Úvod………………………………………………………………………………………..3

1. Druhy žiarenia……………………………………………………………….5

2. Regulácia radiačnej bezpečnosti………………………………………10

3. Hlavné limity dávok................................................ ...................................................... 13

4. Prípustné a kontrolné úrovne expozície………………………………………18

Záver……………………………………………………………………………………………….26

Zoznam použitých zdrojov………………………………………………….28

ÚVOD

Spomedzi otázok vedeckého záujmu len málo priťahuje takú pozornosť verejnosti a vyvoláva toľko kontroverzií ako otázka účinkov žiarenia na ľudí a životné prostredie.

Bohužiaľ, spoľahlivé vedecké informácie o tejto problematike sa veľmi často nedostanú k populácii, ktorá preto používa najrôznejšie fámy. Argumenty odporcov jadrovej energie sa príliš často zakladajú len na pocitoch a emóciách, rovnako často sa prejavy zástancov jej rozvoja zvrhnú na nedostatočne podložené uisťujúce uistenia.

Vedecký výbor OSN pre účinky atómového žiarenia zhromažďuje a analyzuje všetky dostupné informácie o zdrojoch žiarenia a jeho účinkoch na ľudí a životné prostredie. Študuje široké spektrum prírodných a človekom vytvorených zdrojov žiarenia a jeho zistenia môžu prekvapiť aj tých, ktorí pozorne sledujú verejnú diskusiu na túto tému.

Žiarenie je skutočne smrteľné. Vo veľkých dávkach spôsobuje vážne poškodenie tkaniva a v malých dávkach môže spôsobiť rakovinu a vyvolať genetické defekty, ktoré sa môžu objaviť u detí a vnukov osoby vystavenej žiareniu alebo u jeho vzdialenejších potomkov.

Ale pre väčšinu populácie nie sú najnebezpečnejšími zdrojmi žiarenia tie, o ktorých sa najviac hovorí. Najvyššiu dávku človek dostáva z prírodných zdrojov žiarenia. Žiarenie spojené s rozvojom jadrovej energie je len malým zlomkom žiarenia generovaného ľudskou činnosťou; Výrazne väčšie dávky dostávame z iných foriem tejto činnosti, ktoré vyvolávajú oveľa menšiu kritiku, napríklad z používania röntgenového žiarenia v medicíne. Okrem toho formy každodennej činnosti, ako je spaľovanie uhlia a používanie leteckej dopravy, najmä neustále vystavovanie sa dobre utesneným miestnostiam, môžu viesť k výraznému zvýšeniu úrovne expozície v dôsledku prirodzeného žiarenia. Najväčšie rezervy znižovania radiačnej záťaže obyvateľstva sú práve v takýchto „nesporných“ formách ľudskej činnosti.

Táto práca pokrýva rôzne druhy žiarenia z prírodných aj umelých zdrojov, ktoré ovplyvňujú človeka a životné prostredie, poskytuje regulačné zdroje informácií o radiačnej bezpečnosti, dávkových limitoch ožiarenia a ich prípustných a kontrolných úrovniach.

TYPY ŽIARENIA

Prenikajúce žiarenie predstavuje veľké nebezpečenstvo pre ľudské zdravie a život. Vo veľkých dávkach spôsobuje vážne poškodenie telesných tkanív, vzniká akútna choroba z ožiarenia, v malých dávkach spôsobuje rakovinu a vyvoláva genetické defekty. V prírode existuje množstvo prvkov, ktorých atómové jadrá sa premieňajú na jadrá iných prvkov. Tieto premeny sú sprevádzané žiarením – rádioaktivitou. Ionizujúce žiarenie je prúd elementárnych častíc a kvánt elektromagnetického žiarenia, ktorý môže spôsobiť ionizáciu atómov a molekúl prostredia, v ktorom sa šíria.

Rôzne druhy žiarenia sú sprevádzané uvoľňovaním rôzneho množstva energie a majú rôzne penetračné schopnosti, preto majú rôzne účinky na tkanivá živého organizmu (obr. 1). Alfa žiarenie, čo je prúd ťažkých častíc pozostávajúci z neutrónov a protónov, je blokovaný napríklad listom papiera a prakticky nedokáže preniknúť vonkajšou vrstvou kože tvorenou odumretými bunkami. Preto nepredstavuje nebezpečenstvo, kým rádioaktívne látky emitujúce α-častice vstúpia do tela cez otvorenú ranu, s jedlom alebo vdychovaným vzduchom; potom sa stanú mimoriadne nebezpečnými. Beta žiarenie má väčšiu prenikavú silu: preniká do telesného tkaniva do hĺbky jedného až dvoch centimetrov. Prenikavá sila gama žiarenia, ktoré sa šíri rýchlosťou svetla, je veľmi vysoká: zastaviť ho môže len hrubé olovo alebo betónová doska. Vzhľadom na ich veľmi vysokú prenikavosť predstavuje gama žiarenie pre človeka veľké nebezpečenstvo. Zvláštnosťou ionizujúceho žiarenia je, že jeho účinky človek začne pociťovať až po určitom čase.

Ryža. 1. Tri druhy žiarenia a ich penetračná schopnosť

Zdroje žiarenia môžu byť prirodzené, prítomné v prírode a nezávislé od ľudí.

Obyvatelia zemegule sú najviac ožiarení prírodnými zdrojmi žiarenia (obr. 2).

Ryža. 2. Priemerné ročné efektívne ekvivalentné dávky žiarenia z prírodných a umelých zdrojov žiarenia (čísla udávajú dávku v milisievertoch)

Väčšina z nich je taká, že je absolútne nemožné vyhnúť sa žiareniu z nich. Počas celej histórie Zeme dopadajú na zemský povrch z vesmíru rôzne druhy žiarenia a pochádzajú z rádioaktívnych látok nachádzajúcich sa v zemskej kôre. Osoba je vystavená žiareniu dvoma spôsobmi. Rádioaktívne látky môžu byť mimo tela a ožarovať ho zvonku; v tomto prípade hovoríme o vonkajšom ožiarení. Alebo môžu skončiť vo vzduchu, ktorý človek dýcha, v jedle alebo vode a dostať sa do tela. Tento spôsob ožarovania sa nazýva interný.

