Основные термины и определения

Основные термины и определения
Радиоактивный распад – это процесс самопроизвольного распада
неустойчивых ядер в другие ядра (в конечном итоге, стабильные).
Радиация – излучение энергии в виде частиц или электромагнитных
волн.
Количество распадающихся радионуклидов в единицу времени в
веществе определяют термином АКТИВНОСТЬ.
Активность (А) - мера радиоактивности какого-либо количества
радионуклида, находящегося в данном энергетическом состоянии в данный
момент времени:
A  dN / dt ,
где dN - ожидаемое число спонтанных ядерных превращений из данного
энергетического состояния, происходящих за промежуток времени dt.
Единицей активности является беккерель (Бк). Использовавшаяся ранее
внесистемная единица активности кюри (Ки) составляет 3,7 1010 Бк.
Активность удельная (объемная) - отношение активности А
радионуклида в веществе к массе m (объему V) вещества:
Am  A / m ,
AV  A / V .
Единица удельной активности - беккерель на килограмм, Бк/кг.
Единица объемной активности - беккерель на метр кубический, Бк/м3.
Источник ионизирующего излучения - радиоактивное вещество или
устройство, испускающее или способное испускать ионизирующее
излучение, на которые распространяется действие действующих Норм и
Правил.
Облучение - воздействие на человека ионизирующего излучения.
ПОГЛОЩЕННАЯ ДОЗА – количество энергии излучения,
поглощенное единицей массы облучаемого вещества.
Доза поглощенная (D) – отношение приращения средней энергии dw ,
переданной излучением веществу в элементарном объеме, к массе
dm вещества в этом объеме.
D  dw / dm .
Энергия может быть усреднена по любому определенному объему, и в
этом случае средняя доза будет равна полной энергии, переданной объему,
деленной на массу этого объема. В единицах СИ поглощенная доза
измеряется в джоулях, деленных на килограмм (Дж∙кг-1), и имеет
специальное название - грей (Гр). Использовавшаяся ранее внесистемная
единица рад равна 0,01 Гр.
Экспозиционная доза фотонного излучения – отношение приращения
суммарного заряда dQ одного знака, возникающих при полном торможении
электронов и позитронов, которые были образованы фотонами в
элементарном объеме воздуха, к массе dm воздуха в этом объеме:
X  dQ / dm
Доза эквивалентная (HT,R) - поглощенная доза в органе или ткани,
умноженная на соответствующий взвешивающий коэффициент для данного
вида излучения, WR:
HT,R = WR DT,R ,
где DT,R - средняя поглощенная доза в органе или ткани T, а WR взвешивающий коэффициент для излучения R.
Единицей эквивалентной дозы является зиверт (Зв).
Взвешивающие коэффициенты для отдельных видов излучения при
расчете эквивалентной дозы (WR) - используемые в радиационной защите
множители поглощенной дозы, учитывающие относительную эффективность
различных видов излучения в индуцировании биологических эффектов.
Таблица Взвешивающие коэффициенты для отдельных видов излучения
Вид излучения
Фотоны любых энергий
Электроны и мюоны любых энергий
Нейтроны с энергией менее 10 кэВ
от 10 кэВ до 100 кэВ
от 100 кэВ до 2 МэВ
от 2 МэВ до 20 МэВ
более 20 МэВ
Протоны с энергией более 2 МэВ, кроме протонов
отдачи
Альфа-частицы, осколки деления, тяжелые ядра
Взвешивающий
коэффициент
1
1
5
10
20
10
5
5
20
Предел дозы (ПД) - величина годовой эффективной или эквивалентной
дозы техногенного облучения, которая не должна превышаться в условиях
нормальной работы. Соблюдение предела годовой дозы предотвращает
возникновение детерминированных эффектов, а вероятность стохастических
эффектов сохраняется при этом на приемлемом уровне.
Население - все лица, включая персонал вне работы с источниками
ионизирующего излучения.
Значения основных пределов доз для населения и персонала приведены
в Таблице 6.
Таблица Основные пределы доз
Нормируемые величины
Эффективная доза
Пределы доз
персонал (группа А)
население
20 мЗв в год в среднем за 1 мЗв в год в среднем за
любые
последовательные любые
последовательные
5 лет, но не более 50 мЗв в 5 лет, но не более 5 мЗв в
год
год
Мощность дозы - доза излучения за единицу времени (сек., мин. и т.д.).
