vid en enda kollision absorberas i genomsnitt cirka 33-35 eV energi (överförs till mediets atomer), varav det följer att slöseri med all energi kommer att kräva ett stort antal joniseringshändelser. Till exempel, med en genomsnittlig energi av β-strålning 90Y lika med 930 keV, kommer dess fullständiga absorption att ske i ~10,4 kollisioner.
Den totala väglängden för en partikel beror på mediets densitet. I tabell 2.5 visar ungefärliga värden på penetreringsförmågan hos olika typer av strålning på olika material. I allmänhet kan förhållandet mellan penetreringskraften för olika typer av strålning representeras som γ > β > α.

Förutom penetreringsförmågan är en annan viktig indikator på strålning joniseringstätheten, som definieras som det genomsnittliga antalet jonpar som bildas per enhets väglängd för en partikel. Naturligtvis är båda dessa indikatorer relaterade till varandra i ett omvänt förhållande. Joniseringstätheten beror bland annat på storleken på strålningspartiklarna: ju större partiklarna är, desto större är sannolikheten för kollisioner när de passerar genom mediets atomer och desto högre joniseringstäthet. Det högsta värdet på denna indikator är för α- och n-strålning, mycket lägre för β-strålning (flöden av elektroner och positroner), och mycket litet för γ-fotoner, särskilt eftersom de senare ännu inte har en elektrisk laddning, och kan därför inte avböjas i magnetiska och elektriska fält i en atom. Men storleksordningen på joniseringstätheten för α-, β- och y-strålning i samma typ av media skiljer sig i förhållandet ungefär 10:4:10:2:1.
Spåret av partikelrörelse i ett medium kallas spår. Från en kollision med orbitala elektroner förändras praktiskt taget inte rörelseriktningen för en så stor partikel som α (dess massa är ungefär 7400 gånger större än en elektrons massa), men banorna för lätta partiklar (fria elektroner eller positroner) visa sig vara starkt trasig och sicksack. Låt oss överväga egenskaperna hos passage av olika typer av strålning genom materia.
α-strålning. I enlighet med den högsta joniseringstätheten för α-partiklar är deras räckvidd i alla medier mycket liten: även i luft sprider sig α-strålning över ett avstånd som inte överstiger 3-7 cm, och i täta medier är räckvidden ännu kortare. I biologiska vävnader överstiger intervallet för en a-partikel sällan 40-60 µm, dvs dess effekt är vanligtvis begränsad av storleken på en cell. Den låga penetreringsförmågan hos α-strålning gör något skydd mot oslutna källor av α-strålning praktiskt taget onödigt.
β-strålning. Omfattningen av beta-partiklar varierar markant beroende på deras energi. Det finns mjuka strålningar med energier mindre än 0,5 MeV och hårda strålningar med energier större än 1 MeV. Räckvidden för β-partiklar från hårda sändare (till exempel 32P eller 90Y) når 10 m eller mer i luft, men i täta medier är det bara några få mm. Det faktiska området (enligt tjockleken på materialet som helt absorberar strålning) är ännu mindre på grund av β-partiklarnas sicksackbanor. Vid ytjordförorening utgör därför extern strålning från β-emitterande isotoper (från exempelvis radiostrontium) ingen allvarlig fara, eftersom strålningen inte når markytan när radionukliden redan befinner sig på ett djup av mer än 1 cm. .
I laboratoriet används organiska glasskärmar upp till 10 mm tjocka för att skydda mot β-strålning. För att arbeta med mjuka β-strålare krävs inte ens sådant skydd, eftersom det maximala intervallet för β-strålning i luft från 14C (maximal energi 0,156 MeV) bara är 15 cm, från tritium (2H, maximal energi 0,019 MeV) - mindre än 5 mm.
γ-strålning. I jämförande termer är den genomträngande kraften för γ-strålning störst, men med hänsyn till den geometriska spridningsfaktorn, som är proportionell mot kvadraten på avståndet, är det verkliga området för γ-källor i öppna områden 200-300 m Med hjälp av flygplan eller helikoptrar utrustade med känslig utrustning kan γ-strålning identifiera och kartlägga nivåerna av radioaktiv kontaminering i kartografin, detta görs med hjälp av gammaundersökningsmetoden. Vi måste dock komma ihåg att de mest tillförlitliga och exakta resultaten är när man flyger på en höjd av 25-50 till 200-254) m, men inte högre.
I täta medier kan γ-strålning passera genom tiotals och till och med hundratals centimeters tjocklek. För att skärma av γ-strålning väljs material med hög densitet, såsom bly. Tjockleken på avskärmningsskyddet bestäms av källans totala aktivitet för tillförlitligt skydd, en blytjocklek på upp till 5-30 cm (eller ännu mer) kan krävas.
Neutronstrålning. Absorptionen av neutroner i täta medier sker med en relativt hög joniseringstäthet, så deras penetreringsförmåga är låg. I ingången saktas snabba neutroner ner till låga energier på avstånd i storleksordningen 8 cm, i jordar eller byggnadsstrukturer - upp till 20-40 cm. Mekanismerna för neutronabsorption är mycket specifika, så det är nödvändigt att välja speciell material för att skydda mot snabba eller långsamma neutroner.