Každý obyvateľ Zeme je vystavený žiareniu z prírodných zdrojov žiarenia, no niektoré z nich dostávajú vyššie dávky ako iné. Čiastočne to závisí od toho, kde žijú. Úroveň žiarenia na niektorých miestach zemegule, kde sa vyskytujú najmä rádioaktívne horniny, je výrazne vyššia ako priemer a inde je zodpovedajúco nižšia. Dávka žiarenia závisí aj od životného štýlu ľudí. Používanie určitých stavebných materiálov, používanie plynu na varenie, otvorené grily na drevené uhlie, utesňovanie miestností a dokonca aj lietanie v lietadlách, to všetko zvyšuje vystavenie prírodným zdrojom žiarenia.

Zemské zdroje žiarenia sú kolektívne zodpovedné za väčšinu ožiarenia, ktorému sú ľudia vystavení prostredníctvom prirodzeného žiarenia. V priemere poskytujú viac ako 5/6 ročnej efektívnej ekvivalentnej dávky prijatej obyvateľstvom, najmä v dôsledku vnútornej expozície. K zvyšku prispieva kozmické žiarenie, najmä prostredníctvom vonkajšieho ožiarenia (obr. 3).

Ryža. 3. Priemerné ročné efektívne ekvivalentné dávky žiarenia z prírodných zdrojov žiarenia (čísla označujú dávku v milisievertoch)

Podľa niektorých údajov je priemerná efektívna ekvivalentná dávka vonkajšieho žiarenia, ktorú človek dostane za rok z pozemských zdrojov prírodného žiarenia, približne 350 mikrosievertov, t.j. o niečo viac ako je priemerná individuálna dávka žiarenia v dôsledku žiarenia pozadia vytvoreného kozmickými lúčmi na hladine mora.

V priemere približne 2/3 efektívnej ekvivalentnej dávky žiarenia, ktorú človek prijíma z prírodných zdrojov žiarenia, pochádza z rádioaktívnych látok, ktoré sa do tela dostávajú potravou, vodou a vzduchom.

Zistilo sa, že zo všetkých prírodných zdrojov žiarenia je najväčším nebezpečenstvom radón, ťažký plyn bez farby a zápachu. Zo zemskej kôry sa uvoľňuje všade, ale jeho koncentrácia vo vonkajšom vzduchu sa na rôznych miestach zemegule výrazne líši. Človek dostáva hlavné žiarenie z radónu v interiéri. Radón sa koncentruje vo vzduchu v interiéri len vtedy, keď sú dostatočne izolované od vonkajšieho prostredia. Radón, ktorý presakuje základom a podlahou z pôdy alebo menej často zo stavebných materiálov, sa hromadí v interiéri. Najbežnejšie stavebné materiály - drevo, tehla a betón - emitujú relatívne málo radónu. Oveľa väčšiu špecifickú rádioaktivitu majú žula, pemza, produkty vyrobené zo surovín oxidu hlinitého a fosfosádra.

Ďalším zdrojom radónu vstupujúceho do obytných priestorov je voda a zemný plyn. Koncentrácia radónu v bežne používanej vode je extrémne nízka, ale voda z hlbokých vrtov alebo artézskych vrtov obsahuje veľmi vysoké hladiny radónu. Hlavné nebezpečenstvo však nepochádza z pitia ani pri vysokej hladine radónu. Zvyčajne ľudia pijú prevarenú vodu alebo vo forme horúcich nápojov a pri prevarení radón takmer úplne zmizne. Veľkým nebezpečenstvom je prienik vodnej pary s vysokým obsahom radónu do pľúc spolu s vdychovaným vzduchom, ktorý sa najčastejšie vyskytuje v kúpeľni alebo v parnej miestnosti. Radón vstupuje do zemného plynu pod zemou. V dôsledku predspracovania a počas skladovania plynu pred tým, ako sa dostane k spotrebiteľovi, sa väčšina radónu vyparí, ale ak kachle nie sú vybavené digestorom, môže dôjsť k zvýšeniu koncentrácie radónu. V dôsledku toho je radón obzvlášť nebezpečný pre nízkopodlažné budovy so starostlivo utesnenými miestnosťami (na udržanie tepla) a pri použití oxidu hlinitého ako prísady do stavebných materiálov.

Iné zdroje žiarenia, ktoré predstavujú nebezpečenstvo, si, žiaľ, vytvára človek sám. Žiarenie je v súčasnosti široko využívané v rôznych oblastiach: medicína, priemysel, poľnohospodárstvo, chémia, veda atď. Zdrojom umelého žiarenia sú umelé rádionuklidy vytvorené pomocou jadrových reaktorov a urýchľovačov, zväzok neutrónov a nabitých častíc. Nazývajú sa umelými zdrojmi ionizujúceho žiarenia. Všetky činnosti súvisiace s výrobou a používaním umelého žiarenia sú prísne kontrolované. Skúšky jadrových zbraní v atmosfére, havárie v jadrových elektrárňach a jadrových reaktoroch a výsledky ich práce, prejavujúce sa v rádioaktívnom spade a rádioaktívnom odpade, vynikajú najmä vplyvom na ľudský organizmus. Keď sa v niektorých oblastiach Zeme vyskytne rádioaktívny spad, žiarenie sa môže dostať do ľudského tela priamo prostredníctvom poľnohospodárskych produktov a potravín.

Elektromagnetické polia nás obklopujú všade. V závislosti od svojho vlnového rozsahu môžu pôsobiť na živé organizmy rôznymi spôsobmi. Neionizujúce žiarenie sa považuje za šetrnejšie, no niekedy nie je bezpečné. Aké sú tieto javy a aký vplyv majú na naše telo?

Čo je to neionizujúce žiarenie?

