Uvod……………………………………………………………………………………………..3

1. Vrste zračenja…………………………………………………………………………….5

2. Propis o radijacijskoj sigurnosti…………………………………10

3. Glavna ograničenja doze ................................................. ........................................................13

4. Dozvoljeni i kontrolni nivoi izloženosti……………………………18

Zaključak…………………………………………………………………………………………….26

Spisak korištenih izvora………………………………………………………….28

UVOD

Među pitanjima od naučnog interesa, malo je onih koji privlače toliku pažnju javnosti i izazivaju toliko kontroverzi kao pitanje uticaja radijacije na ljude i životnu sredinu.

Nažalost, pouzdane naučne informacije o ovom pitanju vrlo često ne dopiru do stanovništva, koje stoga koristi svakakve glasine. Prečesto se argumenti protivnika nuklearne energije oslanjaju isključivo na osjećaje i emocije, kao što se često govori pristalica njenog razvoja svode na slabo potkrijepljena uvjeravajuća uvjeravanja.

Naučni komitet UN-a za efekte atomskog zračenja prikuplja i analizira sve dostupne informacije o izvorima zračenja i njegovim efektima na ljude i životnu sredinu. Proučava širok spektar prirodnih i umjetnih izvora zračenja, a njegovi nalazi mogu iznenaditi čak i one koji pomno prate javni diskurs o ovoj temi.

Radijacija je zaista smrtonosna. U velikim dozama izaziva teška oštećenja tkiva, a u malim dozama može izazvati rak i izazvati genetske defekte koji se mogu pojaviti kod djece i unuka osobe izložene zračenju, ili kod njegovih udaljenijih potomaka.

Ali za većinu stanovništva najopasniji izvori zračenja nisu oni o kojima se najviše govori. Osoba prima najveću dozu iz prirodnih izvora zračenja. Radijacija povezana s razvojem nuklearne energije samo je mali dio zračenja proizvedenog ljudskom aktivnošću; Mi primamo znatno veće doze od drugih oblika ove aktivnosti koji izazivaju mnogo manje kritika, na primjer, od upotrebe rendgenskih zraka u medicini. Osim toga, oblici svakodnevnih aktivnosti kao što su spaljivanje uglja i korištenje zračnog transporta, posebno stalna izloženost dobro zatvorenim prostorijama, mogu dovesti do značajnog povećanja nivoa izloženosti zbog prirodnog zračenja. Najveće rezerve za smanjenje izloženosti stanovništva radijaciji leže upravo u takvim „neospornim“ oblicima ljudske aktivnosti.

Ovaj rad pokriva različite vrste zračenja, kako iz prirodnih tako i umjetnih izvora, koji utiču na ljude i okoliš, pruža regulatorne izvore informacija o radijacijskoj sigurnosti, granicama doze izloženosti i njihovim dozvoljenim i kontrolnim nivoima.

VRSTE ZRAČENJA

Prodorno zračenje predstavlja veliku opasnost po zdravlje i život ljudi. U velikim dozama izaziva ozbiljna oštećenja tjelesnih tkiva, razvija se akutna radijacijska bolest, u malim dozama izaziva rak i izaziva genetske defekte. U prirodi postoji niz elemenata čija se atomska jezgra pretvaraju u jezgra drugih elemenata. Ove transformacije su praćene zračenjem - radioaktivnošću. Jonizujuće zračenje je tok elementarnih čestica i kvanta elektromagnetnog zračenja koji može uzrokovati ionizaciju atoma i molekula medija u kojem se šire.

Različite vrste zračenja su praćene oslobađanjem različite količine energije i imaju različite prodorne sposobnosti, pa imaju različit učinak na tkiva živog organizma (Sl. 1). Alfa zračenje, koje predstavlja mlaz teških čestica koje se sastoje od neutrona i protona, blokira, na primjer, list papira i praktički ne može prodrijeti u vanjski sloj kože formiran od mrtvih stanica. Dakle, ne predstavlja opasnost sve dok radioaktivne supstance koje emituju α-čestice ne uđu u organizam kroz otvorenu ranu, hranom ili udahnutim vazduhom; tada postaju izuzetno opasni. Beta zračenje ima veću prodornu moć: prodire u tjelesno tkivo do dubine od jednog do dva centimetra. Prodorna moć gama zračenja, koje putuje brzinom svjetlosti, vrlo je velika: samo debela olovna ili betonska ploča može ga zaustaviti. Zbog svoje vrlo velike prodorne moći, gama zračenje predstavlja veliku opasnost za ljude. Posebnost jonizujućeg zračenja je u tome što će osoba početi osjećati njegovo djelovanje tek nakon nekog vremena.

Rice. 1. Tri vrste zračenja i njihova prodorna sposobnost

Izvori zračenja mogu biti prirodni, prisutni u prirodi i nezavisni od ljudi.

Stanovništvo svijeta prima najveći dio izloženosti prirodnim izvorima zračenja (slika 2).

Rice. 2. Prosječne godišnje efektivne ekvivalentne doze zračenja iz prirodnih i umjetnih izvora zračenja (brojevi označavaju dozu u milisivertima)

Većina njih je takva da je apsolutno nemoguće izbjeći njihovo izlaganje zračenju. Kroz istoriju Zemlje, različite vrste zračenja padaju na površinu Zemlje iz svemira i dolaze od radioaktivnih supstanci koje se nalaze u zemljinoj kori. Osoba je izložena zračenju na dva načina. Radioaktivne tvari mogu biti izvan tijela i zračiti ga izvana; u ovom slučaju govorimo o vanjskom zračenju. Ili mogu završiti u zraku koji osoba udiše, u hrani ili vodi i ući u tijelo. Ova metoda zračenja se naziva internim.