Olika typer av strålning åtföljs av frigöring av olika mängder energi och har olika penetrerande förmågor, så de har olika effekter på en levande organisms vävnader.

Ju större strålningsenergin och penetrationsdjupet för strålarna är, desto allvarligare är strålningsskadan.

Således är den genomträngande kraften hos g-strålning, som färdas med ljusets hastighet, mycket hög: endast en tjock bly eller betongplatta kan stoppa den.

Vid extern bestrålning av en person:

alfapartiklar hålls helt kvar av hudens ytskikt;

beta-partiklar kan inte tränga djupare in i människokroppen än några millimeter;

Gammastrålar kan orsaka bestrålning av hela kroppen.

Halva livet

Antalet sönderfall per sekund i en radioaktiv källa kallas aktivitet. Aktivitetsenhet – becquerel (Bq,Bq): 1 Bq är lika med ett sönderfall per sekund.

Den tid under vilken i genomsnitt hälften av alla radionuklider av en given typ i någon radioaktiv källa sönderfaller kallas halveringstiden. Minskningen av koncentrationen av radionuklider i kroppen med hälften kallas halveringstiden. Till exempel, på Ukrainas territorium, som ett resultat av Tjernobylolyckan, föll följande radionuklider med halveringstid och halveringstid: kol 14 - 5730 år respektive 200 dagar; cesium 137, 30 år respektive 100 dagar; strontium 90 – 29 respektive 20 år; jod 131 – 8 respektive 138 dagar. Området blir säkert att leva och använda efter cirka 10 halveringstider.

Naturlig radioaktiv bakgrund

Världens befolkning utsätts ständigt för naturlig bakgrundsstrålning. Detta är kosmisk strålning (protoner, alfapartiklar, gammastrålar), strålning från naturliga radioaktiva ämnen som finns i marken och strålning från de radioaktiva ämnen (även naturliga) som kommer in i människokroppen med luft, mat och vatten. Den totala dosen som genereras av naturlig strålning varierar mycket i olika delar av jorden. I Ukraina varierar det från 70 till 200 mrem/år.

Naturlig bakgrund ger ungefär en tredjedel av den så kallade befolkningsdosen av den allmänna bakgrunden. En annan tredjedel av människorna får det under medicinska diagnostiska procedurer - röntgen, fluorografi, röntgen, etc. Resten av befolkningsdosen kommer från mänsklig vistelse i moderna byggnader. Koleldade värmekraftverk bidrar också till ökad bakgrundsstrålning, eftersom kol innehåller spridda radioaktiva ämnen. När man flyger på flygplan får en person också en liten dos joniserande strålning. Men alla dessa är mycket små mängder som inte har en skadlig effekt på människors hälsa.