Energia sa šíri vo forme malých častíc a vĺn. Proces jeho vyžarovania a šírenia sa nazýva žiarenie. Na základe povahy účinku na predmety a živé tkanivá sa rozlišujú dva hlavné typy. Prvý - ionizujúci, predstavuje prúdy elementárnych častíc, ktoré vznikajú v dôsledku štiepenia atómov. Zahŕňa rádioaktívne, röntgenové, gravitačné a Hawkingove lúče.

Druhá zahŕňa neionizujúce žiarenie. V podstate ide o elektromagnetické vlny, ktoré sú väčšie ako 1000 nm a množstvo uvoľnenej energie je menšie ako 10 keV. Pôsobí vo forme mikrovĺn, výsledkom čoho je svetlo a teplo.

Na rozdiel od prvého typu toto žiarenie neionizuje molekuly a atómy látky, na ktorú pôsobí, to znamená, že neruší väzby medzi jej molekulami. Samozrejme, aj tu existujú výnimky. Určité typy, napríklad UV lúče, teda môžu ionizovať látku.

Druhy neionizujúceho žiarenia

Elektromagnetické žiarenie je oveľa širší pojem ako neionizujúce žiarenie. Vysokofrekvenčné röntgenové a gama lúče sú tiež elektromagnetické, ale sú tvrdšie a ionizujú hmotu. Všetky ostatné typy EMR sú neionizujúce; ich energia nestačí na to, aby zasahovala do štruktúry hmoty.

Najdlhšie z nich sú rádiové vlny, ktorých dosah sa pohybuje od ultra dlhých (viac ako 10 km) po ultrakrátke (10 m - 1 mm). Vlny iného EM žiarenia sú menšie ako 1 mm. Po rádiovej emisii prichádza infračervené alebo tepelné žiarenie, dĺžka jeho vĺn závisí od teploty ohrevu.

Viditeľné svetlo a prvé z nich sú tiež neionizujúce. Jeho spektrum je veľmi blízke infračerveným lúčom a vzniká pri zahrievaní telies. Ultrafialové žiarenie je blízke röntgenovému žiareniu, a preto môže mať schopnosť ionizovať. Pri vlnových dĺžkach od 400 do 315 nm je rozoznateľný ľudským okom.

Zdroje

Neionizujúce elektromagnetické žiarenie môže byť prírodného alebo umelého pôvodu. Jedným z hlavných prírodných zdrojov je Slnko. Vysiela všetky druhy žiarenia. Ich úplnému preniknutiu na našu planétu bráni zemská atmosféra. Vďaka ozónovej vrstve, vlhkosti a oxidu uhličitému je vplyv škodlivých lúčov značne zmiernený.

Pre rádiové vlny môže byť prirodzeným zdrojom blesk, ale aj vesmírne objekty. Tepelné infračervené lúče môže vyžarovať akékoľvek teleso zahriate na požadovanú teplotu, hoci hlavné žiarenie pochádza z umelých predmetov. Jeho hlavnými zdrojmi sú teda ohrievače, horáky a obyčajné žiarovky, ktoré sú prítomné v každom dome.

Vplyv na ľudí

Elektromagnetické žiarenie je charakterizované vlnovou dĺžkou, frekvenciou a polarizáciou. Sila jeho vplyvu závisí od všetkých týchto kritérií. Čím je vlna dlhšia, tým menej energie prenáša na objekt, čo znamená, že je menej škodlivá. Žiarenie v rozsahu decimetrov a centimetrov je najničivejšie.

Dlhodobé vystavenie neionizujúcemu žiareniu môže poškodiť zdravie, hoci v miernych dávkach môže byť prospešné. môže spôsobiť popáleniny kože a rohovky a spôsobiť rôzne mutácie. A v medicíne sa používajú na syntézu vitamínu D3 v koži, sterilizáciu zariadení a dezinfekciu vody a vzduchu.

V medicíne sa infračervené žiarenie používa na zlepšenie metabolizmu a stimuláciu krvného obehu a dezinfekciu potravinárskych výrobkov. Pri prehriatí môže toto žiarenie silne vysušiť sliznicu oka a pri maximálnom výkone dokonca zničiť molekulu DNA.

Rádiové vlny sa používajú na mobilnú a rádiovú komunikáciu, navigačné systémy, televíziu a iné účely. Neustále vystavenie rádiovým frekvenciám vychádzajúcim z domácich spotrebičov môže zvýšiť excitabilitu nervového systému, zhoršiť funkciu mozgu a negatívne ovplyvniť kardiovaskulárny systém a reprodukčnú funkciu.

Monoenergetické ionizujúce žiarenie- ionizujúce žiarenie, pozostávajúce z fotónov rovnakej energie alebo častíc rovnakého druhu s rovnakou kinetickou energiou.

Zmiešané ionizujúce žiarenie- ionizujúce žiarenie, pozostávajúce z častíc rôzneho druhu alebo z častíc a fotónov.

Smerované ionizujúce žiarenie ionizujúce žiarenie so zvoleným smerom šírenia.

Prírodné radiačné pozadie- ionizujúce žiarenie vznikajúce kozmickým žiarením a žiarením z prirodzene sa vyskytujúcich prírodných rádioaktívnych látok (na povrchu Zeme, v povrchovej atmosfére, v potravinách, vode, v ľudskom tele a pod.).

Pozadie - ionizujúce žiarenie, pozostávajúce z prirodzeného pozadia a ionizujúceho žiarenia z cudzích zdrojov.

Kozmické žiarenie- ionizujúce žiarenie, ktoré pozostáva z primárneho žiarenia prichádzajúceho z kozmického priestoru a sekundárneho žiarenia vznikajúceho pri interakcii primárneho žiarenia s atmosférou.

Úzky lúč žiarenia- geometria žiarenia, pri ktorej detektor registruje len nerozptýlené žiarenie zo zdroja.

Široký lúč žiarenia- taká geometria žiarenia, pri ktorej detektor registruje nerozptýlené a rozptýlené žiarenie zo zdroja.

Pole ionizujúceho žiarenia- časopriestorové rozloženie ionizujúceho žiarenia v uvažovanom médiu.

Prúdenie ionizujúcich častíc (fotónov)- pomer počtu ionizujúcich častíc (fotónov) dN prechádzajúcich daným povrchom za časový interval dt k tomuto intervalu: F = dN/dt.