Svaki stanovnik Zemlje izložen je zračenju iz prirodnih izvora zračenja, ali neki od njih primaju veće doze od drugih. Ovo delimično zavisi od toga gde žive. Nivo radijacije na nekim mjestima na kugli zemaljskoj, gdje se javljaju posebno radioaktivne stijene, pokazuje se znatno višim od prosjeka, a na drugim mjestima shodno tome niži. Doza zračenja zavisi i od načina života ljudi. Korištenje određenih građevinskih materijala, korištenje plina za kuhanje, otvoreni mangali na drveni ugalj, zaptivanje prostorija, pa čak i letenje u avionima, sve to povećava izloženost prirodnim izvorima zračenja.

Zemaljski izvori zračenja su kolektivno odgovorni za većinu izloženosti kojima su ljudi izloženi prirodnim zračenjem. Oni u prosjeku obezbjeđuju više od 5/6 godišnje efektivne ekvivalentne doze koju prima stanovništvo, uglavnom zbog unutrašnjeg izlaganja. Ostalo doprinose kosmičke zrake, uglavnom kroz spoljašnje zračenje (slika 3).

Rice. 3. Prosječne godišnje efektivne ekvivalentne doze zračenja iz prirodnih izvora zračenja (brojevi označavaju dozu u milisivertima)

Prema nekim podacima, prosječna efektivna ekvivalentna doza vanjskog zračenja koju čovjek godišnje dobije od zemaljskih izvora prirodnog zračenja iznosi približno 350 mikrosiverta, tj. nešto više od prosječne pojedinačne doze zračenja zbog pozadinskog zračenja stvorenog kosmičkim zracima na nivou mora.

U prosjeku, otprilike 2/3 efektivne ekvivalentne doze zračenja koju osoba primi iz prirodnih izvora zračenja dolazi od radioaktivnih supstanci koje ulaze u tijelo putem hrane, vode i zraka.

Utvrđeno je da je od svih prirodnih izvora zračenja najveća opasnost radon, težak plin bez boje i mirisa. Oslobađa se iz zemljine kore svuda, ali se njegova koncentracija u vanjskom zraku značajno razlikuje za različite točke zemaljske kugle. Osoba prima glavno zračenje od radona dok je u zatvorenom prostoru. Radon se koncentriše u vazduhu u zatvorenom prostoru samo kada je dovoljno izolovan od spoljašnje sredine. Prolazeći kroz temelj i pod iz tla ili, rjeđe, iz građevinskog materijala, radon se akumulira u zatvorenom prostoru. Najčešći građevinski materijali – drvo, cigla i beton – emituju relativno malo radona. Mnogo veću specifičnu radioaktivnost imaju granit, plovućac, proizvodi od aluminijevih sirovina i fosfogips.

Drugi izvor radona koji ulazi u stambene prostore su voda i prirodni plin. Koncentracija radona u obično korišćenoj vodi je izuzetno niska, ali voda iz dubokih ili arteških bunara sadrži veoma visoke nivoe radona. Međutim, glavna opasnost ne dolazi od pijenja, čak ni uz visok nivo radona. Obično ljudi piju prokuhanu vodu ili u obliku toplih napitaka, a kada se prokuha radon gotovo potpuno nestaje. Velika opasnost predstavlja prodiranje vodene pare sa visokim sadržajem radona u pluća zajedno sa udahnutim vazduhom, što se najčešće dešava u kupatilu ili u parnoj sobi. Radon ulazi u prirodni gas pod zemljom. Kao rezultat prethodne obrade i tijekom skladištenja plina prije nego što stigne do potrošača, većina radona ispari, ali koncentracija radona može se povećati ako štednjaci nisu opremljeni napom. Shodno tome, radon je posebno opasan za niske zgrade sa pažljivo zatvorenim prostorijama (za zadržavanje toplote) i kada se koristi glinica kao dodatak građevinskim materijalima.

Ostale izvore zračenja koji predstavljaju opasnost, nažalost, stvara sam čovjek. Zračenje se danas široko koristi u raznim oblastima: medicini, industriji, poljoprivredi, hemiji, nauci itd. Izvori vještačkog zračenja su umjetni radionuklidi nastali uz pomoć nuklearnih reaktora i akceleratora, snopa neutrona i nabijenih čestica. Nazivaju se umjetnim izvorima jonizujućeg zračenja. Sve aktivnosti vezane za proizvodnju i upotrebu vještačkog zračenja su strogo kontrolisane. Ispitivanja nuklearnog oružja u atmosferi, nesreće u nuklearnim elektranama i nuklearnim reaktorima i rezultati njihovog rada, manifestirani u radioaktivnim padavinama i radioaktivnom otpadu, posebno se ističu po svom utjecaju na ljudski organizam. Kada se radioaktivne padavine pojave u nekim područjima Zemlje, zračenje može ući u ljudsko tijelo direktno kroz poljoprivredne proizvode i hranu.

Elektromagnetna polja nas svuda okružuju. Ovisno o svom talasnom rasponu, mogu utjecati na žive organizme na različite načine. Nejonizujuće zračenje se smatra nježnijim, ali ponekad nije bezbedno. Koje su to pojave i kakav uticaj imaju na naš organizam?

Šta je nejonizujuće zračenje?

Energija putuje u obliku malih čestica i valova. Proces njegovog emitiranja i širenja naziva se zračenje. Na osnovu prirode djelovanja na predmete i živa tkiva razlikuju se dvije glavne vrste. Prvi - jonizirajući, predstavlja tokove elementarnih čestica koje nastaju kao rezultat fisije atoma. Uključuje radioaktivno, rendgensko, gravitaciono zračenje i Hawkingove zrake.

