2. Šta karakteriše koeficijent relativne biološke aktivnosti (koeficijent kvaliteta)?

3. Definirajte ekvivalentnu dozu apsorbiranog zračenja. U kojim jedinicama se mjeri?

4. Koja je vrsta jonizujućeg zračenja prirodna radijaciona pozadina? Koja je prosječna vrijednost ekvivalentne doze apsorbiranog zračenja zbog prirodne radijacijske pozadine?

5. Opišite procentualni doprinos različitih izvora jonizujućeg zračenja prirodnoj radijacijskoj pozadini.

Radioaktivnost: radioaktivni raspad, nuklearna fisija atoma

Radioaktivnost- radioaktivni raspad, cijepanje jezgara atoma, bilo koje radioaktivne (ili nuklearne) transformacije - to je sposobnost jezgara atoma različitih hemijski elementi razgrađuju, mijenjaju emisijom atomskih i subatomskih čestica visoke energije. U ogromnoj većini slučajeva, jezgra atoma (a samim tim i sami atomi) nekih hemijskih elemenata pretvaraju se u jezgra atoma (u atome) drugih hemijskih elemenata, ili (barem) jedan izotop hemijskog elementa se pretvara u drugi izotop istog elementa.

Odnosno, radioaktivne transformacije su transformacije atoma nekih kemijskih elemenata (izotopa) u atome drugih elemenata (izotopa).

Trenutno su poznati kako prirodni (prirodni, izvorno postojeći u prirodi) radionuklidi - NRN (radioaktivni elementi i izotopi), tako i veliki broj umjetnih (tehnogenih).

Ukupan broj poznatih prirodnih radionuklida dostiže 300. Ali broj praktične važnosti, koji igra značajnu ulogu u prirodi, među njima je mali - ne više od desetak. Da ih prebrojimo, u principu, dovoljno je prstiju na dvije ruke.

Postoji mnogo više vještačkih radioaktivnih izotopa, na hiljade ih je dobijeno. U mnogim hemijskim elementima njihov broj je mnogo veći od 10. Osim toga, dobijeni su novi, ranije nepoznati i odsutni u prirodi, radioaktivni elementi, koji uopće nemaju stabilne izotope. Naročito veliki broj novih radioaktivnih izotopa i elemenata koji nisu dostupni u prirodi pojavio se nakon stvaranja nuklearnih reaktora i testova nuklearne bombe. O njima ćemo govoriti u nastavku. Do danas je poznato oko 2000 vještačkih radionuklida.

Radioaktivne (nuklearne) transformacije mogu biti prirodne, spontane (spontane) i umjetne,

Kao što znate, svaki atom se sastoji od jezgra i elektrona koji se kreću oko njega. Jezgro se sastoji od pozitivno nabijenih čestica - protona i beznabijenih (neutralnih čestica) - neutrona. Koliko je protona u jezgru, toliko se elektrona kreće (rotira) oko jezgra. Isti broj je jednak broju elementa u tabeli D.I. Mendeljejev.

Hemijska svojstva atoma datog hemijskog elementa određena su brojem protona u jezgru i, shodno tome, brojem elektrona. Broj neutrona po Hemijska svojstva ne utiče i može varirati. Dakle, atomi istog hemijskog elementa mogu imati različite težine: broj protona je isti, ali je broj neutrona različit. Ove vrste atoma nazivaju se izotopi.

Atomi (elementi, izotopi) čija jezgra su podložna radioaktivnom raspadu ili drugim radioaktivnim transformacijama nazivaju se radioaktivni. Termini radioaktivni atomi (elementi, izotopi), radionuklidi, radioizotopi su sinonimi.

Sve vrste spontanih (spontanih) radioaktivnih transformacija su slučajni, statistički procesi.

Sve vrste radioaktivnih transformacija praćene su, u pravilu, s rijetkim izuzecima, oslobađanjem viška energije iz jezgre atoma u obliku elektromagnetnog zračenja - gama zračenja. Gama zračenje je tok gama kvanta (gama kvanta) - dijelova energije (kvant je dio) koji imaju veliku energiju i moć prodiranja.

Osim toga, radioaktivne transformacije mogu biti praćene oslobađanjem rendgenskih zraka. Rendgenski snimci su takođe elektromagnetno zračenje, ovo je također tok čestica (dio energije) - fotona - obično sa manje energije. Jedino "rodno mjesto" rendgenskih zraka nije jezgro, već elektronske ljuske. Glavni tok rendgenskog zračenja nastaje u supstanci kada "radioaktivne čestice" prolaze kroz nju.

Postoje dvije glavne vrste radioaktivnih transformacija, dvije vrlo različite fizički proces(fenomeni): radioaktivni raspad i fisija atomskih jezgara.

Izotopi su varijeteti atoma istog hemijskog elementa, koji se razlikuju samo po broju neutrona u jezgru, a time i po svojoj težini.

Čak i prvi u periodnom sistemu i najlakši atom - vodik, u čijem jezgru postoji samo jedan proton (i jedan elektron se okreće oko njega), ima tri izotopa. Prvi je obični vodonik, ili protij, čije se jezgro sastoji samo od protona; njegova atomska težina je jedan, hemijski simbol je H (ili H-1). Drugi je deuterijum, ili teški vodonik, čije se jezgro sastoji od jednog protona i jednog neutrona; atomska težina - dva, hemijski simbol D (ili H-2). I tricijum, u čijem jezgru se nalazi jedan proton i dva neutrona; atomska težina - tri, hemijski simbol T (ili H-3).

Prva dva izotopa su stabilna, a treći - tricijum - je radioaktivan.

Velika većina prirodno(prvobitno dostupni i dostupni u prirodi) izotopi su stabilni. Ali ima i radioaktivnih. To su prirodni radionuklidi (NRN). Nema ih mnogo.

Osim radioaktivnih izotopa, postoje i radioaktivni elementi. To su oni u kojima uopće nema stabilnih izotopa – svi izotopi su radioaktivni. To su prirodni elementi: uranijum, torijum i proizvodi njihovih transformacija (raspada) - radijum, radon, polonijum i neki drugi, do i uključujući struka.

I među vještački uopšte nema izotopa i stabilnih elemenata. Svi umjetni izotopi i elementi su radioaktivni. To su umjetni izotopi svih dugo poznatih i prirodnih elemenata, i vještačkih elemenata, koji u prirodi nije postojao prije pojave nuklearne energije. Potonji, prije svega, uključuju transuranijeve aktinide, kao i sve naredne elemente 7. perioda periodnog sistema.

radioaktivnog raspada

radioaktivnog raspada- to je emisija, izbacivanje velikom brzinom iz jezgara atoma "elementarnih" (atomskih, subatomskih) čestica, koje se obično nazivaju radioaktivne čestice ili radioaktivno zračenje. U ovom slučaju, kao što je već pomenuto, u ogromnoj većini slučajeva, jezgro atoma (a samim tim i sam atom) jednog hemijskog elementa pretvara se u jezgro atoma (u atom) drugog hemijskog elementa; ili se jedan izotop datog hemijskog elementa transformiše u drugi izotop istog elementa.

Radioaktivni raspad, kao i sve druge vrste radioaktivnih transformacija, može biti prirodan (spontani, spontani) i vještački, uzrokovan prodiranjem čestice izvana u jezgro stabilnog atoma.

Za prirodne (prirodne) radionuklide, glavni tipovi radioaktivnog raspada su alfa i beta minus raspad (iako postoje i drugi). Imena alfa i beta dao je Ernest Rutherford 1900. dok je proučavao radioaktivno zračenje.

Za umjetne (tehnogene) radionuklide, osim toga, karakteristični su i neutronski, protonski, pozitronski (beta-plus) i rjeđi tipovi raspada i nuklearnih transformacija (mezon, K-capture, izomerni prijelaz, "splitting" itd.).

Alfa raspad

Alfa raspad (alfa raspad) je karakteristična vrsta radioaktivnog raspada za prirodne radioaktivne elemente šestog i sedmog perioda periodnog sistema D. I. Mendeljejeva (uranijum, torij i proizvodi njihovog raspada do i uključujući bizmut) a posebno za veštačke - transuranijum - elementi. To jest, pojedini izotopi svih teških elemenata, počevši od bizmuta, podliježu ovoj vrsti raspadanja.

Alfa raspad- ovo je emisija iz jezgra atoma alfa čestice (alfa čestice), koja se sastoji od 2 protona i 2 neutrona. Alfa čestica ima masu od 4 jedinice, naboj od +2 i jezgro je atoma helija.

Kao rezultat emisije alfa čestice nastaje novi element, koji se nalazi 2 ćelije lijevo u periodnom sistemu, budući da broj protona u jezgru, a time i nuklearni naboj i broj elementa, imaju postati dvije jedinice manje. A masa rezultirajućeg izotopa je 4 jedinice manja.