Tok energie častíc- pomer energie padajúcich častíc k časovému intervalu Ψ=dE/dt.

Hustota toku ionizujúcich častíc (fotónov)- pomer toku ionizujúcich častíc (fotónov) dF

prenikajúce do objemu elementárnej gule, do stredovej prierezovej plochy dS tejto gule: φ = dF/dS = d 2 N/dtdS. (Hustota toku energie častíc sa určuje podobne).

Fluence (prenos) ionizujúcich častíc (fotónov)- pomer počtu ionizujúcich častíc (fotónov) dN prenikajúcich do objemu elementárnej gule k strednej ploche prierezu dS tejto gule: Ф = dN/dS.

Energetické spektrum ionizujúcich častíc- rozdelenie ionizujúcich častíc podľa ich energie. Efektívna fotónová energia- energia fotónov takéhoto monoenergetického fotónu

žiarenie, ktorého relatívny útlm v absorbéri určitého zloženia a určitej hrúbky je rovnaký ako u uvažovaného nemonoenergetického fotónového žiarenia.

Energia okrajového spektraβ-žiarenie - najvyššia energia β-častíc v spojitom energetickom spektre β-žiarenia daného rádionuklidu.

Radiačné albedo- pomer počtu častíc (fotónov) odrazených od rozhrania medzi dvoma prostrediami k počtu častíc (fotónov) dopadajúcich na rozhranie.

Oneskorené žiarenie: častice emitované produktmi štiepenia, na rozdiel od častíc (neutrónov a gama lúčov), ktoré vznikajú priamo v momente štiepenia.

Ionizácia v plynoch: odstránenie jedného alebo viacerých elektrónov z atómu alebo molekuly plynu. Vplyvom ionizácie sa v plyne objavujú voľné nosiče náboja (elektróny a ióny) a získava schopnosť viesť elektrický prúd.

Pojem "žiarenie" zahŕňa celý rad elektromagnetických vĺn vrátane viditeľného spektra, infračervených a ultrafialových oblastí, ako aj rádiových vĺn, elektrického prúdu a ionizujúceho žiarenia. Všetka nepodobnosť týchto javov je spôsobená len frekvenciou (vlnovou dĺžkou) žiarenia. Ionizujúce žiarenie môže predstavovať riziko pre ľudské zdravie. A ionizujúce žiarenie(žiarenie) - druh žiarenia, ktorý mení fyzikálny stav atómov alebo atómových jadier a mení ich na elektricky nabité ióny alebo produkty jadrových reakcií. Za určitých okolností môže prítomnosť takýchto iónov alebo produktov jadrových reakcií v tkanivách tela zmeniť priebeh procesov v bunkách a molekulách a nahromadením týchto dejov môže narušiť priebeh biologických reakcií v organizme. , t.j. predstavujú nebezpečenstvo pre ľudské zdravie.

2. TYPY ŽIARENIA

Rozlišuje sa korpuskulárne žiarenie, pozostávajúce z častíc s hmotnosťou odlišnou od nuly, a elektromagnetické (fotónové) žiarenie.

2.1. Korpuskulárne žiarenie

Korpuskulárne ionizujúce žiarenie zahŕňa žiarenie alfa, elektrónové, protónové, neutrónové a mezónové žiarenie. Korpuskulárne žiarenie pozostávajúce z prúdu nabitých častíc (α-, β-častíc, protónov, elektrónov), ktorých kinetická energia je dostatočná na ionizáciu atómov pri

zrážka, patrí do triedy priamo ionizujúceho žiarenia. Neutróny a iné elementárne častice nevytvárajú priamo ionizáciu, ale v procese interakcie s prostredím uvoľňujú nabité častice (elektróny, protóny), ktoré sú schopné ionizovať atómy a molekuly prostredia, ktorým prechádzajú.

V súlade s tým sa korpuskulárne žiarenie pozostávajúce z prúdu nenabitých častíc nazýva nepriamo ionizujúce žiarenie.

Obr. Schéma rozpadu 212 Bi.

2.1.1 Alfa žiarenie

Alfa častice (α - častice) sú jadrá atómu hélia, emitované pri α - rozpade niektorými rádioaktívnymi atómami. α - častica pozostáva z dvoch protónov a dvoch neutrónov.

Alfa žiarenie je prúd jadier atómov hélia (kladne nabitý a

relatívne ťažké častice).

Prirodzené žiarenie alfa v dôsledku rádioaktívneho rozpadu jadra je charakteristické pre nestabilné jadrá ťažkých prvkov, počnúc atómovým číslom vyšším ako 83, t.j. pre prírodné rádionuklidy radu uránu a tória, ako aj pre umelo získané transuránové prvky.

Typický diagram α -rozpadu prírodného rádionuklidu je uvedený na obr. 1 a energetické spektrum α -častíc vznikajúcich pri rozpade rádionuklidu je znázornené na obr.

Obr.2.

Obr.2 Energetické spektrum častíc α

Možnosť α-rozpadu je spôsobená skutočnosťou, že hmotnosť (a teda aj celková energia iónov) α-rádioaktívneho jadra je väčšia ako súčet hmotností α-častice a dcérskeho jadra vytvoreného po α. - rozpad. Prebytočná energia pôvodného (materského) jadra sa uvoľňuje vo forme kinetickej energie α-častice a spätného rázu dcérskeho jadra. α-častice sú kladne nabité jadrá hélia - 2 He4 a vyletujú z jadra rýchlosťou 15-20 tisíc km/sec. Na svojej ceste produkujú silnú ionizáciu prostredia,

vytrhávanie elektrónov z dráh atómov.

Rozsah α-častíc vo vzduchu je asi 5-8 cm, vo vode - 30-50 mikrónov, v kovoch - 10-20 mikrónov. Pri ionizácii α-lúčmi sa pozorujú chemické zmeny v látke a narúša sa kryštalická štruktúra pevných látok. Keďže medzi α-časticou a jadrom existuje elektrostatické odpudzovanie, pravdepodobnosť jadrových reakcií pod vplyvom α-častíc prírodných rádionuklidov (maximálna energia 8,78 MeV y214 Po) je veľmi malá a pozorujeme ju len na ľahkých jadrách (Li , Be, B, C, N, Na, Al) s tvorbou rádioaktívnych izotopov a voľných neutrónov.