Drugi uključuje nejonizujuće zračenje. U suštini, to su elektromagnetne energije veće od 1000 nm, a količina oslobođene energije je manja od 10 keV. Djeluje u obliku mikrovalova, što rezultira svjetlošću i toplinom.

Za razliku od prvog tipa, ovo zračenje ne ionizira molekule i atome tvari na koje djeluje, odnosno ne razbija veze između svojih molekula. Naravno, i ovdje postoje izuzeci. Dakle, određene vrste, na primjer, UV zrake, mogu ionizirati supstancu.

Vrste nejonizujućeg zračenja

Elektromagnetno zračenje je mnogo širi pojam od nejonizujućeg zračenja. Rendgensko zračenje visoke frekvencije i gama zračenje su takođe elektromagnetno, ali su tvrđe i jonizuju materiju. Sve druge vrste EMR-a su nejonizujuće, njihova energija nije dovoljna da ometa strukturu materije.

Najduži među njima su radio talasi, čiji se raspon kreće od ultradugih (više od 10 km) do ultrakratkih (10 m - 1 mm). Talasi ostalih EM zračenja su manji od 1 mm. Nakon radio emisije dolazi infracrveno ili toplotno zračenje, dužina njegovih talasa zavisi od temperature grejanja.

Vidljiva svjetlost i prva su također nejonizujuća. Prva se često naziva optičkom. Njegov spektar je veoma blizak infracrvenim zracima i nastaje kada se tela zagreju. Ultraljubičasto zračenje je blisko rendgenskom zračenju i stoga može imati sposobnost jonizacije. Na talasnim dužinama od 400 do 315 nm, ljudsko oko ga prepoznaje.

Izvori

Nejonizujuće elektromagnetno zračenje može biti prirodnog ili vještačkog porijekla. Jedan od glavnih prirodnih izvora je Sunce. Šalje sve vrste zračenja. Njihov potpuni prodor na našu planetu sprečava Zemljina atmosfera. Zahvaljujući ozonskom omotaču, vlažnosti i ugljičnom dioksidu, djelovanje štetnih zraka je znatno ublaženo.

Za radio talase, prirodni izvor mogu biti munje, kao i svemirski objekti. Toplinske infracrvene zrake može emitovati bilo koje tijelo zagrijano na potrebnu temperaturu, iako glavno zračenje dolazi od umjetnih predmeta. Dakle, njegovi glavni izvori su grijalice, gorionici i obične žarulje sa žarnom niti, koje su prisutne u svakom domu.

Uticaj na ljude

Elektromagnetno zračenje karakteriše talasna dužina, frekvencija i polarizacija. Jačina njegovog uticaja zavisi od svih ovih kriterijuma. Što je talas duži, to manje energije prenosi na objekat, što znači da je manje štetan. Zračenje u opsegu decimetar-centimetar je najrazornije.

Dugotrajno izlaganje nejonizujućem zračenju može naštetiti zdravlju, iako u umjerenim dozama može biti korisno. može izazvati opekotine kože i rožnjače, te uzrokovati razne mutacije. A u medicini se koriste za sintezu vitamina D3 u koži, sterilizaciju opreme i dezinfekciju vode i vazduha.

U medicini se infracrveno zračenje koristi za poboljšanje metabolizma i stimulaciju cirkulacije krvi, te dezinfekciju prehrambenih proizvoda. Ako se pregrije, ovo zračenje može ozbiljno isušiti sluznicu oka, a pri maksimalnoj snazi ​​čak i uništiti molekulu DNK.

Radio talasi se koriste za mobilne i radio komunikacije, navigacione sisteme, televiziju i druge svrhe. Konstantno izlaganje radio frekvencijama koje emituju iz kućnih aparata može povećati ekscitabilnost nervnog sistema, narušiti funkciju mozga i negativno uticati na kardiovaskularni sistem i reproduktivnu funkciju.

Monoenergetsko jonizujuće zračenje- jonizujuće zračenje koje se sastoji od fotona iste energije ili čestica istog tipa sa istom kinetičkom energijom.

Mješovito jonizujuće zračenje- jonizujuće zračenje, koje se sastoji od čestica različitih vrsta ili od čestica i fotona.

Usmjereno jonizujuće zračenje jonizujuće zračenje sa odabranim smjerom širenja.

Prirodna radijaciona pozadina- jonizujuće zračenje koje stvara kosmičko zračenje i zračenje prirodno rasprostranjenih prirodnih radioaktivnih supstanci (na površini Zemlje, u površinskoj atmosferi, u hrani, vodi, u ljudskom tijelu itd.).

Pozadina - jonizujuće zračenje, koje se sastoji od prirodne pozadine i jonizujućeg zračenja iz stranih izvora.

Kosmičko zračenje- jonizujuće zračenje, koje se sastoji od primarnog zračenja koje dolazi iz svemira i sekundarnog zračenja koje je rezultat interakcije primarnog zračenja sa atmosferom.

Uski snop zračenja- geometrija zračenja u kojoj detektor registruje samo neraspršeno zračenje iz izvora.

Široki snop zračenja- takva geometrija zračenja u kojoj detektor registruje neraspršeno i raspršeno zračenje iz izvora.

Polje jonizujućeg zračenja- prostorno-vremenska distribucija jonizujućeg zračenja u medijumu koji se razmatra.

Protok jonizujućih čestica (fotona)- odnos broja jonizujućih čestica (fotona) dN koje prolaze kroz datu površinu tokom vremenskog intervala dt prema ovom intervalu: F = dN/dt.

Protok energije čestica- odnos energije padajućih čestica prema vremenskom intervalu Ψ=dE/dt.

