4.Радіоактивне випромінювання та його біологічна дія. Дозиметрія. Захист від випромінювання

Відкриття А. Беккерелем радіоактивного випромінювання урану дало поштовх до різнобічного вивчення цього явища іншими дослідниками. Зокрема, спочатку було експериментально встановлено склад радіоактивного випромінювання.

Радіоактивну речовину, що випромінювала загадкові промені, вміщували в контейнер А з вузькою щілиною. За контейнером на шляху променів знаходилася фотопластинка Ф, за допомогою якої можна було фіксувати їх проходження. На виході з контейнера, у просторі поширення променів створювали сильне магнітне поле, лінії індукції якого були перпендикулярні до напрямку поширення випромінювання.

Експериментально встановлено, що в магнітному полі пучок випромінювання розщеплюється на три промені: два з них під дією магнітного поля відхиляються в різні боки на різні кути, а один поширюється прямолінійно. Дослідження цього явища дало такі результати: радіоактивне випромінювання має складну структуру; два промені — це частинки із зарядами різних знаків, а один — електрично нейтральний. Складову радіоактивного випромінювання, що має позитивний заряд, названо альфа-променями; ту, що має негативний заряд — бета-променями, електрично нейтральне випромінювання — гамма-променями. Пізніше було встановлено, що альфа-промені — це потік ядер атомів гелію ⁴₂Не; бета-промені - потік електронів, гамма-промені — електромагнітне випромінювання (< 10^-10м).

Альфа-, бета- і гамма-промені є різновидами радіоактивного випромінювання. Кожен із цих променів різниться за своїми властивостями, зокрема за іонізаційною і проникною здатністю, впливом на середовище, в якому поширюється, оскільки взаємодіє з електронними оболонками і ядрами атомів. Поширюючись у речовині, ці промені збуджують її атоми і молекули, викликають дисоціацію молекул, ядерні реакції, штучну радіоактивність. Альфа- і бета-частинки мають малу довжину пробігу в речовині. Навіть щільна тканина одягу майже повністю поглинає бета-випромінювання і зовсім не пропускає альфа-промені. Проте за рахунок своєї енергії вони легко збуджують атоми, і тому дуже небезпечні при потраплянні в середину організму людини чи тварини — у легені, шлунок, на шкіру.

Гамма-промені, взаємодіючи з електронними оболонками атомів, сприяють утворенню швидких електронів, які іонізують середовище. Вони мають значну проникну здатність, і тому для людини найнебезпечніші.

У повітрі альфа-частинка з енергією 4 МеВ пробігає 2,5 см; бета-частинка з енергією 2 МеВ має довжину пробігу в алюмінію лише 3,5 мм. Гамма-випромінювання, що несе кванти енергії 0,5 МеВ, ослаблюється в 10 разів шаром води товщиною 24 см, бетону— 12 см, свинцю — 1,3 см.

Для характеристики впливу будь-якого виду випромінювання на речовину використовують дозиметричні величини. Відношення енергії Е, що надається речовині іонізуючим випромінюванням, до маси m речовини називають поглинутою дозою випромінювання:

Поглинуту дозу випромінювання в СІ вимірюють у греях (Гр): 1 Гр — це доза випромінювання, яка надає речовині масою 1 кг енергію іонізуючого випромінювання 1 Дж: 1 Гр = 1^Дж_кг. Поглинута доза випромінювання має властивість нагромаджуватися з часом: за інших однакових умов вона тим більша, чим триваліший час опромінення. Тому застосовують поняття потужності дози, тобто відносять її до одиниці часу:

Інтенсивність радіоактивного випромінювання оцінюють також за його іонізаційною здатністю, оскільки фізична дія будь-якого випромінювання пов'язана насамперед з іонізацією атомів і молекул речовини. Цю характеристику називають експозиційною дозою і в СІ вимірюють у кулонах на кілограм (^Кл_кг). 1 ^Кл_кг дорівнює експозиційній дозі випромінювання, за якого в сухому атмосферному повітрі масою 1 кг утворюються іони, сумарний електричний заряд яких кожного знаку становить 1 Кл.

На практиці продовжують користуватися позасистемною одиницею експозиційної дози — рентгеном (Р):

Позасистемна одиниця поглину тої дози випромінювання — рад: 1 рад = 0,01 Гр.

За дози в 1 Р в 1 см³ сухого повітря за нормальних умов утворюється 2,08 · 10⁹ пар іонів.

Біологічна дія різних видів радіоактивного випромінювання на живі організми неоднакова навіть за однакової поглинутої дози. Тому, щоб оцінити радіаційну небезпеку, слід ураховувати також вид іонізаційного випромінювання та його потужність. У дозиметрії прийнято порівнювати їх із рентгенівським чи гамма-випромінюванням, для цього введено одиницю біологічного еквівалента рентгена (бер). Залежно від виду випромінювання вводять коефіцієнт біологічної ефективності, який визначають експериментально з урахуванням енергії частинок.

Вплив радіаційного випромінювання на живі організми викликаний не стільки величиною енергії, яку воно передає речовині, скільки його іонізаційною дією на клітину. Внаслідок іонізації в ній відбуваються біохімічні зміни, спричинені утворенням нових радикалів, які не властиві звичайній клітині. Тому порушується її функція поділу, може статися злоякісне переродження клітини тощо.

Смертельною для людського організму вважається доза, еквівалентна 6 Гр гамма-випромінювання або 600 берам. При цьому слід враховувати час, протягом якого ця доза отримана, та якісні параметри випромінювання (вид променів, енергію частинок тощо). Ця доза буде меншою, якщо опромінення короткотривале і діє на весь людський організм.

Для рентгенівського і гамма-випромінювання 1 бер = 1 рад = 0,01 Гр. Для населення гранично допус тимою дозою систематичного оп ромінення встановлена еквіва лентна доза 0,5 бер за рік .

Проте таку дозу, отриману протягом усього життя, вважають безпечною, оскільки вона не веде до відчутних змін в організмі. Адже внаслідок природного радіаційного фону (космічних променів, радіоактивних ізотопів земної кори, радонового випромінювання в атмосфері, промислових радіаційних забруднень тощо) усе живе на планеті Земля постійно перебуває під впливом радіоактивного випромінювання. Так, радіаційний фон в Україні характеризується потужністю випромінювання від 0,1—0,3 ^мР_год.