2.1.2 Protónové žiarenie

Protónové žiarenie– žiarenie vznikajúce počas spontánneho rozpadu atómových jadier s deficitom neutrónov alebo ako výstupný lúč urýchľovača iónov (napríklad synchrofazotorónu).

2.1.3 Neutrónové žiarenie

Neutrónové žiarenie - tok neutrónov, ktoré premieňajú svoju energiu na elastické a neelastické interakcie s atómovými jadrami. Nepružné interakcie vytvárajú sekundárne žiarenie, ktoré môže pozostávať z nabitých častíc aj gama kvánt (gama žiarenia). Pri elastických interakciách je možná obyčajná ionizácia látky.

Zdrojmi neutrónového žiarenia sú: spontánne štiepiteľné rádionuklidy; špeciálne vyrobené rádionuklidové neutrónové zdroje; urýchľovače elektrónov, protónov, iónov; jadrové reaktory; kozmického žiarenia.

Z biologického hľadiska Neutróny vznikajú pri jadrových reakciách (v jadrových reaktoroch a iných priemyselných a laboratórnych zariadeniach, ako aj pri jadrových výbuchoch).

Neutróny nemajú elektrický náboj. Bežne sa neutróny v závislosti od ich kinetickej energie delia na rýchle (do 10 MeV), ultrarýchle, stredné, pomalé a tepelné. Neutrónové žiarenie má veľkú prenikavú silu. Pomalé a tepelné neutróny vstupujú do jadrových reakcií, ktorých výsledkom môže byť vznik stabilných alebo rádioaktívnych izotopov.

Voľný neutrón je nestabilná, elektricky neutrálna častica s nasledujúcimi vlastnosťami

vlastnosti:

Tieto vlastnosti neutrónu umožňujú využiť ho na jednej strane ako predmet, ktorý sa študuje a na druhej strane ako nástroj, pomocou ktorého sa výskum uskutočňuje. V prvom prípade sa študujú jedinečné vlastnosti neutrónu, čo je relevantné a umožňuje najspoľahlivejšie a najpresnejšie určiť základné parametre elektroslabej interakcie a tým buď potvrdiť alebo vyvrátiť Štandardný model. Prítomnosť magnetického momentu v neutróne už naznačuje jeho zložitú štruktúru, t.j. jeho „neelementárnosť“. V druhom prípade interakcia nepolarizovaných a polarizovaných neutrónov rôznych energií s jadrami umožňuje ich využitie vo fyzike jadier a elementárnych častíc. Štúdium vplyvov narušenia priestorovej parity a invariantnosti pri zvrátení času v rôznych procesoch – od neutrónovej optiky až po jadrové štiepenie neutrónmi – nie je úplným zoznamom najaktuálnejších oblastí výskumu.

Skutočnosť, že neutróny tepelného reaktora majú vlnové dĺžky porovnateľné s medziatómovými vzdialenosťami v hmote, z nich robí nepostrádateľný nástroj na štúdium kondenzovanej hmoty. Interakcia neutrónov s atómami je pomerne slabá, čo umožňuje neutrónom preniknúť pomerne hlboko do hmoty – to je ich významná výhoda oproti röntgenovému a γ – lúčom, ako aj zväzkom nabitých častíc. v dôsledku prítomnosti hmoty majú neutróny pri rovnakej hybnosti (teda pri rovnakej vlnovej dĺžke) výrazne nižšiu energiu ako röntgenové a γ - lúče a táto energia sa ukazuje byť porovnateľná s energiou tepelných vibrácií atómov a molekuly v hmote, čo umožňuje študovať nielen spriemerovanú statickú atómovú štruktúru látky, ale aj dynamické procesy v nej prebiehajúce. Prítomnosť magnetického momentu v neutrónoch umožňuje ich využitie na štúdium magnetickej štruktúry a magnetických excitácií hmoty, čo je veľmi dôležité pre pochopenie vlastností a povahy magnetizmu materiálov.

Rozptyl neutrónov atómami je spôsobený najmä jadrovými silami, preto prierezy ich koherentného rozptylu nijako nesúvisia s atómovým číslom (na rozdiel od röntgenových a γ-lúčov). Ožarovanie materiálov neutrónmi preto umožňuje rozlíšiť polohy atómov ľahkých (vodík, kyslík atď.) prvkov, ktorých identifikácia je pomocou röntgenových lúčov a γ - lúčov takmer nemožná. Z tohto dôvodu sa neutróny úspešne používajú pri štúdiu biologických objektov, v materiálovej vede, v medicíne a iných oblastiach. Okrem toho rozdiel v prierezoch rozptylu neutrónov pre rôzne izotopy umožňuje nielen rozlíšiť prvky v materiáli s podobnými atómovými číslami, ale aj študovať ich izotopové zloženie. Prítomnosť izotopov s negatívnou koherentnou amplitúdou rozptylu poskytuje jedinečnú možnosť kontrastu študovaných médií, čo sa tiež veľmi často používa v biológii a medicíne.

Koherentný rozptyl- rozptyl žiarenia so zachovaním frekvencie a s fázou odlišnou o π od fázy primárneho žiarenia. Rozptýlená vlna môže interferovať s dopadajúcou vlnou alebo inými koherentne rozptýlenými vlnami.

Ionizujúce žiarenie je kombináciou rôznych druhov mikročastíc a fyzikálnych polí, ktoré majú schopnosť látku ionizovať, teda vytvárať v nej elektricky nabité častice – ióny.

ODDIEL III. RIADENIE ŽIVOTNEJ BEZPEČNOSTI A EKONOMICKÉ MECHANIZMY NA JEJ ZABEZPEČENIE

Existuje niekoľko typov ionizujúceho žiarenia: alfa, beta, gama žiarenie a neutrónové žiarenie.