Gustina protoka jonizujućih čestica (fotona)- odnos fluksa jonizujućih čestica (fotona) dF

penetrirajući u zapreminu elementarne sfere, do središnje površine poprečnog presjeka dS ove sfere: φ = dF/dS = d 2 N/dtdS. (Slično se određuje gustina toka energije čestica).

Fluence (transfer) jonizujućih čestica (fotona)- odnos broja jonizujućih čestica (fotona) dN koje prodiru u zapreminu elementarne sfere i središnje površine poprečnog preseka dS ove sfere: F = dN/dS.

Energetski spektar jonizujućih čestica- raspodjela jonizujućih čestica prema njihovoj energiji. Efektivna energija fotona- energija fotona takvog monoenergetskog fotona

zračenja, čije je relativno slabljenje u apsorberu određenog sastava i određene debljine isto kao i kod nemonoenergetskog fotonskog zračenja koje se razmatra.

Energija graničnog spektraβ-zračenje - najveća energija β-čestica u kontinuiranom energetskom spektru β-zračenja datog radionuklida.

Albedo zračenja- omjer broja čestica (fotona) reflektiranih od međusklopa između dva medija i broja čestica (fotona) koji upadaju na sučelje.

Odloženo zračenje: čestice koje emituju proizvodi fisije, za razliku od čestica (neutrona i gama zraka) proizvedenih direktno u trenutku fisije.

jonizacija u gasovima: uklanjanje jednog ili više elektrona iz atoma ili molekule plina. Kao rezultat jonizacije, u plinu se pojavljuju slobodni nosioci naboja (elektroni i ioni) koji stiče sposobnost da provodi električnu struju.

Pojam "zračenje" pokriva niz elektromagnetnih talasa, uključujući vidljivi spektar, infracrvene i ultraljubičaste oblasti, kao i radio talase, električnu struju i jonizujuće zračenje. Sva različitost ovih pojava je samo zbog frekvencije (valne dužine) zračenja. Jonizujuće zračenje može predstavljati opasnost po ljudsko zdravlje. I jonizujuće zračenje(zračenje) - vrsta zračenja koja mijenja fizičko stanje atoma ili atomskih jezgri, pretvarajući ih u električno nabijene ione ili produkte nuklearnih reakcija. Pod određenim okolnostima, prisustvo takvih jona ili produkata nuklearnih reakcija u tkivima tijela može promijeniti tok procesa u stanicama i molekulama, a akumulacijom ovih događaja može poremetiti tok bioloških reakcija u tijelu. , tj. predstavljaju opasnost po zdravlje ljudi.

2. VRSTE ZRAČENJA

Pravi se razlika između korpuskularnog zračenja, koje se sastoji od čestica čija je masa različita od nule, i elektromagnetnog (fotonskog) zračenja.

2.1. Korpuskularno zračenje

Korpuskularno jonizujuće zračenje uključuje alfa zračenje, zračenje elektrona, protona, neutrona i mezona. Korpuskularno zračenje koje se sastoji od struje nabijenih čestica (α-, β-čestica, protona, elektrona), čija je kinetička energija dovoljna da ionizira atome na

sudara, pripada klasi direktno jonizujućeg zračenja. Neutroni i druge elementarne čestice ne proizvode direktno ionizaciju, ali u procesu interakcije sa sredinom oslobađaju nabijene čestice (elektrone, protone) koje su sposobne ionizirati atome i molekule medija kroz koji prolaze.

Prema tome, korpuskularno zračenje koje se sastoji od struje nenabijenih čestica naziva se indirektno jonizujuće zračenje.

Fig.1. Šema raspada 212 Bi.

2.1.1 Alfa zračenje

Alfa čestice (α - čestice) su jezgra atoma helijuma koje emituju tokom α - raspada od strane nekih radioaktivnih atoma. α - čestica se sastoji od dva protona i dva neutrona.

Alfa zračenje je tok jezgara atoma helijuma (pozitivno nabijenih i

relativno teške čestice).

Prirodno alfa zračenje kao rezultat radioaktivnog raspada jezgra karakteristično je za nestabilna jezgra teških elemenata, počevši od atomskog broja više od 83, tj. za prirodne radionuklide uranijumske i torijumske serije, kao i za veštački dobijene transuranijumske elemente.

Tipičan dijagram α -raspada prirodnog radionuklida prikazan je na slici 1, a energetski spektar α -čestica formiranih tokom raspada radionuklida prikazan je na slici 1.

Fig.2.

Slika 2. Energetski spektar α čestica

Mogućnost α-raspada je zbog činjenice da je masa (a samim tim i ukupna energija jona) α-radioaktivnog jezgra veća od zbroja masa α-čestice i kćerke jezgre nastale nakon α -raspadanje. Višak energije izvornog (matičnog) jezgra oslobađa se u obliku kinetičke energije α-čestice i trzaja kćerke jezgre. α-čestice su pozitivno nabijena jezgra helijuma - 2 He4 i lete iz jezgra brzinom od 15-20 hiljada km/sec. Na svom putu proizvode snažnu jonizaciju okoline,

kidanje elektrona iz orbita atoma.

Raspon α-čestica u vazduhu je oko 5-8 cm, u vodi - 30-50 mikrona, u metalima - 10-20 mikrona. Kada se jonizuju α-zracima, uočavaju se hemijske promene u supstanci, a kristalna struktura čvrstih materija je poremećena. Budući da između α-čestice i jezgra postoji elektrostatička repulzija, vjerovatnoća nuklearnih reakcija pod utjecajem α-čestica prirodnih radionuklida (maksimalna energija 8,78 MeV y214 Po) je vrlo mala, i uočava se samo na lakim jezgrima (Li , Be, B, C, N, Na, Al) sa stvaranjem radioaktivnih izotopa i slobodnih neutrona.

