СВОЙСТВА ЯДЕРНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ

Взаимодействие ядерных излучений с веществом. При движении через вещество быстрые заряженные частицы взаимодействуют с электронными оболочками и ядрами атомов, встречающихся на пути. В результате взаимодействия быстрой заряженной частицы с электроном оболочки последний получает дополнительную энергию и переходит на одну из более удаленных от ядра оболочек или совсем покидает атом. В первом случае происходит возбуждение, во втором - ионизация атома. При прохождении вблизи атомного ядра быстрая заряженная частица испытывает торможение в его электрическом поле. Торможение заряженных частиц сопровождается испусканием квантов тормозного рентгеновского излучения. Потери энергии на испускание тормозного излучения увеличиваются с ростом энергии частиц. Особенно велики они у самых легких заряженных частиц - электронов.

Длина пробега частицы зависит от заряда, массы, начальной энергии и среды, в которой происходит движение. Длина пробега увеличивается с возрастанием начальной энергии частицы и уменьшением плотности среды. При одинаковой начальной энергии тяжелые частицы обладают меньшими скоростями, чем легкие. Медленно движущиеся частицы взаимодействуют с атомами более эффективно и быстрее растрачивают имеющийся у них запас энергии.

Бета-частицы, вылетающие из атомных ядер со всевозможными начальными энергиями (от нулевой и до некоторой максимальной), обладают различными пробегами в веществе. Проникающую способность бета-частиц различных радиоактивных изотопов обычно характеризуют минимальной толщиной слоя вещества, полностью поглощающего все бета-частицы. Например, от потока бета-частиц с максимальной энергией частиц, равной 2 МэВ, полностью защищает слой алюминия толщиной 3,5 мм.

Альфа-частицы, обладающие значительно большей массой, чем бета-частицы, при столкновениях с электронами атомных оболочек испытывают очень небольшие отклонения от первоначального направления движения и движутся почти прямолинейно. Пробеги альфа-частиц в веществе очень малы. Например, альфа-частицы с энергией 4 МэВ обладают длиной пробега в воздухе примерно в 2,5 см. В воде или в мягких тканях животных и человека, плотность которых превышает плотность воздуха примерно в 770 раз, длина пробега альфа- частиц уменьшается во столько же раз и составляет сотые доли миллиметра. Благодаря небольшой проникающей способности альфа- и бета-излучения обычно не представляют опасности при внешнем облучении. Плотная одежда может поглотить значительную часть бета-частиц и совсем не пропускает альфа-частицы. Однако при попадании внутрь человеческого организма с пищей, водой и воздухом или загрязнении радиоактивным веществом поверхности тела альфа- и бета-излучения могут причинить человеку серьезный вред.

Гамма-кванты и нейтроны не обладают электрическими зарядами и потому свободно проходят сквозь большинство встречающихся на их пути атомов. Но и для них вещество не является совершенно прозрачным. Пути пробега гамма-квантов и нейтронов в воздухе измеряются сотнями метров, в твердом веществе - десятками сантиметров и даже метрами. Гамма-кванты, как и заряженные частицы, взаимодействуют в основном с электронными оболочками атомов. При прохождении вблизи атомного ядра гамма-квант может превратиться в пару частиц электрон - позитрон. Вторичные электроны, возникающие в результате взаимодействия гамма-излучения с веществом, производят ионизацию и возбуждение атомов среды.

Проникающая способность гамма-лучей увеличивается с ростом энергии гамма-квантов и уменьшается с увеличением плотности вещества-поглотителя.

Нейтроны при движении в веществе с электронными оболочками атомов не взаимодействуют и возбуждать или ионизировать атомы не могут. При столкновении с атомными ядрами они испытывают рассеяние или вызывают ядерные реакции с выходом из ядра заряженных частиц и гамма-квантов. Таким образом, конечными результатами взаимодействия с веществом любого вида ядерного излучения являются ионизация и возбуждение атомов среды, а иногда, при осуществлении ядерных реакций, и образование новых элементов или изотопов.

Гамма-лучи и потоки нейтронов - наиболее проникающие виды ионизирующих излучений, поэтому при внешнем облучении они представляют для человека наибольшую опасность.

Доза ионизирующего излучения. Мерой воздействия любого вида ядерного излучения на вещество является поглощенная доза излучения. Доза излучения есть отношение энергии, переданной ионизирующим излучением веществу, к массе вещества.

Единица поглощенной дозы получила название грэй (Гр):

Используется и единица рад: 1 рад = 0,01 Гр.

Биологическое действие ионизирующих излучений. Физическое воздействие ионизирующей радиации любого вида на ткани живого организма заключается в процессах возбуждения и ионизации атомов и молекул среды. Возбужденные атомы и ионы обладают высокой химической активностью; поэтому в клетках организма появляются новые химические соединения, чуждые здоровому организму. Под действием ионизирующей радиации разрушаются отдельные сложные молекулы и элементы клеточных структур. Лучевое поражение, нанесенное при небольшой дозе облучения, живой организм может перенести легко, без каких-либо болезненных симптомов; большие дозы облучения могут привести к серьезному заболеванию или к смерти.

Современные методы медицинского обследования позволяют обнаружить признаки лучевого поражения организма при дозах рентгеновского или гамма-излучения, превышающих 0,25 Гр (25 рад). Дозы общего облучения человека в 2 Гр (200 рад) приводят к лучевой болезни, дозы в 7-8 Гр (700-800 рад) и более почти всегда смертельны.

Многолетняя практика работы с источниками ионизирующих излучений в исследовательских лабораториях и использования ядерных излучений и рентгеновских лучей в медицине позволила установить предельно допустимую дозу общего облучения человеческого организма, не причиняющего ему никакого заметного вреда. По современным данным, такой дозой рентгеновского или гамма-излучения является доза в 0,05 Гр в год (5 рад в год).

При одном рентгеновском обследовании доза облучения человека в несколько раз меньше допустимой дозы.

Хотя малые дозы облучения не вызывают каких-либо изменений в человеческом организме, обнаруживаемых современными методами, их действие не является совершенно безвредным. В результате действия ионизирующих излучений на организм человека увеличивается вероятность некоторых заболеваний, возрастает вероятность повреждения клеток, несущих генетическую информацию. Поэтому общим правилом при работе с радиоактивными изотопами и другими источниками ионизирующей радиации является сведение уровня облучения человека к возможному минимуму.