Радиоактивность – неустойчивость ядер некоторых атомов, проявляющаяся в их способности к самопроизвольным превращениям (распаду), сопровождающимся испусканием ионизирующего излучения, или радиацией

Солнечно-земная
Физика

Справочник

Радиоактивность

Радиоактивность – неустойчивость ядер некоторых атомов, проявляющаяся в их способности к самопроизвольным превращениям (распаду), сопровождающимся испусканием ионизирующего излучения, или радиацией.

Радиация, или ионизирующее излучение, – поток частиц, энергия которых достаточно велика, чтобы вызвать ионизацию атомов и молекул в облучаемом веществе с соответствующей передачей энергии

Непосредственно ионизирующие частицы – заряженные частицы (электроны, протоны, aльфа- частицы и др.), обладающие кинетической энергией, достаточной для ионизации атомов и молекул при столкновении.

Косвенно ионизирующие частицы (излучения) – незаряженные частицы (нейтроны, фотоны и т.д.), которые могут высвобождать в веществе непосредственно ионизирующие частицы.

Воздействие радиации на биообъекты называют облучением. Основу этого воздействия составляет передача энергии радиации клеткам живого организма. Облучение может вызвать нарушения обмена веществ, инфекционные осложнения, лейкоз и злокачественные опухоли, лучевую болезнь.

Действие ионизирующих излучений представляет собой сложный процесс. Эффект облучения зависит от величины поглощенной дозы, её мощности, вида излучения, объема облучения тканей и органов биологического объекта. Для его количественной оценки введены специальные единицы, которые делятся на внесистемные и единицы в системе СИ.

Таблица 1

Основные радиологические величины и единицы

Величина

Внесистемные единицы измерения

Системные единицы

измерения

Соотношения между единицами

Активность нуклида, А

кюри (Ки, Ci)

Беккерель (Бк, Bq)

1 Ки = Бк

1 Бк = 1 расп/с

1 Бк = Ки

Экспозиционная доза, X

рентген (Р, R)

кулон/кг (Кл/кг, C/kg)

1 Р = Кл/кг

1 Кл/кг = Р

Поглощенная доза, D

рад (Рад, Rad)

грей (Гр, Gy)

1 Рад = 10-2 Гр

1 Гр = 1 Дж/кг

Эквивалентная доза, Н

бэр (Бэр, Rem)

зиверт (Зв, Sv)

1 Бэр = 10-2 Зв

1 Зв = 100 Бэр

Интегральная доза излучения

рад-грамм (, )

грей-кг (, )

1 = 10-5

1 = 105

Для описания влияния ионизирующих излучений на вещество используются следующие понятия и единицы измерения:

Мерой радиоактивности (мощности источника радиации) является активность радионуклида в источнике (А). Активность равна отношению числа самопроизвольных ядерных превращений в этом источнике за малый интервал времени (dN) к величине этого интервала (dt):

В системе СИ измеряется в беккерелях (Бк, Bq), что соответствует 1 распаду в секунду. Содержание активности в веществе часто оценивают на единицу веса вещества (Бк/кг), или его объема (Бк/л, Бк/куб.м). Существует и внесистемная единица измерения – кюри (Ки, Ci), соответствующая активности 1 г радия.

Поток частиц (F) – число частиц, падающих на единичную поверхность в единичном телесном уголе за единицу времени. Поток интегральный или суммарный - через определенную поверхность или за определенный отрезок времени.

Экспозиционная доза (X) – количественная мера излучения, определяемая зарядом вторичных частиц (dQ), образующихся в массе вещества (dm) при полном торможении всех заряженных частиц:

Внесистемная единица экспозиционной дозы – рентген (Р). Рентген – это экспозиционная доза рентгеновского и g - излучения, создающая в 1 куб.см воздуха при температуре 00С и давлении 760 мм рт.ст. суммарный заряд ионов одного знака в одну электростатическую единицу количества электричества. Поскольку 1 рентген – довольно большая величина, на практике удобнее пользоваться миллионной (мкР), или тысячной (мР), долями рентгена.

Точечный источник активностью 1 кюри (для определенности рассматриваем источник цезий-137) на расстоянии 1 метр создает мощность экспозиционной дозы приблизительно 0.3 рентгена/час, а на расстоянии 10 метров – приблизительно 0.003 рентгена/час.

Поглощенная доза (D) – основная дозиметрическая величина, которая равна отношению средней энергии (< dE> ), переданной ионизирующим излучением веществу в элементарном объеме, к массе (dm) вещества в этом объеме:

Единица поглощенной дозы – грей (Гр). Внесистемная единица рад определялась как поглощенная доза любого ионизирующего излучения, равная 100 эрг на 1 грамм облученного вещества.