2.1.2 Protonsko zračenje

Protonsko zračenje– zračenje nastalo tokom spontanog raspada atomskih jezgara sa nedostatkom neutrona ili kao izlazni snop akceleratora jona (na primjer, sinhrofazotorona).

2.1.3 Neutronsko zračenje

Neutronsko zračenje - tok neutrona koji svoju energiju pretvaraju u elastične i neelastične interakcije s atomskim jezgrama. Neelastične interakcije proizvode sekundarno zračenje, koje se može sastojati i od nabijenih čestica i od gama kvanta (gama zračenja). U elastičnim interakcijama moguća je obična ionizacija tvari.

Izvori neutronskog zračenja su: spontano fisioni radionuklidi; posebno proizvedeni izvori radionuklida neutrona; akceleratori elektrona, protona, jona; nuklearni reaktori; kosmičko zračenje.

Sa biološke tačke gledišta Neutroni nastaju u nuklearnim reakcijama (u nuklearnim reaktorima i drugim industrijskim i laboratorijskim postrojenjima, kao i prilikom nuklearnih eksplozija).

Neutroni nemaju električni naboj. Uobičajeno, neutroni se, ovisno o njihovoj kinetičkoj energiji, dijele na brze (do 10 MeV), ultrabrze, srednje, spore i termalne. Neutronsko zračenje ima veliku prodornu moć. Spori i termalni neutroni ulaze u nuklearne reakcije, koje mogu rezultirati stvaranjem stabilnih ili radioaktivnih izotopa.

Slobodni neutron je nestabilna, električni neutralna čestica sa sljedećim

svojstva:

Ova svojstva neutrona omogućavaju da se on, s jedne strane, koristi kao predmet koji se proučava, a s druge strane kao oruđe kojim se provode istraživanja. U prvom slučaju proučavaju se jedinstvena svojstva neutrona, što je relevantno i omogućava najpouzdanije i najpreciznije određivanje osnovnih parametara elektroslabe interakcije i na taj način potvrditi ili opovrgnuti standardni model. Prisustvo magnetnog momenta u neutronu već ukazuje na njegovu složenu strukturu, tj. njegova "neelementarnost". U drugom slučaju, interakcija nepolarizovanih i polarizovanih neutrona različitih energija sa jezgrama omogućava im upotrebu u fizici jezgara i elementarnih čestica. Proučavanje efekata narušavanja prostornog pariteta i invarijantnosti u vremenskom preokretu u različitim procesima - od neutronske optike do nuklearne fisije neutronima - nije potpuna lista najaktuelnijih oblasti istraživanja.

Činjenica da neutroni termalnog reaktora imaju talasne dužine uporedive sa međuatomskim udaljenostima u materiji čini ih nezamjenjivim alatom za proučavanje kondenzirane materije. Interakcija neutrona s atomima je relativno slaba, što omogućava neutronima da prodiru prilično duboko u materiju - to je njihova značajna prednost u odnosu na rendgenske i γ - zrake, kao i snopove nabijenih čestica. zbog prisustva mase, neutroni pri istom impulsu (dakle, na istoj talasnoj dužini) imaju znatno manju energiju od rendgenskih i γ - zraka, a ta energija se ispostavlja da je uporediva sa energijom toplotnih vibracija atoma i molekula u materiji, što omogućava proučavanje ne samo prosječne statičke atomske strukture tvari, već i dinamičkih procesa koji se u njoj odvijaju. Prisutnost magnetnog momenta u neutronima omogućava im da se koriste za proučavanje magnetske strukture i magnetskih pobuda materije, što je vrlo važno za razumijevanje svojstava i prirode magnetizma materijala.

Rasipanje neutrona atomima je uglavnom zbog nuklearnih sila, stoga poprečni presjeci njihovog koherentnog raspršenja nisu ni na koji način povezani s atomskim brojem (za razliku od X-zraka i γ-zraka). Stoga, zračenje materijala neutronima omogućava razlikovanje položaja atoma lakih (vodonik, kiseonik, itd.) elemenata, čija je identifikacija gotovo nemoguća pomoću X zraka i γ - zraka. Iz tog razloga, neutroni se uspješno koriste u proučavanju bioloških objekata, u nauci o materijalima, u medicini i drugim oblastima. Osim toga, razlika u presjecima raspršenja neutrona za različite izotope omogućava ne samo razlikovanje elemenata u materijalu sa sličnim atomskim brojevima, već i proučavanje njihovog izotopskog sastava. Prisustvo izotopa sa negativnom amplitudom koherentnog raspršenja pruža jedinstvenu priliku za kontrastiranje proučavanih medija, što se također vrlo često koristi u biologiji i medicini.

Koherentno rasipanje- rasipanje zračenja uz očuvanje frekvencije i sa fazom koja se razlikuje za π od faze primarnog zračenja. Raštrkani talas može interferirati sa upadnim talasom ili drugim koherentno rasutim talasima.

Jonizujuće zračenje je kombinacija različitih vrsta mikročestica i fizičkih polja koja imaju sposobnost ioniziranja tvari, odnosno stvaranja električno nabijenih čestica u njoj – iona.

ODJELJAK III. UPRAVLJANJE SIGURNOŠĆU ŽIVOTA I EKONOMSKI MEHANIZMI ZA NJENO OSIGURANJE

Postoji nekoliko vrsta jonizujućeg zračenja: alfa, beta, gama zračenje i neutronsko zračenje.