Alfa žiarenie

Na tvorbe kladne nabitých častíc alfa sa podieľajú 2 protóny a 2 neutróny, ktoré sú súčasťou jadier hélia. Častice alfa vznikajú pri rozpade atómového jadra a môžu mať počiatočnú kinetickú energiu 1,8 až 15 MeV. Charakteristickými znakmi alfa žiarenia sú vysoké ionizačné a nízke penetračné schopnosti. Alfa častice pri pohybe veľmi rýchlo strácajú svoju energiu a to spôsobuje, že nestačí prekonávať ani tenké plastové povrchy. Vo všeobecnosti platí, že vonkajšia expozícia alfa časticiam, ak neberiete do úvahy vysokoenergetické alfa častice získané pomocou urýchľovača, nespôsobuje ľuďom žiadnu ujmu, ale prenikanie častíc do tela môže byť zdraviu nebezpečné, pretože alfa rádionuklidy Majú dlhý polčas rozpadu a majú silnú ionizáciu. Pri požití môžu byť alfa častice často ešte nebezpečnejšie ako beta a gama žiarenie.

Beta žiarenie

Nabité beta častice, ktorých rýchlosť je blízka rýchlosti svetla, vznikajú v dôsledku beta rozpadu. Beta lúče majú väčšiu prenikavú silu ako alfa lúče – môžu spôsobiť chemické reakcie, luminiscenciu, ionizovať plyny a pôsobiť na fotografické platne. Ako ochranu pred prúdom nabitých beta častíc (s energiou nie väčšou ako 1 MeV) bude stačiť použiť obyčajný hliníkový plech s hrúbkou 3-5 mm.

Fotónové žiarenie: gama lúče a röntgenové lúče

Fotónové žiarenie zahŕňa dva typy žiarenia: röntgenové (môže byť brzdné žiarenie a charakteristické) a gama žiarenie.

Najbežnejším typom fotónového žiarenia sú veľmi vysokoenergetické gama častice s ultrakrátkou vlnovou dĺžkou, ktoré sú prúdom vysokoenergetických fotónov bez náboja. Na rozdiel od lúčov alfa a beta nie sú častice gama vychyľované magnetickými a elektrickými poľami a majú výrazne väčšiu prenikavú silu. V určitých množstvách a po určitú dobu trvania expozície môže gama žiarenie spôsobiť chorobu z ožiarenia a viesť k rôznym rakovinám. Len ťažké chemické prvky ako olovo, ochudobnený urán a volfrám môžu zabrániť šíreniu toku gama častíc.

Neutrónové žiarenie

Zdrojom neutrónového žiarenia môžu byť jadrové výbuchy, jadrové reaktory, laboratórne a priemyselné zariadenia.

Samotné neutróny sú elektricky neutrálne, nestabilné (polčas rozpadu voľného neutrónu je cca 10 minút) častice, ktoré sa vďaka tomu, že nemajú náboj, vyznačujú vysokou penetračnou schopnosťou so slabým stupňom interakcie s hmotou. Neutrónové žiarenie je veľmi nebezpečné, preto sa na ochranu pred ním používa množstvo špeciálnych materiálov obsahujúcich najmä vodík. Neutrónové žiarenie najlepšie absorbuje obyčajná voda, polyetylén, parafín a roztoky hydroxidov ťažkých kovov.

Ako ionizujúce žiarenie ovplyvňuje látky?

Všetky druhy ionizujúceho žiarenia v tej či onej miere vplývajú na rôzne látky, no najvýraznejšie je to u častíc gama a neutrónov. Pri dlhšom pôsobení teda môžu výrazne meniť vlastnosti rôznych materiálov, meniť chemické zloženie látok, ionizovať dielektrika a pôsobiť deštruktívne na biologické tkanivá. Prirodzené žiarenie na pozadí nespôsobí človeku veľa škody, pri manipulácii s umelými zdrojmi ionizujúceho žiarenia by ste však mali byť veľmi opatrní a prijať všetky potrebné opatrenia na minimalizáciu úrovne vystavenia tela žiareniu.

Druhy ionizujúceho žiarenia a ich vlastnosti

Ionizujúce žiarenie je názov pre toky častíc a elektromagnetické kvantá, v dôsledku ktorých sa na médiu vytvárajú rôzne nabité ióny.

Rôzne druhy žiarenia sú sprevádzané uvoľňovaním určitého množstva energie a majú rôzne prenikavé schopnosti, preto majú na organizmus rôzne účinky. Najväčšie nebezpečenstvo pre človeka predstavuje rádioaktívne žiarenie, ako je y-, röntgenové, neutrónové, a- a b-žiarenie.

Röntgenové a y-lúče sú prúdy kvantovej energie. Gama žiarenie má kratšie vlnové dĺžky ako röntgenové žiarenie. Svojím charakterom a vlastnosťami sa tieto žiarenia od seba málo líšia, majú vysokú prenikavosť, priamosť šírenia a schopnosť vytvárať sekundárne a rozptýlené žiarenie v prostredí, cez ktoré prechádzajú. Zatiaľ čo röntgenové lúče sa zvyčajne vyrábajú pomocou elektronického zariadenia, lúče y vyžarujú nestabilné alebo rádioaktívne izotopy.

Zvyšné typy ionizujúceho žiarenia sú rýchlo sa pohybujúce častice hmoty (atómy), z ktorých niektoré nesú elektrický náboj, iné nie.

Neutróny sú jediné nenabité častice vytvorené akoukoľvek rádioaktívnou transformáciou s hmotnosťou rovnajúcou sa hmotnosti protónu. Keďže tieto častice sú elektricky neutrálne, prenikajú hlboko do akejkoľvek látky, vrátane živého tkaniva. Neutróny sú základné častice, ktoré tvoria jadrá atómov.

Pri prechode hmotou interagujú len s jadrami atómov, odovzdávajú im časť svojej energie a samy menia smer svojho pohybu. Jadrá atómov „vyskočia“ z elektrónového obalu a pri prechode hmotou produkujú ionizáciu.