Доза эффективная коллективная - мера коллективного риска
возникновения стохастических эффектов облучения; она равна сумме
индивидуальных эффективных доз. Единица эффективной коллективной
дозы - человеко-зиверт (чел.-Зв).
Полная коллективная эффективная эквивалентная доза –
коллективная эффективная эквивалентная доза, которую получат поколения
людей от какого-либо источника за все время его существования.
Риск радиационный - вероятность возникновения у человека или его
потомства какого-либо вредного эффекта в результате облучения.
Таблица Единицы измерения основных величин
Величина и ее
символ
Активность (А)
Название и обозначение единиц
Единица Си
Внесистемная
единица
Беккерель
(Бк), Кюри (Ки)
равный
одному
распаду в секунду
(расп./с)
Поглощенная доза Грэй (Гр), равный
(D)
одному джоулю
на
килограмм
(Дж/кг)
Эквивалентная
доза (H)
Зиверт
(Зв),
равный
одному
грэю
на
коэффициент
качества
[1 Гр/к = 1
(Дж/кг)/к]
Мощность
эквивалентной
дозы (Н)
Экспозиционная
доза (Х)
Зиверт в секунду
(Зв/с)
Кулон
на
килограмм (Кл/кг)
Связь между
единицами
1 Ки = 3.700 *1010
Бк;
1 Бк = 1 расп./с;
1 Бк = 1 расп./с =
2.703 * 10-11 Ки
Рад (рад)
1 рад = 100 эрг/г =
1*10-2 Дж/кг =
=1 *10-2 Гр;
1 Гр = 1 Дж/кг;
1 Гр = 1 Дж/кг =
104 эрг/г = 100 рад.
Бэр (бэр)
1 бэр = 1 рад/к =
1*10-2 Дж/кг / к =
= 1* 10-2 Гр/к =
1*10-2 Зв;
1 Зв = 1 Гр/к = 1
Дж/кг/к
=
100
рад/к=
= 100 бэр.
Бэр
в
секунду 1 бэр/с = 1 *10-2
(бэр/с)
Зв/с;
1 Зв/с = 100 бэр/с
Рентген (Р)
1 Р = 2.58*10-4
Кл/кг (точно);
1 Кл/кг = 3.88 103 Р
(приблизительно)
Загрязнение радиоактивное - присутствие радиоактивных веществ на
поверхности, внутри материала, в воздухе, в теле человека или в другом
месте, в количестве, превышающем уровни, установленные настоящими
Нормами и Правилами.
Дезактивация - удаление или снижение радиоактивного загрязнения с
какой-либо поверхности или из какой-либо среды.
Отходы радиоактивные - не предназначенные для дальнейшего
использования вещества в любом агрегатном состоянии, в которых
содержание радионуклидов превышает уровни, установленные настоящими
Нормами и Правилами.
Объект радиационный - организация, где осуществляется обращение с
техногенными источниками ионизирующего излучения.
Санитарно-защитная зона - территория вокруг источника
ионизирующего излучения, на которой уровень облучения людей в условиях
нормальной эксплуатации данного источника может превысить
установленный предел дозы облучения населения.
Зона наблюдения - территория вокруг радиационного объекта за
пределами санитарно-защитной зоны, на которой проводится радиационный
контроль.
Биологическое действие ионизирующего излучения условно можно
подразделить на:
1. первичные физико-химические процессы, возникающие в молекулах
живых клеток и окружающего их субстрата;
2. нарушения функций целого организма как следствие первичных
процессов.
Соматические (телесные) эффекты – это последствия воздействия на
самого облученного, а не на его потомство. Соматические эффекты делятся
на стохастические (вероятностные) и нестохастические.
К нестохастическим соматическим эффектам относят поражения,
вероятность возникновения и степень тяжести которых растут по мере
увеличения дозы облучения и для возникновения которых существует
дозовый порог. К таким эффектам относят, например, локальное
незлокачественное повреждение кожи (лучевой ожог), катаракта глаз
(помутнение хрусталика), повреждение половых клеток (кратковременная
или полная стерилизация) и др. Время появления максимального эффекта
также зависит от дозы: после более высоких доз он наступает раньше.