Alfa zračenje

Formiranje pozitivno nabijenih alfa čestica uključuje 2 protona i 2 neutrona koji su dio jezgri helijuma. Alfa čestice nastaju tokom raspada atomskog jezgra i mogu imati početnu kinetičku energiju od 1,8 do 15 MeV. Karakteristične karakteristike alfa zračenja su visoke jonizujuće i niske prodorne sposobnosti. Prilikom kretanja alfa čestice vrlo brzo gube energiju, a to uzrokuje činjenicu da ona nije dovoljna ni za savladavanje tankih plastičnih površina. Općenito, vanjska izloženost alfa česticama, ako ne uzmete u obzir alfa čestice visoke energije dobivene akceleratorom, ne uzrokuje nikakvu štetu ljudima, ali prodiranje čestica u tijelo može biti opasno po zdravlje, jer alfa radionuklidi Imaju dug poluživot i jaku jonizaciju. Ako se progutaju, alfa čestice često mogu biti još opasnije od beta i gama zračenja.

Beta zračenje

Nabijene beta čestice, čija je brzina bliska brzini svjetlosti, nastaju kao rezultat beta raspada. Beta zraci imaju veću prodornu moć od alfa zraka - mogu izazvati hemijske reakcije, luminescenciju, jonizirati gasove i djelovati na fotografske ploče. Kao zaštita od protoka nabijenih beta čestica (s energijom ne većom od 1 MeV) bit će dovoljno koristiti običnu aluminijsku ploču debljine 3-5 mm.

Fotonsko zračenje: gama zračenje i rendgenski zraci

Fotonsko zračenje uključuje dvije vrste zračenja: rendgensko zračenje (može biti kočno i karakteristično) i gama zračenje.

Najčešći tip fotonskog zračenja su gama čestice vrlo visoke energije, ultra kratke talasne dužine, koje su tok visokoenergetskih fotona bez punjenja. Za razliku od alfa i beta zraka, gama čestice se ne odbijaju magnetnim i električnim poljima i imaju znatno veću moć prodiranja. U određenim količinama i tokom određenog trajanja izloženosti, gama zračenje može izazvati radijacijsku bolest i dovesti do raznih karcinoma. Samo teški hemijski elementi kao što su olovo, osiromašeni uranijum i volfram mogu sprečiti širenje toka gama čestica.

Neutronsko zračenje

Izvor neutronskog zračenja mogu biti nuklearne eksplozije, nuklearni reaktori, laboratorijske i industrijske instalacije.

Sami neutroni su električno neutralne, nestabilne (vrijeme poluraspada slobodnog neutrona je oko 10 minuta) čestice koje se, zbog činjenice da nemaju naboj, odlikuju visokom prodornom sposobnošću sa slabim stupnjem interakcije s materijom. Neutronsko zračenje je vrlo opasno, pa se za zaštitu od njega koristi niz posebnih materijala, uglavnom koji sadrže vodonik. Neutronsko zračenje najbolje apsorbira obična voda, polietilen, parafin i otopine hidroksida teških metala.

Kako jonizujuće zračenje utiče na supstance?

Sve vrste jonizujućeg zračenja u jednom ili drugom stepenu utiču na različite supstance, ali je najizraženije kod gama čestica i neutrona. Dakle, uz produženo izlaganje, mogu značajno promijeniti svojstva različitih materijala, promijeniti kemijski sastav tvari, ionizirati dielektrike i destruktivno djelovati na biološka tkiva. Prirodno pozadinsko zračenje neće nanijeti mnogo štete čovjeku, međutim, pri rukovanju umjetnim izvorima jonizujućeg zračenja treba biti vrlo oprezan i poduzeti sve potrebne mjere kako bi se nivo izloženosti zračenju na tijelu sveo na najmanju moguću mjeru.

Vrste jonizujućeg zračenja i njihova svojstva

Jonizujuće zračenje je naziv za tokove čestica i elektromagnetnih kvanta, uslijed kojih se na mediju formiraju različito nabijeni ioni.

Različite vrste zračenja su praćene oslobađanjem određene količine energije i imaju različite prodorne sposobnosti, pa imaju različit učinak na organizam. Najveća opasnost za ljude predstavlja radioaktivno zračenje, kao što su y-, rendgensko, neutronsko, a- i b-zračenje.

X-zrake i y-zrake su tokovi kvantne energije. Gama zračenje ima kraće talasne dužine od rendgenskih zraka. Po svojoj prirodi i svojstvima, ova zračenja se malo razlikuju jedno od drugog, imaju visoku prodornu sposobnost, pravoliniju širenja i sposobnost stvaranja sekundarnog i raspršenog zračenja u mediju kroz koji prolaze. Međutim, dok se X-zrake obično proizvode pomoću elektroničkog uređaja, y-zrake emituju nestabilni ili radioaktivni izotopi.

Preostale vrste jonizujućeg zračenja su čestice materije koje se brzo kreću (atomi), od kojih neki nose električni naboj, a drugi ne.

Neutroni su jedine nenabijene čestice nastale bilo kakvom radioaktivnom transformacijom, čija je masa jednaka masi protona. Budući da su ove čestice električno neutralne, prodiru duboko u bilo koju tvar, uključujući živo tkivo. Neutroni su osnovne čestice koje čine jezgra atoma.

Prilikom prolaska kroz materiju, oni stupaju u interakciju samo sa jezgrima atoma, prenose im dio svoje energije, a sami mijenjaju smjer svog kretanja. Jezgra atoma "iskaču" iz elektronske ljuske i, prolazeći kroz materiju, proizvode ionizaciju.