Elektróny sú ľahké, negatívne nabité častice, ktoré existujú vo všetkých stabilných atómoch. Elektróny sa veľmi často používajú pri rádioaktívnom rozpade hmoty a potom sa nazývajú beta častice. Dajú sa získať aj v laboratórnych podmienkach. Energia stratená elektrónmi pri prechode hmotou sa vynakladá na excitáciu a ionizáciu, ako aj na tvorbu brzdného žiarenia.

Alfa častice sú jadrá atómov hélia, ktoré nemajú orbitálne elektróny a skladajú sa z dvoch protónov a dvoch neutrónov spojených dohromady. Majú kladný náboj, sú relatívne ťažké a pri prechode látkou spôsobujú ionizáciu látky s vysokou hustotou.

Častice alfa sú zvyčajne emitované počas rádioaktívneho rozpadu prírodných ťažkých prvkov (rádium, tórium, urán, polónium atď.).

Nabité častice (elektróny a jadrá atómov hélia), ktoré prechádzajú látkou, interagujú s elektrónmi atómov, pričom strácajú 35 a 34 eV. V tomto prípade sa jedna polovica energie minie na ionizáciu (oddelenie elektrónu od atómu) a druhá polovica na excitáciu atómov a molekúl média (prenos elektrónu do obalu vzdialenejšieho od jadra) .

Počet ionizovaných a excitovaných atómov vytvorených alfa časticou na jednotku dĺžky dráhy v médiu je stokrát väčší ako počet p častice (tabuľka 5.1).

Tabuľka 5.1. Rozsah a- a b-častíc rôznych energií vo svalovom tkanive

Je to spôsobené tým, že hmotnosť a-častice je približne 7000-krát väčšia ako hmotnosť b-častice, teda pri rovnakej energii je jej rýchlosť podstatne menšia ako rýchlosť b-častice.

Častice alfa emitované počas rádioaktívneho rozpadu majú rýchlosť približne 20 tisíc km/s, zatiaľ čo rýchlosť častíc beta sa blíži rýchlosti svetla a dosahuje 200...270 tisíc km/s. Je zrejmé, že čím nižšia je rýchlosť častice, tým väčšia je pravdepodobnosť jej interakcie s atómami média, a teda tým väčšia je strata energie na jednotku dráhy v médiu - čo znamená menší počet najazdených kilometrov. Od stola 5.1 vyplýva, že rozsah a-častíc vo svalovom tkanive je 1000-krát menší ako rozsah beta-častíc rovnakej energie.

Ionizujúce žiarenie pri prechode živými organizmami nerovnomerne odovzdáva svoju energiu biologickým tkanivám a bunkám. Výsledkom je, že napriek malému množstvu energie absorbovanej tkanivami dôjde k výraznému poškodeniu niektorých buniek živej hmoty. Celkový účinok ionizujúceho žiarenia lokalizovaného v bunkách a tkanivách je uvedený v tabuľke. 5.2.

Tabuľka 5.2. Biologické účinky ionizujúceho žiarenia

Primárne radiačno-chemické zmeny v molekulách môžu byť založené na dvoch mechanizmoch: 1) priamom pôsobení, keď daná molekula zažíva zmeny (ionizáciu, excitáciu) priamo pri interakcii so žiarením; 2) nepriame pôsobenie, kedy molekula energiu ionizujúceho žiarenia priamo neabsorbuje, ale prijíma ju prenosom z inej molekuly.

Je známe, že v biologickom tkanive 60...70% hmoty tvorí voda. Zvážme preto rozdiel medzi priamymi a nepriamymi účinkami žiarenia na príklade ožiarenia vodou.

Predpokladajme, že molekula vody je ionizovaná nabitou časticou, čo spôsobí, že stratí elektrón:

H2O -> H20+e-.

Ionizovaná molekula vody reaguje s inou neutrálnou molekulou vody za vzniku vysoko reaktívneho hydroxylového radikálu OH":

H2O+H2O -> H3O+ + OH*.

Vyrazený elektrón tiež veľmi rýchlo prenáša energiu do okolitých molekúl vody, čo vedie k vysoko excitovanej molekule vody H2O*, ktorá disociuje za vzniku dvoch radikálov, H* a OH*:

H2O+e- -> H2O*H’ + OH’.

Voľné radikály obsahujú nepárové elektróny a sú mimoriadne reaktívne. Ich životnosť vo vode nie je dlhšia ako 10-5 s. Počas tejto doby sa buď navzájom rekombinujú, alebo reagujú s rozpusteným substrátom.

V prítomnosti kyslíka rozpusteného vo vode vznikajú aj ďalšie produkty rádiolýzy: voľný radikál hydroperoxid HO2, peroxid vodíka H2O2 a atómový kyslík:

H*+02 -> H02;
HO*2 + HO2 -> H202 +20.

V bunke živého organizmu je situácia oveľa zložitejšia ako pri ožarovaní vody, najmä ak sú absorbujúcou látkou veľké a viaczložkové biologické molekuly. V tomto prípade vznikajú organické radikály D*, ktoré sa vyznačujú aj mimoriadne vysokou reaktivitou. Keďže majú veľké množstvo energie, môžu ľahko viesť k rozpadu chemických väzieb. Práve tento proces sa najčastejšie vyskytuje v intervale medzi tvorbou iónových párov a tvorbou konečných chemických produktov.

Okrem toho sa biologický účinok zvyšuje vplyvom kyslíka. Vysoko reaktívny produkt DO2* (D* + O2 -> DO2*) vznikajúci ako výsledok interakcie voľného radikálu s kyslíkom vedie k tvorbe nových molekúl v ožiarenom systéme.

Voľné radikály a oxidačné molekuly vznikajúce pri procese rádiolýzy vody, ktoré majú vysokú chemickú aktivitu, vstupujú do chemických reakcií s molekulami bielkovín, enzýmov a iných štruktúrnych prvkov biologického tkaniva, čo vedie k zmenám biologických procesov v tele. V dôsledku toho sú metabolické procesy narušené, aktivita enzýmových systémov je potlačená, rast tkanív sa spomaľuje a zastavuje a objavujú sa nové chemické zlúčeniny, ktoré nie sú charakteristické pre telo - toxíny. To vedie k narušeniu životných funkcií jednotlivých systémov alebo organizmu ako celku.