Мощность дозы – приращение соответствующей дозы под воздействием данного излучения за единицу времени:

Имеет размерность соответствующей дозы (поглощенной, экспозиционной и т.п.), деленной на единицу времени. Допускается использование различных специальных единиц (напр., Гр/час, Гр/мин, Р/с, Рад/год и др.).

Различные виды излучений характеризуются различной биологической эффективностью, что связано с отличиями в их проникающей способности и характере передачи энергии органам и тканям живого объекта, состоящего в основном из легких элементов.

Эквивалентная доза (Н) введена для оценки возможного ущерба состоянию биологического объекта в условиях хронического облучения. Она равна произведению поглощенной дозы Dr, созданной облучением типа r и усредненной по анализируемой части, или по всему биообъекту, на весовой множитель wr (называемый еще коэффициентом качества излучения):

Единицей измерения эквивалентной дозы является джоуль на килограмм (специальное название – зиверт). Значения весовых множителей для различных видов излучений приведены в таблице 2.

Весовые множители излучения

Таблица 2

Вид излучения и диапазон энергий

Весовой множитель

Фотоны всех энергий

1

Электроны и мюоны всех энергий

1

Нейтроны с энергией < 10 КэВ

5

Нейтроны от 10 до 100 КэВ

10

Нейтроны от 100 КэВ до 2 МэВ

20

Нейтроны от 2 МэВ до 20 МэВ

10

Нейтроны > 20 МэВ

5

Протоны с энергией > 2 МэВ (кроме протонов отдачи)

5

a -частицы, осколки деления и другие тяжелые ядра

20

Используется также и внесистемная единица – бэр – "Биологический эквивалент рентгена" (в английской транскрипции – rem от Roentgen Equivalent of Man). Бэр – это количество энергии, поглощенной биологической тканью при облучении любым видом ионизирующей радиации, вызывающее такой же биологический эффект, как и поглощенная доза в 1 рад рентгеновского или гамма- излучения с энергией 200 кэВ. Таким образом, доза в бэрах равна дозе в радах, умноженной на коэффициент качества QF:



Влияние облучения носит неравномерный характер.
По воздействию облучения на биологические объекты различают пороговые (детерминированные) и стохастические эффекты. Первые возникают, когда число клеток, погибших в результате облучения, или потерявших способность воспроизводства, или нормального функционирования, достигает критического значения, при котором заметно нарушаются функции пораженных участков. Хроническое (стохастическое) облучение слабее действует на живой организм по сравнению с однократным облучением в той же дозе, что связано с постоянно идущими процессами восстановления радиационных повреждений. Считается, что примерно 90% радиационных повреждений восстанавливается.
Для оценки ущерба, нанесенного биологическому объекту за счет различного характера влияния облучения на разные органы (в условиях равномерного облучения всего биообъекта), введено понятие эффективной эквивалентной дозы Еэфф. Последнее применяется при оценке возможных стохастических эффектов – злокачественных новообразований и других фенотипических изменений.
Эффективная доза равна сумме взвешенных эквивалентных доз во всех органах и тканях:

,

где wt – тканевый весовой множитель, а Ht – эквивалентная доза, поглощенная в ткани t. Единица эффективной эквивалентной дозы – зиверт.

Разные типы радиации имеют различную проникающую способность и различную биологическую эффективность.

Протоны, альфа- частицы и более тяжелые ядра имеют малую длину пробега и, поэтому обладают слабой проникающей способностью. Они не могут проникнуть сквозь кожные покровы живых существ. Пробег альфа- частиц с энергией 4 МэВ в воздухе составляет 2.5 см, а в биологической ткани лишь 31 мкм.

Электроны (бета-излучение) обладают большей проникающей способностью; пробег в воздухе может достигать нескольких метров, а в биологической ткани нескольких сантиметров. Так, пробег электронов с энергией 4 МэВ в воздухе составляет 17.8 м, а в биологической ткани – 2.6 см.

Гамма - и рентгеновское излучение (X-rays) обладает гораздо большей проникающей способностью. Под его действием происходит облучение всего биологического объекта.

Нейтроны имеют большую проникающую способность. Биологический эффект от действия нейтронов на биологическую ткань происходит под действием протонов или других частиц, образующихся при столкновении или захвате нейтронов ядрами.

Составила О. Заворина

Назад, к оглавлению справочника