Na primjer, alfa raspad uranijuma uvijek proizvodi torij, alfa raspad torijuma uvijek proizvodi radijum, raspad radijuma uvijek proizvodi radon, zatim polonijum i na kraju olovo. U ovom slučaju, torijum-234 nastaje iz specifičnog izotopa uranijuma-238, zatim radijuma-230, radona-226 itd.

Radioaktivni raspad je izbacivanje čestice iz jezgra atoma, uslijed čega se atom jednog kemijskog elementa (izotopa) pretvara u atom drugog elementa (izotopa).

alfa raspad je izbacivanje (emisija) alfa čestice iz jezgra atoma.

alfa čestica je 2 protona i 2 neutrona, odnosno jezgro atoma helijuma mase 4 jedinice i naboja od +2.

Brzina alfa čestice kada napusti jezgro je od 12.000 do 20.000 km/s.

U vakuumu bi alfa čestica mogla obići globus na ekvatoru za 2 sekunde.

beta raspad

beta raspad(beta raspad) - najčešći tip radioaktivnog raspada (i radioaktivnih transformacija općenito), posebno među umjetnim radionuklidima. Primjećuje se u gotovo svim danas poznatim hemijskim elementima. To znači da svaki hemijski element ima najmanje jedan beta-aktivan, odnosno beta-raspadni izotop. U ovom slučaju najčešće dolazi do beta-minus raspadanja.

beta minus raspad(beta-) je izbacivanje (emisija) iz jezgra beta-minus čestice - elektrona, koja je nastala kao rezultat spontane transformacije jednog od neutrona u proton i elektron. U ovom slučaju, teški proton ostaje u jezgru, a laki elektron - beta-minus čestica - izleti iz jezgra velikom brzinom. A pošto je u jezgru još jedan proton, jezgro ovog elementa se pretvara u jezgro susjednog elementa s desne strane - s većim brojem.

Tako, na primjer, tokom beta-minus raspadanja, radioaktivni izotop kalija - kalij-40 - pretvara se u stabilan izotop kalcija (koji stoji u sljedećoj ćeliji desno) - kalcijum-40. A radioaktivni kalcijum-47 - u skandijum-47 (takođe radioaktivan) desno od njega, koji se, zauzvrat, takođe pretvara u stabilni titan-47 beta-minus raspadom.

Ime beta čestica sačuvano je kroz istoriju. Razlika između beta-minus čestice i običnog elektrona je samo u "mjestu rođenja": jezgri atoma, a ne u elektronskim omotačima oko jezgra, kao i u brzini (energiji) bijega. Brzina beta čestice je 9/10 brzine svjetlosti, odnosno 270.000 km/sec.

Prirodnih beta-aktivnih radionuklida nema mnogo. A među značajnim još manje. To uključuje, prije svega, kalij-40 (T 1/2 \u003d 1,3 10 9 godina), iako sadrži samo 0,0119% u prirodnoj mješavini izotopa kalija.

Pored K-40, svi proizvodi raspada uranijuma i torijuma su takođe značajni prirodni beta-minus-aktivni radionuklidi.

Činjenica je da se, na primjer, torijum-234, koji nastaje tokom alfa raspadanja, pretvara u protaktinijum-234, koji opet na sličan način ponovo u uranijum, ali u drugi izotop - uranijum-234. I uran-234 (opet alfa raspadom) - opet u torijum, ali već u torijum-230. Dalje, torijum-230 alfa raspadom - u radijum-226, radijum - u radon.

Dakle, K-40 i svi elementi od talijuma do uranijuma mogu se pripisati značajnim prirodnim beta-minus aktivnim radionuklidima.

beta plus raspad(- ovo je izbacivanje (emisija) iz jezgra beta-plus čestice - pozitrona (pozitivno nabijenog "elektrona"), koji je nastao kao rezultat spontane transformacije jednog od protona u neutron i Kao rezultat toga (s obzirom da ima manje protona), ovaj element se okreće susedno levo (sa manjim brojem, prethodni).

Tako, na primjer, tokom beta-plus raspada, radioaktivni izotop magnezija magnezijum-23 pretvara se u stabilan izotop natrijuma (lijevo) - natrijum-23, a radioaktivni izotop europijuma europijum-150 pretvara se u stabilan izotop samarija - samarijum-150.

beta raspad je emisija beta ili beta + čestica, odnosno običnih elektrona sa nabojem od -1 (e -) ili pozitrona - "elektrona" sa nabojem od +1 (e +).

Brzina izlaska beta čestica iz jezgra je 9/10 brzine svjetlosti - 270.000 km/sec.

Druge vrste radioaktivnog raspada

Pored ovih alfa i beta raspada, postoje i druge vrste radioaktivnog raspada koje su manje uobičajene i karakterističnije za umjetne radionuklide.

neutronski raspad- emisija iz jezgra atoma neutrona (n) - neutralne čestice mase 1 jedinice. Kada se emituje neutron, jedan izotop datog hemijskog elementa pretvara se u drugi sa manjom težinom. Tako, na primjer, tokom raspada neutrona, radioaktivni izotop litijum-litijum-9 pretvara se u litijum-8, radioaktivni helijum-5 u stabilni helijum-4.

Ako se stabilni izotop joda jod-127 ozrači gama kvantima, on postaje radioaktivan, emituje neutron i pretvara se u drugi, također radioaktivni izotop jod-126.

protonski raspad- izuzetno rijedak tip raspada je emisija protona (p) iz jezgra atoma - čestice mase 1 jedinice. i naplatite +1. Kada se emituje proton, ovaj hemijski element se pretvara u susjedni s lijeve strane (s manjim brojem, prethodni), a atomska težina se smanjuje za jedan.

Kao što je već spomenuto, sve radioaktivne transformacije, uključujući sve vrste radioaktivnog raspada, u pravilu su, uz rijetke izuzetke, praćene oslobađanjem viška energije u obliku gama zračenja - gama kvanta, a ponekad i rendgenskog zračenja ( fotoni) sa manje energije.

Gama zračenje- ovo je fluks gama zraka, ovo je elektromagnetno zračenje, "tvrđe" od običnih medicinskih rendgenskih zraka.

Istorijski se očuvao naziv "gama zračenje". Razlika između gama zračenja i rendgenskih zraka (kao u slučaju b-zračenja) je također samo u "mjestu rođenja": jezgri atoma, a ne ljusci elektrona.

gama zračenje - elektromagnetno zračenje, "tvrđe" od konvencionalnih rendgenskih zraka.

gama zraci su elektromagnetne čestice- porcije energije.

"Mjesto rođenja" gama kvanta je jezgro atoma.

Rentgensko zračenje je također elektromagnetno zračenje, ali "rodno mjesto" rendgenskog zračenja su elektronske ljuske atoma.

Glavne karakteristike radioaktivnog raspada

Sve vrste spontanih (spontanih) radioaktivnih transformacija (i raspad i fisija) su slučajni, statistički procesi.

Sve vrste spontanog radioaktivnog raspada karakteriše životni vek radionuklida i njegova aktivnost, odnosno brzina raspadanja. Pokazatelj životnog vijeka radionuklida, brzina njegovog raspada je vrijeme poluraspada. Koristi se i radioaktivna konstanta ili konstanta (konstanta) raspada.

Poluživot(T 1/2) - vrijeme u kojem se polovina radioaktivnih atoma raspada i njihov broj se smanjuje za 2 puta. Vrijeme poluraspada svih radionuklida je različito - od djelića sekunde (kratkoživi radionuklidi) do milijardi godina (dugovječni).

Aktivnost- ovo je broj radnji raspada (u opštem slučaju radnje radioaktivnih, nuklearnih transformacija) po jedinici vremena (obično po sekundi). Jedinice aktivnosti su bekerel i kiri.

becquerel(Bq) je jedan čin raspadanja u sekundi (1 raspad/sek). Jedinica je dobila ime po francuskom fizičaru, laureatu nobelova nagrada Antoine Henri Becquerel.

Curie(Ki) - 3,7 10 10 Bq (disperzija/sek). Ova jedinica je nastala istorijski: 1 gram radijuma-226 u ravnoteži sa ćerkim produktima raspadanja ima takvu aktivnost. Upravo su sa radijumom-226 dugo godina radili dobitnici Nobelove nagrade, francuski naučnici Pjer Kiri i Marija Sklodovska-Kuri.

Višestruke jedinice za bekerel su hiljade (kilobekerel, kBq), milion (megabekerel, MBq) i milijarda (gigabekerel, GBq).

Jedinice razlomaka za kirije su tisućinke kirija - milikurije (mCi) i dijelovi na milion - mikrokurije (mcCi, mCi):

1 mCi = 3,7 x 10 7 Bq; 1 μCi \u003d 3,7 x 10 4 Bq.