Chemické reakcie vyvolané voľnými radikálmi zahŕňajú mnoho stoviek a tisícok molekúl neovplyvnených žiarením. Toto je špecifikum pôsobenia ionizujúceho žiarenia na biologické objekty. Žiadny iný druh energie (tepelná, elektrická atď.), absorbovaný biologickým objektom v rovnakom množstve, nevedie k takým zmenám, aké spôsobuje ionizujúce žiarenie.

Nežiaduce radiačné účinky žiarenia na ľudský organizmus sa bežne delia na somatické (soma - „telo“ v gréčtine) a genetické (dedičné).

Somatické účinky sa prejavujú priamo u ožiareného človeka a genetické u jeho potomkov.

Za posledné desaťročia človek vytvoril veľké množstvo umelých rádionuklidov, ktorých použitie je dodatočnou záťažou prirodzeného radiačného pozadia Zeme a zvyšuje radiačnú dávku pre ľudí. Ionizujúce žiarenie zamerané výlučne na mierové využitie je však pre ľudí užitočné a dnes je ťažké identifikovať oblasť vedomostí alebo národného hospodárstva, ktoré nepoužívajú rádionuklidy alebo iné zdroje ionizujúceho žiarenia. Začiatkom 21. storočia našiel „mierový atóm“ svoje uplatnenie v medicíne, priemysle, poľnohospodárstve, mikrobiológii, energetike, vesmírnom prieskume a ďalších oblastiach.

Druhy žiarenia a interakcia ionizujúceho žiarenia s látkou

Využívanie jadrovej energie sa stalo životnou nevyhnutnosťou existencie modernej civilizácie a zároveň obrovskou zodpovednosťou, keďže tento zdroj energie treba využívať čo najracionálnejšie a najšetrnejšie.

Užitočná vlastnosť rádionuklidov

Vďaka rádioaktívnemu rozpadu rádionuklid „dáva signál“, čím určuje jeho polohu. Pomocou špeciálnych prístrojov, ktoré detegujú signál z rozpadu dokonca aj jednotlivých atómov, sa vedci naučili používať tieto látky ako indikátory, ktoré pomáhajú študovať širokú škálu chemických a biologických procesov prebiehajúcich v tkanivách a bunkách.

Druhy umelých zdrojov ionizujúceho žiarenia

Všetky umelé zdroje ionizujúceho žiarenia možno rozdeliť do dvoch typov.

• Lekárske - používa sa na diagnostiku chorôb (napríklad röntgenové a fluorografické zariadenia) a na vykonávanie rádioterapeutických postupov (napríklad rádioterapeutických jednotiek na liečbu rakoviny). Medzi medicínske zdroje AI patria aj rádiofarmaká (rádioaktívne izotopy alebo ich zlúčeniny s rôznymi anorganickými alebo organickými látkami), ktoré je možné použiť ako na diagnostiku chorôb, tak aj na ich liečbu.
• Priemyselné - človekom vyrobené rádionuklidy a generátory:
  • v energetike (reaktory jadrových elektrární);
  • v poľnohospodárstve (na chov a výskum účinnosti hnojív)
  • v sektore obrany (palivo pre lode s jadrovým pohonom);
  • v stavebníctve (nedeštruktívne skúšanie kovových konštrukcií).

Podľa statických údajov bol objem výroby rádionuklidových produktov na svetovom trhu v roku 2011 12 miliárd USD a do roku 2030 sa očakáva šesťnásobné zvýšenie tohto čísla.

Pre tých, ktorí s fyzikou začínajú alebo ju len začínajú študovať, je otázka, čo je žiarenie, ťažká. S týmto fyzikálnym javom sa ale stretávame takmer každý deň. Jednoducho povedané, žiarenie je proces šírenia energie vo forme elektromagnetických vĺn a častíc, alebo inými slovami, sú to energetické vlny šíriace sa okolo.

Zdroj žiarenia a jeho druhy

Zdroj elektromagnetických vĺn môže byť umelý alebo prirodzený. Napríklad umelé žiarenie zahŕňa röntgenové lúče.

Žiarenie môžete cítiť aj bez toho, aby ste opustili svoj domov: stačí držať ruku nad horiacou sviečkou a okamžite pocítite vyžarovanie tepla. Možno ho nazvať tepelným, ale okrem neho existuje vo fyzike niekoľko ďalších typov žiarenia. Tu sú niektoré z nich:

• Ultrafialové žiarenie je žiarenie, ktoré človek cíti pri opaľovaní.
• Röntgenové lúče majú najkratšie vlnové dĺžky, nazývané röntgenové lúče.
• Dokonca aj ľudia môžu vidieť infračervené lúče, príkladom je obyčajný detský laser. Tento typ žiarenia vzniká, keď sa mikrovlnné rádiové emisie a viditeľné svetlo zhodujú. Infračervené žiarenie sa často používa vo fyzioterapii.
• Rádioaktívne žiarenie vzniká pri rozpade chemických rádioaktívnych prvkov. Viac o žiarení sa dozviete z článku.
• Optické žiarenie nie je nič iné ako svetelné žiarenie, svetlo v širšom zmysle slova.
• Gama žiarenie je druh elektromagnetického žiarenia s krátkou vlnovou dĺžkou. Používa sa napríklad pri radiačnej terapii.

Vedci už dlho vedia, že niektoré žiarenie má na ľudský organizmus škodlivý vplyv. Aký silný bude tento vplyv, závisí od trvania a sily žiarenia. Ak sa dlhodobo vystavujete žiareniu, môže to viesť k zmenám na bunkovej úrovni. Všetky elektronické zariadenia, ktoré nás obklopujú, či už je to mobilný telefón, počítač alebo mikrovlnná rúra, to všetko má vplyv na zdravie. Preto si treba dávať pozor, aby ste sa nevystavovali zbytočnému žiareniu.