Радиационные эффекты
облучения людей
Соматические
Соматико-стохастические
Острая лучевая болезнь
Сокращение
продолжительности жизни
Хроническая лучевая
болезнь
Лейкозы (злокачественные
изменения кровообразующих
клеток)
Локальные лучевые
повреждения
Опухоли органов
Рисунок 2 Возможные последствия облучения
Генетические
Стохастическими эффектами считаются такие, для которых от дозы
зависит только вероятность возникновения, а не тяжесть и отсутствует порог.
Основными стохастическими эффектами являются канцерогенные и
генетические. Поскольку эти соматико-стохастические и генетические
эффекты облучения имеют вероятностную природу и длительный латентный
(скрытый) период, измеряемый десятками лет после облучения, они трудно
обнаруживаемы.
К соматико-стохастическим эффектам относятся злокачественные
новообразования и опухоли, индуцированные излучением. Вероятность их
появления зависит от дозы облучения и не исключается при малых дозах, так
как условно полагают, что соматико-стохастические эффекты не имеют
дозового порога.
Генетические эффекты – врожденные уродства – возникают в
результате мутаций и других нарушений в половых клеточных структурах,
ведающих наследственностью. Генетические эффекты так же, как соматикостохастические, не исключаются при малых дозах и так же условно не имеют
порога.
Выход обоих эффектов мало зависит от мощности дозы, а определяется
суммарной накопленной дозой независимо от того, получена она за 1 сут или
за 50 лет. Соматико-стохастичекие и генетические эффекты должны
учитываться при оценке ущерба в результате действий малых доз на большие
группы людей, насчитывающих сотни тысяч человек.
Нестохастические эффекты проявляются при достаточно высоком или
аварийном облучении всего тела или отдельных органов. Последствия
получения таких доз облучения изучены достаточно хорошо в ходе
медицинских экспериментов над животными, а также по результатам
облучения людей в Хиросиме и при испытаниях ядерного оружия .
Таблица Последствия облучения организма большими дозами
Характе- Доза
от
ризация естественного
дозы и фона в год
последст
вия
облучен
ия
Предель
но
допусти
мая доза
професс
иональн
ого
облучен
ия
-2
Доза, Гр (0,07-0,2)·10
2 (5)·10-2
Характе- Эритема (ожог Доза
ризация кожи)
50%
дозы и
выживан
последст
ия
вия
облучен
ия
Доза, Гр
3,0
4,0
Уровень
удвоения
генных
мутаций
Доза
оправданног
о риска в
чрезвычайн
ых
обстоятельс
твах
0,1
Эпиляция
(постоянная
стерилизаци
я)
0,25
1,0
Минимальна Катаракта,
я
постоянная
абсолютная эпиляция
смертельная
доза
5,0
6,0
Лейкомогенный уровень
(кратковрем
енная
стерилизаци
я)
7,0
Доза
возникн
овения
первичн
ой
лучевой
реакции
1,5
Некроз
кожи
15-20
Показанные в таблицах дозы и эффекты применимы к среднему
индивидууму в популяции здоровых людей, а не к какому-либо конкретному
индивидууму, реакция которого может отличаться от средней. Например, у
~1% населения может проявиться очень высокая радиочувствительность
вследствие врожденных генетических расстройств. Такой же процента
населения обладает пониженной чувствительностью к облучению.
Воздействие излучение подразделяется на внешнее и внутреннее.
Внешнее – а результате облучения внешними источниками излучения.
Внутреннее – за счет поглощения радионуклидов организмом.
Повышенная опасность радионуклидов, попавших внутрь организма,
обусловлена несколькими причинами. Одна из них – способность некоторых
нуклидов избирательно накапливаться в отдельных органах тела, называемых
критическими (например, до 30% йода накапливается в щитовидной железе,
которая составляет 0,003% массы тела), и, таким образом, отдавать свою
энергию относительно небольшому объему ткани. Другая причина –
значительная продолжительность облучения до момента выведения нуклида
из органа или уменьшения активности вследствие радиоактивного распада
нуклида.
Радиоактивные вещества проникают в организм в основном через:
органы дыхания, желудочно-кишечный тракт (ЖКТ) и через кожу или ее
повреждения. Этими путями нуклиды вначале попадают в кровь, а затем
током крови разносятся по всему телу или преимущественно в критические
органы. В некоторых случаях критическим органом становятся ЖКТ, а также
легкие.