Postoji koncept "specifične aktivnosti" (težina ili zapremina) - to je aktivnost jedinice mase (težine) ili zapremine supstance. Ili, preciznije, aktivnost radionuklida (ili mješavine radionuklida) po jedinici težine ili zapremine supstance. Ponekad se koristi površinska aktivnost: Bq ili Ki po m 2 ili km 2

Okvirno se može smatrati da se aktivnost male količine (grama) i/ili sa malom početnom aktivnošću (mCi; μCi) radionuklida smanjuje na praktički siguran nivo (ponekad gotovo na nulu) nakon 10 poluraspada. Za to vrijeme se broj radioaktivnih atoma, a time i činovi raspada, odnosno aktivnosti, smanjuju za 2 10 = 1024 puta.

Radioaktivna konstanta(konstanta ili konstanta raspada) l je udio atoma koji se raspadne u 1 sekundi.

l \u003d 0,693 / T 1/2 (sek -1), gdje je

0,693 je ln 2 iz zakona radioaktivnog raspada N t \u003d N 0 x e -lt, gdje je

N 0 i N t su broj radioaktivnih atoma u početnom (nultom) vremenu i broj preostalih atoma do vremena t;

t - vrijeme u sekundama.

Pošto se za vrijeme jednako jednom periodu poluraspada, broj radioaktivnih atoma smanjuje za polovicu, tada pri t = T 1/2 imamo: N t = N 0 /2: e -lt = 1/2; e -lt \u003d 2 (gdje je t = T 1/2) i kao rezultat ln2 = l x T 1/2

Glavne karakteristike jonizujućeg zračenja. Prodorna moć zračenja

Sve atomske i subatomske čestice koje se emituju iz jezgra atoma tokom radioaktivnog raspada: alfa, beta, n, p, gama itd. - nazivaju se radioaktivnim česticama, radioaktivnim ili jonizujućim zračenjem (II), jer sve one pri prolasku stvar:

• - prvo dovode do njegove ionizacije, do stvaranja vrućih (visokoenergetskih) i izuzetno reaktivnih čestica: jona i slobodnih radikala (fragmenata molekula koji nemaju naboj) i
• - drugo, mogu dovesti do aktivacije (aktivacije) neke supstance, do pojave takozvane indukovane aktivnosti, odnosno do transformacije stabilnih atoma u radioaktivne - pojave radionuklida aktivacionog porekla.

Stoga su glavne karakteristike AI energija čestica, njihov domet u različitim medijima ili moć prodiranja, kao i njihova jonizujuća moć (posebno u smislu opasnosti za biološke objekte).

Energija čestica se mjeri u elektron voltima (eV). Elektron volt je energija koju elektron dobije pod uticajem električnog polja sa potencijalnom razlikom (naponom) od 1 volta.

1 ev = 1,6 x 10 -12 erg = 1,6 x 10 -19 džula = 3,83 x 10 -20 kalorija

Stvarna energija AI čestica varira u širokom rasponu i obično iznosi hiljade i milione eV, stoga se izražava u kilo- i mega-elektron-voltima (keV i MeV).

1 kiloelektron volt (keV) = 10 3 eV.

1 megaelektron volt (MeV) = 10 6 eV.

Raspon alfa čestica

U bilo kojem mediju, alfa čestice velike mase (4 atomske jedinice), naboja (+2) i energije kreću se pravolinijski. Zato kažu o rasponu alfa čestica.

Energija alfa čestica tokom prirodnog raspada je 4?9 MeV, brzina bijega je 12?20 hiljada km/sec.

Raspon alfa čestica ovisi o početnoj energiji i obično se kreće od 3 do 7 (rijetko do 13) cm u zraku, au gustim medijima iznosi stoti dio mm (u staklu - 0,04 mm). alfa zračenje ne prodire u list papira i ljudsku kožu.

Zbog svoje mase i naboja, alfa čestice imaju najveću ionizirajuću moć, uništavajući sve na svom putu. Stoga su alfa-aktivni radionuklidi najopasniji za ljude i životinje kada se progutaju.

Prodorna moć beta čestica

Zbog male mase (1836 puta manja od mase protona) naboja (-1) i veličine beta čestica slabije djeluju sa tvari kroz koju moraju letjeti, ali lete dalje . Istovremeno, put beta čestice u supstanci nije jednostavan. Stoga govore o njihovoj prodornoj sposobnosti, koja zavisi i od energije.

Probojna moć beta čestica koje nastaju tokom radioaktivnog raspada u vazduhu dostiže 2-3 m, u vodi i drugim tečnostima meri se u centimetrima, u čvrste materije- frakcije cm Beta zračenje prodire u tkiva tela do dubine od 1-2 cm Dobra zaštita od beta zračenja je sloj vode od nekoliko (do 10) cm potpuno apsorbovan slojevima: vazduh - 4 m ; aluminijum - 2,16 cm; gvožđe - 7,55 mm; olovo - 5,18 mm.

Zbog svoje male veličine, mase i naboja, beta čestice imaju mnogo manju jonizacijsku sposobnost od alfa čestica, ali je prirodno da su beta-aktivni izotopi također mnogo opasniji kada uđu unutra nego kada su izloženi vanjskom zračenju.

Višestrukost slabljenja n- i gama zračenja

Najprodorniji tipovi zračenja su neutronsko i gama. Njihov domet u vazduhu može doseći desetine i stotine metara (takođe u zavisnosti od energije), ali sa manjim jonizujućim kapacitetom.

Za većinu izotopa energija gama zraka ne prelazi 1?3 MeV, iako vrlo rijetko može dostići velike vrijednosti - 6?7 MeV. Stoga se kao zaštita od n- i gama zračenja koriste debeli slojevi betona, olova, čelika itd., a već je riječ o omjeri slabljenja.

Dakle, za 10-struko slabljenje gama zračenja kobalta-60 (E = 1,17 i 1,33 MeV) potreban je olovni štit debljine oko 5 cm, a za 100-struko slabljenje - 9,5 cm; zaštita betona bi trebala biti oko 33 i 55 cm, a debljina sloja vode - 70 i 115 cm.

Jonizujuća moć neutrona u velikoj mjeri ovisi o njihovoj energiji.

U svakom slučaju, treba imati na umu da je najracionalnija "zaštita" od bilo kojeg zračenja najveća moguća udaljenost od izvora zračenja (naravno, u razumnim granicama) i najkraći mogući boravak u zoni pojačanog zračenja.

atomska fisija

Fisija jezgara atoma je spontano, ili pod dejstvom neutrona, cepanje jezgra atoma na 2 približno jednaka dela, na dva "fragmenta".

Krhotine su dvije radioaktivni izotop elementi središnjeg dijela tabele D. I. Mendeljejeva, približno od bakra do sredine lantanidnih elemenata (samarijum, europijum).

Tokom fisije emituju se 2-3 dodatna neutrona i oslobađa se višak energije u obliku gama kvanta, mnogo više nego tokom radioaktivnog raspada. Ako jedan akt radioaktivnog raspada obično čini jedan gama-kvant, onda za 1 akt fisije dolazi 8-10 gama-kvanta! Osim toga, leteći fragmenti imaju veliku kinetička energija(brzina), koja se pretvara u toplotu.

Emitirani neutroni mogu uzrokovati fisiju dvije ili tri slične jezgre ako su u blizini i ako ih neutroni pogode.

Tako postaje moguće provesti grananje, ubrzavajući lančanu reakciju fisije atomskih jezgri uz oslobađanje ogromne količine energije.

Ako a lančana reakcija držati pod kontrolom, upravljati njegovim razvojem, spriječiti njegovo ubrzanje i stalno uklanjati oslobođenu energiju (toplotu), tada se ta energija ("atomska energija") može koristiti ili za grijanje ili za proizvodnju električne energije. To se provodi u nuklearnim reaktorima, u nuklearnim elektranama.

Ako se dozvoli da se lančana reakcija nekontrolirano razvija, tada će doći do atomske (nuklearne) eksplozije. To je već nuklearno oružje.

U prirodi postoji samo jedan hemijski element - uranijum, koji ima samo jedan fisijski izotop - uranijum-235. to uranijum za oružje. A ovaj izotop u prirodnom uranijumu je 0,7%, odnosno samo 7 kg po toni! Preostalih 99,3% (993 kg po toni) je nefisilni izotop - uranijum-238. Postoji, međutim, još jedan izotop - uranijum-234, ali on je samo 0,006% (60 grama po toni).

Ali u običnom nuklearnom reaktoru uranijuma, iz nefisijskog („neoružajnog”) uranijuma-238, pod djelovanjem neutrona (neutronska aktivacija!) nastaje novi izotop urana - uran-239, a iz njega ( dvostrukim beta-minus raspadom) - novi, umjetni, prirodni element plutonij. U ovom slučaju odmah se formira fisijski izotop plutonijuma - plu-tonijum-239. to plutonijum za oružje.