Elektroni su lagane, negativno nabijene čestice koje postoje u svim stabilnim atomima. Elektroni se vrlo često koriste tokom radioaktivnog raspada materije i tada se nazivaju beta česticama. Mogu se nabaviti iu laboratorijskim uslovima. Energija koju gube elektroni pri prolasku kroz materiju troši se na pobudu i ionizaciju, kao i na formiranje kočnog zraka.

Alfa čestice su jezgre atoma helijuma, lišene orbitalnih elektrona i sastoje se od dva protona i dva neutrona povezana zajedno. Imaju pozitivan naboj, relativno su teški i dok prolaze kroz supstancu proizvode ionizaciju supstance velike gustine.

Obično se alfa čestice emituju tokom radioaktivnog raspada prirodnih teških elemenata (radijum, torij, uranijum, polonijum, itd.).

Nabijene čestice (elektroni i jezgra atoma helija), prolazeći kroz tvar, stupaju u interakciju s elektronima atoma, gubeći 35, odnosno 34 eV. U ovom slučaju, jedna polovina energije se troši na ionizaciju (odvajanje elektrona od atoma), a druga polovina na pobuđivanje atoma i molekula medija (prenos elektrona na ljusku koja je udaljenija od jezgra) .

Broj ioniziranih i pobuđenih atoma formiranih od alfa čestice po jedinici dužine puta u mediju je stotinama puta veći od broja p čestice (tablica 5.1).

Tabela 5.1. Raspon a- i b-čestica različitih energija u mišićnom tkivu

To je zbog činjenice da je masa a-čestice približno 7000 puta veća od mase b-čestice, pa je pri istoj energiji njena brzina znatno manja od b-čestice.

Alfa čestice koje se emituju tokom radioaktivnog raspada imaju brzinu od približno 20 hiljada km/s, dok je brzina beta čestica približna brzini svetlosti i iznosi 200...270 hiljada km/s. Očigledno, što je manja brzina čestice, veća je vjerovatnoća njene interakcije s atomima medija, a samim tim i veći gubitak energije po jedinici puta u mediju – što znači i manju kilometražu. Sa stola 5.1 slijedi da je raspon a-čestica u mišićnom tkivu 1000 puta manji od raspona beta-čestica iste energije.

Kada jonizujuće zračenje prolazi kroz žive organizme, ono neravnomjerno prenosi svoju energiju na biološka tkiva i ćelije. Kao rezultat toga, uprkos maloj količini energije koju apsorbiraju tkiva, neke ćelije žive tvari bit će značajno oštećene. Ukupan efekat jonizujućeg zračenja lokalizovanog u ćelijama i tkivima prikazan je u tabeli. 5.2.

Tabela 5.2. Biološki efekti jonizujućeg zračenja

Primarne radijaciono-hemijske promene u molekulima mogu se zasnivati ​​na dva mehanizma: 1) direktnom delovanju, kada dati molekul doživljava promene (jonizaciju, ekscitaciju) direktno u interakciji sa zračenjem; 2) indirektno dejstvo, kada molekul ne apsorbuje direktno energiju jonizujućeg zračenja, već je prima prenosom od drugog molekula.

Poznato je da u biološkom tkivu 60...70% mase čini voda. Stoga, razmotrimo razliku između direktnog i indirektnog djelovanja zračenja na primjeru zračenja vode.

Pretpostavimo da je molekul vode ioniziran od strane nabijene čestice, uzrokujući da izgubi elektron:

H2O -> H20+e - .

Jonizirana molekula vode reagira s drugom neutralnom molekulom vode i formira visoko reaktivni hidroksilni radikal OH":

H2O+H2O -> H3O+ + OH*.

Izbačeni elektron također vrlo brzo prenosi energiju na okolne molekule vode, što rezultira visoko pobuđenom molekulom vode H2O*, koja se disocira i formira dva radikala, H* i OH*:

H2O+e- -> H2O*H’ + OH’.

Slobodni radikali sadrže nesparene elektrone i izuzetno su reaktivni. Njihov životni vijek u vodi nije duži od 10-5 s. Za to vrijeme, oni se ili rekombinuju jedni s drugima ili reagiraju s otopljenim supstratom.

U prisustvu kiseonika otopljenog u vodi nastaju i drugi proizvodi radiolize: slobodni radikal hidroperoksida HO2, vodikov peroksid H2O2 i atomski kiseonik:

H*+ O2 -> HO2;
HO*2 + HO2 -> H2O2 +20.

U ćeliji živog organizma situacija je mnogo složenija nego kada je voda ozračena, posebno ako su apsorbirajuća supstanca velike i višekomponentne biološke molekule. U tom slučaju nastaju organski radikali D*, koji se takođe odlikuju izuzetno visokom reaktivnošću. Imajući veliku količinu energije, lako mogu dovesti do prekida hemijskih veza. Upravo se ovaj proces najčešće dešava u intervalu između formiranja jonskih parova i formiranja konačnih hemijskih proizvoda.

Osim toga, biološki učinak je pojačan utjecajem kisika. Visoko reaktivni proizvod DO2* (D* + O2 -> DO2*) nastao kao rezultat interakcije slobodnog radikala sa kiseonikom dovodi do stvaranja novih molekula u ozračenom sistemu.

Slobodni radikali i oksidirajući molekuli nastali procesom radiolize vode, koji imaju visoku hemijsku aktivnost, ulaze u hemijske reakcije sa molekulima proteina, enzima i drugim strukturnim elementima biološkog tkiva, što dovodi do promena u biološkim procesima u organizmu. Kao rezultat, metabolički procesi su poremećeni, aktivnost enzimskih sistema je potisnuta, rast tkiva se usporava i zaustavlja, a pojavljuju se nova hemijska jedinjenja koja nisu karakteristična za organizam - toksini. To dovodi do poremećaja vitalnih funkcija pojedinih sistema ili tijela u cjelini.

