II. Виды ионизирующих излучений и единицы измерения ИИ

Главным объектом исследования ученых был и остается сам атом, вернее - его строение. Атом похож на Солнечную систему в миниатюре: вокруг крошечного ядра движутся по орбитам “планеты” - электроны.

Ядро, как правило, состоит из нескольких более мелких частиц, которые плотно сцеплены друг с другом. Некоторые из этих частиц имеют положительный заряд и называютсяпротонами. Число протонов в ядре и определяет, к какому химическому элементу относится данный атом: ядро атома водорода содержит всего один протон, атома кислорода - 8, урана - 92. В каждом атоме число электронов в точности равно числу протонов в ядре; каждый электрон несет отрицательный заряд, равный по абсолютной величине заряду протона, так что в целом атом нейтрален.

В ядре, как правило, присутствуют и частицы другого типа, называемые нейтронами, поскольку они электрически нейтральны. Ядра атомов одного и того же элемента всегда содержат одно и то же число протонов, но число нейтронов в них может быть разным.

Атомы, имеющие ядра с одинаковым числом протонов, но различающиеся по числу нейтронов, относятся к разновидностям одного и того же химического элемента, и называются изотопами данного элемента.

Чтобы отличить их друг от друга, к символу элемента приписывают число, равное сумме всех частиц в ядре данного изотопа. Так, уран-238 содержит 92 протона и 146 нейтронов; в уране-235 тоже 92 протона, но 143 нейтрона.

Ядра всех изотопов химических элементов образуют группу “нуклидов”.

Некоторые нуклиды стабильны, т.е. в отсутствие внешнего воздействия никогда не претерпевают никаких превращений.

Большинство же нуклидов нестабильны, они все время превращаются в другие нуклиды. При каждом таком акте распада высвобождается энергия, которая и передается дальше в виде излучения.

Число распадов в секунду в радиоактивном образце называется его активностью.

Единицу измерения активности (в системе СИ) назвали беккерелем (Бк) в честь ученого, открывшего явление радиоактивности;

1 Бк (беккерель) - единица СИ, соответствует такому количеству радиоактивного вещества, в котором за 1 с совершается 1 распад. Распространена и внесистемная единица - кюри (Ки). Она равна 3,7×10¹⁰ Бк и соответствует активности 1 г ²²⁶Ra.

Время, за которое распадается в среднем половина всех радионуклидов данного типа в любом радиоактивном источнике, называется периодом полураспада соответствующего изотопа.

Ионизирующие излучения - это излучения, вызывающие при взаимодействии с веществом ионизацию его атомов и молекул.

Важной особенностью большинства видов ионизирующих излучений является их высокая проникающая способность, а отсюда способность взаимодействовать с атомами вещества в глубине объекта.

По физической природе выделяют:

1) Электромагнитное излучение высоких энергий:

- рентгеновы лучи,

- g-лучи.

2) Корпускулярное излучение - частицы, обладающие запасом кинетической энергии и с высокой скоростью перемещающиеся в пространстве:

- протоны (ядра водорода),

-ά-частицы (ядра гелия),

- ядра более тяжелых элементов,

- β-частицы (отрицательно заряженные электроны и положительно заряженные позитроны ),

- нейтроны и другие частицы, получаемые, главным образом, искусственным путем.

Более удобно разделение ионизирующих излучений по особенностям их взаимодействия с веществом. В этом случае различают электрически нейтральное излучение (Rg рентгеновы, g - лучи и ή нейтроны) и ускоренные заряженные частицы (все остальные, помимо нейтронов, разновидности корпускулярного излучения).

Нейтроны не несут электрического заряда и поэтому могут беспрепятственно проникать вглубь атомов. При столкновении с ядрами атомов нейтроны либо отталкиваются от них (упругое или неупругое рассеяние), либо поглощаются ими. Биологические объекты проникает насквозь, вызывая интенсивную ионизацию атомов и молекул среды.

Образующиеся при взаимодействии нейтронов с веществом ускоренные заряженные частицы - протоны и другие ядра отдачи являются основным источником ионизации и возбуждения атомов и молекул. Таким образом, нейтроны, относятся к косвенно ионизирующим видам излучения.

В зависимости от энергии нейтроны могут быть разделены на следующие группы: - сверхбыстрые (релятивистские); - очень больших энергий Е = 10 – 10⁵ МэВ; - быстрые Е = 0,1 - 10 МэВ; - промежуточные Е = 0,5 - 100 кэВ; - медленные Е = 0,1 эВ - 0,5 кэВ; - тепловые Е < 0,1 эВ

Имеются и другие варианты классификации нейтронов по их энергии.

Наиболее важны в практическом отношении быстрые нейтроны, но и нейтроны других типов, образуясь при замедлении в тканях быстрых, принимают участие в передаче энергии веществу.

Альфа-излучение, представляет собой ядра атомов гелия, состоящие из нейтронов и протонов, задерживается, например, листом бумаги и практически не способно проникнуть через наружный слой кожи, образованный отмершими клетками. Поэтому оно не представляет опасности до тех пор, пока радиоактивные вещества, испускающие a-частицы, не попадут внутрь организма через открытую рану, с пищей или с вдыхаемым воздухом; тогда они становятся чрезвычайно опасными.