Fisija atomskih jezgara je suština, osnova atomskog oružja i atomske energije.

Kritična masa je količina izotopa oružja pri kojoj neutroni oslobođeni prilikom spontane fisije jezgara ne izlete, već padaju u susjedna jezgra i uzrokuju njihovu umjetnu fisiju.

Kritična masa metalnog uranijuma-235 je ºC 52 kg. Ovo je lopta prečnika 18 cm.

Kritična masa metalnog plutonijuma-239 je ÂC 11 kg (a prema nekim publikacijama - 9 ili čak 6 kg). Ovo je lopta prečnika oko 9-10 cm.

Dakle, sada čovječanstvo ima dva fisijska izotopa za oružje: uranijum-235 i plutonijum-239. Jedina razlika između njih je u tome što je uran, prvo, pogodniji za upotrebu u nuklearnoj energiji: omogućava vam da kontrolišete njegovu lančanu reakciju, a drugo, manje je efikasan za nekontrolisanu lančanu reakciju - atomska eksplozija: ima nižu stopu spontane nuklearne fisije i veću kritičnu masu. A plutonijum za oružje je, naprotiv, pogodniji za nuklearno oružje: ima visoku stopu spontane nuklearne fisije i mnogo nižu kritičnu masu. Plutonijum-239 ne dozvoljava pouzdanu kontrolu njegove lančane reakcije i stoga još nije našao široku primenu u nuklearnoj energetici, u nuklearnim reaktorima.

Zato su svi problemi s uranijumom za oružje riješeni za nekoliko godina, a pokušaji korištenja plutonijuma u nuklearnoj energiji traju do danas - više od 60 godina.

Dakle, dvije godine nakon otkrića fisije uranijuma, lansiran je prvi nuklearni reaktor na svijetu uranijuma (decembar 1942., Enrico Fermi, SAD), a dvije i po godine kasnije (1945.) Amerikanci su detonirali prvu uranijsku bombu.

A sa plutonijumom... Prva plutonijumska bomba je detonirana 1945. godine, odnosno otprilike četiri godine nakon njenog otkrića kao hemijskog elementa i otkrića njegove fisije. Štaviše, za to je bilo potrebno prvo izgraditi uranijumski nuklearni reaktor, proizvesti plutonijum u ovom reaktoru iz uranijuma-238, zatim ga odvojiti od ozračenog uranijuma, dobro proučiti njegova svojstva i napraviti bombu. Razvijen, izoliran, proizveden. Ali razgovori o mogućnosti korištenja plutonijuma kao nuklearnog goriva u plutonijumskim nuklearnim reaktorima su ostali razgovori, i tako su ostali više od 60 godina.

Proces fisije se može okarakterisati kao "poluperiod".

Po prvi put su periode poluraspada procijenili K. A. Petrzhak i G. I. Flerov 1940. godine.

I za uranijum i za plutonijum, oni su izuzetno veliki. Dakle, prema različitim procenama, za uranijum-235, vreme poluraspada je otprilike 10 17 (ili 10 18 godina (Fizički enciklopedijski rečnik); prema drugim izvorima - 1,8 10 17 godina. A za plutonijum-239 (prema podacima isti rječnik) znatno manje - oko 10 15,5 godina; prema drugim izvorima - 4 10 15 godina.

Za poređenje, prisjetimo se vremena poluraspada (T 1/2). Tako je za U-235 "samo" 7,038 10 8 godina, dok je za Pu-239 još manje - 2,4 10 4 godine

Općenito, jezgra mnogih teških atoma mogu se podijeliti, počevši od uranijuma. Ali govorimo o dva glavna, koja su od velike praktične važnosti već više od 60 godina. Drugi su više čisto naučnog interesa.

Odakle potiču radionuklidi

Radionuklidi se dobijaju iz tri izvora (tri načina).

Prvi izvor je priroda. to prirodni radionuklidi, koji su preživjeli, preživjeli su do našeg vremena od trenutka njihovog formiranja (moguće, od vremena formiranja Solarni sistem ili Univerzum), budući da imaju dug period poluraspada, što znači da imaju dug životni vek. Naravno, mnogo ih je manje nego što je bilo na početku. Dobijaju se iz prirodnih sirovina.

Drugi i treći izvor su umjetni.

Vještački radionuklidi nastaju na dva načina.

Prvo - fragmentacija radionuklida, koji nastaju kao rezultat fisije jezgara atoma. To su "fragmenti fisije". Naravno, većina ih se formira u nuklearnih reaktora za različite namjene, u kojima se provodi kontrolirana lančana reakcija, kao i u testiranju nuklearnog oružja (nekontrolirana lančana reakcija). Nalaze se u ozračenom uranijumu ekstrahovanom iz vojnih reaktora (iz "industrijskih reaktora"), te u ogromnim količinama u istrošenom nuklearnom gorivu (SNF) izvučenom iz energetskih reaktora nuklearnih elektrana.

Prethodno su u prirodno okruženje dospjeli tokom nuklearnih proba i obrade ozračenog uranijuma. Sada ih i dalje dobijaju prilikom prerade (regeneracije) istrošenog nuklearnog goriva, kao i prilikom nesreća u nuklearnim elektranama, na reaktorima. Po potrebi vađeni su iz ozračenog uranijuma, a sada iz istrošenog nuklearnog goriva.

Drugi su radionuklidi aktivacionog porekla. Nastaju od običnih stabilnih izotopa kao rezultat aktivacije, odnosno kada subatomska čestica uđe u jezgro stabilnog atoma, uslijed čega stabilni atom postaje radioaktivan. U velikoj većini slučajeva takva čestica projektila je neutron. Stoga se za dobivanje umjetnih radionuklida obično koristi metoda neutronske aktivacije. Sastoji se u činjenici da je stabilan izotop bilo kojeg kemijskog elementa u bilo kojem obliku (metal, sol, hemijsko jedinjenje) se stavlja u jezgro reaktora za određeno vrijeme. A kako se u jezgri reaktora svake sekunde proizvodi ogroman broj neutrona, svi kemijski elementi koji se nalaze u jezgri ili blizu nje postepeno postaju radioaktivni. Aktiviraju se i oni elementi koji su rastvoreni u vodi za hlađenje reaktora.

Metoda bombardiranja stabilnog izotopa u akceleratorima se rjeđe koristi. elementarne čestice protoni, elektroni itd.

Radionuklidi su prirodni - prirodnog porekla i veštački - fragmentacionog i aktivacionog porekla. Zanemarljiva količina radionuklida fragmentacijskog porijekla je uvijek bila prisutna prirodno okruženje, jer nastaju kao rezultat spontane fisije jezgara uranijuma-235. Ali ih je toliko malo da ih nije moguće otkriti savremenim sredstvima analize.

Broj neutrona u jezgri različitih tipova reaktora je takav da oko 10 14 neutrona proleti kroz bilo koji dio od 1 cm 2 u bilo kojoj tački jezgre u 1 sekundi.

Mjerenje jonizujućeg zračenja. Definicije

Nije uvijek zgodno i svrsishodno karakterizirati samo izvore jonizujućeg zračenja (SIR) i samo njihovu aktivnost (broj događaja raspada). A poenta nije samo u tome da se aktivnost po pravilu može meriti samo u stacionarnim uslovima na veoma složenim instalacijama. Glavna stvar je da u jednom činu raspada različitih izotopa mogu nastati čestice različite prirode, može se formirati nekoliko čestica i gama kvanta istovremeno. U ovom slučaju, energija, a samim tim i jonizujuća sposobnost različitih čestica bit će različiti. Stoga je glavni indikator za karakterizaciju IRS-a procjena njihove jonizujuće sposobnosti, odnosno (na kraju) energije koju gube prolaskom kroz supstancu (medij) i koju ta supstanca apsorbira.

Prilikom mjerenja jonizujućeg zračenja koristi se koncept doze, a pri procjeni njihovog djelovanja na biološke objekte koriste se korekcijski faktori. Imenujmo ih, dajmo nekoliko definicija.

Doza, apsorbovana doza (od grčkog - udio, dio) - energija jonizujućeg zračenja (II) koju apsorbira ozračena supstanca i često se izračunava po jedinici njene mase (vidi "rad", "sivo"). Odnosno, doza se mjeri u jedinicama energije koja se oslobađa u tvari (apsorbirana od strane tvari) kada ionizirajuće zračenje prolazi kroz nju.

Postoji nekoliko vrsta doza.

Doza ekspozicije(za rendgensko i gama zračenje) - određuje se jonizacijom zraka. Jedinica mjere u SI sistemu je "kulon po kg" (C/kg), što odgovara formiranju takvog broja jona u 1 kg zraka, čiji je ukupni naboj 1 C (svakog znaka) . Nesistemska mjerna jedinica je "rentgen" (vidi "C/kg" i "rendgenski").

Za procjenu utjecaja AI na ljude koristimo se faktori korekcije.