Благодаря работе выделительной системы радионуклиды, попавшие в
организм, покидают его с течением времени. Однако биологические периоды
полувыведения нуклидов из критических органов и тканей различаются
значительно – от суток (3H(12,4лет), 14C(5730лет), 24Na (15ч)) до
(практически) бесконечности (полное усвоение: 90Sr (28,6 лет), 239Pu
(2,41∙104лет)). Существуют также свои коэффициенты усвоения различных
радионуклидов органами и тканями. По характеру распределения нуклиды в
организме отчетливо разделяются на три группы: концентрирующиеся в
костях (90Sr, 226Ra, 239Pu, 241Am(432года) и др.), в печени (144Ce, 239Pu, 241Am и
др.), вот всем теле (3H, 60Co, 106Ru, 137Cs и др.).
α-излучение
На рисунке 1 нестабильное ядро находится в процессе излучения своей
избыточной энергии за счет испускания частицы, которая является ядром
гелия и состоит из двух протонов и двух нейтронов. Эта частица называется
α-частица.
α-частицы - положительно заряженные ядра гелия, обладающие
высокой энергией.
Рис. 1. Альфа-излучение
Ионизация вещества альфа-частицей
На рисунке 2 альфа-частица проходит близко от атома. Когда αчастица проходит в непосредственной близости от электрона, она
притягивает его и может вырвать с нормальной орбиты. Атом теряет
электрон и таким образом преобразуется в положительно заряженный ион.
Так α-частицы обычно ионизируют вещество.
Рис. 2. Ионизация вещества альфа-частицей
β-излучение
β-излучение - это процесс испускания электронов непосредственно из
ядра атома. Электрон в ядре создается при распаде нейтрона на протон и
электрон. Протон остается в ядре, в то время как электрон испускается в виде
β-излучения.
Рис. 4. β-излучение
Ионизация вещества β-частицей
На рисунке 5. показан возможный ход событий, когда вылетевший из
ядра радионуклида электрон (β-частица) выбивает один из орбитальных
электронов стабильного химического элемента. Эти два электрона имеют
одинаковый электрический заряд и массу. Поэтому, встретившись,
электроны оттолкнутся друг друга, изменив свои первоначальные
направления движения.
Рис. 5. Ионизация вещества β-частицей
Когда атом теряет электрон, то он превращается в положительно
заряженный ион.
γ-излучение
γ-излучение не состоит из частиц, как α- и β-излучения. Оно, также как
свет Солнца, представляет собой электромагнитную волну (рис. 7). Гаммаизлучение это - электромагнитное (фотонное) излучение, состоящее из
гамма-квантов и испускаемое при переходе ядер из возбужденного состояния
в основное при ядерных реакциях или аннигиляции частиц. Это излучение
имеет высокую проникающую способность вследствие того, что оно
обладает значительно меньшей длиной волны, чем свет и радиоволны.
Энергия γ-излучения может достигать больших величин, а скорость
распространения γ-квантов равна скорости света. Как правило, γ-излучение
сопутствует α и β-излучениям, так как в природе практически не встречаются
атомы, излучающие только γ-кванты. γ-излучение сходно с рентгеновским
излучением, но отличается от рентгеновского излучения природой
происхождения, длиной электромагнитной волны и частотой.
Рис. 7. Испускание атомом -излучения
Ионизация вещества -излучением
-излучение, проходящее через вещество, имеет возможность
ионизировать это вещество, передавая свою энергию электронам атомов,
составляющих его. Энергия излучения постепенно уменьшается. Поскольку
-излучение не имеет никакого электрического заряда, его способность
ионизировать атомы вещества намного меньше, чем у α- и β-излучения.
Воздействие γ-излучения на вещество, приводящее к отрыву электрона от
электронной оболочки атома, изображено на рис. 8.
Риc. 8. Ионизация вещества -излучением.
Толщина материала, требуемого, чтобы уменьшить излучение в два раза называется слоем половинного ослабления.
Время, за которое распадается в среднем половина всех имеющихся радионуклидов,
называется ПЕРИОДОМ ПОЛУРАСПАДА (T1/2).
На рис. 13. проиллюстрирована связь понятий поля, дозы и
радиобиологического эффекта и единиц их измерения.
Рис. 13. Связь понятий поля, дозы, радиобиологического эффекта
и единицы их измерений