Бета-излучение обладает большей проникающей способностью: оно проходит в ткани организма на глубину один-два сантиметра. Защитным материалом служит легкий металл (медь, алюминий) – толщиной фольги.

Проникающая и ионизирующая способность гамма-излучения, которое распространяется со скоростью света, очень велика: его может задержать лишь толстая свинцовая (слой половинного ослабления = 2 см) или бетонная плита (30 см).

Уже к 1906 г. накопилось достаточно данных для фундаментального научного обобщения, сделанного французскими учеными И.Бергонье и Л.Трибондо и сохранившего значение до сих пор: радиочуствительность клеток находится в прямой зависимости от уровня их пролиферативной активности и обратной – от степени их дифференцировки (“правило Бергонье и Трибондо”). Таким образом, зародилось понятие клеточной радиочуствительности, имеющее в свете современных представлений следующий смысл: это интегральная характеристика клетки, определяющая вероятность ее гибели после радиационного воздействия. Синонимом радиочувствительности является радиопоражаемость. Термин радиочувствительность применяется также и по отношению к тканям, органам, организму в целом, биологическим видам и др.

При равной радиочувствительности биологических объектов степень их поражения определяется, прежде всего, дозой излучения. Наиболее простой критерий оценки дозы основан на измерении суммарного заряда ионов одного знака, образовавшихся в определенном объеме или определенной массе воздуха. Такая доза называется экспозиционной, ее единицей в системе СИ является кулон на килограмм (Кл/кг), а внесистемной единицей – рентген (Р). 1 Кл/кг = 3876 Р.

Точнее прогнозировать биологический эффект можно, если определять дозу излучения по количеству поглощенной энергии на единицу массы. Такая доза так и называется поглощенной; в единицах СИ она выражается в джоулях на килограмм – эта единица получила специальное название “грей” (Гр). Внесистемной единицей поглощенной дозы служит рад (аббревиатура слов “radiation absorbed dose”). 1 Гр = 100 рад.

При одинаковых значениях поглощенной дозы различные ионизирующие излучения по-разному действуют на один и тот же биообъект. Чтобы учесть качественные различия излучений, их биологическая эффективность сравнивается с биологической эффективностью рентгеновского излучения, имеющего энергию кванта 250 КэВ. В качестве показателя относительной биологической эффективности (ОБЭ) излучения принимается отношение поглощенной дозы рентгеновского излучения к равноэффективной поглощенной дозе данного излучения. Умножая поглощенную дозу излучения на величину его ОБЭ, получаем эквивалентную дозу данного излучения. К сожалению, единого значения коэффициента ОБЭ, пригодного для разных уровней доз и оценок по разным эффектам, не существует. (для Rg, γ, β ОБЭ =1; для η =10; для α при инкорпорации ОБЭ=25)

В системе СИ единицей эквивалентной дозы является зиверт (Зв); внесистемная единица – “биологический эквивалент рада” (бэр).

1 Зв = 100 бэр.

Следует учитывать также, что одни части тела (органы, ткани) более чувствительны, чем другие: например, при одинаковой эквивалентной дозе облучения возникновение рака в легких более вероятно, чем в щитовидной железе, а облучение половых желез особенно опасно из-за риска генетических повреждений. Поэтому дозы облучения органов и тканей также следует учитывать с разными коэффициентами. Умножив эквивалентные дозы на соответствующие коэффициенты и просуммировав по всем органам и тканям, получим эффективную эквивалентную дозу,отражающую суммарный эффект облучения для организма; она также измеряется в зивертах.

Эти три понятия описывают только индивидуально получаемые дозы. Просуммировав индивидуальные эффективные эквивалентные дозы, полученные группой людей, мы придем к коллективной эффективной эквивалентной дозе, которая измеряется в человеко-зивертах (чел-Зв).

Следует ввести, однако, еще одно определение, поскольку многие радионуклиды распадаются очень медленно и останутся радиоактивными и в отдаленном будущем. Коллективную эффективную эквивалентную дозу, которую получат многие поколения людей от какого-либо радиоактивного источника за все время его дальнейшего существования, называют ожидаемой (полной) коллективной эффективной эквивалентной дозой.

Такая иерархия понятий на первый взгляд может показаться слишком сложной, но, тем не менее, она представляет собой логически последовательную систему и позволяет рассчитывать согласующиеся или сопоставимые друг с другом дозы облучения.

Сравнение радиочувствительности биообъектов, при сопоставлении дозы излучения, вызывающей в них равные по величине эффекты, было использовано для оценки способности некоторых веществ (“радиомодификаторов”) изменять радиочувствительность биологических объектов. В качестве основного показателя радиомодифицирующей эффективности вещества приняли отношение доз излучения, вызывающих один и тот же эффект в биообъекте в присутствии и в отсутствии радиомодификатора. Такой показатель получил название фактора изменения дозы (сокращенно – ФИД).

Дата добавления: 2019-12-09; просмотров: 852;