Donedavno su se prilikom izračunavanja koristile "ekvivalentne doze". "faktori kvaliteta zračenja"(K) - faktori korekcije uzimajući u obzir različit uticaj na biološke objekte (različite sposobnosti oštećenja tjelesnih tkiva) različitih zračenja pri istoj apsorbovanoj dozi. Koristi se za izračunavanje "ekvivalentne doze". Sada se ovi koeficijenti u Standardima radijacione sigurnosti (NRB-99) nazivaju na vrlo „naučni“ način – „vaganski koeficijenti za određene vrste zračenja prilikom izračunavanja ekvivalentne doze (W R)".

Ovi koeficijenti su redom:

Rendgen, gama, beta zračenje, elektroni i pozitroni - 1
protoni sa E većim od 2 MeV - 5
neutroni sa E manjim od 10 keV) - 5
neutroni sa E od 10 keV do 100 keV - 10
alfa čestice, fisioni fragmenti, teška jezgra - 20

Ekvivalent doze- doza izračunata za biološke objekte (ljudi) uzimajući u obzir faktor kvaliteta zračenja; jednak je proizvodu apsorbirane doze za K. Ekvivalentna doza se može mjeriti u istim jedinicama kao i apsorbirana doza (vidi "rem" i "Sievert").

Efektivna ekvivalentna doza- ekvivalentna doza, izračunata uzimajući u obzir različitu osjetljivost različitih tkiva tijela na zračenje; jednaka ekvivalentnoj dozi koju prima određeni organ, tkivo (uzimajući u obzir njihovu težinu), pomnoženoj sa odgovarajućim "faktor rizika od zračenja". Sada su ovi koeficijenti također vrlo "naučno" u istim normama NRB-99 pod nazivom "Koeficijenti vaganja za tkiva i organe pri izračunavanju efektivne doze (W-množitelji ekvivalentne doze u organima i tkivima koji se koriste u zaštiti od zračenja da bi se uzeli u obzir različita osjetljivost različitih organa i tkiva u nastanku stohastičkih efekata zračenja“.

Za organizam u cjelini ovaj koeficijent se uzima jednak 1, a za neke organe ima sljedeće vrijednosti:

koštana srž (crvena) - 0,12
štitna žlijezda - 0,05
pluća, želudac, debelo crijevo - 0,12
gonade (jajnici, testisi) - 0,20
koža - 0,01

Da biste procijenili ukupnu efektivnu ekvivalentnu dozu koju je primila osoba, izračunajte i zbrojite naznačene doze za sve organe.

Brzina doze- primljena doza u jedinici vremena (sek., sat).

Pozadina je brzina doze izloženosti jonizujućem zračenju na datoj lokaciji.

prirodna pozadina- brzina doze izloženosti jonizujućem zračenju, koju stvaraju svi prirodni izvori IR (pogledati "Radiciona pozadina").

Osnovne mjerne jedinice jonizujućeg zračenja

Doza izlaganja (dvije jedinice)

rendgenski snimak(P) - vansistemska jedinica doze izloženosti. To je količina gama ili rendgenskog zračenja, koja u 1 cm 3 suvog vazduha (koji u normalnim uslovima ima težinu od 0,001293 g) formira 2,082 x 10 9 pari jona. Ovi joni nose naelektrisanje od 1 elektrostatičke jedinice svakog znaka (u CGS sistemu), što će u jedinicama rada i energije (u CGS sistemu) iznositi oko 0,114 erg energije koju apsorbuje vazduh (6,77 x 10 4 MeV ). (1 erg = 10 -7 J = 2,39 x 10 -8 cal). Kada se pretvori u 1 g vazduha, to će biti 1.610 x 10 12 pari jona ili 85 erg/g suvog vazduha. Dakle, fizički energetski ekvivalent rendgenskog zraka iznosi 85 erg/g za zrak. (Prema nekim izvorima, to je 83,8, prema drugima - 88,0 erg / g).

1 C/kg- jedinica doze ekspozicije u SI sistemu. To je količina gama ili rendgenskog zračenja, koja u 1 kg suhog zraka formira 6,24 x 10 18 pari jona, koji nose naboj od 1 privjeska svakog znaka. (1 privezak = 3 x 109 CGSE jedinica = 0,1 CGSM jedinica). Fizički ekvivalent 1 C/kg je 33 J/kg (za vazduh).

Odnos između rendgenskih zraka i C/kg je sljedeći:

1 P \u003d 2,58 x 10 -4 C / kg - tačno.

1 C/kg = 3,88 x 10 3 R - približno.

Apsorbirana doza (dvije jedinice)

Drago mi je- vansistemska jedinica apsorbovane doze. Odgovara energiji zračenja od 100 erg, koju apsorbira supstanca težine 1 gram (stoti dio "Gray" - vidi).

1 rad = 100 erg/g = 0,01 J/kg = 0,01 Gy = 2,388 x 10 -6 cal/g

Uz dozu izlaganja od 1 rendgena, apsorbirana doza u zraku će biti 0,85 rad (85 erg/g).

siva(Gy) - jedinica apsorbovane doze u SI sistemu jedinica. Odgovara energiji zračenja od 1 J koju apsorbuje 1 kg materije.

1 Gr. \u003d 1 J / kg \u003d 10 4 erg / g \u003d 100 rad.

Ekvivalentna doza (dvije jedinice)

Baer- biološki ekvivalent rendgenskom snimku (u nekim knjigama - drago). Nesistemska jedinica ekvivalentne doze. Uglavnom:

1 rem = 1 rad * K = 100 erg/g * ​​K = 0,01 Gy * K = 0,01 J/kg * K = 0,01 Sievert

Uz faktor kvaliteta zračenja K = 1, odnosno za X-zrake, gama, beta zračenje, elektrone i pozitrone, 1 rem odgovara apsorbiranoj dozi od 1 rad.

1 rem = 1 rad = 100 erg/g = 0,01 Gy = 0,01 J/kg = 0,01 Sivert

Posebno treba istaći sljedeću činjenicu. Još 50-ih godina otkriveno je da ako pri dozi izlaganja od 1 rendgena zrak apsorbira 83,8?. Stoga se ispostavlja da pri procjeni doza možemo pretpostaviti (s minimalnom greškom) da doza izlaganja od 1 rendgena za biološko tkivo odgovara (ekvivalentno) apsorbiranoj dozi od 1 rad i ekvivalentnoj dozi od 1 rem (na K = 1), to jest, grubo govoreći da su 1 R, 1 rad i 1 rem ista stvar.

Sivert(Sv) je SI jedinica za ekvivalentne i efektivne ekvivalentne doze. 1 Sv je jednak ekvivalentnoj dozi pri kojoj će proizvod apsorbovane doze u Greyu (u biološkom tkivu) i koeficijenta K biti jednak 1 J/kg. Drugim riječima, ovo je takva apsorbirana doza pri kojoj se energija od 1 J oslobađa u 1 kg tvari.

Uglavnom:

1 Sv = 1 Gy. K = 1 J/kg. K = 100 rad. K = 100 rem

Pri K=1 (za rendgensko, gama, beta zračenje, elektrone i pozitrone) 1 Sv odgovara apsorbiranoj dozi od 1 Gy:

1 Sv \u003d 1 Gy \u003d 1 J / kg \u003d 100 rad \u003d 100 rem.

U zaključku, još jednom podsjećamo da su za rendgensko, gama, beta zračenje, elektrone i pozitrone, vrijednosti X-zraka, rad i rem, kao i (posebno!) vrijednosti Graya i Sieverta su ekvivalentni kada se procjenjuje izloženost ljudi.

Primjer.

Ako se na bilo kom mjestu zabilježi pozadina (od gama zračenja) od 25 µR/h (25 µrad/h; 0,25 µGy/h; 0,25 µSv/h), tada će za 1 sat boravka na ovom mjestu osoba dobiti ekvivalentnu dozu (ED) od 25 μrem (0,25 μSv). Za sedmicu, odnosno:

ED = 25 mikroR / sat * 168 sati \u003d 4200 mikrorem = 4,2 mrem = 42 mikroSv ili 0,042 mSv,

ED = 25 mikroR / sat * 8760 sati = 219 000 mikrorem = 219 mrem = 2,19 mSv.

Ali ako je ista apsorbirana doza stvorena alfa zračenjem (na primjer, s unutarnjim izlaganjem), tada će, uzimajući u obzir faktor kvalitete (20), ekvivalentna doza za 1 sat biti:

ED = 25 mikroR / sat * 20 * 1 sat = 500 mikroR = 500 mikrorem \u003d 0,5 mrem \u003d 5 mikroSv,

to jest, to će biti ekvivalentno apsorbovanoj dozi iz X zraka, gama, beta zračenja, 500 mikrorada (5 mikroGy).