Effekt av joniserande strålning

I organ och vävnader hos biologiska föremål, som i vilken miljö som helst, under bestrålning, som ett resultat av energiabsorption, sker processer för jonisering och excitation av atomer.

Effekten av joniserande strålning är radiolys av vattenmolekyler. Som ni vet utgör vatten cirka 80% av massan av alla organ och vävnader i människokroppen.

När vatten joniseras bildas radikaler som har både oxiderande och reducerande egenskaper.

FRI RADIKALER - partiklar med oparade elektroner i yttre atomära eller molekylära orbitaler

Peroxidämnen (eller fria radikaler) har starkt oxiderande och giftiga egenskaper. I kombination med organiska ämnen orsakar de betydande kemiska förändringar i celler och vävnader, denaturering av protein och andra organiska strukturer med bildning av giftiga histaminliknande ämnen.

Betastrålning är en ström av elektroner eller positroner som sänds ut av kärnorna i atomer av radioaktiva ämnen under radioaktivt sönderfall. Den maximala räckvidden i luft är 1800 cm, och i levande vävnader - 2,5 cm. Den joniserande förmågan hos p-partiklar är lägre och penetreringsförmågan är högre än för oc-partiklar, eftersom de har en betydligt mindre massa och har. samma energi som a-partiklar har mindre laddning.

Neutronstrålning är en ström av neutroner som omvandlar sin energi i elastiska och icke-elastiska interaktioner med atomkärnor. Vid oelastiska interaktioner uppstår sekundär strålning som kan bestå av både laddade partiklar och gamma-kvanta (gammastrålning). I elastiska interaktioner är vanlig jonisering av ett ämne möjlig. Neutronernas penetrerande kraft är hög.

Vatten är det mest använda släckmedlet. Den har en betydande värmekapacitet och en mycket hög förångningsvärme (-2,22 kJ/g), vilket gör att den har en stark kylande effekt på elden. De mest betydande nackdelarna med vatten inkluderar dess otillräckliga vätningsförmåga (och därför penetrerande) förmåga vid släckning av fibrösa material (trä, bomull, etc.) och höga rörlighet, vilket leder till stora vattenförluster och skador på omgivande föremål. För att övervinna dessa nackdelar tillsätts ytaktiva ämnen (vätmedel) och viskositetshöjande ämnen (natriumkarboximetylcellulosa) till vattnet.

I explosiva områden används radioisotopneutralisatorer, vars verkan är baserad på jonisering av luft genom alfastrålning av plutonium-239 och beta-strålning av prometium-147. Den penetrerande förmågan hos alfapartiklar i luften är flera centimeter användningen av en alfakälla är säker för personalen.

Beroende på storleken på dropparna är strålarna droppar (droppdiameter > 0,4 ​​mm), finfördelade (droppdiameter 0,2-0,4 mm) och finfördelade (dimmliknande, droppdiameter).
Vid släckning med vattenstrålar är deras penetreringsförmåga, som bestäms av trycket, väsentlig.

Vattenstrålens tryck bestäms experimentellt av dropparnas rörelsehastighet och luftflödet som de drar med sig. Penetreringsförmågan minskar med minskande jettryck och droppstorlek. När droppdiametern är mer än 0,8 mm är penetreringsförmågan inte beroende av stråltrycket.

Radioaktiva isotoper avger olika typer av strålning som är osynlig för ögat: a-strålar (alfa-strålar), 3-strålar (beta-strålar), strålar (gammastrålar) och neutroner. De kan penetrera fasta, flytande och gasformiga kroppar och för olika typer av strålning är penetreringsförmågan inte densamma: strålar har störst penetreringsförmåga. För att hålla dem kvar behövs ett blylager på cirka 15 cm tjockt.)