Ионизирующее излучение
Ионизирующим излучением называется излучение, взаимодействие которого с веществом приводит к образованию в этом веществе ионов разного знака. Ионизирующее излучение состоит из заряженных и незаряженных частиц, к которым относятся также фотоны. Энергию частиц ионизирующего излучения измеряют во внесистемных единицах — электрон-вольтах, эВ. 1эВ = 1,6 
10-19 Дж.
Различают корпускулярное и фотонное ионизирующее излучение
Корпускулярное ионизирующее излучение — поток элементарных частиц с массой покоя, отличной от нуля, образующихся при радиоактивном распаде, ядерных превращениях, либо генерируемых на ускорителях. К нему относятся: α- и β-частицы, нейтроны (n), протоны (р) и др.
α-излучение — это поток частиц, являющихся ядрами атома гелия и обладающих двумя единицами заряда. Энергия α-частиц, испускаемых различными радионуклидами, лежит в пределах 2-8 МэВ. При этом все ядра данного радионуклида испускают α-частицы, обладающие одной и той же энергией.
β-излучение — это поток электронов или позитронов. При распаде ядер β-активного радионуклида, в отличие от α-распада, различные ядра данного радионуклида испускают β-частицы различной энергии, поэтому энергетический спектр β-частиц непрерывен. Средняя энергия β-спектра составляет примерно 0,3 Етах. Максимальная энергия β-частиц у известных в настоящее время радионуклидов может достигать 3,0-3,5 МэВ.
Нейтроны (нейтронное излучение) — нейтральные элементарные частицы. Поскольку нейтроны не имеют электрического заряда, при прохождении через вещество они взаимодействуют только с ядрами атомов. В результате этих процессов образуются либо заряженные частицы (ядра отдачи, протоны, нейтроны), либо g-излучение, вызывающие ионизацию. По характеру взаимодействия со средой, зависящему от уровня энергии нейтронов, они условно разделены на 4 группы:
1) тепловые нейтроны 0,0-0,5 кэВ;
2) промежуточные нейтроны 0,5-200 кэВ;
3) быстрые нейтроны 200 Кэв — 20 Мэв;
4) релятивистские нейтроны свыше 20 МэВ.
Фотонное излучение — поток электромагнитных колебаний, которые распространяются в вакууме с постоянной скоростью 300000 км/с. К нему относятся g-излучение, характеристическое, тормозное и рентгеновское излучение.
Обладая одной и той же природой, эти виды электромагнитных излучений различаются условиями образования, а также свойствами: длиной волны и энергией.
Так, g-излучение испускается при ядерных превращениях или при аннигиляции частиц.
Характеристическое излучение — фотонное излучение с дискретным спектром, испускаемое при изменении энергетического состояния атома, обусловленного перестройкой внутренних электронных оболочек.
Тормозное излучение — связано с изменением кинетической энергии заряженных частиц, имеет непрерывный спектр и возникает в среде, окружающей источник β-излучения, в рентгеновских трубках, в ускорителях электронов и т. п.
Рентгеновское излучение — совокупность тормозного и характеристического излучений, диапазон энергии фотонов которых составляет 1 кэВ – 1 МэВ.
Излучения характеризуются по их ионизирующей и проникающей способности.
Ионизирующая способность излучения определяется удельной ионизацией, т. е. числом пар ионов, создаваемых частицей в единице объема массы среды или на единице длины пути. Излучения различных видов обладают различной ионизирующей способностью.
Проникающая способность излучений определяется величиной пробега. Пробегом называется путь, пройденный частицей в веществе до ее полной остановки, обусловленной тем или иным видом взаимодействия.
α-частицы обладают наибольшей ионизирующей способностью и наименьшей проникающей способностью. Их удельная ионизация изменяется от 25 до 60 тыс. пар ионов на 1 см пути в воздухе. Длина пробега этих частиц в воздухе составляет несколько сантиметров, а в мягкой биологической ткани — несколько десятков микрон.
β-излучение имеет существенно меньшую ионизирующую способность и большую проникающую способность. Средняя величина удельной ионизации в воздухе составляет около 100 пар ионов на 1 см пути, а максимальный пробег достигает нескольких метров при больших энергиях.
Наименьшей ионизирующей способностью и наибольшей проникающей способностью обладают фотонные излучения. Во всех процессах взаимодействия электромагнитного излучения со средой часть энергии преобразуется в кинетическую энергию вторичных электронов, которые, проходя через вещество, производят ионизацию. Прохождение фотонного излучения через вещество вообще не может быть охарактеризовано понятием пробега. Ослабление потока электромагнитного излучения в веществе подчиняется экспоненциальному закону и характеризуется коэффициентом ослабления р., который зависит от энергии излучения и свойств вещества. Но какой бы ни была толщина слоя вещества, нельзя полностью поглотить поток фотонного излучения, а можно только ослабить его интенсивность в любое число раз.
В этом существенное отличие характера ослабления фотонного излучения от ослабления заряженных частиц, для которых существует минимальная толщина слоя вещества-поглотителя (пробег), где происходит полное поглощение потока заряженных частиц.
Биологическое действие ионизирующих излучений. Под воздействием ионизирующего излучения на организм человека в тканях могут происходить сложные физические и биологические процессы. В результате ионизации живой ткани происходит разрыв молекулярных связей и изменение химической структуры различных соединений, что в свою очередь приводит к гибели клеток.
Еще более существенную роль в формировании биологических последствий играют продукты радиолиза воды, которая составляет 60-70% массы биологической ткани. Под действием ионизирующего излучения на воду образуются свободные радикалы Н·и ОН·, а в присутствии кислорода также свободный радикал гидропероксида (НО·2) и пероксида водорода (Н2O2), являющиеся сильными окислителями. Продукты радиолиза вступают в химические реакции с молекулами тканей, образуя соединения, не свойственные здоровому организму. Это приводит к нарушению отдельных функций или систем, а также жизнедеятельности организма в целом.
Интенсивность химических реакций, индуцированных свободными радикалами, повышается, и в них вовлекаются многие сотни и тысячи молекул, не затронутых облучением. В этом состоит специфика действия ионизирующего излучения на биологические объекты, то есть производимый излучением эффект обусловлен не столько количеством поглощенной энергии в облучаемом объекте, сколько той формой, в которой эта энергия передается. Никакой другой вид энергии (тепловой, электрической и др.), поглощенной биологическим объектом в том же количестве, не приводит к таким изменениям, какие вызывают ионизирующие излучения.
Ионизирующая радиация при воздействии на организм человека может вызвать два вида эффектов, которые клинической медициной относятся к болезням: детерминированные пороговые эффекты (лучевая болезнь, лучевой ожог, лучевая катаракта, лучевое бесплодие, аномалии в развитии плода и др.) и стохастические (вероятностные) беспороговые эффекты (злокачественные опухоли, лейкозы, наследственные болезни).
Скачать реферат