Ali želim da skrenem posebnu pažnju čitatelja na oštar nesklad između primljene doze, odnosno energije koja se oslobađa u tijelu, i biološkog efekta. Tako davno je postalo očito da iste doze koje čovjek primi od vanjskog i unutrašnjeg zračenja, kao i doze primljene od različitih vrsta jonizujućeg zračenja, od različitih radionuklida (kada uđu u tijelo) izazivaju različite efekte! A apsolutno smrtonosna doza za osobu od 1000 rendgena u jedinicama toplinske energije je samo 0,0024 kalorije. Ova količina toplotne energije može zagrijati samo 1°C oko 0,0024 ml vode (0,0024 cm 3 0,0024 g), odnosno samo 2,4 mg vode. Uz čašu toplog čaja dobijamo hiljadu puta više. Istovremeno, doktori, naučnici, nuklearni naučnici rade sa dozama mili-, pa čak i mikro-rentgena. To jest, oni ukazuju na tačnost koja zapravo ne postoji.

Utjecaj zračenja na ljudski organizam. Efekti zračenja

Radioaktivno zračenje se naziva jonizujuće zračenje, a radioaktivne čestice se nazivaju jonizujuće čestice.

Kao što je već spomenuto, radioaktivne čestice, koje imaju ogromnu energiju, ogromne brzine, prilikom prolaska kroz bilo koju tvar sudaraju se s atomima i molekulama ove tvari i dovode do njihovog uništenja, ionizacije, do stvaranja "vruće" (visokoenergetske) i izuzetno reaktivne čestice - fragmenti molekula: joni i slobodni radikali.

Ista stvar se dešava u tkivima bioloških objekata. U isto vrijeme, pošto ljudska biološka tkiva čine 70% vode, onda u u velikoj mjeri Molekuli vode su prvi koji se joniziraju. Od fragmenata molekula vode - od jona i slobodnih radikala - nastaju izuzetno štetna i reaktivna jedinjenja peroksida, koja pokreću čitav lanac uzastopnih biohemijskih reakcija i postepeno dovode do razaranja ćelijskih membrana (ćelijskih zidova i drugih struktura).

Općenito, utjecaj zračenja na biološke objekte i prije svega na ljudski organizam izaziva tri različita negativna efekta.

• Prvi- ovo je genetski efekat za nasledno(genitalni) ćelije organizam. Može se manifestirati i manifestirati samo u potomstvu. To je rođenje djece s različitim odstupanjima od norme (malformacije različitog stupnja, demencija itd.), Ili rođenje potpuno neodrživog fetusa - s odstupanjima nespojivima sa životom.

  U velikoj mjeri, "dobavljači" takve djece za odgovarajuće bolnice su nuklearne elektrane i njihova područja utjecaja.

• Sekunda- takođe je genetski efekat, ali za nasljedni aparat somatskih ćelija - ćelije tela. Manifestuje se tokom života određene osobe u obliku raznih (uglavnom kancerogenih) bolesti. „Dobavljači“ oboljelih od raka u velikoj mjeri su i nuklearne elektrane i njihova područja utjecaja.
• Treće efekat je Efekat somatski, tačnije imun. Ovo je slabljenje zaštitnih snaga, imunološkog sistema

organizma zbog razaranja ćelijskih membrana i drugih struktura. Manifestuje se u obliku raznih bolesti, uključujući naizgled potpuno nepovezane sa izlaganjem zračenju, povećanjem broja i težine toka bolesti, komplikacijama, kao i slabljenjem pamćenja, intelektualnih sposobnosti itd. Oslabljen imunitet izaziva pojavu bilo koje bolesti, pa tako i raka.

Posebno treba napomenuti da su sva vidljiva fizička odstupanja od norme, sve bolesti praćene slabljenjem mentalnih sposobnosti, pamćenja i inteligencije.

Retrospektivna analiza i studija stanje tehnike zdravlje stanovništva u zoni uticaja Krasnojarskog rudarsko-hemijskog kombinata pokazalo je da je ovdje porast raznih bolesti, kako kod djece tako i kod odraslih, višestruko veći nego u kontrolnim područjima. Slična slika je tipična za zone uticaja svih nuklearnih objekata širom svijeta.

Uvijek treba imati na umu da je najbolja zaštita od zračenja, od bilo kojeg zračenja, udaljenost i vrijeme:

• - što dalje - to bolje,
• - što je kraće vrijeme provedeno u zoni zračenja, to bolje.

Zračenje različito utiče na ljude u zavisnosti od pola i starosti, stanja organizma, njegovog imunog sistema itd., a posebno je jako na dojenčadi, decu i adolescente.

Kada su izloženi zračenju (posebno niskopozadinskom), latentni (inkubacijski, latentni) period, odnosno vrijeme kašnjenja prije pojave vidljivog efekta, može trajati godinama, pa čak i decenijama.

(iz knjige Ralpha Grabea "Efekat Petco: efekti niskih doza zračenja na ljude, životinje i drveće")

Petkov efekat: nova dimenzija opasnosti od zračenja?

Godine 1972. Abram Petko iz ustanove za nuklearna istraživanja Whiteshell Kanadske komisije za atomsku energiju u Manitobi napravio je slučajno otkriće, koji je zaslužio (prema Ralfu Grabeu) Nobelovu nagradu. Otkrio je da su tokom dugotrajnog zračenja stanične membrane pukle pri znatno nižoj ukupnoj dozi nego da je ova doza data kratkim bljeskom, kao u rendgenskoj studiji.

Tako je zračenje intenzitetom od 26 rad/min uništilo ćelijsku membranu za 130 minuta u ukupnoj dozi od 3500 rad. Pri zračenju intenzitetom od 0,001 rad/min (26000 puta manje), bilo je dovoljno 0,7 rad (vrijeme oko 700 min). Odnosno, za isti efekat bila je dovoljna doza 5000 puta manja.

Zaključeno je da što je duži period izlaganja potrebna je manja ukupna doza.

Bilo je to otkriće. Ispostavilo se da su male doze tokom hroničnog izlaganja opasnijim u smislu posledica od velikih doza kratkotrajnog (akutnog) izlaganja. Ovo novo revolucionarno otkriće je u oštroj suprotnosti s genetskim efektom zračenja na ćelijsku jezgru. U svim takvim studijama nije pronađena razlika u efektu između ukupne doze date u kratkom ili dužem vremenskom periodu. Skoro trajna akcija 1 je rad za raspon intenziteta doze u rasponu od najmanje do najveće. Dugo se vjerovalo da se molekula DNK, koja nosi genetske informacije, direktno uništava u jezgrima stanica pod utjecajem zračenja. Petko je, s druge strane, otkrio da u slučaju ćelijskih membrana djeluje drugačiji mehanizam koji proizvodi indirektno uništenje.

Kako male doze mogu biti opasnije od velikih?

U ćelijama ima puno vode. Pod djelovanjem zračenja nastaju visoko toksični nestabilni oblici kisika - slobodni radikali, jedinjenja peroksida. Reaguju sa ćelijskom membranom gdje pokreću lančanu reakciju hemijske transformacije- oksidacija molekula membrane, uslijed čega se ona uništava. Odnosno, ne postoji direktan efekat zračenja, već posledice.

Citati

"Ozbiljna oštećenja od malih dugotrajnih ili hroničnih doza zračenja: što je manje slobodnih radikala u ćelijskoj plazmi, to je veća njihova efikasnost u izazivanju oštećenja. To je zato što slobodni radikali mogu jedni druge deaktivirati da formiraju običan molekul kiseonika ili druge (rekombinacija) Što je manje slobodnih radikala stvoreno zračenjem u datom volumenu u jedinici vremena (pri nižim intenzitetima zračenja), manja je vjerovatnoća da će doći do ćelijskog zida.

„Manje štete od velikih kratkoročnih doza zračenja: što se više slobodnih radikala formira u datom volumenu (pri visokim dozama po jedinici vremena), to će se brže rekombinirati i postati neučinkoviti prije nego što dosegnu i udare u membranu."

Osim toga, postoji efekat dugog dometa. Stanične membrane stvaraju električno polje u ćelijskoj plazmi koje privlači negativno nabijene molekule kao što je vrlo toksični slobodni radikal. Računalni proračuni su pokazali da što je veća koncentracija slobodnih radikala, to je privlačnost slabija. električno polje. Stoga, ako je koncentracija radikala visoka, manja je vjerovatnoća da će doći do membrane nego ako ih je malo.

Dakle, za razliku od ćelijskih jezgara, ćelijska membrana je manje ozbiljno oštećena (po jedinici apsorbirane doze) s kratkom, ali snažnom dozom (alfa zračenje, intenzivno izlaganje rendgenskim zracima, itd.) nego pri produženom ili kroničnom izlaganju pozadinu zračenja nizak nivo, od radioaktivnih padavina, emisija iz nuklearnih elektrana.