Hemijske reakcije izazvane slobodnim radikalima uključuju stotine i hiljade molekula na koje zračenje ne utiče. To je specifičnost djelovanja jonizujućeg zračenja na biološke objekte. Nijedna druga vrsta energije (toplotna, električna, itd.), koju biološki objekt apsorbira u istoj količini, ne dovodi do promjena kao što ih uzrokuje jonizujuće zračenje.

Neželjeni efekti zračenja na ljudsko tijelo konvencionalno se dijele na somatske (soma - "tijelo" na grčkom) i genetske (nasljedne).

Somatski efekti se manifestuju direktno u ozračenoj osobi, a genetski efekti u njenom potomstvu.

Čovjek je tijekom proteklih desetljeća stvorio veliki broj umjetnih radionuklida, čija upotreba dodatno opterećuje prirodnu radijacijsku pozadinu Zemlje i povećava dozu zračenja za ljude. Ali, usmjereno isključivo na miroljubivo korištenje, ionizirajuće zračenje je korisno za ljude, a danas je teško identificirati oblast znanja ili nacionalnu ekonomiju koja ne koristi radionuklide ili druge izvore jonizujućeg zračenja. Početkom 21. veka „mirni atom“ je našao svoju primenu u medicini, industriji, poljoprivredi, mikrobiologiji, energetici, istraživanju svemira i drugim oblastima.

Vrste zračenja i interakcija jonizujućeg zračenja sa materijom

Upotreba nuklearne energije postala je vitalna potreba za postojanje moderne civilizacije, a ujedno i ogromna odgovornost, jer se ovaj izvor energije mora koristiti što je moguće racionalnije i opreznije.

Korisna karakteristika radionuklida

Zahvaljujući radioaktivnom raspadu, radionuklid "daje signal" i na taj način određuje njegovu lokaciju. Koristeći posebne instrumente koji detektuju signal raspada čak i pojedinačnih atoma, naučnici su naučili da koriste ove supstance kao indikatore za proučavanje širokog spektra hemijskih i bioloških procesa koji se odvijaju u tkivima i ćelijama.

Vrste veštačkih izvora jonizujućeg zračenja

Svi umjetni izvori jonizujućeg zračenja mogu se podijeliti u dvije vrste.

• Medicinski - koristi se i za dijagnosticiranje bolesti (na primjer, rendgenski i fluorografski uređaji) i za provođenje radioterapijskih procedura (na primjer, radioterapijske jedinice za liječenje raka). Medicinski izvori AI također uključuju radiofarmaceutike (radioaktivne izotope ili njihove spojeve s različitim neorganskim ili organskim tvarima), koji se mogu koristiti i za dijagnosticiranje bolesti i za njihovo liječenje.
• Industrijski - ljudski proizvedeni radionuklidi i generatori:
  • u energetici (reaktori nuklearnih elektrana);
  • u poljoprivredi (za uzgoj i istraživanje efikasnosti đubriva)
  • u sektoru odbrane (gorivo za brodove na nuklearni pogon);
  • u građevinarstvu (bezrazorna ispitivanja metalnih konstrukcija).

Prema statičnim podacima, obim proizvodnje radionuklidnih proizvoda na svjetskom tržištu u 2011. godini iznosio je 12 milijardi dolara, a do 2030. godine očekuje se šesterostruko povećanje ove brojke.

Za one koji su novi u fizici ili tek počinju da je proučavaju, pitanje šta je zračenje je teško. Ali sa ovim fizičkim fenomenom susrećemo se skoro svaki dan. Jednostavno rečeno, zračenje je proces širenja energije u obliku elektromagnetnih valova i čestica, ili drugim riječima, to su energetski valovi koji se šire okolo.

Izvor zračenja i njegove vrste

Izvor elektromagnetnih valova može biti ili umjetni ili prirodni. Na primjer, umjetno zračenje uključuje rendgenske zrake.

Zračenje možete osjetiti čak i bez napuštanja kuće: samo trebate držati ruku iznad zapaljene svijeće i odmah ćete osjetiti zračenje topline. Može se nazvati toplinskim, ali osim njega u fizici postoji još nekoliko vrsta zračenja. Evo nekih od njih:

• Ultraljubičasto zračenje je zračenje koje osoba može osjetiti dok se sunča.
• X-zrake imaju najkraće talasne dužine, koje se nazivaju rendgenski zraci.
• Čak i ljudi mogu vidjeti infracrvene zrake, primjer za to je običan dječji laser. Ova vrsta zračenja nastaje kada se mikrovalna radio emisija i vidljivo svjetlo poklope. Infracrveno zračenje se često koristi u fizioterapiji.
• Radioaktivno zračenje nastaje tokom raspada hemijskih radioaktivnih elemenata. Više o zračenju možete saznati iz članka.
• Optičko zračenje nije ništa drugo do svjetlosno zračenje, svjetlost u širem smislu te riječi.
• Gama zračenje je vrsta elektromagnetnog zračenja kratke talasne dužine. Koristi se, na primjer, u terapiji zračenjem.

Naučnici su odavno znali da neka radijacija ima štetan učinak na ljudski organizam. Koliko će ovaj uticaj biti jak zavisi od trajanja i snage zračenja. Ako se dugo izlažete zračenju, to može dovesti do promjena na ćelijskom nivou. Sva elektronska oprema koja nas okružuje, bilo da se radi o mobilnom telefonu, kompjuteru ili mikrotalasnoj pećnici, sve to utiče na zdravlje. Stoga morate paziti da se ne izložite nepotrebnom zračenju.