Pozadina zračenja

Izvori jonizujućeg zračenja (IRS) dijele se na prirodne (prirodne) i umjetne (manjene, umjetne).

Prirodni izvori zračenja uključuju različite vrste kosmičko zračenje i prirodni radionuklidi sadržani u zemljinoj kori, u okruženje u biljkama i životinjama, uključujući ljudsko tijelo.

Prema UN-u, doprinos različitih poreskih uprava prosječnoj godišnjoj efektivnoj ekvivalentnoj dozi zračenja za prosječnu osobu je sljedeći. Udio prirodnih IRS je 2 mSv (ili 82,61%), a udio tehnogenih 0,421 mSv (17,39%); ukupno 2.421 mSv.

Istovremeno, prirodno (prirodno) zračenje se sastoji od "zemaljskog" i "kosmičkog". Udio "zemaljskog" iznosi 1,675 mSv (69,186%), uključujući udio unutrašnje izloženosti - 1,325 mSv (54,729%), udio eksterne - 0,35 mSv (14,457%). A za udio prostora - 0,315 mSv (13,011%). Svi % su dati od ukupno 2.421 mSv.

Tehnogeno izlaganje se sastoji od izlaganja tokom medicinskih pregleda i lečenja (0,4 mSv; 16,522%), izloženosti radioaktivnim padavinama (0,02 mSv; 0,826%) i nuklearnoj energiji (0,001 mSv; 0,041%).

Prirodna pozadina vanjskog zračenja na teritoriji SSSR-a uvelike varira, ali se vjeruje da u prosjeku stvara brzinu doze ekspozicije od 4,20 mR/sat (40,200 mR/god). ekvivalentna doza od prirodni izvori AI je takođe 40?200 mrem/godišnje (0.05?0.2 μSv/sat; 0.4?2.0 mSv/godišnje) i smatra se apsolutno bezbednim.

Ali sve su to prosječni, prosječni podaci. Stoga (samo u svrhu ilustracije) evo nekih konkretnijih činjenica i brojki.

Dakle, putnik mlaznog aviona prima prosječnu dozu od 0,027 mSv (2,7 mrem) za 4 sata leta, jer nivo (ili pozadina) kosmičkog zračenja u kabini dostiže 200 mikroR/h i više, ovisno o letu. nadmorska visina. Na nadmorskoj visini od 12 hiljada metara, nivo kosmičkog zračenja dostiže 5 μSv/sat (500 μR/sat). Ljudi koji žive na nadmorskoj visini od 2000 m primaju dozu 3-4 puta veću od onih koji žive na nivou mora (isključujući "zemaljsko" zračenje), budući da je na nivou mora "kosmička" pozadina 0,03 μSv / h (3 μR /sat), a na naznačenoj visini - 0,1 μSv/sat (10 μR/sat). Oni koji žive na ekvatoru primaju manju dozu od sjevernjaka itd.

Slika čisto "zemaljskog" zračenja je takođe raznolika.

95% stanovništva Francuske, Njemačke, Italije, Japana i SAD-a (prema UN) živi na mjestima gdje se godišnja brzina doze kreće od 0,3 do 0,6 mSv (pozadina od 3-5 do 8-10 mikroR/h) ; 3% stanovništva prima u prosjeku 1 mSv (11-15 mikroR/h); 1,5% - više od 1,4 mSv (18-20 mikroR/h). Ali postoje područja zemljišta (uključujući odmarališta) sa stalnim prebivalištem stanovništva, gdje je nivo "zemaljskog" zračenja 600-800 puta veći od prosjeka. Pojedine grupe ljudi dobijaju više od 17 mSv godišnje samo od spoljašnjeg izlaganja „zemaljskom“ zračenju, što je 50 puta više od prosečne godišnje doze spoljašnjeg izlaganja; često borave (privremeno borave) u područjima gdje nivo zračenja dostiže 175 mSv/godišnje (227 μR/sat), itd.

Granitne stijene, na primjer, mogu dati pozadinu do 30-40 ili više mikroR/h.

Otpad (šljaka, pepeo, čađ, ugljena prašina) iz termoelektrana na ugalj, državnih elektrana, kotlarnica, itd., ima povećanu radioaktivnost.

Procjena količine radijuma i torija u nekim građevinskim materijalima (izvršena u nizu zemalja) daje sljedeću sliku (u Bq/kg):

Kao što vidite, obični pijesak i šljunak su deset puta aktivniji, a cigla, granit, pepeo stotine puta aktivniji od drveta.

drvo (Finska) - 1.1
pijesak i šljunak (Njemačka) - 30
cigla (Njemačka) - 126
granit (UK) - 170
leteći pepeo (Njemačka) - 341
glinica (Švedska) - 500-1400
kalcijum silikatna šljaka (SAD) - 2140
otpad iz postrojenja za obogaćivanje uranijuma (SAD) - 4625

Unutrašnja izloženost osobe je veća od spoljašnje i u prosjeku iznosi 2/3 efektivne ekvivalentne doze koju osoba prima iz prirodnih izvora zračenja. Stvaraju ga radionuklidi koji u organizam ulaze hranom, vodom, vazduhom.

To uključuje radioizotop kalij-40 i nuklide serije radioaktivnog raspada uranijuma-238 i torijuma-232. To su, prije svega, olovo-210, polonij-210 i, što je najvažnije, radon-222 i 220.

Olovo i polonij su koncentrisani u ribi i školjkama, kao iu mesu sobova (koji ih dobijaju hraneći se lišajevima). Ali glavni doprinos unutrašnjem izlaganju osobe daje radon. Na njega otpada 3/4 doze iz "zemaljskih" izvora zračenja i oko polovine svih prirodnih.

Glavni dio "radonske" doze zračenja, paradoksalno, osoba prima u zatvorenim, neprozračenim prostorijama. U područjima s umjerenom klimom koncentracija radona u takvim prostorijama je u prosjeku 8 puta veća nego u vanjskom zraku. Ali ovo je prosjek. A ako je prostorija jako zatvorena (na primjer, u svrhu izolacije) i rijetko ventilirana, tada koncentracija radona može biti desetine i stotine puta veća, što se uočava kod nekih sjeverne zemlje. Izvori radona su temelji zgrada, građevinski materijali (posebno oni pripremljeni od otpada iz termoelektrana, kotlova, šljake, pepela, otpadnog kamena i odlagališta nekih rudnika, rudnika, prerađivačkih postrojenja itd.), kao i voda , prirodni gas, tlo. Budući da je inertan plin, lako prodire u prostoriju kroz sve pukotine, pore iz tla, podrume (posebno zimi), zidove, kao i sa prašinom, čađom, pepelom iz termoelektrana na ugalj itd.

Generalno, "zemaljski" izvori zračenja daju ukupno oko 5/6 godišnje efektivne ekvivalentne doze iz svih prirodnih izvora.

Sada nekoliko primjera u vezi s umjetnim izvorima AI. Kao što je već pokazano, njihov doprinos ukupnoj dozi je, prema procjenama UN-a, 0,421 mSv (17,39%), pri čemu glavni udio otpada na ekspoziciju tokom medicinskih pregleda i liječenja - 0,4 mSv (ili 95% ove brojke). Naravno, za konkretnu osobu koja nikada nije bila u rendgen sali i sl., ne može biti govora ni o kakvim dozama "iz medicine". S druge strane, doza koju osoba primi kao rezultat nesreće u nuklearnoj elektrani, testiranja nuklearnog oružja itd., može biti stotine i hiljade puta veća nego na bilo kojem medicinskom pregledu. Zbog toga se izloženost određenih grupa ljudi prilikom nezgoda, testiranja i sl. u gornjim brojkama uzima u obzir samo u obliku prosječnom za cjelokupno stanovništvo Zemlje.

Ipak, vrijedi navesti neke indikativne brojke (prema podacima prije 1990. godine).

Rendgen želuca daje lokalnu ekvivalentnu dozu od -30 rem (0,3 Sv).
Rendgen zuba - 3 rem (0,03 Sv)
Fluorografija - 0,37 rem (3,7 mSv)
Gledanje televizije (3 sata dnevno) - 0,5 mrem/god.

Naredba Ministarstva zdravlja SSSR-a br. 129 od 29. marta 1990. godine „O regulaciji rendgenskih pregleda“ daje nešto drugačije vrijednosti za doze koje je primila osoba.

U zaključku donosimo vrijednosti maksimalno dozvoljenih doza i neke službene podatke o posljedicama izlaganja na ljude.

Dozimetrijski instrumenti

Za mjerenje jonizujućeg zračenja stvoreno je mnogo različitih instrumenata i instalacija, koje su u principu podijeljene u tri vrste.

radiometri- dizajniran za mjerenje gustine fluksa IR i aktivnosti radionuklida.

Spektrometri- proučavati raspodjelu zračenja po energiji, naboju, masama IC čestica (tj. analizirati uzorke bilo kojeg materijala, IR izvora).

Dozimetri- za mjerenje doza, brzina doze i intenziteta AI.

Među navedenim postoje univerzalni uređaji koji kombiniraju određene funkcije. Postoje uređaji za mjerenje aktivnosti neke supstance (odnosno broj dispergovanih/sek), uređaji za registraciju alfa, beta i drugih zračenja itd. To su, po pravilu, stacionarne instalacije.

Postoje posebni terenski ili pretraživački uređaji dizajnirani za traženje, detekciju IRS-a, procjenu pozadine i sl., koji mogu detektovati gama i beta zračenje i procijeniti njegov nivo (rendgenski metri, radiometri itd.).

Postoje indikatorski uređaji dizajnirani samo da dobiju odgovor na pitanje da li na datom mjestu postoji zračenje ili ne, koji često rade po principu "više - manje".

Ali, nažalost, proizvodi se malo uređaja koji pripadaju klasi dozimetara, odnosno onih koji su posebno dizajnirani za mjerenje doze ili brzine doze.

Još je manje univerzalnih dozimetara, pomoću kojih možete mjeriti različite vrste zračenja - alfa, beta, gama.

Glavni domaći dozimetri u nazivu imaju skraćenicu "DRG" ​​- "rendgenski gama dozimetar", mogu biti prijenosni ili mali (džepni) i dizajnirani su za mjerenje brzine doze rendgenskog i gama zračenja . Dakle, detekcija uz njihovu pomoć i merenje snage gama zračenja uopšte ne znači da su na ovom mestu prisutno alfa i beta zračenje. Nasuprot tome, odsustvo rendgenskog i gama zračenja uopće ne znači da nema alfa i beta emitera.

Ministarstvo zdravlja SSSR-a dopisom broj 129-4/428-6 od 1. septembra 1987. zabranilo je upotrebu geološko-istraživačkih instrumenata za pretraživanje tipa SRP-68-01 i sličnih kao dozimetrijskih uređaja za mjerenje. brzina doze izloženosti. Za mjerenje ekspozicijske doze gama i rendgenskog zračenja treba koristiti samo dozimetre tipa DRG-3-01 (0,2; 03); DRG-05; DRG-01; DRG-01T i njihovi analozi.

Ali u svakom slučaju, prije korištenja bilo kojeg uređaja za mjerenje snage ili veličine doze izloženosti, trebali biste proučiti upute i saznati za koje je svrhe namijenjen. Može se ispostaviti da nije pogodan za dozimetrijska mjerenja. Uvijek treba obratiti pažnju na jedinice u kojima je instrument kalibriran.

Pored ovih uređaja, postoje i uređaji (uređaji, kasete, senzori itd.) za individualnu dozimetrijsku kontrolu lica koja direktno rade sa izvorima jonizujućeg zračenja.

Uvod

Prirodno okruženje je danas očuvano samo tamo gdje nije bilo dostupno ljudima za njegovu transformaciju. Urbanizovano ili urbano okruženje? to je umjetni svijet koji je stvorio čovjek, koji nema analoga u prirodi i može postojati samo uz stalno obnavljanje.

Društveno okruženje je teško integrirati s bilo kojim ljudsko okruženje okruženje i svi faktori svake od sredina su „usko povezani i doživljavaju objektivne i subjektivne aspekte „kvaliteta životne sredine”.

Ova višestrukost faktora čini nas opreznijim u procjeni kvaliteta životne sredine čovjeka u smislu njegovog zdravlja. Potrebno je pažljivo pristupiti izboru objekata i indikatora koji dijagnosticiraju okolinu.

To mogu biti kratkotrajne promjene u tijelu, koje se mogu koristiti za procjenu različitih sredina? dom, proizvodnja, transport, i dugovječni u ovoj konkretnoj urbanoj sredini, ? neke adaptacije plana aklimatizacije itd. Uticaj urbane sredine prilično je jasno naglašen određenim trendovima u trenutnom stanju zdravlja ljudi.

> Postavke zračenja

Jonizujuće zračenje naziva se zračenje koje, prolazeći kroz medij, uzrokuje ionizaciju ili pobuđivanje molekula medija. Jonizujuće zračenje, kao i elektromagnetno zračenje, ne opažaju ljudska čula. Stoga je posebno opasno, jer čovjek ne zna da mu je izložen. Jonizujuće zračenje je inače poznato kao zračenje.

Zračenje je struja čestica (alfa čestica, beta čestica, neutrona) ili elektromagnetne energije vrlo visoke frekvencije (gama ili rendgensko zračenje).

Supstance se sastoje od sitnih čestica hemijskih elemenata – atoma. Atom je djeljiv i ima složenu strukturu. U središtu atoma hemijskog elementa nalazi se materijalna čestica tzv atomsko jezgro oko kojih se kruže elektroni. Većina atoma hemijskih elemenata je visoko stabilna, tj. stabilnost. Međutim, u nizu elemenata poznatih u prirodi, jezgra se spontano raspadaju. Takvi elementi se nazivaju radionuklidi. Isti element može imati više radionuklida. U ovom slučaju se nazivaju radioizotopi hemijskog elementa. Spontano raspadanje radionuklida je praćeno radioaktivnom emisijom.

Spontani raspad jezgara određenih hemijskih elemenata (radionuklida) naziva se radioaktivnost.

Radioaktivno zračenje može biti različitih vrsta: tokovi čestica visoke energije, elektromagnetski talas frekvencije veće od 1,5 - 10 17 Hz.

Emitirane čestice dolaze u mnogim oblicima, ali najčešće emitirane su alfa čestice (alfa zračenje) i beta čestice (alfa zračenje). Alfa čestica je teška i ima veliku energiju; to je jezgro atoma helija. Beta čestica je oko 7336 puta lakša od alfa čestice, ali može imati i veliku energiju. Beta zračenje je tok elektrona ili pozitrona.

Radioaktivno elektromagnetno zračenje (naziva se i fotonsko zračenje), ovisno o frekvenciji vala, je rendgensko zračenje (1,5 * 10 17 ... 5 * 10 19 Hz) i gama zračenje (više od 5 * 10 19 Hz) . Prirodno zračenje je samo gama zračenje. Rentgensko zračenje je umjetno i javlja se u katodnim cijevima na naponima od desetina i stotina hiljada volti.

Radionuklidi, emitujući čestice, pretvaraju se u druge radionuklide i hemijske elemente. Radionuklidi se raspadaju različitom brzinom. Brzina raspada radionuklida naziva se aktivnost. Jedinica mjere aktivnosti je broj raspada po jedinici vremena. Jedan raspad u sekundi naziva se bekerel (Bq). Često se za mjerenje aktivnosti koristi druga jedinica - curie (Ci), 1 Ci = 37 * 10 9 Bq. Jedan od prvih radionuklida detaljno proučavanih bio je radijum-226. Prvi put su ga proučavali Curijevi, po kojima je jedinica mjere aktivnost i dobila ime. Broj raspada u sekundi koji se dešavaju u 1 g radijuma-226 (aktivnost) je 1 Ku.

Vrijeme koje je potrebno da se polovina radionuklida raspadne naziva se poluživot(T 1/2). Svaki radionuklid ima svoje vrijeme poluraspada. Promijeni raspon T 1/2 za razne radionuklide je vrlo široka. Mijenja se od sekundi do milijardi godina. Na primjer, najpoznatiji prirodni radionuklid, uranijum-238, ima vrijeme poluraspada od oko 4,5 milijardi godina.

Tokom raspada, količina radionuklida se smanjuje i smanjuje se njegova aktivnost. Obrazac kojim se aktivnost smanjuje podvrgava se zakonu radioaktivnog raspada.

Utjecaj zračenja na osobu ovisi o količini energije jonizujućeg zračenja koju apsorbiraju ljudska tkiva. Količina energije koju apsorbuje jedinica mase tkiva naziva se apsorbuje doza. Jedinica apsorbovane doze je siva(1 Gy = 1 J/kg). Apsorbirana doza se često mjeri u terminima radah(1 Gy = 100 rad).

Međutim, ne samo da apsorbirana doza određuje učinak zračenja na osobu. Biološke posljedice zavise od vrste radioaktivnog zračenja. Na primjer, alfa zračenje je 20 puta opasnije od gama ili beta zračenja. Biološka opasnost od zračenja određena je faktorom kvaliteta K. Kada se apsorbovana doza pomnoži sa faktorom kvaliteta zračenja, dobija se doza koja određuje opasnost od zračenja za ljude, koja se naziva ekvivalentna. Ekvivalentna doza ima posebnu jedinicu mjere - sivert (Sv). Često se za mjerenje ekvivalentne doze koristi manja jedinica - rem (biološki ekvivalent rad), 1 Sv = 100 rem. Dakle, glavni parametri zračenja su sljedeći (tabela 1).

Tabela 1. Glavni parametri zračenja